试剂氯化钠的制备实验.docx

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试剂氯化钠的制备实验

第九章制备实验

9.1无机制备

9.1.1基本实验

实验十四试剂氯化钠的制备

实验目的

（1）通过氯化钠提纯，熟悉盐类溶解度的知识及其在无机物提纯中的应用；

（2）掌握加热、溶解、过滤、（常压过滤和减压过滤）、蒸发、结晶和干燥等有关的基本操作；

（3）学习用目视比色和比浊进行限量分析的原理和方法。

实验原理

较高纯度的氯化钠（例如试剂级和医用级别）是由粗食盐提纯制备的。

粗食盐中含有泥沙和K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-和CO32-等杂质。

不溶性杂质可用溶解和过滤除去。

由于氯化钠的溶解度随温度的变化很小，难以用重结晶的方法纯化，需用化学方法进行离子分离，通过选用合适的试剂将Ca2+、Mg2+、Fe3+和SO42-等可溶性杂质离子生成不溶性化合物而除去。

具体方法是先在粗食盐的饱和溶液中加入稍微过量的BaCl2，则

Ba2++SO42-→BaSO4↓

将溶液过滤，除去BaSO4沉淀。

再在溶液中加入NaCO3溶液，则

Ca2++CO32-→CaCO3↓

2Mg2++2CO32-+H2O→[Mg（OH）]2CO3↓+CO2↑

2Fe3++3CO32-+3H2O→2Fe（OH）3↓+3CO2↑

Ba2++CO32-→BaCO3↓

过滤溶液，不仅除去Ca2+、Mg2+、Fe3+,还将前面过量的Ba2+一起除去。

过量的Na2CO3用HCl中和后除去。

其他少量可溶性杂质（如KCl）和上述沉淀剂不起作用，但由于KCI的溶解度比NaCl大，将母液蒸发浓缩后，NaCl析出，而KCl留在母液中。

提纯后的NaCl还要进行杂质Fe3+和SO42-的限量分析。

限量分析是将被分析物配成一定浓度的溶液，与标准系列溶液进行目视比色或比浊，以确定杂质含量范围。

如果被分析溶液颜色或浊度不深于某一标准溶液，则杂质含量就低于某一规定的限度。

这种分析方法称为限量分析。

在上述目视比色法中标准系列法较为常用。

其方法利用一套由相同玻璃质料制造的一定体积和形状的比色管，把一系列不同量的标准溶液依次加入到各比色管中，并分别加入等量的显色管剂和其他试剂，再稀释至同等体积，即配成一套颜色由浅至深的标准色阶。

把一定量的被测物质加入另一同规格的比色管中，在同样条件下显色，并稀释至同等体积，摇匀后将管的塞子打开，并和标准色阶进行比较，比较时应从管口垂直向下观察，这样观察的液层比从比色管侧面观察的液层要厚得多，能提高观察溶液的灵敏度。

如被测溶液与标准系列中某一溶液的颜色深度相同，则被溶液就等于该标准溶液的浓度，若介于相邻两种标准溶液之间，则可取这两种标准溶液的平均值。

这种测定方法的思路，也体现在后面的许多成分析实验中。

仪器和药品

仪器：

托盘天平、普通化学天平、离心机、烧杯、玻璃棒、滴管、普通漏斗、布氏漏斗、吸滤瓶、蒸器皿、洗瓶、移液管、比色管、滤纸、剪刀、火柴。

药品：

粗食盐、BaCl2（1mol·L-1）、Na2CO3（20%）、HCl（2mol·L-1）pH试纸、BaCl2（25%）、KSCN（25%）、HCl（3mol·L-1）。

实验步骤

1、试剂氯化钠的制备

（1）除去SO42-在托盘天平上称取20g粗食盐，研细后倒入150mL烧杯中，加水65mL，用玻璃棒搅拌，并加热使其溶解。

然后趁热边搅拌边逐滴加入1mol·L-1BaCl2溶液，要求将溶液中全部的SO42-都转化为BaSO4沉淀。

由于BaCl2的用量随粗食盐的来源不同而异，所以应通过实验确定最少用量。

为了检验沉淀是否完全，用离心试管取2mL溶液，在离心机上离心分离，分离后在上层清液中加入一滴BaCl2溶液，如仍有沉淀产生，表明SO42-尚末除尽，需往烧杯中补加BaCl2溶液。

如此操作并反复检验，直到在上层清液中加入一滴BaCl2溶液后，不再产生白色沉淀时为止，表明SO42-已除尽，记录所用BaCI2溶液的量。

沉淀完全后，继续加热5min，以使沉淀颗粒长大而易于沉降，用普通漏斗常压过滤。

（2）除去Ca2+、Mg2+、Ba2+将滤液加热至沸，用小火保持微沸，边搅拌边滴加20%Na2CO3溶液，使Ca2+、Mg2+、Ba2+都转化为难溶碳酸盐或碱式碳酸盐沉淀，用上述检验SO42-是否除尽的方法检验Ca2+、Mg2+、Ba2+生成的沉淀是否完全，如不再产生沉淀时，记录Na2CO3溶液的用量。

在此过程中注意补充蒸馏水，保持原体积，防止NaCl析出。

当沉淀完全后，进行第二次常压过滤。

（3）除去多余的CO32-往滤液中滴加2mol·L-1HCI,调pH≈6，记录所用HCl的体积。

将滤液倒入蒸发器皿中，微火蒸发使CO32-转化为CO2逸出。

（4）蒸发、浓缩、制备试剂NaCl将蒸发皿中的溶液微火蒸发、浓缩至稠粥状（切忽蒸干），趁热进行减压过滤，将NaCl结晶尽量抽干。

（5）干燥将结晶移于蒸发皿中，在石棉网上用小火烘炒，用玻璃棒不断翻动。

防止结块。

当无水蒸气逸出后，改用大火烘数分钟，即得到洁白和松散的NaCl晶体。

冷却至室温。

产品称重。

计算产率。

2、产品纯度的检验

本实验只就Fe3+、SO42-的限量进行分析。

（1）Fe3+的限量分析在酸性介质之中，Fe3+与SCN-生成器血红色配合物

[Fe（NCS）]2+颜色的深浅与Fe3+浓度成正比。

在普通化学天平上称取3.00gNaCl产品，放入25mL比色管中，加10mL蒸馏水使之溶解，再加入2.00mL25%KSCN溶液和2mL3mol·L-1HCI,然后稀释到25mL（比色管剂刻度线），摇匀。

按以下用量配制标准系列（由实验室提供）：

在三支编号的25mL比色管中，分别加入浓度为0.01mg·mL-1和Fe3+标准溶液0.30mL、0.90mL和1.50mL；并加入25%KSCN2.00mL和3mol·L-1HCl2.00mL、用蒸馏水稀释至刻度并摇匀，即得Fe3+标准系列溶液；其浓度相当于①优级纯（一级）试剂，内含0.003mgFe3+;②分析纯（二级）试剂，内含0.009mgFe3+;③化学纯（三级）试剂，内含0.015mgFe3+。

将试样溶液与标准溶液进行目视比色，确定试剂的等级。

（2）SO42-限量分析试样中微量的SO42-与BaCl2溶液作用，生成白色难溶的BaSO4,溶液发生混浊。

溶液的混浊度与SO42-浓度成正比，因此借比浊法可以对SO42-进行限量分析。

称取1.00gNaCl产品，放入25%mL比色管中，加入10mL蒸馏水使之溶解，再加1mL3mol·L-1HCI和3.00mL25%BaCI2溶液，用水稀释至刻度，摇匀。

按以下用量配制标准系列（由实验室提共）在三支编号的25mL比色管中，分别加入浓度为0.01mg·mL-1SO42-标准溶液1.00ml、2.00mL和5.00mL；并各加入25%BaCl23mL和3mol·L-1HClmL.用蒸馏水稀释至刻度并摇匀，即得SO42-标准系列溶液；其浓度相当于①优级纯（一级）试剂，内含0.01mgSO42-;②分析纯（二级）试剂，内含0.02mgSO42-;③化学纯（三级）试剂，内含0.05mgSO42-。

将试样与标准溶液进行比浊，确定试样的等级。

思考题

（1）除去Ca2+、Mg2+和SO42+时，为什么先加BaCl2溶液，然后要将BaSO4过滤掉后再加Na2CO3溶液？

在什么情况下BaSO4可能转化为BaCO3?

（2）如何除去过量的BaCl2、Na2CO3？

（3）在蒸发浓缩结晶时为什么不能将溶液蒸干？

（4）在检验产品纯度时，能否用自来水来溶解NaCl?

为什么？

实验十六硫酸亚铁铵的制备（常量和微型实验）

实验目的

（1）掌握复盐的一般特征和制备方法；

（2）熟练掌握水浴加热、蒸发、结晶和减压过滤等基本操作；

（3）巩固产品限量分析的方法；

（4）了解微型实验的优点。

实验原理

硫酸亚铁又称摩尔盐，是浅蓝绿色单斜晶体。

作为复盐在空气中比一般亚铁盐稳定，不易被氧化，易溶于水难溶于乙醇。

在定量分析中（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O常用作氧化还原滴定法的基准物。

本实验首先用过量的Fe与稀H2SO4反应制得FeSO4溶液：

Fe+H2SO4→FeSO4+H2↑

然后利用复盐（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O溶解度比组成它的简单盐的溶解度都要小的性质（见表9-16-1），由等物质量的FeSO4与（NH4）2SO4在水溶液中相互作用，生成溶解度较小的复盐（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O

FeSO4+（NH4）2SO4+6H2O→（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O

仪器和药品

仪器：

托盘天平、普通化学天平、布氏漏斗、吸滤瓶、锥形瓶、烧杯、蒸发皿、移液管、比色管、表面皿、煤气灯。

药品：

碎铁片（或铁屑）、Na2CO3（10%）、H2SO4（3mol·L-1）、（NH4）2SO4（固体）、乙醇（95%）、KSCN（1mol·L-1）、Fe3+（0.1000mg·mL-1）标准溶液、pH试纸、滤纸。

表9-16-1溶解度表/g/100gH2O

物质

溶解度

10/℃

20/℃

30/℃

50/℃

70/℃

FeSO4·7H2O

20.5

26.6

33.2

48.6

56.0

（NH4）2SO4

73.0

75.4

78.0

84.5

91.9

（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O

18.1

21.2

24.5

31.3

38.5

实验步骤

1、常量实验

（1）碎铁片的预处理粗称（用何天平？

）4.0g铁片（或铁屑）放入150mL锥形瓶中，加入20mL10%Na2CO3溶液，放在石棉网上火加热至沸，以除去铁片上的油污。

用倾泻法碱液，将碎铁片水洗至中性。

（2）FeSO4的制备在盛有处理过碎铁片的锥形瓶中加入20mL3mol·L-1H2SO4溶液，水浴中加热。

注意控制Fe与H2SO4的反应不要过于激烈，反应期补充水分保持溶液原有体积，避免硫酸亚铁析出。

等反应速度明显减慢时（大约需30min左右）趁热减压过滤，分离溶液和残渣。

如果发现滤纸上有FeSO4·7H2O晶体析出，可用热蒸馏水溶解，然后用2mL3mol·L-1H2SO4洗涤没有反应完的Fe和残渣，洗涤液合并至反应液中（加酸的目的是什么？

）过滤完后将滤液转移至蒸发皿内，没有反应完的铁片用碎滤纸吸干后称重，计算已参加反应的Fe的质量。

（3）（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O的制备根据反应消耗Fe的质量（或生成FeSO4的质量），计算制备（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O所需的（NH4）2SO4的量（考虑到FeSO4的过滤等操作中的损失，（NH4）2SO4用量可按生成FeSO4理论产量的80%计算）。

按计算量称取（NH4）2SO4固体，配成饱和溶液（如何配制？

）加入FeSO4溶液中，混合均匀后在水浴中加热（火不能太大）蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜为止。

自然冷却至室温，即可得到浅蓝色的（NH4）2Fe（SO4）·6H2O晶体。

减压过滤，将液体尽量抽干，用95%乙醇洗涤晶体，抽滤，晶体用滤纸吸干，称重，计算产率。

母液与乙醇洗涤液必须分别回收。

（4）产品中Fe3+的限量分析产品的主要杂质是Fe3+，根据Fe3+与硫氰化钾形成血红色配离子[Fe（NCS）]2+颜色的深浅，用目视比色可确定其含Fe3+的级别。

称取（用何天平？

）1.00g产品，放入25mL比色管中，用少量不含O2的蒸馏水（将蒸馏水用小火煮沸10min以除去所溶解的O2，盖上表面皿待冷却后使用）溶解。

用两支1mL移液管分别取3ml·L-1H2SO4与1mol·L-1KSCN溶液各1.00mL加入到比色管中，再加不含O2的蒸馏水至刻度，摇匀，与标准溶液（由实验室得供）进行比较。

根据比色结果，确定产品中Fe3+含量所对应的级别（见表9-16-2）。

标准溶液的配制：

依次用移液管量取每毫升含Fe3+量为0.010毫克的标准溶液0.5mL、1.00mL、2.00mL。

分别加到三支25mL比色管中，各加入1.00mL3mol·L-1H2SO4和1.00mL1mol·L-1KSCN溶液。

最后用蒸馏水稀释至刻度、摇匀。

表9-16-2不同等级（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O中Fe3+含量

规格

一级

二级

三级

含Fe3+含量/mg

0.05

0.1

0.2

2、微型实验

（1）微型仪器微型锥形瓶（15mL）、微型烧杯（10mL）、微型布氏漏斗（口径¢=20mm、容积V=5mL）、吸滤瓶（¢=19mm、V=20ml）、蒸发皿（10mL）、洗耳球（代替真空泵）、点滴板、多功能铁架台、微型煤气灯。

（2）试剂用量碎铁片（或铁屑）0.5g预处理用的碱（10%Na2CO3）3mL、反应酸（3mol·L-1H2SO4）2.5mL、洗涤酸（3mol·L-1H2SO4）0.3mL、（NH4）2SO4（C.P.）用量根据反应中消耗Fe的质量的80%计算其需要量。

（3）操作条件同常量实验。

只是Fe和H2SO4的反应时间由常量实验的30min左右缩短至5`10min。

（4）产品纯度检验定性检验产品中Fe3+（如何鉴定？

）。

思考题

（1）在制备FeSO4过程中，为什么开始时需Fe过量，并用水浴加热？

而后又将溶液调节至强酸性？

（2）如果制备FeSO4溶液时有部分被氧化，应如何处理才能制得较纯的硫酸亚铁？

（3）为什么在检验产品中Fe3+的含量时，要用不含氧的蒸馏水溶解产品？

11．2热力学性质测定

实验八十乙酸解离常数的测定

实验目的

（1）学习测定乙酸解离数的原理和方法；

（2）加深对弱电解解离平衡基本概念的理解；

（3）掌握酸度计和酸式滴定管的正确使用方法。

实验原理

测定乙酸解离常数的方法很多，本实验介绍两种方法即pH值法和半中和法。

1、pH值测定法

乙酸（CH3COOH简写为HOAc）是弱解质。

在溶液中存在下列解离平衡：

HOAc=H++OAc-

其解离常数表达式为：

（11-80-1）

设c为乙酸的起始浓度，严格来地说，离子浓度应该用活度来代替，但在乙酸的稀溶液中，离子浓度和活度近似相等。

如果在上式中忽略由水解离所提供的H+量，则达平衡时溶液中c（H+）=c（OAc-）（为了简便式中cΘ省略），代入式（11-80-1）中

（11-80-2）

配制一系列已知浓度的乙酸溶液，在一定温度下，用酸度计测定其pH值，根据pH=-lgc（H+）求算c（H+）。

实际上，酸度计所测得的pH值反映了溶液H+的有效浓度，即H+的活度值，在本实验中忽略这种差别。

将C（CH+）代入（11-80-2）式中，即可求得一系列KΘ值，其平均值即为该温度下的解离常数。

2、中和法

将乙酸解离常数的表达式（11-80-1）两边取对数得：

（11-80-3）

用NaOH溶液滴定HOAc时，其反应式为：

OH-+HOAc→OAc-+H2O

当原有乙酸的一半被中和时，剩余的HOAc浓度恰好等于OAc-浓度，即c（OAc-）=c（HOAc），代入式中（11-80-3）得：

（11-80-4）

即

因此，只要用酸度计测出上述溶液的pH值，即可求出HOAc的解离常数。

仪器和药品

仪器：

25型酸度计、酸（碱）式滴定管、烧杯（50mL、洁净、干燥）、玻璃棒、洗瓶、电磁搅拌器。

药品：

标准HOAc溶液（0.1000mol·L-1由实验室提供）、pH=4.00缓冲溶液\酚汰指示剂、标准的NaOH溶液（0.1000mol·L-1由实验室提供）。

PH值法实验步骤

（1）配制不同浓度的乙酸溶液将5只干洁的50ml烧杯编成1～5号，按下表用量两支酸式滴定管分别量取标准的0.1000mol·L-1HOAc溶液和蒸馏水，配制已知浓度的乙酸溶液系列，用玻璃棒搅拌均匀。

表11-80-1

标准HOAc溶液的浓度mol·L：

测定时溶液的温度℃

烧杯编号

HOAc的体积/ml

H2O的体积/ml

配制HOAc溶液的浓度/mol·L-1

PH值

c（H+）/mol·L-1

KΘ（HOAc）

a（HOAc）

1

3.00

45.00

2

6.00

42.00

3

12.00

36.00

4

24.00

24.00

5

48.00

0

（2）测定乙酸溶液的pH值把以上1～5号不同浓度的乙酸溶液按由稀到浓的次序在25型酸度计上分别测定它们的pH值，将所测pH值及时记录于表11-80-1中（25型酸度计使用方法参见12.3）。

数据处理

（1）根据

计算KΘ值，及KΘ的平均值。

（2）计算乙酸的解离度，根据实验结果总结乙酸解离度、解离常数与浓度的关系。

（3）要求写出一组数据的全部运算方法与过程。

其他各组数据只要求将运算结果填入表11-80-1中即可。

（4）求算相对误差并分析误差产生的原因（文献值：

KΘ（HOAc）=1.76×10-5）。

思考题

（1）若改变所测HOAc的溶液的温度，其解离度和解离常数有无变化？

（2）配制和测定不同浓度HOAc溶液的pH值时，为什么按由稀到浓的顺序进行？

（3）若HOAc的溶液浓度很稀，能否应用下列近似公式

求解离常数？

为什么？

（4）怎样正确使用玻璃电极和甘汞电极？

半中和法实验步骤

（1）用酸式滴定管准确量取0.1000mol·L-1HOAc溶液25.00ml，加入2滴酚酞批示剂，在电磁搅拌下，用碱式滴定管装入0.1000molL-1NaOH溶液，滴定至溶液刚刚出现粉红色并在0.5min内不褪色为止。

记录滴定至终点时所消耗的NaOH体积。

重复上述操作至两次相差不超过0.05mL为止。

（2）根据滴定结果，计算中和25.00mL0.1000mol·L-1HOAc标准溶液的一半所需标准NaOH溶液的体积（1/2V）。

用酸式及碱式滴定管分别准确量取所需HOAc和NaOH溶液置于50mL烧杯中，并使之混合均匀。

（3）用25型酸度计测定上述HOAc-NaOAc混合溶液的pH值，记下读数，填入表11-80-2中。

实验室供给的标准NaOH浓度mol·L-1。

表11-80-2

滴定序号

中和25.00ml0.1molL-1HOAc溶液所需NaOH体积/ml

中和12.50Ml0.1mol·L-1HOAc溶液所需NaOH体积/ml

1

2

1.1mol·L-1HOAc溶液的准确浓度mol·L-1。

表11-80-3

HOAc-NaOAc混合溶液编号

混合溶液中c（NaOAc）/mol·L-1

PH值

KΘ（HOAc）

平均值

KaΘ（HOAc）

数据处理

根据式（11-80-4）计算出室温下KaΘ（HOAc）数值，已知Ka（文献）=1.76×10-5，计算相对误差并分析误差产生原因。

思考题

（1）根据乙酸解离平衡说明，在什么条件下才能从测得的pH值来计算乙酸的解离常数？

（2）当HOAc完全被NaOH中和时，反应终点的pH值是否等于7，为什么？

（3）试分析本实验的结果与理论值发生偏差的原因。

[附录]

微型计算机（PC-1500）的使用说明及处理实验数据的程序

1、使用说明

步骤

屏幕显示

按键

说明

1

＞

DEFK

启动程序

2

c（HOAc）

浓度数值ENTER

输入c（HOAc）原始浓度/mol·L-1

3

pH=

pH读数ENTER

输入1号HOAc溶液的pH值

4～7

pH=

重复步骤3，分别输入2、3、4、5号HOAc溶液的pH值

8

自动打印出数据表格及计算结果

2、程序

10：

"K"CLEAR

20：

DIMC（3,4）

30：

INPUT"C（HAa）=";C

40：

C=C/32

50：

FORB=OTO4

60：

C=C*2

70：

C（O,B）=C

80：

INPUT"pH";C（1,B）

90：

H=10∧-C（1,B）:

C（2,B）=H∧2/（C（0,B）-H）:

C（3,B）=H/C（O,B）

100：

M=M+C（2,B）:

E=E+1

110：

NEXTB

120：

GRAPH

130：

SORGN

140：

LINE（50,0）-（200,-480）,0,2,B

150：

FOTATE1

160：

FORA=OTO3

170：

FORB=0TO4

180：

COLOR0

190：

USING"#.##∧":

CSIZE1

200：

GLCURSOR（150-A*30,-5-80*（B+1））:

LPRINTC（A,B）

210：

NEXTB

220：

NEXTA

230：

FORⅠ1TO5

235：

USING"##"

240：

GLCURSOR（180,-30-80*Ⅰ）:

LPRINTⅠ

250：

NEXTⅠ

260：

DIMD$（4）

270：

D$（0）="NO":

D$

（1）="C":

D$

（2）"PH":

D$（3）="K":

D$（4）="a"

280：

FORⅠ=0TO4

290：

GLCURSOR（180-30*Ⅰ,-25）:

LPRINTD$（Ⅰ）

300：

NEXTⅠ

310：

K=M/5:

H=100*（K-1.76*10∧-5）/（1.76*10∧-5）

315：

USING"#.##∧";CSIZE2

320：

GLCURSOR（10,0）;LPRINT"K（average）=";K

325：

USING"####.##"

330：

GLCURSOR（10，-280）；LPRINT"error%=";H;"%"

340：

TEXT

345：

LF5

350：

END