实验一,华南师范大学实验报告
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实验报告姓名学号专业化学(师范)年级、班级课程名称物理化学实验实验项目实验类型 验证 设计 综合实验时间实验指导老师马国正实验评分一、实验目的(1)用回流冷凝法测定沸点时气相与液相的组成,绘制双液系相图。
并找出恒沸点混合物的组成及恒沸点的温度。
(2)掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的测定方法。
(3)了解阿贝折光仪的构造原理,熟悉掌握阿贝折光仪的使用方法。
二、实验原理(1)沸点的定义沸点是液体饱和蒸汽压和外压相等时的温度,双液系的沸点不仅于外压有关,而且还与两种液体的相对含量有关。
(2)理想二组分系统的拉乌尔定律理想的二组分体系在全部浓度范围内符合Raoult定律。
结构相似、性质相似的组分间可以形成近似的理想体系,这样可以形成简单的T-x(y)图。
大多数情况下,曲线将出现或正或负的偏差。
当这一偏差足够大时,在T-x(y)曲线上将出现极大点(负偏差)或极小点(正片差)。
这种最高和最低沸点称为恒沸点,所对应的溶液称为恒沸混合物。
(3)平衡时气相、液相的组成确定回流冷凝法保持气液相对量不变,测定双液系沸点,通过阿贝折射仪测定其液相折射率确定气液相平衡时的组成,通过双液系气液平衡时的组成对校正后的沸点作图,得到在1个大气压下乙醇-乙酸乙酯气液平衡相图。
三、仪器与试剂沸点仪(1套)小试管(5mL带软木塞)(若干)阿贝折射仪(1台)烧杯(2个)1/10温度计(50~100℃)(1支)吸管(2支)擦镜纸乙酸乙酯(A.R.)无水乙醇(A.R.)不同比例的乙醇-乙酸乙酯混合液丙酮(C.P.)无水乙醇(A.R.)四、实验步骤(1)折射率-体积分数工作曲线取几滴纯乙醇、纯乙酸乙酯分别测定其折射率,两点作n D26−φ工作曲线(n-V)。
(2)折射率-摩尔分数工作曲线在n D26−φ线上取8个点,利用乙醇、乙酸乙酯密度合量比(%)等条件将以上点对应的体积分数换算成摩尔分数,按对应的折射率重新绘n D26−x点,再将点连成平滑曲线,即为n D26−x工作曲线(n-x)(3)溶液的沸点与平衡气-液相组成测定a)样品I-VI分别为乙醇体积分数为5%、15%、22%、38%、50%、90%的乙醇-乙酸乙酯混合液。
华南师范大学实验报告学生姓名:学号:专业:化学年级、班级:课程名称:物化实验实验项目:燃烧热的测定实验类型:□验证□设计□综合实验时间:2009年12月7日指导老师:燃烧热的测定一.实验目的1.明确燃烧热的定义,了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的区别。
2. 掌握量热技术的基本原理,学会测定奈的燃烧热。
3. 了解氧弹卡计主要部件的作用,掌握氧弹量热计的实验技术。
4. 学会雷诺图解法校正温度改变值。
二、实验原理燃烧热是指1摩尔物质完全燃烧时所放出的热量。
在恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热(O v),恒容燃烧热这个过程的内能变化(ΔU)。
在恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热(Q p),恒压燃烧热等于这个过程的热焓变化(ΔH)。
若把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想气体处理,则有下列关系式:c H m = Q p=Q v +Δn RT(1)本实验采用氧弹式量热计测量蔗糖的燃烧热。
测量的基本原理是将一定量待测物质样品在氧弹中完全燃烧,燃烧时放出的热量使卡计本身及氧弹周围介质(本实验用水)的温度升高。
氧弹是一个特制的不锈钢容器(如图)为了保证化妆品在若完全燃烧,氧弹中应充以高压氧气(或者其他氧化剂),还必须使燃烧后放出的热量尽可能全部传递给量热计本身和其中盛放的水,而几乎不与周围环境发生热交换。
但是,热量的散失仍然无法完全避免,这可以是同于环境向量热计辐射进热量而使其温度升高,也可以是由于量热计向环境辐射出热量而使量热计的温度降低。
因此燃烧前后温度的变化值不能直接准确测量,而必须经过作图法进行校正。
放出热(样品+点火丝)=吸收热(水、氧弹、量热计、温度计)图 1 氧弹量热计 图 2 氧弹构造示意图 1、氧弹 2、内水桶(量热容器) 1-厚壁圆筒;2-弹盖 3、电极 4、温度计 3-螺帽; 4-进气孔 5、搅拌器 6、恒温外套 5-排气孔;6-电极 构造示意图 7-燃烧皿;9-火焰遮板8-电极(也是进气管)量热原理—能量守恒定律在盛有定水的容器中,样品物质的量为n 摩尔,放入密闭氧弹充氧,使样品完全燃烧,放出的热量传给水及仪器各部件,引起温度上升。
华南师范⼤学单⽚机课程实验报告和程序单⽚机实验报告华南师范⼤学姓名:学号:专业:通信⼯程班级:09通信8班数字量输⼊输出实验⼀、实验⽬的1.熟悉教学板电路及其结构。
2.掌握利⽤µVision C51 软件编辑、调试(包括仿真调试、单步调试)、运⾏单⽚机程序的步骤和⽅法,掌握利⽤STC-ISP V39软件和下载线将程序写⼊单⽚机的⽅法。
3.通过实验熟悉51单⽚机的并⾏I/O⼝,并掌握它们的应⽤。
4.掌握矩阵键盘、LED动态显⽰的⼯作原理。
⼆、实验设备PC机⼀台、实验教学板⼀块。
三、实验准备1.阅读实验讲义附录⼀、实验教学板电路图和附录⼆、µVision软件使⽤说明2.按实验题⽬要求设计好硬件电路,画出电路原理图,设计出相应程序,并给程序加上较详细的注释。
四、实验内容1.实验线路如附图所⽰,51单⽚机的P0⼝输出接8个发光⼆极管的阴极,P2.4经NPN 三极管9011控制发光管的阳极。
P3⼝⽀持⼀个8位⾏列式键盘,其中P3.4~P3.7供键盘扫描输出,P3.2、P3.3作键盘扫描输⼊。
实验要求:编程实现键盘对发光⼆极管的控制,每按⼀个按键,使对应的⼆极管点亮。
2.51单⽚机P0⼝输出同时接4个数码管的阴极,P2.0~P2.3,经NPN三极管9011接数码管的阳极,该端⼝⽤于分别控制相应数码管的导通。
实验要求:编程实现对任意按键动作的次数进⾏计数(最⼤99次),同时将计数值实时显⽰。
五、实验步骤1.将实验板与PC机通过COM⼝连接。
启动PC机,进⼊µVision软件环境,选择建⽴新⼯程⽂件,即可开始输⼊源程序。
2.完成汇编、编译、连接,若有错误,则修改源程序,直⾄编译、连接通过为⽌。
3.接上实验板上的电源。
3.运⾏“STC-ISP V39.EXE”,将程序代码下载到实验板的单⽚机中。
操作的顺序是:1)选择单⽚机(MCU TYPE)型号。
如:“STC89C51RC”要与实验板上所装单⽚机的型号⼀⾄。
磁化率的测定实验报告记录(华南师范大学物化实验)————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:磁化率的测定一、实验目的(1)掌握古埃磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。
(2)通过对一些配位化合物磁化率的测定,计算中心离子的不成对电子数,并判断d电子的排布情况和配位体场的强弱。
二、实验原理2.1物质的磁性物质在磁场中被磁化,在外磁场强度H的作用下,产生附加磁场。
该物质内部的磁感应强度B为:B=H+4πI=H+4πκH (1)式中,I称为体积磁化强度,物理意义是单位体积的磁矩。
式中κ=I/H称为物质的体积磁化率。
I和κ分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ,σ=I/ρ称为克磁化强度;χ=κ/ρ称为克磁化率或比磁化率。
χm=κM/ρ称为摩尔磁化率(M是物质的摩尔质量)。
这些数据都可以从实验测得,是宏观磁性质。
在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm,铁磁性研究中常用到I、σ。
不少文献中按宏观磁性质,把物质分成反磁性物质。
顺磁性物质和铁磁性物质以及亚铁磁性物质、反铁磁性物质积累。
其中,顺磁性物质χm>0而反磁性物质的χm<0。
2.1古埃法测定磁化率古埃法是一种简便的测量方法,主要用在顺磁测量。
简单的装置包括磁场和测力装置两部分。
调节电流大小,磁头间距离大小,可以控制磁场强度大小。
测力装置可以用分析天平。
为了测量不同温度的数据,要使用变温、恒温和测温装置。
样品放在一个长圆柱形玻璃管内,悬挂在磁场中,样品管下端在磁极中央处,另一端则在磁场强度为零处。
样品在磁场中受到一个作用力。
dF=κHAdH (2)式中,A表示圆柱玻璃管的截面积。
样品在空气中称量,必须考虑空气修正,即dF=(κ-κ0HAdH)(3)κ0表示空气的体积磁化率,整个样品的受力是积分问题:(4)因H0H,且忽略κ0,则(5)式中,F可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。
华南师范大学实验报告燃烧热的测定一、实验目的(1)明确燃烧热的定义,了解恒压燃烧热与恒容燃烧烧热的差别与联系。
(2)测定萘的燃烧热,掌握量热技术基本原理。
(3)了解氧弹卡计的基本原理,掌握氧弹卡计的基本实验技术。
(4)使用雷诺校正法对温度进行校正。
二、实验原理2.1基本概念1mol物质在标准压力下完全燃烧所放出的热量,即为物质的标准摩尔燃烧焓,用表示。
若在恒容条件下,所测得的1mol物质的燃烧热则称为恒容摩表示,此时该数值亦等于这个燃烧反应过程的热力学能变尔燃烧热,用Q V,mΔr U m。
同理,在恒压条件下可得到恒压燃烧热,用Q p,m表示,此时该数值亦等于这个燃烧反应过程的摩尔焓变Δr H m。
化学反应的热效应通常用恒压热效应Δr H m来表示。
假若1mol物质在标准压力下参加燃烧反应,恒压热效应即为该有机物的标准摩尔燃烧热。
把燃烧反应中涉及的气体看做是理想气体,遵循以下关系式:Q p,m=Q V,m+(ΣV B)RT ①2.2氧弹量热计本实验采用外槽恒温式量热计,为高度抛光刚性容器,耐高压,密封性好。
量热计的内筒,包括其内部的水、氧弹及其搅拌棒等近似构成一个绝热体系。
为了尽可能将热量全部传递给体系,而不与内筒以外的部分发生热交换,量热计在设计上采取了一系列措施。
为了减少热传导,在量热计外面设置一个套壳。
内筒与外筒空气层绝热,并且设置了挡板以减少空气对流。
量热计壁高度抛光,以减少热辐射。
为了保证样品在氧弹内燃烧完全,必须往氧弹中充入高压氧气,这就要求要把粉末状样品压成片状,以免充气时或燃烧时冲散样品。
2.3量热反应测量的基本原理量热反应测量的基本原理是能量守恒定律。
通过数字式贝克曼温度计测量出燃烧反应前后的温度该表ΔT,若已知量热计的热容C,则总共产生的热量即为Q V=CΔT。
那么,此样品的摩尔恒容燃烧热为②式是最理想的情况。
但由能量守恒原理可知,此热量Q V的来源包括样品燃烧放热和点火丝放热两部分。
华南师范大学实验报告一、实验题目草本群落调查与分析二、实验目的生物群落是指在相同时间内聚集在同一地段上的各物种种群的集合。
植物种类不同,群落的类型和结构也不相同,种群在群落中的地位和作用也不相同。
因此,我们可以通过对群落物种多样性的调查研究来更好地认识群落的组成,变化,发展,以及环境保护的状况。
同时掌握群落调查的基本方法和群落分析方法。
三、采集方法1、仪器和材料样方框(50cm×50cm),皮尺,卷尺2、测定方法(1)样地调查:采用样方法进行野外调查,于2011年3月21日在华南师范大学石牌校区网络学院门口的草坪上选好样地,在样地中每隔2m 设置1个50cm×50cm的样方,共计19个样方。
调查记录的内容主要包括:草本植物的植物名、株数、盖度、高度及物候相等。
(2)数据分析:本次实验采用重要值作为多样性指数计算和群落划分的依据,而群落多样性的测度选用Simpson 多样性指数D 和Shannon –Weiner多样性指数H 。
四、实验材料皮尺、卷尺、25cm*25cm的铝合金取样框。
五、实验步骤在华南师范大学网络中心旁的草地上,采取东西走向每3米取一样方,每组取3个样方,且实验小组间距离为两米。
样方取好后即可统计草本群落中的物种数量,各自的盖度,频度等数据。
六、实验结果1、草本植物群落样方测定记录(1)物种组成根据调查统计,春季华南师范大学网络学院旁草坪共有草本植物15科24种。
其中,主要优势科是禾本科。
呈现出整体科数多,但种类稀少、单种科较多的分布特点。
表1 华师网络学院旁草坪草本植物的种类构成统计(取样地点:华南师范大学网络学院旁草坪记录时间:2012-5-10)科种科种禾本科8 车前草科 1菊科 2 大戟目 1伞形科 2 蝶形花 1炸酱草科 2 豆科 1秋海棠科 1 爵床科 1苋科 1 鳞毛蕨科 1玄参科 1 蔷薇科 1荨麻科 1(2)相对多度、相对盖度、相对频度、重要值相对多度。
实验报告学生姓名学号专业化学(师范)年级班级课程名称物理化学实验实验项目燃烧热的测定实验类型□验证□设计□综合实验时间2020 年10 月21 日指导老师林晓明实验评分一、实验原理物质的标准摩尔燃烧热(焓)是指1mol物质在标准压力下完全燃烧所放出的热量。
在恒容条件下测得的1mol物质的燃烧热称为恒容摩尔燃烧热Q V,m,数值上等于燃烧反应过程的热力学能的变化∆r U m;恒压条件下测得的1mol物质的燃烧热称为恒压摩尔燃烧热Q p,m,数值上等于燃烧热反应过程的摩尔焓变∆r H m。
若参加燃烧反应的是标准压力下的1mol物质,则恒压热效应即为该有机物的标准摩尔燃烧热。
若把参加反应的气体与生成的气体作为理想气体处理,则存在下列关系式。
本实验所用测量仪器为氧弹量热计,按照结构及其与环境之间的关系,氧弹量热计通常分为绝热式和外操恒温式。
量热反应测量的基本原理是能量守恒定律。
热是一个很难测定的物理量,热量的传递往往表现为温度的改变,而温度却很容易测量。
在盛有定量水的容器中,样品的物质的量为nmol,放入密闭氧弹,充氧,然后使样品完全燃烧,放出的热量传给水及仪器各部件,引起温度上升。
设系统(包括内水桶、氧弹、测温器件、搅拌器和水)的总热容为C(即量热计及水每升高1K所需吸收的热量),假设系统与环境之间没有热交换,燃烧前、后的温度分别为T1、T2,则此样品的恒容摩尔燃烧热为但是,由于一方面氧弹量热计不可能完全绝热,热漏在所难免,因此燃烧前后温度的变化不能直接用测到的燃烧前后的温度差来计算,必须经过合理的雷诺校正才能得到准确的温差变化;另一方面,多数物质不能自燃,必须借助电流引燃点火丝,引起物质的燃烧,因此必须要把点火丝燃烧所放热量考虑进去。
式中,m点火丝为点火丝的质量;Q点火丝为点火丝的燃烧热,点火丝燃烧热为-6694.4J/g;△T为校正后的温度升高值。
仪器热容C的求法是用已知燃烧焓的物质(本实验用苯甲酸),放在量热计中燃烧,测其始、末温度,经雷诺校正后即可求出C。
华师物化实验报告原电池电动势的测定及热力学函数的测定华南师范大学实验报告学生姓名学号专业年级、班级课程名称物理化学实验实验项目原电池电动势的测定与应用实验类型□验证□设计■综合实验时间年月日实验指导老师实验评分[实验目的]1、掌握电位差计的测定原理和原电池电动势的测定方法。
2、加深对可逆电极、可逆电池、盐桥等概念的理解。
3、测定电池在不同的温度下的电动势,计算电池反应的热力学函数△G、△H和△S。
[实验原理]1、对消法测定原电池电动势(1)电池的电动势不能直接用伏特计来测量,因为电池与伏特计相接后,便成了通路,有电流通过,发生化学变化、电极被极化、溶液浓度改变、电池电势不能保持稳定。
且电池本身有内阻,伏特计所量得的电位降不等于电池的电动势。
利用对消法(又叫补偿法)可是我们在电池无电流(或极小电流)通过时,测得其二级的静态电势,这时的电位降即为该电池的平衡电势,此时电池反应是在接近可逆条件下进行的。
因此,对消法测电池电势的过程是一个趋近可逆过程的例子。
(2)电池电动势测定原理:Hg | Hg2Cl2(s) | KCl(饱和) | | AgNO3 (0.02 mol/L) | Ag根据电极电位的能斯特公式,正极银电极的电极电位:其中=0.799-0.00097(t-25)负极饱和甘汞电极电位因其氯离子浓度在一定温度下是个定值,故其电极电位只与温度有关,其关系式:φ饱和甘汞= 0.2415 - 0.00065(t–25)而电池电动势E=φ+-φ-;可以算出该电池电动势的理论值。
与测定值比较即可。
2、电动势法测定化学反应的△G、△H和△S如果原电池内进行的化学反应是可逆的,且电池在可逆条件下工作,则此电池反应在定温定压下的吉布斯函数变化△G和电池的电动势E有以下关系式:△G=-nFE从热力学可知:△S=-nF(E1-E2)/(T1-T2)△H=-nFE+△S[仪器与试剂](1)实验仪器SDC数字电位差计 1台饱和甘汞电极 1支银电极 1支 20mL小烧杯 2个超级恒温槽 1台 250mL 烧杯 1个U 形管 1个(2)实验试剂0.1mol/L AgNO3溶液饱和氯化钾溶液硝酸钾琼脂去离子水[实验步骤]1、制备盐桥3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备方法:在 250mL 烧杯中,加入 100mL 蒸馏水和3g琼脂,盖上表面皿,放在石棉网上用小火加热至近沸,继续加热至琼脂完全溶解。
华 南 师 范 大 学 实 验 报 告学生姓名 学 号 专 业 化学(师范) 年级、班级 课程名称 物理化学实验实验项目凝固点降低法测定物质的相对分子质量实验类型 :□验证□设计□综合 实验时间 年 月 日 实验指导老师 蔡跃鹏 实验评分【实验目的】1、明确溶液凝固点的定义及获得凝固点的正确方法。
2、确定环己烷的凝固点降低值,计算萘的相对分子质量。
3、掌握凝固点将定分子量的原理,加深对稀溶液依数性的理解。
4、掌握贝克曼温度计的使用方法。
【实验原理】物质的相对分子质量是了解物质的一个最基本且重要的物理化学数据,其测定方法有许多种。
凝固点降低法测定物质的相对分子质量是一个简单又比较准确的方法,在溶液理论研究和实际应用方面都具有重要意义。
凝固点降低是稀溶液的一种依数性,这里的凝固点是指在一定压力下,溶液中纯溶剂开始析出的温度。
由于溶质的加入,使固态纯溶剂从溶液中析出的温度T f 比纯溶剂的凝固点T f *下降,其降低值△T f =T f *-T f 与溶液的质量摩尔浓度成正比,即△T f =K f m (3-1)式中,△T f 为凝固点降低值;m 为溶液质量摩尔浓度;K f 为凝固点降低常数,它与溶剂的特性有关。
表3-1给出了部分溶剂的凝固点降低常数值。
表3-1 几种溶剂的凝固点降低常数值若称取一定量的溶质W B (g)和溶剂W A (g),配成稀溶液,则此溶液的质量摩尔浓度m B 为m B = ×103 mol/kg (3-2) 式中,M B 为溶质的相对分子质量。
将式(3-2)代入式(3-1),整理得M B = ×103mol/kg (3-3)若已知某溶剂的凝固点降低常数K f 值,通过实验测定此溶液的凝固点降低值△T f ,即可计算溶质的相对分子质量M B 。
通常测定凝固点的方法有平衡法和贝克曼法(或步冷曲线法)。
本实验采用后者。
其基本原理是M B W AW B △T f W AK f W B将纯溶剂或溶液缓慢匀速冷却,记录体系温度随时间的变化,绘出步冷曲线(温度-时间曲线),用外推法求得纯溶剂或稀溶液中溶剂的凝固点。
华南师范大学实验报告学生姓名____罗婵_________ 学号________专业___生物技术________年级、班级___07级7班_____课程名称___生物化学实验____实验项目_蛋白质等电点测定和沉淀反应实验类型□验证□设计□综合实验时间_2008年_9 月_23日实验指导老师__李德红______ 实验评分__________________一、实验目的了解蛋白质的两性解离性质;学习测定蛋白质等电点的一种方法;加深对蛋白质胶体溶液稳定因素的认识;了解沉淀蛋白质的几种方法及其实用意义。
二、实验原理蛋白质是两性电解质,其解离状态和解离程度受溶液的酸碱度影响。
当溶液的PH达到一定数值时,蛋白质颗粒上正负电荷的数目相等,在电场中既不向阴极移动,也不向阳极移动,此时溶液的PH值称为此种蛋白质的等电点。
在等电点时,蛋白质的理化性质都有变化,可利用此种性质的变化测定各种蛋白质的等电点。
最常用的方法是测其溶解度最低时的溶液PH值。
在水溶液中的蛋白质分子由于表面生成水化层和双电层而成为稳定的亲水胶体颗粒,在一定的理化因素影响下,蛋白质颗粒可因失去电荷和脱水而沉淀。
蛋白质的沉淀反应可分为两类,可逆的沉淀反应和不可逆的沉淀反应。
三、实验步骤及结果(一)酪蛋白等电点的测定四、结果分析(一)酪蛋白等电点的测定结果如图:④③②①该实验通过测酪蛋白溶解度最低时的溶液PH值来测定其等电点。
蛋白质在等电点时,以两性离子的形式存在,其总净电荷为零,这样的蛋白质颗粒在溶液中因为没有相同电荷而互相排斥的影响,所以最不稳定,溶解度最小,极易借静电引力迅速结合成较大的聚集体,因而沉淀析出。
该实验结果如图所示,第3支试管中的溶液最为混浊,因此酪蛋白的等电点为第3支试管的PH值,即酪蛋白的PI=4.7该实验应注意,蒸馏水的PH必须调到7,因为蒸馏水的PH值会影响所配置的溶液PH 的改变,可能会出现混浊度区分不明显的现象,从而影响等电点的测定。
华南师范大学实验报告
姓名:课件密码:15505
学号:实验题目:二茂铁的绿色合成
组别: 第三组实验时间:2012.4.18
【前言】
1、实验目的
①了解一些易对环境造成污染的化合物的绿色合成方法,力求把对环境
的影响降到最低限度,培养学生在从事科研与生产活动中绿色、环保
理念。
②掌握用微型合成装置合成、提纯二茂铁的操作技术。
③学会通过熔点的测定、红外光谱等手段来分析鉴定二茂铁。
2、文献综述与总结
二茂铁(FcH)又名双环戊二烯基铁,学名二环戊二烯基铁,属于金属有机化合物,它是由两个环戊二烯基阴离子和一个二价铁阳离子组成的具有夹心形状的化合物(见图),其分子式为(C5H5)2Fe。
二茂铁易溶于
甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、汽油、二氯甲烷、苯等常用有机溶剂,溶于浓硫酸,在沸腾的烧碱和盐酸溶液中不溶解、不分解;二茂铁具有高度热稳定性、化学稳定性和耐辐射性;二茂铁具有芳香性,100℃以上能升华,不容易发生加成反应,易发生取代反应;此外二茂铁还有低毒性,在溶液中两个环可以自由旋转等特点。
正是基于二茂铁的这种稳定性、芳香性、
低毒、亲油性、富电性、氧化还原性和易取代等特点,使
得自二茂铁出现以来就引起了广大科研工作者极大的兴
趣,对于二茂铁及其衍生物的合成、结构及性质和应用的
研究一直以来都是大家所关注的热点。
二茂铁的出现极大
的推动了金属有机化学的发展,被认为是近代化学发展的
里程碑。
2.1二茂铁的发现
1951 年Kealy 及Pauson 利用格氏试剂C5H5MgBr和催化剂FeCl3合成富瓦烯没有成功,但是却意外地得到了一种黄色的晶体,经过一些简单的研究他们得出该物质的分子式为C10H10Fe,并且初步得出该物质的一些物
性,如他们测出该物质的熔点172.5~173℃,沸点249℃,不溶于水、
10%NaOH 和热的浓盐酸,但易溶于稀硝酸,浓硫酸及二氯甲烷、苯、乙醚、石油谜、甲醇和乙醇等一些常用有机溶剂,比较稳定。
几乎同时Miller 等人用环戊二烯和铁在300℃及常压下也制得了该物质。
Fischer 等人通过X射线衍射的研究,提出该物质具有五角反棱柱的结构。
通过这些研究确定了该物质是由上下两个带负电的环戊二烯基芳环,中间是一个带二价正电荷的铁离子,形如三明治,因此又将它称为“三明治化合物”,并正式命名为二茂铁。
2.2二茂铁的制备
2.2.1 化学合成法
化学合成法主要有环戊二烯钠法、二乙胺法、相转移催化法、二甲基亚砜
法等。
2.2.1.1环戊二烯钠法,反应式为:
2.2.1.2二乙胺一步法,环戊二烯在二乙胺中与无水三氯化铁直接反,应,环戊二烯使三氯化铁还原为氯化亚铁,再与两个脱去一个氢离子的环戊二烯负离子生成二茂铁。
据介绍,在1mOI 三氯化铁和13mOI 二乙胺中加入4mOI环戊二烯,搅拌反应21,再用稀硫酸处理,即得二茂铁,其收率为91%。
2.2.1.3二乙胺二步法,反应式为:
2.2.1.4二甲基亚砜法,在氮气氛、室温、常压下,新蒸馏的环戊二烯与碱反应,生成环戊二烯负离子,再将其与亚铁离子反,应生成二茂铁,用水蒸汽蒸馏即得精制二茂铁。
据介绍,将环戊二烯和FeCl2·4H2O 连续添加到有KOH的二甲基亚砜中进行反应,在"5. 333Kpa 的条件下,蒸馏所生成的混合物,可得二茂铁和二甲基亚砜混合物,再用环己烷萃取,即得二茂铁,其收率为90%。
2.2.1.5四水氯化亚铁法在强碱作用下,以四氢呋喃和二甲基亚砜为溶剂,环戊二烯和亚铁离子反应得粗产品,再经水蒸汽蒸馏得产品,产品收率为75% ~ 80%,该法原料易得,反应在有水(氯化亚铁结晶水)存在下也可进行,且溶剂可循环使用。
2.2.1.6相转移催化法在室温下,向环戊二烯的四氢呋喃溶液中加入相转移催化剂18 - 冠- 6 和氢氧化钾,然后再加入氯化亚铁进行反应得到二茂铁。
2.2.2电解合成法
在直流电的作用下,用恒电流法或恒电压法,以铁板和镍板作电极,电解体系中的阳离子Na+在阴极上被还原,与环戊二烯反应生成环戊二烯钠和氢分子;由阳极反应产生的Fe2 +向阴极转移,与阴极的环戊二烯基钠作用生成二茂铁,并置换出Na+。
电极反应式如下:
Na+反复进行这系列反应,在阴极上不断生成二茂铁。
将暗红色的电解液用石油醚提取,再将抽提液浓缩,冷却至0℃,即可析出橙红色的二茂铁。
总反应方程式为:
【实验部分】
1、实验仪器与药品
1.1实验仪器
氮气袋、磁力搅拌子、磁力加热搅拌器、真空干燥箱、微型实验装置一套、显微熔点测定仪
1.2实验药品
N2钢瓶、乙二醇二甲醚(C.P)、二甲基亚砜(DMSO,C.P)、氢氧化
﹒4H2O(A.R),HCl(A.R)钾(A.R)、环戊二烯二聚体(工业级)、FeCl
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2、实验原理
制取二茂铁的方法很多, 但最一般的方法是用碱金属环戊二烯基衍生物同氯化铁反应。
本实验就是采用该方法:
该方法的优点是环戊二烯脱质子的方法简单化了, 氢氧化钾在本法中不仅做脱质子剂, 而且也是一种脱水剂, 也可用乙二胺代替氢氧化钾制取二
茂铁:
3、实验步骤
(1)二茂铁的制备
如图所示安装好实验装置,在一只25ml三颈烧瓶里放入磁子,一侧
与氮气袋相连,另一侧与装有硅油的锥形瓶相连。
先在烧瓶中加入
10ml乙二醇二甲醚和4.5g研磨细的KOH粉末,在通入氮气并缓慢搅拌
的情况下缓慢加入1.3ml环戊二烯。
继续通入氮气,并控制氮气的通入
量(在硅油中氮气泡一个接一个匀速放出),以赶走烧瓶中的空气。
同时将1.5g四水合氯化亚铁溶在8ml二甲基亚砜(DMSO),并转入分
液漏斗中。
将混合物猛烈搅拌10min后,打开分液漏斗,控制适当的滴加速度使
氯化亚铁的DMSO溶液在45min左右加完。
滴加完毕后,关闭分液漏
斗,在氮气保护下继续搅拌反应30min。
(2)二茂铁的分离与提纯
将混合液倒入100ml烧杯内,缓慢加入HCl,调节pH2~3,再加入20ml 水,继续搅拌悬浮液15min,然后用玻璃砂漏斗抽滤产物,并用少量水
洗涤产物3~4次,收集产物,放在坩埚中并置于真空干燥箱内烘干,称
重并计算产率。
(3)产物熔点的测定
用熔点仪测定产物二茂铁的熔点。
4、实验现象与结果
① 实验结果抽滤得到的二茂铁固体为橙黄色,抽滤后滤液颜色为墨绿
色,有类似樟脑的气味。
经过烘干后固体颜色为浅黄色,里面夹杂着
微量闪闪的透明晶体物质。
② 称量二茂铁的质量为0.37g ,产率为26.4%。
③ 二茂铁的熔点为135℃-140℃
【结果与讨论】
根据文献可知,其分子式为(C 5H 5)2
Fe ,分子量为186,外观为橙黄色针状或粉末状结晶,具有类似樟脑的气味,熔点173~174℃。
而本次实验中,制备得到的二茂铁颜色为浅黄色,熔点和产率也都偏低,出现这个现象的原因可能与反应的条件有关系,因为该反应需在无水无氧的条件下进行,无水是因为反应中有KOH ,会很快与水反应,而本身KOH 又很容易吸潮加上最近天气一直都下雨,比较难控制,此外,反应需无氧条件,而在一开始由于放氮气的速度过快,氮气很快就用完,中间又有经过开启通口重新换氮气这一个步骤,其中就引入了一定量的氧气,会对产物有所影响,另外,在加入四水合氯化亚铁溶于二甲基亚砜这个东西时,由于一开始溶解得很慢,因为加入的的固体本身比较大块,用了一定的时间去溶解它,在这个过程中,有不少的氧气已经把氯化亚铁氧化掉了,使得该颜色本来为绿色变为了橙色,并且在加入分液漏斗后出现了分层,这些细节方面都对该实验产生了一定的影响。
另外,文献当中也提到了,二茂铁在100℃时容易发生升华,必须在石蜡密封的管子里面测定,而这个实验条件是当时没有给的,因此在测定熔点的时候,发现薄的地方熔得较快,而稍微厚点的地方则一直保持着未能在一定温度范围内熔完,所以实验中熔点测定有所误差。
【参考文献】
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[2] 肖陆飞.二茂铁的发现、制备及其应用.滁州职业技术学院学报.2009,
(8):(1)
[3] 张术兵, 韩相恩.二茂铁及其衍生物的合成与应用进展.甘肃石油和化
工.,2006:(3)
[4] 崔小明. 二茂铁的合成及应用. 化学工业与工程技术.2000,(21):(6)
通
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