1、 第三部分 開放、綜合及設計實驗實驗一 綜合實驗氯化銨的提純一、實驗內容1. 自擬提純粗NH4Cl固體制備試劑級NH4Cl的實驗方案。其中包括實驗原理、操作步驟及操作條件。2. 稱取20g粗NH4Cl固體（含泥沙等不溶性雜質和Ca2+, Mg2+, Fe2+, K+, SO42-等可溶性雜質），按照教師審閱后的自擬方案進行提純。3. 成品中Fe3+和SO2-4的限量分析。(1) Fe3+的限量分析。稱取2.00gNH4Cl樣品，放入25ml比色管中，加10ml蒸餾水溶解，再加2.00ml 10%磺基水楊酸溶液和2.00ml 10%NH3·H2O，用蒸餾水稀釋至刻度搖勻，與標準比色溶液

2、（準備室給出）進行比色，確定NH4Cl試樣的等級。(2) SO42-的限量分析。稱取1.00gNH4Cl樣品，放入25ml比色管中，加10ml蒸餾水溶解，再加5.00ml 95%乙醇和1.00ml 3mol·L-1HCl溶液，在不斷振蕩下滴加3.00ml 25%BaCl2溶液，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，與標準比濁液（準備室給出）進行比濁，確定試樣等級。二、提示1. 方案應有計劃、有步驟地除去不溶性和可溶性雜質，可以從形成難溶性物質來考慮除去可溶性雜質，同時根據有關難溶鹽的溶度積數據，選擇適當的沉淀劑。雜質除盡后，要作必要的“中間控制”檢驗。2. 為使沉淀顆粒較大，便于分離，可在溶液處

3、于較高溫度時逐滴加入沉淀劑，當加足沉淀劑后要讓溶液溫熱一段時間（陳化）。3. 磺基水楊酸在微堿性溶液中（pH=9-11.5氨性溶液）與Fe3+生成黃色的磺基水楊酸鐵配合物。三、標準色階的配制1. 比色用標準色階的配制。分別準確量取0.40，1.00，2.00ml濃度為0.01mg·ml-1的Fe3+溶液于25ml比色管中，照本實驗三中的用量加入10%磺基水楊酸和10%NH3·H2O，并用水稀釋至刻度，搖勻即可。上述標準溶液內Fe3+含量依次為：0.0002%, 0.0005%,0.001%。各級NH4Cl中所允許的Fe3+最高含量為：優級純不大于0.0002%；分極純不大于

4、0.0005%；化學純不大于0.01%。2. 比濁用標準色階的配制。分別量取0.20、0.50ml濃度為0.1mg·ml-1的SO42-離子溶液于25ml的比色管中，照本實驗3(2)中的用量加入95%乙醇3mol·L-1和25%BaCl2溶液，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻即可。上述溶液內SO42-含量依次為：0.002%,0.005%。各級NH4Cl中所允許SO42-最高含量為：優級純不大于0.002%；分析純不大于0.005%；化學純不大于0.005%。 實驗二 綜合實驗溶液、溶解、溶解度、濃度一、實驗目的(1) 通過本實驗，加深對溶液、溶解、溶解度及濃度等概念的理解。(2)

5、 熟練配制緩沖溶液、測定溶解度、控制反應條件、實現指定條件下反應等實驗技術。二、實驗內容1. 配制下列緩沖溶液(1) 用固NH4Cl和NaOH配制50ml含NH4Cl和NH3各1mol·L-1的緩沖溶液。(2) 用固體NaAc和6mol·L-1HCl溶液配制50m1含NaAc和HAc各0.5mol·L-1的緩沖溶液。用精密pH試紙測定pH值。2. 制備并用適當方法使下述各難溶化合物溶解CuS AgBr MnS SrSO43. 用實驗方法證明濃度、溫度對下列平衡的影響CuSO4 + 4KBr = K2CuBr4+ K2SO44. 通過實驗完成下列反應(注意實現反應的

6、條件)CrCl3 + Na2S NaHCO3 + KCr(SO4)25. 選擇適當沉淀劑，用實驗將下列溶液中的各離子分開，并檢查分離效果(1) Ag+與Mg2+的混合液。(2) Pb2+，Ba2+和Al3+的混合液。6. 硝酸鉀溶解度的測定準確稱取不同重量的干燥KNO3晶體，分別溶解在10ml水中，加熱，攪拌使之全部溶解。緩慢冷卻至每一種溶液中剛有晶體析出，分別記下溶液的溫度。待所有溶液中都析出晶體后，再將各溶液緩慢加熱，同時不斷攪拌，分別測定各溶液中晶體剛完全消失的溫度。如果該溫度與溶液冷卻過程中剛析出晶體的溫度一致，這時溶液的濃度(以每100g水中所溶解的溶質克數表示)就是該溫度下的溶解度

7、。自擬實驗步驟，測定不同溫度下KNO3的溶解度(45個實驗點)。根據測得的數據，繪制KNO3的溶解曲線。 實驗三 設計實驗塑料表面鍍金屬非金屬材料電鍍技術，早在100多年前就為人們所了解。1835年，利佰格(Liebig)用醛還原銀時，發現了銀鏡反應玻璃上沉積銀。1884年，羅伯(Rober)和阿穆雷格(Amurrag)把石墨涂在非金屬材料表面，使它們導電，然后，經過電沉積得到銅的雕刻板。從此以后，非金屬材料電鍍技術逐漸發展起來，特別是近20年以來，隨著塑料工業和電子工業的高速發展，非金屬材料電鍍技術也迅速發展，至今已成為一門新型的獨特的專門技術。金屬電鍍是用電化學方法，在基體金屬的表面上沉積

8、一層金屬或合金，以達到防護、裝飾或獲得某些新性能的目的，也稱為常規電鍍。非金屬材料電鍍一般是先通過化學鍍的方法，在非金屬材料表面上形成導電膜，然后進行常規電鍍，以加厚膜層，使之具有非金屬和金屬材料兩者的優點。非金屬材料電鍍中，塑料電鍍占的比重最大，其中又以ABS塑料為主。塑料電鍍件因具有耐蝕、耐磨、導電、美觀、輕便等性能，應用越來越廣泛，已由日用品和家用電器，延伸到各個工業部門和尖端科學技術領域。其具體應用情況如下：(1) 日常生活用品。目前，塑料電鍍件廣泛用作日常生活用品，如手提包上的裝飾件、衣服鈕扣、廚房用具、洗手間設備、紀念章，等等。(2) 電子和電氣工業。塑料電鍍件在電子和電氣工業中，

9、已普遍使用，如電視機、電冰箱、洗衣機、音響等家用電器上的各種旋鈕、按鈕、換向開關、裝飾板、裝飾框，以及各種儀器、設備上的銘牌、印刷線路板、儀器內部的小型結構件、屏蔽罩等。在聚酯薄膜上鍍以磁性鍍層，如鎳鈷或鎳鐵合金鍍層之后，可用來制作印刷線路板、靜電擴音器、電子計算機中的磁性“記憶”元件等。(3) 汽車工業。塑料電鍍件用于汽車工業的目的，主要是減輕質量、增加運載能力，其次是替換某些金屬裝飾件，提高裝飾件的耐蝕性，保持其長久美觀，如可用作空調裝置外殼、擋泥板、扶手、儀表板、反射鏡、門柄等等。(4) 軍事工業和空間技術領域。塑料電鍍件的特殊用途主要是指在軍事工業、空間技術領域中的應用。聚苯乙烯、泡沫

10、聚氨酯鍍銀或其它金屬后，可制作輕型波導管和天線。聚四氟乙烯電鍍銅、錫、鉛、銀以及其它合金后，可制作火箭中所需的密封圈。尼龍電鍍后，不易受潮變形，可制作火箭、宇宙飛船、空間探測器等的一些零部件。一、塑料制品的鍍前處理塑料制品電鍍前，必須經過化學除油、化學粗化、敏化、活化、還原、化學鍍等處理，在其表面形成導電層，然后再通過該導電層與金屬制品一樣進行電鍍。1. 化學粗化。化學粗化是通過強酸性氧化劑的腐蝕、氧化作用，使塑料制品表面由憎水性變為親水性，并在其表面形成適當的粗糙度，以保證鍍層具有良好的附著力。一般來說，溫度高，粗化效果好，但溫度過高，塑料制品容易變形，所以，粗化溫度要受到塑料制品變形溫度的

11、限制。2. 敏化。經過粗化后，塑料制品表面具有一定的吸附能力，然后進行敏化處理。敏化是使塑料制品在敏化液中吸附一層易氧化的還原性物質，為后續處理提供條件。常用的敏化劑是SnCl2或TiCl3溶液。3. 活化。塑料制品經敏化處理后，表面吸附有還原劑，迅速將它浸入含有貴金屬鹽的活化液中，還原劑就會將貴金屬鹽還原成金屬，吸附于制品表面，形成一層具有催化活性的金屬膜。化學鍍銅時，活化液常為AgNO3溶液，當敏化處理是用SnCl2時活化處理，發生如下反應： Sn2+ 2Ag= Sn4+ 2Ag反應析出的銀微粒具有催化活性，它既是化學鍍的催化劑，又是化學鍍的結晶核心。4. 還原。塑料制品經過活化處理后，表

12、面會吸附有活化劑，如Ag+，將它帶入化學鍍液中，會影響鍍液的穩定性。所以，化學鍍之前，要用一定濃度的化學鍍液中的還原劑溶液浸漬制品，將活化劑除去。化學鍍銅時，還原處理用稀甲醛溶液。5. 化學鍍。化學鍍是在金屬的催化作用下，通過可控制的氧化還原反應產生金屬沉積的過程。化學鍍液的成分包括金屬鹽、還原劑、絡合劑、pH調節劑、穩定劑、潤濕劑和光亮劑等。經過化學鍍，塑料制品表面形成金屬層，它是塑料制品進一步電鍍金屬的導電層。化學鍍銅通常用甲醛作還原劑，但甲醛在堿性條件下(pH值為1113)，才有足夠的還原性，因此，含Cu2+的溶液中必須使用絡合劑，如酒石酸鹽、乙二胺四乙酸鈉等。同時，為了改善鍍液和鍍層性

13、能，要在鍍液中加入適當的添加劑。甲醛為還原劑時，各種鍍液中發生的主要反應為 Cu2+ 2HCHO + 4OH- Cu+2HCOO- + 2H2O + H2由于化學鍍銅液極易分解，故先配為(A)、(B)兩種溶液，使用時再混合。(A)液含有銅鹽、絡合劑、緩沖劑、pH調節劑等，(B)液為甲醛溶液。二、電鍍鎳電鍍鎳時，塑料制品為陰極，金屬鎳為陽極，鎳鹽溶液為電鍍液。電鍍時，Ni2+在陰極上被還原成金屬鎳，沉積在陰極表面，形成鍍鎳層。為了使鍍層平整、光亮，還要在電鍍液中加入適當的添加劑。電鍍過程中主要的電極反應如下：陰極Ni2+2e Ni 2H+ + 2e H2陽極Ni Ni2+ 2e三、實驗內容1.

14、鍍前處理將鍍件依次放入下列溶液中進行預處理，操作順序如后所示。2. 化學鍍銅將經過上述各類處理后的塑料制品在2030下，放入剛混合好的化學鍍銅液中，浸泡2030min，并適當抖動。取出鍍件后，用自來水沖洗。 塑料制品鍍前預處理工藝： 序 號 處理液名稱 溫度 浸泡時間min 處理后消洗方法1 化學除油液 5070 310 熱水洗自來水洗2 化學粗化液 5070 1020 熱水洗自來水洗3 敏化液 室溫 15 自來水洗去離子水洗4 活化液 室溫 15 自來水洗5 還原液 室溫 0.20.5 無 3. 電鍍鎳電鍍槽的陽極(帶有陽極套的鎳板)與直流電源的正極相聯，串聯電流表。電鍍槽的陰極(塑料制品)

15、與直流電源負極相聯，串聯可調電阻。電鍍工藝條件：溫度：4050時間：2030minpH值：4.04.6陰極電流密度：1.53A·dm-2陽極面積與陰極面積比：231四、預習思考題(1) 金屬電鍍與非金屬電鍍有何異同?(2) 什么是化學鍍?其原理和作用是什么?(3) 敏化液中加入鹽酸和錫條的目的是什么?敏化處理后，為什么用自來水沖洗后還需用去離子水洗? 實驗四 設計實驗廢電池的回收與利用一、實驗目的（1）進一步熟練無機物的實驗室提取、制備、提純、分析等方法與技能；（2）學習實驗方案的設計；（3）了解廢棄物中有效成分的回收利用方法。一、實驗原理與材料準備日常生活中用的干電池為鋅錳干電池。

16、負極為作為電池殼體的鋅電極，正極是被MnO2（為增強導電能力，填充有炭粉）包圍著的石墨電極，電解質是氯化銨的糊狀物。其電池反應為：Zn+2NH4Cl+3MnO2 = Zn(NH3)2Cl2 + 2MnOOH在使用過程中，鋅皮消耗最多，二氧化錳只起氧化作用，氯化銨作為電解質沒有消耗，炭粉是真料。因而回收處理廢干電池可以獲得多種物質，如銅、鋅、二氧化錳、氯化銨和炭棒等。 回收時，剝去電池外層包裝紙，用螺絲刀撬去頂蓋，用小刀挖去蓋下面的瀝青層，即可用鉗子慢慢拔出炭棒（連同銅帽），可留著作電解食鹽水等的電極用。用剪刀（或鋼鋸片）把廢電池外殼剝開，即可取出里面黑色的物質，它為二氧化錳、炭粉、氯化銨等的混

17、合物。把這些黑色混合物倒入燒杯中，加入蒸餾水（按每節大電池加50ml水計算），攪拌，溶解，過濾，濾液用以提取氯化銨，濾渣用以制備MnO2及錳的化合物。電池的鋅殼可用以制鋅及鋅鹽。剖開電池后（請同學利用課外活動時間預先分解廢干電池），按老師指導思想定從下列三項中選做一項。三、從黑色混合物的濾液中提取氯化銨1. 要求(1) 設計實驗方案，提取并提純氯化銨。(2) 產品定性檢驗：a.證實其為銨鹽；b.證實其為氯化物；c.判斷有否雜質存在。(3) 測定產品中NH4Cl的百分含量。2. 提示已知濾液的主要成分為NH4Cl和ZnCl2,兩者在不同溫度下的溶解度（g/100g水）不同，氯化銨在100時開始顯

18、著地揮發，338時離解，350時升華。氯化銨與甲醛作用生成六次甲基四胺和鹽酸，后者用氫氧化鈉標準溶液滴定，便可求出產品中氯化銨的含量。有關反應為：4NH4Cl + 6HCHO = (CH2)6N4 + 4HCl + 6H2O測定步驟如下：準確稱取約0.2g固體NH4Cl產品兩分，分別置錐形瓶中，加蒸餾水30ml、40%甲醛2ml（以酚酞為指示劑，預先用0.1mol·L-1NaOH中和,以除去甲醛中含的甲酸）,酚酞指示劑34滴,搖勻,放置5min,然后用0.1mol·L-1NaOH標準溶液滴定至溶液變紅, 30s不退色即為終點。氯化銨的百分含量按下式計算：NH4Cl%=100

19、×0.535CV/W式中，C，V分別為NaOH標準溶液的濃度及滴定時耗用的體積（ml），W為NH4Cl試樣的重量（g），0.0535為NH4Cl式量除以1000的值。用同樣方法測定另一份試樣，然后計算NH4Cl%平均值。3. 參考文獻(1) 蘇IO.B.卡爾雅金等著,純化學試劑,高等教育出版社,1989.6。(2) 日本化學會編,無機化合物合成手冊(第二卷),化學工業出版社,1986.3。(3) 李朝略主編,化工小商品生產法(第一集),湖南科學技術出版社.1985.11。(4) 江體乾主編.化工工藝手冊,上海科學技術出版社,1992.2。四、從黑色混合物的濾渣中提取MnO21. 要求

20、設計實驗方案，精制二氧化錳。設計實驗方案，驗證二氧化錳的催化作用。試驗MnO2與鹽酸、MnO2與KMnO4的作用。2. 提示黑色混合物的濾渣中含有二氧化錳、炭粉和其他少量有機物。將之用水沖洗濾干固體，灼燒以除去炭粉和其他有機物。粗二氧化錳中尚含有一些低價錳和少量其他金屬氧化物，也應設法除去，以獲得精制二氧化錳。純二氧化錳密度5.03g·cm-3, 535分解，不溶于水、硝酸、稀H2SO4中。取精制二氧化錳作如下試驗：(1) 催化作用 二氧化錳對氯酸鉀熱分解反應有催化作用。(2) 與濃HCl的作用 二氧化錳與濃HCl發生如下反應放出氯氣，注意：所設計的實驗方法（或采用的裝置）要盡可能避

21、免產生實驗室氣污染。(3) MnO42-的生成及其歧化反應 在大試管中加入5ml0.002mol·L-1，KMnO4及5ml2mol·L-1NaOH溶液，再加入少量所制備的MnO2固體。驗證所生成的MnO42-的歧化反應。3. 參考文獻(1) 李朝略主編，化工小商品生產法，湖南科學技術出版社，1985.11。(2) 中山大學等校編,無機化學院實驗,高等教育出版社,1983.1。(3) 陳壽椿編,重要無機化學反應(二版),上海科學技術出版社,1982.12。五、由鋅殼制備ZnSO4·7H2O1. 要求(1) 設計實驗方案,以鋅單質制備七水硫酸鋅。(2) 產品定性檢驗

22、：a.證實為硫酸鹽；b.證實為鋅鹽；c.不含Fe3+,Cu2+。2. 提示將潔凈的碎鋅片以適量的酸溶解。溶液中有Fe3+,Cu2+雜質時，設法除去。七水硫酸鋅極易溶解于水（在15時，無水鹽為33.4%），不溶于乙醇。在39時溶于結晶水，100開始失水。在水中水解呈酸性。3. 參考文獻(1) 蘇IO.B.卡爾雅金等著,純化學試劑,高等教育出版社,1989.6。(2) 上海化工學院無機化學教研組編，無機化學實驗，人民教育出版社，1979.2。(3) 江體乾主編.化工工藝手冊,上海科學技術出版社,1992.2。(4) 天津化工研究院主編，無機鹽工業手冊，化學工業出版社，1981.12。 實驗五 開放

23、實驗-107建筑涂料和膠粘劑的制備及應用一、實驗目的（1） 了解聚乙烯醇縮甲醛膠的合成及107建筑涂料的配制，了解涂料的一般組成。（2） 了解環氧樹酯的粘結原理及分子量、結構對粘結性能的影響，學會環氧樹脂膠粘劑的配制和使用。（3） 了解其它常見膠粘劑在塑料、橡膠、玻璃、金屬等材料粘結上的應用。二、實驗原理1. 合成涂料合成涂料是以有機高分子為基料加入填料、顏料、分散劑、固化劑等添加劑而形成的可用于材料表面涂覆的混合物質。有機高分子為主要成膜物質，填料主要起骨架、減小體積收縮、降低成本的作用；顏料起調色的作用，加入分散劑是為了使無機顏填料在有機高分子基料中分散均勻、防止沉淀，另外還可根據情況加入

24、消泡劑、偶聯劑、防霉劑、防銹劑、增稠劑等。合成涂料種類繁多，常用的有醇酸類、硝基類，聚乙烯醇縮醛類、聚醋酸乙烯酯類、聚丙烯酸酯類、聚酯樹脂、環氧樹脂、聚氨酯樹脂等。聚乙烯醇縮甲醛涂料（即107涂料)是以聚乙烯醇縮甲醛為基料，配以碳酸鈣(填料)，滑石粉(填料)、鈦白粉(顏料)、六偏磷酸鈉(分散劑)、磷酸三丁酯(消泡劑)等而成的建筑用內墻涂料。聚乙烯醇縮甲醛是由聚乙烯醇水溶液在酸性條件下與甲醛發生縮合反應而制得的。2. 合成膠粘劑 合成膠粘劑通常是以具有粘性的有機高分子為主料加入固化劑、增韌劑、偶聯劑、填料等添加劑組成的復雜物質。 主料通常是一種或幾種有機高分子化合物混合而成，常用的有環氧樹脂、酚

25、醛樹脂、聚氨酯樹脂、氰基丙烯酸酯、氯丁橡膠等，由于它們含有多種極性基因，可與金屬表面產生化學鍵，因而粘附性能良好，膠接強度較高。固化劑也稱硬化劑，常用的有草酸、鄰苯二甲酸酐、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚、乙二胺等。在膠接過程中使主料的線型結構轉變為體型結構的高分子物質，提高其粘結強度，是熱固性樹脂膠粘劑的必不可少組分。 增韌劑能增強接合部韌性降低脆性。填料的加入可提高膠接強度、硬度、甚至賦予膠粘劑以新的特殊性能。環氧樹脂種類很多，其中使用最早最廣泛的是二酚基丙烷環氧樹脂，簡稱雙酚A型環氧樹脂。是由二酚基丙烷(雙酚A)與過量的環氧氯丙烷在NaOH水溶液中進行縮聚反應而制得的。聚合度,n=0

26、20，樹脂的平均分子量為3407000不等，均為線型結構。1mol雙酚A和大于2mol環氧氯丙烷反應所得的是小分子量的液狀樹脂，隨著聚合物鏈節數的增加，樹脂由液態轉變為高熔點的固態。低分子量環氧樹脂用途最廣泛，特別是分子量在450左右的樹脂，不僅使用方便，而且成本較低。 環氧樹脂分子結構中含有羥基，醚鍵，環氧基。這些極性基團的存在，能與被粘接物表面產生較強的結合力。羥基能和一些非金屬元素形成氫鍵，環氧基可與一些金屬表面產生化學鍵，因此,粘附性能良好，膠接強度高,俗稱萬能膠。但環氧樹脂固化后性能較脆，一般需進行增韌改進。 三、儀器與試劑 (1) 儀器：烘箱，電爐，表面皿，涂4杯粘度計，燒杯，天平

27、，溫度計(0200)，電吹風，秒表，玻璃棒，變壓器，比重計，攪拌器。 (2) 聚乙烯醇(PVC，1799，工業品)，甲醛，鹽酸，NaOH，碳酸鈣，滑石粉；鈦白粉，立德粉，磷酸三丁酯，六偏磷酸鈉,環氧樹脂(E44、E51)，乙二胺(或草酸、鄰苯二甲酸酐)，苯，聚砜，雙氰胺，二甲基甲酰胺，三氯甲烷，白炭黑，氯丁酚醛膠粘劑，白乳膠，丙酮。 (3) 其它材料：金屬片；塑料片，橡膠片，木片，布條，砂紙。四、實驗內容 1. 107涂料 (1) 107膠的合成稱取聚乙烯醇5g，倒入裝有40cm3水的燒杯中(100cm3)，水浴加熱至8090之間，使聚乙烯醇完全溶解，加入HCl調節pH=23，攪拌，溫度降至8

28、085(用變壓器調節)，逐滴加入2g甲醛(36)，攪拌反應40min，降低溫度至50，加NaOH調pH=78，冷卻，即得107膠。用比重計和涂4杯粘度計測定107膠的比重和粘度。 (2) 107涂料的配制取20g上述合成的107膠，加水10cm3，攪勻，依次加入碳酸鈣7g，滑石粉3g：立德粉2g，鈦白粉1g，六偏磷酸鈉3滴，攪拌加入磷酸三丁酯2滴消泡，用沙布過濾即得產品。 2. 環氧樹脂膠粘劑 配方：E51環氧樹脂20g，乙二胺2g(或草酸9g、鄰苯二甲酸酐15g)，稀釋劑苯2.5cm3,填充劑滑石粉適量。先稱20g環氧樹脂于50cm3燒杯中，加入苯攪勻，一邊攪拌、一邊加入乙二胺2g，再視粘度情況加入少量滑石粉，使粘度適宜，完全攪勻即成。 粘合操作：(1) 表面處理：將金屬片或玻璃片用砂紙擦磨，再用苯或丙酮除去油污。(2) 粘合：將處理后的粘合面，用粘合劑薄薄涂上一層，放置幾分鐘，再涂上一層，即將兩個粘合面粘住。為