无机化学实验讲义

实验一无机纸上色谱一、实验目的1. 掌握纸上色谱的分离原理和操作技术。

2. 掌握如何确定不同组分的比移值（R f）。

3. 掌握Cu2+,Fe3+,Co2+,Ni2+四种离子的纸上色谱分离及鉴定。

二、实验原理无机纸上色谱是以滤纸作为载体的层析分离法。

滤纸的主要成分是一种极性纤维素，能吸附占本身质量20%的水分，这部分水保持固定，称为为固定相，与水不相容的有机溶剂作为流动相，又称展开剂。

常用的展开剂通常是由有机溶剂、酸和水混合配成的。

当流动相在纸上展开时，物质就在水和有机溶剂之间反复分配，并达到分配平衡，由于个组分的分配系数不同而移动速度不同，分配系数大的移动速度快，移动的距离大；分配系数小的移动速度慢，移动的距离小，从而使各不相同的组分得以分离。

在无机纸上色谱层析分离过程中，各组分在纸上移动的距离通常用比移值（R f）来表示：原点到斑点中心的距离R f＝————————————原点到溶剂前沿的距离比移值的示意图如图10-1所示，图中A物质的R f＝a/c，B物质的R f＝b/c。

图10-1 比移值R f示意图A－A组分点样点；B－B组分点样点；a－A组分斑点中心至原点的距离；b－B组分斑点中心至原点的距离；c－溶剂前沿至原点的距离在一定条件下，无论层析时间多长，前沿上升，斑点也跟着上升，但他们的比值不变。

对于某组分，在一定层析条件下，R f有确定的数值。

因此可以根据比移值R f进行定性分析。

R f值最小为0，即斑点在原地不动；最大值为1，即该组分随溶剂扩展到前沿。

从各组分R f值之间相差大小可以判断能否分离。

R f值相差越大，分离效果越好，一般情况下，R f值相差0.02即可以相互分离。

本实验用纸上色谱法分离与鉴定溶液中的Cu2+,Fe3+,Co2+,Ni2+。

三、实验用品仪器：广口瓶（500mL）2个，镊子，点滴板，搪瓷盘（30cm×50cm），喷雾器，小刷子。

药品：HCl(浓)，FeCl3(1mol/L), CoCl2(1mol/L), NiCl2(1mol/L), CuCl2(1mol/L), K4[Fe(CN)6] (0.1mol/L), K3[Fe(CN)6] (0.1mol/L)。

其他：丙酮，色层滤纸（5cm×11cm）1张，普通滤纸1张，毛细管5跟。

四、实验步骤1. 准备工作①在一个500mL广口瓶中加入17mL丙酮，2mL HCl(浓)及1mL去离子水，配制成展开剂，盖好瓶盖。

②在一个长11cm、宽5cm的滤纸上，用铅笔画4条间隔为1cm的竖线平行于长边，在纸上端1cm和下端2cm处各画出一条横线，在纸上端画好的各小方格内标出Cu2+,Fe3+,Co2+,Ni2+，最后按4条竖线折叠成五棱柱体。

(见图-2)③在干净、干燥的点滴板上选择4个空洞，分别滴几滴FeCl3溶液、CoCl2溶液、NiCl2溶液及CuCl2溶液。

在各放入1支毛细管。

2. 加样①取一片普通滤纸作练习用。

用毛细管吸取溶液后垂直触到滤纸上，当滤纸上形成直径为0.3－0.5cm的圆形斑点时，立即提起毛细管。

反复练习几次，直到能做出小于或接近直径为0.5cm的斑点为止。

②按所标明的样品名称，在滤纸下端横线上分别加样。

纸上色谱用纸的准备方法示意图3. 展开按滤纸上的折痕重新折叠一次。

用镊子将滤纸四棱柱体垂直放入盛有展开剂的广口瓶中，盖好瓶盖，观察各种离子在滤纸上展开的速度及颜色。

当溶剂前沿接近纸上端横线时，用镊子将滤纸取出，用铅笔标记出溶剂前沿的位置，然后置于通风处晾干。

4. 斑点显色将滤纸放在搪瓷盘中，用喷雾器向纸上喷洒K4[Fe(CN)6] 溶液与K3[Fe(CN)6] 溶液的等体积混合液，观察并记录斑点的颜色。

5. R f值的测定用尺分别测量溶剂移动的距离和离子移动的距离，然后计算4中离子的R f值。

五、数据记录及实验处理①展开剂的组成（体积比）丙酮：盐酸（浓）：水 =②已知离子斑点的颜色和R f值，计算后填入表10-1中。

表10-1 纸上色谱分离鉴定结果实验二摩尔气体常数R的测定一、实验目的学会一种测定气体常数的方法及其操作：理解理想气体状态方程式和分压定律；学习称量、量气等操作技术。

二、实验前应思考的问题1．计算摩尔气体常数R时，要用到哪些数据？如何得到？2．检查实验装置是否漏气的原理是什么？三、实验原理测量金属镁置换出的硫酸中氢的体积，可以算出气体常数R的数值。

反应为：Mg(s)+2HCl＝MgCl2(aq)+H2(g)如果称取一定质量的镁与过量的硫酸反应，则在一定温度和压力下，可以测出反应所放出的氢的体积。

实验时的温度T和压力P可以分别由温度计和气压计测得。

物质的量n可以通过反应中镁的质量来求得。

由于氢是在水面上收集的，氢气中还混有水汽。

在实验温度下水的饱和蒸气压[P(H2O)]，可在表中查出。

根据分压定律；氢的分压可由下式求得：P＝P(H2)＋P(H2O)P(H2)＝P－P(H2O)将以上所得各项数据代入R= PV/nT式中，即可算出R值。

也可通过铝或锌与盐酸反应来测定R值。

四、实验用品仪器：测定气体常数R的装置(图5-1)；电子天平；药品：HCl（3.0 mo1·L-1）；镁条。

材料：砂纸五、实验内容(1) 准确称取两份已擦去表面氧化膜的镁条，每份质量为0.03-0.04g左右(准确称至0.0001g)。

(2) 安装测定装置。

按图5-1所示装配好测定装置。

量气管内装水至略低于刻度“0”的位置。

上下移动漏斗，以赶尽附着在橡皮管和量气管内壁的气泡，然后把反应管和量气管用乳胶管连接。

(3) 检漏。

把漏斗下移一段距离，并固定在一定位置上。

如果量气管中的液面只在开始时稍有下降后(约3~5min)即维持恒定，便说明装置不漏气。

如果液面继续下降，则表明装置漏气，检查各接口处是否严密。

经检查与调整后，再重复试验，直至确保不漏气为止。

(4) 测定。

①取下试管，如果需要的话，可以再调整一次漏斗的高度，使量气管内液面保持在略低于刻度“0”的位置。

然后用一漏斗将6~8mL3mol·L-1H2SO4注入试管中，切勿使酸沾在试管壁上。

用一滴水将镁条沾在试管内壁上部，确保镁条不与酸接触。

装好试管，塞紧磨口塞，再一次检查装置是否漏气。

②把漏斗移至量气管的右侧，使两者的液面保持同一水平，记下量气管中的液面位置。

③把试管底部略为抬高，以使镁条和H2SO4接触，这时由于反应产生的氢气进入量气管中，把管中的水压入漏斗内。

为避免管内压力过大，在管内液面下降时，漏斗也相应地向下移动，使管内液面和漏斗液面大体上保持同一水平。

④镁条反应后，待试管冷至室温，使漏斗与量气管的液面处于同一水平；记下液面位置。

稍等1～2min，再记录液面位置，如两次读数相等，表明管内气体温度已与室温一样。

记下室内的温度和大气压力。

用另一份已称量的镁条重复实验。

图5-1 测定气体常数R六、实验数据和结果处理实验序号1 2 3项目实验时温度T(K)实验时大气压力p(Pa)镁条质量m(g)对实验结果及实验误差产生的原因进行讨论。

七、实验习题1．考虑下列情况对实验结果有何影响？(1) 量气管没有洗净，排水后内壁上有水珠。

(2) 镁条的称量不准。

(3) 镁条表面的氧化物没有除尽。

(4) 镁条装入时碰到酸。

(5) 读取液面位置时，量气管和漏斗中的液面不在同一水平面上。

(6) 读数时，量气管的温度还高于室温。

(7) 反应过程中，由量气管压入漏斗的水过多而溢出。

(8) 装置漏气。

实验三化学反应速率和活化能的测定一、实验目的了解浓度、温度和催化剂对反应速率的影响。

测定过二硫酸铵与碘化钾的反应速率，并计算反应级数、反应速率常数和反应的活化能。

二、实验前应思考的问题1．只根据反应式能否确定反应级数？为什么？2．使用秒表时应注意什么？3．如何应用作图法来求取m，n，Ea？其应采集哪些实验数据？三、实验原理在水溶液中过二硫酸铵和碘化钾发生如下反应：(NH4)2S2O8+3KI==(NH4)2SO4+K2SO4+KI3S2O82-+3I-==2SO42-+I3-其反应的微分速率方程可表示为228=m I n s O kc c ν--式中 v 是在此条件下反应的瞬时速率。

若C S2O82－、c I －是起始浓度，则 v 表示初速率（v 0）。

k 是反应速率常数，m 与 n 之和是反应级数。

实验能测定的速率是在一段时间间隔（Δt ）内反应的平均速率v 。

如果在Δt 时间内浓度的改变为ΔC S2O82－，则平均速率228S O c v t--∆=∆近似地用平均速率代替初速率：228228n 0S O S O mmIc v kc c t----∆==∆为了能够测出反应在Δt 时间内S 2O 82－浓度的改变值，需要在混合(NH 4)2S 2O 8 和 KI溶液同时，加入一定体积已知浓度的 Na 2S 2O 3 溶液和淀粉溶液，这样在反应（1）进行的同时进行下面的反应：2S 2O 32-+ I 3－= S 4O 62－+3I - （2）这个反应进行得非常快，几乎瞬间完成，而反应（1）比反应（2）慢得多。

因此，由反应（1）生成的I 3－立即与S 2O 32-反应，生成无色的S 4O 62－和 I －。

所以在反应的开始阶段看不到碘与淀反应而显示的特有蓝色。

但是当 Na 2S 2O 3 耗尽，反应（1）继续生成的I 3－就与淀粉反应而呈现出特有的蓝色。

由于从反应开始到蓝色出现标志着S 2O 32-全部耗尽，所以从反应开始到出现蓝色这段时间Δt 里，S 2O 32-浓度的改变ΔS 2O 32-实际上就是 Na 2S2O 3的起始浓度。

再从反应式（1）和（2）可以看出，S 2O 82－减少的量为S 2O 32-减少量的一半，所以S 2O 82－在Δt 时间内减少的量可以从下式求得：ΔS 2O 82－= S 2O 32-/2 实验中，通过改变反应物S 2O 82－和 I －的初始浓度，测定消耗等量的S 2O 82－的物质的量浓度ΔS 2O 82－所需要的不同的时间间隔（Δt ），计算得到反应物不同初始浓度的初速率，进而确定该反应的微分速率方程和反应速率常数。

四、实验用品仪器：烧杯、大试管、量筒、秒表、温度计液体药品：(NH 4)2S 2O 8(0.20mol·L －1)、KI （0.20mol·L －1)、Na 2S 2O 3（0.010mol·L －1）、KNO 3(0.20mol·L －1)、(NH 4)2SO 4(0.20mol·L －1)、Cu(NO 3)2(0.02mol·L －1)、淀粉溶液（0.2%）材料：冰五、实验内容1．浓度对化学反应速率的影响在室温条件下按下表中编号Ⅰ的实验。