現代化學基礎實驗

(ExperimentsinBasicmodernchemistry)

指

導

書

湖北民族學院

化學與環境工程學院

一、課程實驗的地位、作用和目的

現代化學基礎實驗是本課程的重要組成部分，是培養學生獨立操作、觀察

現象、分析歸納、撰寫報告、科研訓練等能力的重要環節。

二、課程實驗成績評定

1.考核方式：考查

2.評分標準：實驗態度、紀律占20%,預習及操作占40%,實驗報告占40%

3.每次實驗按評分標準實行5分記成績

4.總成績由各次實驗成績綜合后按總分20分計入課程總成績。

5.實習課無故缺席一次，扣除其全部實驗成績，缺席兩次取消其考試資格。

三、課程實驗要求（如表）

教學要求

序項目實驗實驗適用

內容提要（了解觀察、熟悉、掌握、熟練掌握實驗方式備注

號名稱課時類別專業

及運用等）

分子結構通過球棍模型的教師指

和晶體結應用化學

制作或CAI實驗了解分子及晶體的空間結構，掌驗證導下學

1構模型2化學

了解分子結構及握sp"型球棍模型的制作方法。性生獨立

（或CAI化工工藝

實驗）晶體結構完成

配位化

合物的

教師指選做

結構測

用磁天平測定配了解磁天平測定原理，掌握磁天驗證導下學6個，

22同上

合物的磁矩。平的使用方法。性生獨立

定（磁總學

完成時不

天平超過

18學

法）時。

化學反

教師指

應摩爾用量熱法進行化

了解量熱法測定原理，掌握其操驗證導下學

32學反應摩爾焙變同上

作方法。性生獨立

熔變的的測定。

完成

測定

同上

教師指

溶解平掌握試管操作方法，理解沉淀的

用試管操作完成驗證導下學

42生成、溶解、轉化及分步沉淀規

溶解平衡實驗性生獨立

衡律。

完成

醋酸電同上

離度和

通過測定pH值，教師指

經驗電

計算醋酸電離度了解pH計的測定原理，掌握其驗證導下學

52

和經驗電離平衡操作方法。性生獨立

離平衡

常數完成

常數的

測定

同上

二組分教師指

用步冷曲線測掌握步冷曲線測定方法和相圖

驗證導下學

6金屬相4定、繪制Sn-Bi繪制，了解相圖中點、線、面所

性生獨立

合金相圖代表的意義。

圖完成

同上

雙液氣用沸點儀及阿貝教師指

掌握沸點儀及阿貝折光儀測定

折光儀測定并繪驗證導下學

7液平衡4方法和相圖繪制，了解相圖中

制雙液氣液平衡性生獨立

點、線、面所代表的意義。

相圖相圖完成

氧化還同上

原反應教師指

用試管操作和電

掌握電位計測定方法，理解氧化驗證導下學

8及電極4位計測定電對的

還原本質和能斯特方程的意義。性生獨立

電極電勢高低

電勢的完成

測定

化學反同上

用簡單玻璃器

應速率教師指

1皿、溫度計、秒

掌握反應速率和活化能的測定驗證導下學

及活化4表等及恒溫裝置

原理及測定方法。性生獨立

0測定反應速率及

完成

能的測活化能

定

同上

仃機

教師指

1化學的用試管操作完成

掌握妙及煌的衍生物的特性實驗證導下學

4煌及煌的衍生物

驗的操作方法。性生獨立

1性質及的特性實驗

完成

反應

同上

茶葉中教師指

1用索氏抽提器提掌握回流、分液萃取、干燥、升

綜合導下學

提取咖4取茶葉中的咖啡華、蒸儲等操作，了解天然產物

性生獨立

2因。的提取方法和用處。選做

完成

啡因5個，

總學

時不

同上超過

18學

用分析天平、容

溶液配教師指時。

1量瓶等完成溶液

熟練掌握溶液配制和酸堿滴定綜合導下學

制和酸4配制，用酸式滴

方法。性生獨立

3定管、吸量管等

完成

堿滴定完成酸堿滴定。

地下同上

水總硬

用配位滴定法對教師指

1度及鈣

地下水總硬度及綜合導下學

3熟練掌握配位滴定方法。

鈣離子含量的測性生獨立

4離子含

定。完成

量的測

定

同上

含銘廢教師指

1

用沉淀法對含銘掌握水中有毒離子的沉淀處理綜合導下學

水的處3

廢水進行處理。凈化方法。性生獨立

5

理完成

同上

碘鹽的用重結晶技術教師指

1

綜合導下學

制備與3對食鹽進行加掌握重結晶技術和方法原理。

性生獨立

6

檢驗碘。完成

比色法同上

測定水用比色法測定教師指

1

掌握比色法測定技術和方法原綜合導下學

果中維4水果中維生素

性生獨立

7理。

生素的的含量完成

含量

植物中同上

用消解方法使

某些元教師指

1植物中某些元

了解消解方法原理，掌握元素分設計導下學

素的分4

析方案的設計。性生獨立

8素得到完全分

離和鑒完成

離。

定

植物葉同上

綠體色

用萃取提取工教師指

1素的提

藝，色譜純化工掌握萃取提取工藝，色譜純化工綜合導下學

4

藝及儀器表征方藝及儀器表征方法。性生獨立

9取、分

法完成

離及表

征

聚合氯同上

化鋁絮

教師指

2凝劑的

用沉淀法制備聚掌握制備方法和原理。了解絮凝綜合導下學

4

合氯化鋁絮凝劑機理。性生獨立

0合成與

完成

性能表

征

草酸合|"1[-.

鐵（IH）

教師指

2酸鉀的通過配合反應制

掌握草酸合鐵（IH）酸鉀的制備綜合導下學

4備草酸合鐵（III）

及其組成測定方法。性生獨立

1制備及酸鉀

完成

其組成

測定

成都府同上

南河水教師指

2測定成都府南河

綜合導下學

域COD4水域不同地段的掌握COD的測定方法和原理

性生獨立

2COD?

分布特完成

征研究

同上

從銅制

設計一個合成工設

2備二水

藝流程，純化工由實驗室提供原料，學生擬訂實計學生獨

4

藝及純度檢查方驗案，教師檢查后，進行實驗性立完成

3合氯化

法

銅

酸牛奶同上

的酸度

設

2

設計一個分析工由實驗室提供原料，學生擬訂實計學生獨

和鈣含4

藝流程驗案，教師檢查后，進行實驗性立完成

4選做

量的測3個，

總學

定

時不

超過

同上

12學

葡萄糖時。

設計一個合成工設

2

藝流程，純化工由實驗室提供原料，學生擬訂實計學生獨

酸鋅的4

藝及純度檢查方驗案，教師檢查后，進行實驗性立完成

5

制備法

同上

水熱法

設計一個合成工設

2制備納

藝流程，純化工由實驗室提供原料，學生擬訂實計學生獨

4

藝及純度檢查方驗案，教師檢查后，進行實驗性立完成

6米SnCh

法

微粉

聚丙烯同上

酸鈉高

設計一個提取工設

2吸水樹

藝流程，純化工由實驗室提供原料，學生擬訂實計學生獨

4

藝及性能表征方驗案，教師檢查后，進行實驗性立完成

7脂的合

法

成與性

能表征

實驗一、分子結構和晶體結構模型（CAI實驗）

【實驗目的】

（1）熟悉部分無機化合物（無機離子）的雜化方式及空間構型

（2）了解部分晶體的空間構型；

（3）了解金屬晶體的密堆積構型。

【實驗提要】

本實驗通過擦CAI課件教學，加深對分子結構和晶體結構理論的理解及其

空間構型的認識。

部分無機化合物（無機離子）的中心原子以某種特定的雜化方式與其他原子

成鍵，得到一固定的空間構型。

晶體依其晶格結點上不同類型的粒子，可分為離子晶體、分子晶體、原子

晶體、金屬晶體四種基本類型。

離子晶體的空間構型上要由其正、負離子的半徑比（r+/r_）確定。

金屬晶體中常見有三種緊密堆積方式。

【實驗要求】

在CAI室觀看：1）sp\Hspn（或sp%m）雜化與成鍵，得到一固定的空間構型；

2）部分離子晶體、分子晶體、原子晶體、金屬晶體及過渡型晶體的空間構型。

【實驗內容】

1、填表

表7.1分子或離子的雜化及其空間構型

物質雜化方式雜化軌道數雜化軌道間夾角空間構型

BeCI2

BCI3

CH”

CH3CI

NH3

H2O

2t

[Cu(NH3)4]

[FeFj3-

表7.2晶體的空間構型

晶格結點上

物質晶體類型粒子間的作用力空間構型

的粒子

CsCI

NaCI

立方ZnS

石墨

干冰

金剛石

表7.3金屬晶體的密堆積

物質配位數空間利用率實例

面心立方堆積

體心立方堆積

密集六方堆積

【思考題】

(1)BCL分子與N%分子的空間構型是否相同？試用雜化理論解釋之。

(2)影響離子晶體的晶格能的因素有哪些？

⑶簡述簡單AB型離子晶體的空間結構特征。

實驗二、配位化合物的結構測定（磁天平法）

【實驗目的】

1.掌損古埃（Gouy）法測定滋化率的原理和力法；

2.從實驗測得的磁化率計算中心離子的未成對電子數。

【基本原理】

物質（或稱為磁介質）置于磁場中，由于磁場的誘導（或稱為磁化）、物質本

身將產生一個附加磁場，這時物質內部的磁場強度為磁通量密度B:

B=（"+M）〃o（D

式中B、H、M均為向量。H為外磁場強度，M為磁化強度，為真空的磁

導率。

在外磁場中，物質的磁性表現出三種情況：（1）反磁性，是由于外磁場誘導

而產生的磁性，其磁化強度（或附加磁場強度）與外磁場方向相反，（2）順磁性，

物質本身具有的磁性，其磁化強度（或附加磁場強度）與外磁場方向相同；（3）鐵

磁性，物質被磁化的性質表現得很強烈，其磁化強度是很大的正值，并在外磁

場移走后，物質的磁性具有滯后現象。

物質磁性常用磁化率表示其大小。式（1）可表示為：

BMs、

—=1+—=1+7（2）

AoH

力稱為體積磁化率，無量綱。由體積磁化率可算出質量磁化率先,：

Xm=~^kg-'）（3）

P

P為物質的密度（依?機"）。由質量磁化率先,可算出摩爾磁化率力也

ZMM=力加/p（依小）(4)

M為分子量（g-moL）。

物質摩爾磁化率力M摩爾順磁磁化率力"和摩爾反磁磁化率力"的和:

ZM=ZP+%/(5)

其中心與原子或分子具有的永久磁矩和溫度的關系為:

:“ON/?

(6)

3kT

其中N為Avogadro常數，2為BoIzemann常數，T為絕對溫度，//為磁

矩，其單位為Bohr磁子(B.M.),數值為9.24X10一”.m?。所以順磁

性物質其力〃>0。在實際測出的摩爾磁化率還包括Van,Vleek順磁性不科，

因此摩爾磁化率應為：

dNG

X=力+Xvy(7)

M3kT

但Van,Vleck順磁性是無法測定的，于是只能得出：

/=7一/-/。3+y

(8)

Zp7cMAd3攵7ZvjV

將％"算在內。在由順磁磁化中計算磁矩時，只能由力，算出永久磁矩,

即為有效磁矩”⑵，故

(9)

(10)

其單位是B.M.o

大部分第一過渡系元素離子在周圍配體電場中其軌道滋矩完全凍結，其順

磁磁性由電子自旋運動產生，則其磁矩

4=J4s(s+1)B.M.(11)

由于s=(n為未成對電子數)

2

4=J〃(〃+2)(12)

但有些過渡金屬離子的配合物磁矩比由式(12)計算的磁矩偏大，如3d電

子為6、7、8的一些離子的配合物，其原因是由于軌道滋矩完全凍結，第一過

渡系元素離子的磁矩有關實驗值列入表2.1中

由于多數第一過渡系的金屬離子磁矩只與其未成對的電子數相關，而金屬

離子所含的未成對電子數的多少，又可推斷配合物中金屬離子的電子排布和配

合物的構型，因此磁化率方法是測定第一過渡金屬配合物的電子配布和構型的

一種方法。

表2.1第一過渡金屬離子的磁矩(B.M.)

離子3d電子不成對電子數4=+2)4喈的實測值

Sc"、Ti"、V"0000

T產、e111.731.77-1.79

V3+222.832.76-2.85

V2\Cr3\Mn"333.873.68-4.00

Cr2\Mn/444.904.80-5.06

Mn"、Fe"555.925.2-6.0

Fe2+644.905.0~5.5

Co2t733.874.4-5.2

N產822.832.9~3.4

Cu2+911.731.8-2.2

Cu\Zn2+10000

下面就具體介紹采用古埃磁天平法測定物質的磁化率。古埃磁天平的結構

如圖2.1所示。

分析天平

樣品管

電磁鐵

把樣品裝入截面為A的玻璃管中，按圖2.1所示，懸掛在兩個磁極中

間，低端位于場強最大區域（H）,另一端位于場強很弱區域（H。TO）,這樣使整

個樣品管處于一個非均勻磁場中。樣品的一個小體積dv沿著磁場梯度絲的方

dZ

向所受的作用力為：

"=40（力一70）””小(13)

力。為樣品管周圍氣體的體積磁化率，因此，整個樣品所受的總力為:

F=J；嚕小=；4。（"2卜-/o）A（14）

aZ2

但實際測定時，由于樣品管本身構成了一個空心的試樣，在磁場中也會受

到作用力6（一般樣品管是用反磁性物質制備的，所以是負值），因此式（14）成

為：

/=；40（"2_"；必_/0）4+6(15)

改寫式（15）為：

(16)

將式（16）代入式（3）得：

,/°I’2，一?(17)

P4（"2—H；）Ap

再將p=W/V代入式（17）,則：

z—新L,2V（D

ZmW4o（“2—W(18)

其中w為樣品的質量，v為樣品的體積，在20℃時空氣的體積磁化率力。=

+0.3644XI。-',在同一磁場中當樣品管長度和真徑固定時，其中

2V

=B（樣品管校正常數），則式（18）改寫為:

4。("2-

Z,?=][0.3644V?10-6+8?洌(19)

W

其中F和3分別為樣品管裝有樣品后和空管在磁場中所受的力，以增重或

減重體現出來，所以它們的值可通過在有、無磁場時質量差得到，以AW及AW。

表示之，因此式（19）可改巧為：

1-6

xm=(0.3644V-IO+^(AW-AW0)](20)

w

若忽略空氣的體積磁化率的影響，則式(20)可改寫為：

，小-W

如果作為標定物的力，"值已知的話，就可求出￡值。

作為標定物的有“g[C”(CNS)/，[M(ez?)3]S2O3CuSO.?5H20,

(NH,\Fe(SO4\?6/。等，本實驗以加血加以。,作為標定物，它在

293K(20℃)時的％“=13.86x10-8疝依t。為“與溫度關系為：

13.86x1Of*(293-43)3465X10-8

X?,=----------------------------------=-----------------(22)

273-43+f230+7

t為實驗室溫度。

【儀器和試劑】

1.儀器

古埃磁天平

玻璃樣品管(內徑4mm,長120mm)1支

研缽3只

吸濾瓶和布氏漏斗

2.試劑.

氯化核(AR)

六水合二氯化鉆(AR)

氨水25?28%

過氧化氫30%

活性碳

六水合硝酸鍥(AR)

乙二胺H?NCH2cH2NH2(AR)

五水合硫代硫酸鈉(AR)

鹽酸(AR)

乙醇(AR)

乙醛(AR)

摩爾鹽(NHJ2sO4?Fe504?6H20(AR)

【實驗步驟】

1.配合物的制備

⑴標定物[Ni(en)31S2()3的制備

#60gNi(N03)26H20與60mL乙二胺加入至U1500mL水中，另取60gNa2s2O36HQ

溶于600mL水中，兩種溶液混合后煮沸1min,冷卻時劇烈攪拌，得到艷紫色晶

體，過濾并用冷水和乙醇洗滌，在100℃下干燥。(可由教師事先合成)

(2)[Co(NH3]CH的制備

將12gNH4cl溶于27mL水中，小心加熱至沸，然后再加入18gCoClz?6%0,

攪拌溶解。稱取1g活性炭放入250mL錐形瓶中，趁熱加入上述制備的鉆鹽溶液，

力：以自來水冷卻錐形瓶。

滴加45mL濃氨水，繼續冷卻至10℃或更低的溫度，再用滴管緩慢地加入

24mL30%的同時輕輕地搖動錐形瓶(注意：勿濺到皮膚或眼睛內)，接

著在50?60℃的水浴上加熱，直至粉紅色從溶液中消失(大約20min),然后用

水冷卻并過濾。

將固體和濾紙一并轉移到沸騰的150mL0.5m。I?的鹽酸溶液中，加熱并

攪拌直至溶液再次沸騰，趁熱吸濾，除去活性碳等。向濾液加入21mL濃鹽酸并

冷卻之，析出固體配合物后、過濾。將產物在110℃以下干燥1h。一般可得產

品約13g

2COC12+2NH4C1+IONH3+H2O22[CO(NH3)6]C13(S)+2H2O

2.磁化率的測定

(1)用自來水將玻璃樣品管洗凈后，再用蒸偏水、乙醇、乙醛洗滌一次，用

冷風吹干。

(2)將清洗并干燥后的樣品管桂在磁天平鉤上，調好樣品管的位置，先在無

磁場下稱重，然后分別在電流為2A、3A下測定其重量。每次測定兩遍，取其平

均值。

(3)將研細的[Ni(en)3]S2()3裝入已測定重量的樣品管中。樣品要盡量少量地

分多次裝入，并不斷使樣品管垂直桌面，以其底部輕輕敲擊桌面，(每裝1cm高

樣品敲擊25D?300下)使樣品均勻緊密地裝至刻度線(裝樣不均勻是造成誤差很

大的原因)。然后將裝好樣品的管子在無磁場和電流分別為2A、3A的磁場下稱

重，每次測兩遍，取其平均值。

(4)倒出樣品管中的[Ni(enHiSzOs,將樣品重最新洗凈沖吹干。用上述同樣

的方法裝樣和稱重。注意試樣要與標準裝得一樣緊密，同一高度。本實驗要測

定的試樣是(NH。zSO,?Fe50”?6H20、Cu504?5H20.[Co(NH。C13等。

【數據處理】

1.將電流為2A、3A下兩次測得的數據的平均值分別填入下表，求0值。

實驗溫度k

標定物+樣品管重(g)樣品管重(g)X

電流m

加磁場未加磁△w=加磁場未加磁AW0=m?

(A)W-W''W-W

后重W場重W后重W場重kg

2

3

根據實驗測得的數據，通過式(21)和式(22)可計算出月值

2.將電流為2A、3A下兩次測得的數據的平均值分別填入下表，可按式(21)

計算％.值。

樣品+管重（g）樣品管重（g）

Xm

電流加磁未加加磁未加

化合物△w二△W)=m-

（A）場后磁場w-wf場后磁場W-W

kg-'

重W重W重W重W

(NHjFe(SOJ2

2?6H203

2

CU504-5H20

3

2

[Co(NH3)6]CI3

3

3.按式（4）求出各樣品的摩爾磁化率

4.再從式（10）及式（12）求出針樣品的有效磁矩4行及離子的未成對的電子

數n。并簡單討論配合物中金屬離子的電子配體，結合配位化學課程內容討論該

配合物可能構型。

FM-A磁天平

實驗原理及方法

根據磁性物質在非均勻磁場中的受力原理實現Ms的測量，其方法為磁天平

法，如圖2所示。設一小球樣品處在非均勻磁場中，樣品質量為m、體積V,則

樣品在此非均勻磁場中沿任意軸向a(a=x.y.z)所受的力為：

或。

?dH

式中。,為單位質量的飽和碳化強度，稱為比飽和碳化強度。，

顯然，。

Ms=c5—=(J5d.........................

其中d為試樣密度,如果磁場的不均勻只表現在Z方向。則,

也=強=0,也如

dx8dz

建

或p

訂3H

dH

實際測量中至，即磁場梯度難以精確測量，因而，一般采用相對法測量,

如圖所示，無磁場時，天平平衡時硅碼重量(W1),加磁場后，由于Fz的作用,

需要增加底碼來達到新的平衡，當天平重新平衡時(W2)有：

式中2

g一重力加速度0

△W一加破場前后祛碼之差”

5dH

az

分析天平

圖2磁天平工作原理示意圖

將標準樣品置于同樣的非均勻磁場中，則有:

?dH

聯立⑦，⑧，

b_50斜△印

S―

標準式樣一般采用密度為8.90g.cm-：純度，99.9%的Ni球，其飽和磁化

強度Ms0=485.6KA.m-1同樣的原理，對于圓柱形樣品，如果其一端處于電磁

鐵兩極的中心，此處磁場強度最大，而另一端離磁場中心較遠，磁場很弱，則

可推得材料體積磁化率。

Xi-；吟

/耳2s生

式中△Ms+t為樣品管中裝上樣品后加磁場時的硅碼質量（mH）和無磁場

時的祛碼質量（mo）之差，△Mt為樣品管加磁場時的硅碼質量（mtH）和無磁場

時段碼質量（mt。）之差。S為樣品截面積，XAir為空氣磁化率（XAir=3.64*10-7）,

H為電磁鐵兩極中心處的磁場強度。

?實驗步驟

1、接通FM-A電源，預熱10分鐘

2、檢查電流和磁場指示，用調零旋紐將電流和磁場置于零點。

3、放入標準樣品，調節分析天平，測出磁場H=0時的重量并記錄

4、調節電流線圈電流，增加磁場H（400mT、500mT、600mT等），調節分析天

平，測出磁場H為某一確定數值時的重量并記錄，算出公式⑨△W。

5、將磁場恢復到零，放入待測小球樣品，重復步驟3、4,算出aw。

6、代入標準樣品參數，算出代測小球樣品的os（或Ms）。

7、將磁場恢復到零，取出待測小球樣品，調節分析天平測出空樣品管在H

=0時的重量并記錄。

8、調節電流線圈電流，增加磁場H（200mT、300mT、400mT等）調節分析天平，

測出磁場H為某一確定數值時的空樣品管重量并記錄，算出公式⑩中△m,。

9、將磁場恢復到零，放入代測圓柱形樣品，調節分析天平，測出H=0時的

重量并記錄。

10、調節電流增加磁場H（200mT、300mT、400mT等）調節分析天平，測出