3. 测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率,并计算反应级数、反应速率常数和反应的活化能。
式中v 是在此条件下反应的瞬时速率,若2-28[S O ]、-[I ]是起始浓度,则v 表示起始速
度,k 是速率常数,m 与n 之和是反应级数。 实验能测定的速率是在一段时间(△t )内反应
的平均速率,如果在△c 时间内2-28[S O ]的改变为△2-28[S O ],则平均速率:
同时,注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)进行的同时还进行下面的反应:
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-3I 立即与2-23S O 反应,生成无色的2-
I 。所以在反应的开始阶段看不到碘与淀粉反应而显示的特有蓝色。但是一当NaAG平台真人 真人AG 平台官网 2S 2O 3耗尽,反应(1)继续生成的I 3-就与淀粉反应呈现出特有的蓝色。
由于从反应开始到蓝色出现标志看2-23S O 全部耗尽,所以从反应开始到出现蓝色这段时
和(4)可以看出,2-23S O 减少的量为2-28S O 减少量的两倍,所以2-
==??? (7) 由不同浓度下测定的反应速率,则可求得该反应的总反应级数(m + n ),现可进一步求得该反应的速率常数:
---?=-?? (9) 若测出不同温度下的k 值,并以lgk 对1/T 作图,则可得一直线,其斜率等于-E a /2.303R ,因此可通过计算求得该反应的活化能E a 。 三、试剂与仪器
在室温条件下按表1规定用量分别进行五组实验,具体操作过程为先按表中数据用量筒分别量取0.20mol·L -1碘化钾、0.010mol·L -1硫代硫酸钠溶液和0.4%淀粉溶液,全部注入烧杯中,混合均匀然后用另一量筒取0.2mol·L -1过二硫酸铵溶液,迅速倒人上述混和液中,同时开动秒表,并不断搅动,仔细观察。当溶液刚出现蓝色时,立即按停秒表,记录反应时间和室温。
注:为了保证每组实验中溶液离子强度和总体积不变,分别用硝酸钾和硫酸铵来调整。 2. 温度对化学反应速率的影响及活化能的测定
按表1实验Ⅳ中的药品用量,将装有碘化钾、硫代硫酸钠、硝酸钾和淀粉混合溶液的烧杯和装有过二硫酸铵溶液的小烧杯,放人冰水浴中冷却,待它们温度冷却到低于室温10℃时,将过二硫酸铵溶液迅速加到碘化钾等混合溶液中,同时计时并不断搅动,当溶液刚出现蓝色时,记录反应时间。
将此二次实验数据和实验Ⅳ的数据记入表2中进行比较。 用上述三个温度下的反应时间计算反应速率和反应速率常数。
按表1实验Ⅳ的用量,把碘化钾、硫代硫酸钠、硝酸钾和淀粉溶液加到150ml 烧杯中再加入2滴0.02mol·L -1硝酸铜溶液,搅匀,然后迅速加入过二硫酸铵溶液,搅动并记时,将此实验的反应速率与表1中实验Ⅳ的反应速率进行比较可得到什么结论。 五、 数据处理
I )作图,可求得n ,此反应的级数则为m+n 。(也可取实验Ⅰ和Ⅲ的数据分别代入(4)式,用其速率比求出m ,取Ⅰ和Ⅳ的数据代入(4)式,用其速率比求出n )
将求得的m 和n 代入(7)式,即可求得反应速度常数k 。将数据填入表3。
式中E a 为反应的活化能,R 为气体常数,T 为热力学温度。测出不同温度时的k 值,以 1gk 对1/T 作图,可得一直线R )可求得反应的活化能E a 。将数据填入表4。
本实验活化能测定值的误差不超过10%(文献值:51.8kJ·mol -1)。 六、实验关键及注意事项
1. 本实验对试剂有一定的要求。碘化钾溶液应为无色透明溶液,不宜使用有碘析出的浅黄色溶液。过二硫酸铵溶液要新配制的,因为时间长了过二硫酸铵易分解。如所配制过二硫酸铵溶液的pH 值小于3,过二硫酸铵试剂已有分解,不适合本实验使用。所用试剂中如混有少量Cu 2+离于、Fe 3+离子等杂质,对反应会有催化作用,必要时需滴人几滴0.10mol·L -1EDTA 溶液。
2. 在做温度对化学反应速度影响的实验时,如室温低于10℃。可将温度条件改为室温、高于室温10℃、高于室温20℃、三种情况进行。 七、实验评议与讨论
1. 在做浓度对化学反应速率的影响实验中,下列操作情况对实验有何影响? (1)取用试剂的量筒没有分开专用。
(2)先加过二硫酸铵溶液,最后加碘化钾溶液。 (3)过二硫酸铵溶液慢慢加入碘化钾等混合溶液中。
6. 用Arrhenius 公式计算反应的活化能,并与作图法得到的值进行比较。
7. 本实验研究了浓度、温度、催化剂对反应速度的影响,对有气体参加的反应,压力有怎样的影响?如果对2NO+O 2=2NO 2的反应,将压力增加到原来的二倍,那么反应速度将增加几倍? 参考文献
[2]古凤才, 肖衍繁, 张明杰等. 基础化学实验教程(第二版)[M]. 北京: 科学出版社, 2005.1
醋酸(CH 3COOH 或HAc )是弱电解质,在水溶液中存在以下电离平衡: +-HAc
若c 为醋酸的起始浓度(严格地说,离子浓度应该用活度来表示,但在醋酸的稀溶液中,离子浓度和活度近似相等),c(H +)、c(Ac -)、c(HAc)分别为H +、Ac -、HAc 的平衡浓度,α为电离度,a K θ
为电离常数。在醋酸溶液中,若忽略水中离解出来的氢离子,则平衡时c(H +)=c(Ac —
所以测定了已知浓度的醋酸溶液的pH 值,就可以计算它的电离度和电离常数。 配制一系列已知浓度的醋酸溶液,在一定温度下,用pH 计测定其pH 值,求得溶液中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(H +)代入(4)式中,即可求得一系列a K θ
仪器:滴定管(碱式);吸量管(10mL );移液管(25mL );锥形瓶;容量瓶(50mL );烧杯(50mL );pH 计。
以酚酞为指示剂,用已知浓度的氢氧化钠溶液测定醋酸的浓度,把结果填人表1。
用移液管分别取20.00mL、10.00mL、5.00mL、2.50mL已测得准确浓度的醋酸溶液,把它们分别加入4个50mL的量瓶中。再用蒸馏水稀释到刻度,摇匀,并计算出这4份醋酸溶液的准确浓度。
把以上四种不同浓度的醋酸溶液分别加入4只洁净干燥的50mL烧杯中,按由稀到浓的次序在pH计上分别测定它们的pH值,记录数据和室温。计算电离度和电离常数(表2)。
4. 根据测定各醋酸稀释液的pH值,代入(4)式计算其标准电离平衡常数求平均值并计算误差。
3. 若所用的醋酸浓度极稀,是否还能用上述近似公式计算电离常数?为什么?
6. 改变所测醋酸溶液的浓度或温度,则电离度和电离常数有无变化?若有变化,会有怎样变化?
[1]吴江. 大学基础化学实验[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005
[2]华南理工大学无机化学教研室. 无机化学实验[M]. 广州: 华南理工大学出版社, 1990
K ααγγαγ???==? (2) 式中α为活度,γ活度系数, [I -]、[I 2]、[I 3-]为平衡时的浓度。由于在离子强度不大的溶液中:
(3) 为了测定平衡时的[I -] [I 2]、[I 3-],可用过量固体碘与已知浓度的碘化钾溶液一起摇荡,达到平衡后,取上层清液,用标准硫代硫酸钠溶液进行滴定。
由于溶液中存在(1)式的平衡,所以用硫代硫酸钠溶液滴定,最终测到的是平衡时I 2和I 3-的总浓度。设这个总浓度为c ,则:
c = [I 2] + [I 3-] (4) 碘的浓度[I 2]可通过在相同温度条件下,测定过量固体碘与水处于平衡时,溶液中碘的浓度来代替。设这个浓度为c ’,则: 2[I ]c =
从(1)式可以看出,形成一个[I 3-]就需要一个I -,所以平衡时[I -]的浓度为:
仪器:量筒(10mL ,100m1);吸管(10mL ,50mL );滴定管(碱式);碘量瓶(100mL ,250mL );锥形瓶(250mL );洗耳球。
1. 取两只干燥的100mL 碘量瓶和一只250mL 碘量瓶,分别标上1、2、3号。用量筒分别取60mL 0.0100mol·L -l 碘化钾溶液注入1号瓶,取60mL0.0200mol·L -1碘化钾溶液注入2号瓶,取60mL 蒸馏水注入3号瓶。然后在每个瓶内各加入0.5 g 研细的碘,盖好瓶塞。
2. 将3只碘量瓶在室温下振荡或者在磁力搅拌器上搅拌30分钟,然后静置10分钟,待过量固体碘完全沉于瓶底后,取上层清液进行滴定。
3. 用10mL 吸量管取1号瓶上层清液两份,分别注入250mL 锥形瓶中,再各注入40mL 蒸馏水。用0.050mo1·L -1标准硫代硫酸钠溶液滴定,滴至呈淡黄色时(注意不要滴过量),注入4mL2%淀粉溶液,此时溶液应呈蓝色,继续滴定,至蓝色刚好消失。记下所消耗的硫代硫酸钠溶液的体积。
4. 用50mL 移液管取3号瓶上层清液两份,用0.0050mol·L -1标准硫代硫酸钠溶液滴定,方法同上。数据记入表1。
用Na 2S 2O 3标准溶液滴定碘时,相应的碘的浓度计算方法如下: 1、2号瓶 223223
2. 进行滴定分析,仪器要做哪些准备?由于碘易挥发,所以在取溶液和滴定时操作上要注意什么?
3. 在实验中以固体碘与水的平衡浓度代替碘与I-离子的平衡浓度,会引起怎样的误差?为什么可以用?
[3]王克强, 王捷, 吴本芳. 新编无机化学实验[M]. 上海: 华东理工大学出版社, 2001
磷酸是三元酸,在溶液中有三步电离。当磷酸和氢氧化钠以不同化学配比作用时,能形成三种钠盐:
以上三种盐在工业上依次简称为磷酸一钠、磷酸二钠、磷酸三钠盐,它们都是带结晶水的无色晶体。一钠盐易溶于水,另两种盐溶解度较小。
磷酸为中强酸,所以,磷酸的钠盐在水溶液中都能发生水解,其水解情况分述如下: 磷酸二氢钠(NaH 2PO 4·2H 2O)为酸式盐,溶解于水后,电离出来的H 2PO 4-,既有水解作用,又会发生电离:
由于H 2PO 4-的电离程度(K 2=6.3×l0-8)比水解程度(K h ≈10-12)大,故磷酸二氢钠溶液呈弱酸性(pH =4~5)。
磷酸氢二钠(Na 2HPO 4·12H 2O )亦为酸式盐,溶解于水后,电离出来的HPO 42-也有水解和电离的双重作用,
由于HPO 42-的水解程度(K h ≈10-7)比电离程度(K 3=4.2×l0-13)大,故磷酸氢二钠溶
仪器:台秤;布氏漏斗;抽滤瓶;蒸发皿;pH 计;广范pH 试纸,精密pH 试纸(3.8~5.4;
(1)取25%H3PO4溶液40mL,加热至约60~70℃,在不断搅拌下,少量、分次加入无水Na2CO3(每次作用完后再加)至溶液pH=3~4(约需6g)。再将溶液加热至约60~70℃,滴加饱和Na2CO3至溶液pH=3.8(用精密pH试纸测量)。注意:后期需剧烈搅拌,待第一滴充分反应完(没有小气泡)再滴加第二滴(约需7mL,此数系指10℃以下的饱和溶液),然后冷却至室温,在用pH计测量下,继续滴加饱和Na2CO3至溶液pH=4.2(如果溶液pH 值已超过4.2,可用稀磷酸溶液调低)。
(2)将溶液加热蒸发至原体积的2/3,转移至蒸发皿中,再在烧杯水浴上继续蒸发、浓缩至表面有一层结晶膜。用冰水或冷水冷却,加入数粒NaH2PO4·2H2O晶体作为晶种,待充分冷却后(可适当搅拌),用布氏滤斗抽滤,再用3~5 mL无水乙醇淋洗结晶两次,吸干后称量并计算产率。
(a)取少量产品置于试管中,加入2mol·L-1HCl 10滴,仔细观察有无气泡产生?
(b)取1品,加100mL水溶解,搅拌5~10min (使反应达到平衡),用pH计测量溶液的pH值。
(1)取上面制得的NaH2PO4·2H2O10g,加水150mL溶解,加热至约60~70℃,在搅拌下滴加2mol·L-1NaOH至溶液pH=7时,改用精密pH试纸测量,并继续滴加NaOH至pH=8.2(约需20mL),将溶液冷却至室温,在用pH计测量下,逐滴加入0.5mol·L-1NaOH溶液至pH=9.2。
(2)将溶液加热蒸发至约50mL,转移至蒸发皿中,再在烧杯水浴上继续蒸发、浓缩至表面刚有微小晶膜出现。冷却至室温,晶体出现后可适当搅拌(室温在20℃以下时需加水3~5mL),待充分冷却后,用布氏漏斗抽滤,放在两层滤纸中吸干,称量并计算产率。
取1品,加水100mL溶解,搅拌5~10min,用pH计测量溶液的pH值。
1. 两种磷酸的钠盐在水溶液中的酸碱度与合成它们时所控制的pH值基本一致。因此,严格控制合成时溶液的pH值,就能分别制得不同的磷酸盐。例如,制备二钠盐时,需将溶液pH值控制在9.2。如果偏酸将有一钠盐生成;偏碱,将有三钠盐生成(三钠盐的溶解度和二钠盐相差很小),它们连同二钠盐一起结晶出来。就将导致二钠盐的含量偏低。
2. 制备一钠和二钠盐时,都可用碳酸钠代替氢氧化钠。但是,制备二钠盐时,容易发生NaHCO3混入结晶。所以,本实验制备一钠盐时,用无水碳酸钠和饱和碳酸钠中和磷酸;制备二钠盐时,改用NaOH中和制得的磷酸二氢钠。如果要制备三钠盐.因为碳酸钠的碱度已不够,所以必须使用氢氧化钠。
1. 制备NaHAG平台真人 真人AG 平台官网2PO4·2H2O时,结晶开始析出的温度应该控制在多少度以下?为什么?
2. 为什么磷酸一钠盐溶液为酸性,二钠盐溶液为弱碱性,三钠盐溶液为较强碱性?
本实验是以铁(Ⅱ)盐为起始原料,通过氧化还原、沉淀、配位反应多步转化,最后制得三草酸合铁(Ⅲ)酸钾配合物。主要反应式为:
三草酸合铁(Ⅲ)酸钾为翠绿色单斜晶系晶体,易溶于水(其溶解度为:0℃时,100g 水可溶解4.7g ;100℃时,100g 水可溶解117.7g ),难溶于有机溶剂。极易感光,室温时光照变黄色,进行下列光化学反应:
它在日光直射或强光下分解生成的草酸亚铁,和六氰合铁(Ⅲ)酸钾反应生成滕氏蓝,
因此,在实验室中可做成感光纸,进行感光实验。另外由于它的光化学活性,能定量进行光化学反应,常用作化学光量计。
三草酸合铁(Ⅲ)配离子是较稳定的,其稳定平衡常数为:K 稳=1.58×1020。 三、试剂与仪器
仪器:烧杯;量筒;漏斗;抽滤瓶;布氏漏斗;蒸发皿;试管;表面皿;玻璃棒;化学天平。
称取5g 摩尔盐(或3g 氯化亚铁或硫酸亚铁)放入250mL 烧杯中,加入100mL 水,加热溶解;加入5mL 浓过氧化氢,搅拌,微热。溶液变为棕红色并有少量棕色沉淀生成(如何检验Fe (Ⅱ)是否被完全氧化?)。在此烧杯中再加入6mol·L -1氨水(加入量为理论用量的150%)至溶液中,使氢氧化铁沉淀完全。直接加热,不断搅拌,煮沸后静置,倾去上层清液。在留下的沉淀中加入100mL 水,进行同样操作洗涤沉淀。然后进行抽滤。再用50mL 热水洗涤沉淀(如何检查沉淀是否洗净?),抽干,使得氢氧化铁沉淀。
称取2g氢氧化钾和4g草酸溶解在100mL水中,加热使其完全溶解后,在搅动下,将氢氧化铁沉淀加入此溶液中。加热,使氢氧化铁溶解,过滤,除去不溶物,将滤液收集在蒸发皿中,在水浴上浓缩至20mL,转移至50mL小烧杯中,用冰水冷却,搅拌,便析出翠绿色晶体(如果不进行冷却,让浓缩液自然冷却结晶,则能析出漂亮的绿色大单斜晶体,但需要1d左右时间)。将晶体先用少量水洗涤,后用95%乙醇洗涤,最后用滤纸吸干,产量约
(1)将少许产品放在表面皿上,在日光下观察晶体的颜色,与放在暗处的晶体比较。
(2)制感光纸:取三草酸合铁(Ⅲ)酸钾0.3g、铁0.4g,加水5mL配成溶液,涂在纸上即成感光纸(黄色)。附上图案,在日光直接照射下(数秒钟)或红外灯光照射下,曝光部分呈深蓝色,被遮盖没有曝光部分即显示出图案来。
(3)配感光液:取0.3~0.5g三草酸合铁(Ⅲ)酸钾加水5mL配成溶液,用滤纸条做成感光纸。同上操作,曝光后去掉图案,用约0.5 mol·L-1六氰合铁(Ⅲ)酸钾溶液湿润或漂洗。即显影映出图案来。
2. 加完H2O2后,取一滴所得悬浊液于点滴板凹穴中,加一滴K3[Fe(CN)6]溶液,如果出现蓝色,说明还有Fe(Ⅱ),需再加入H2O2,至检验不到Fe(Ⅱ)。
[1]王克强, 王捷, 吴本芳. 新编无机化学实验[M]. 上海: 华东理工大学出版社, 2001
用一种能进行离子交换的材料(如无机物或树脂等)作为固定相,利用它在与溶液接触时能与溶液中某些离子进行交换的性质,来分离离子型化合物的方法称为离子交换色谱法。简称为离子交换法。离子交换法在化学上常用于分离和提纯物质。
离子交换常在离子交换树脂柱上进行。离子交换树脂是人工合成的不溶性高分子聚合物,含有可供离子交换的活性基团。阳离子交换树脂带有酸换基团(如:磺酸基-SO 3H ,羧基-COOH 等),酸性基团上的H +可以和水溶液中的其它阳离子进行交换,称为氢型阳离子交换树脂。因为磺酸是强酸,所以含磺酸基的树脂又称为强酸性阳离子交换树脂,可用R-SO 3H 表示,其中R 代表树脂的网状骨架部分。R-COOH 和R-OH 均为弱酸性阳离子树脂。
带有碱换基团(如:-NX ,-NH 3等)能进行阴离子交换的树脂叫做阴离子交换树脂。阴离子交换树脂包括含有季胺基-N(CH 3)3+的强碱性阴离子交换树脂R-N(CH 3)3+OH -,和含有叔胺基-N(CH 3)2、仲胺基-NH(CH 3)、氨基-NH 2等的弱碱性阴离子交换树脂两类。它们含有的OH -均可与水溶液中的其它阴离子进行交换,称为氢氧型阴离子交换树脂。
天然水或自来水常含有Na +、Ca 2+、Mg 2+、Mg 2+、SO 42-、HCO 3-、Cl -等杂质离子,为了除去这些离子制备一定纯度的水,常采用蒸馏法和离子交换法。离子交换法制备的纯水称为去离子水。
通常,离子交换法制备去离子水既要使用强酸性阳离子树脂,又要使用强碱性阴离子树脂,并将它们预先处理成氢型和氢氧型。制备去离子水时,一般先将水通过氢型阳离子交换树脂柱,水中的阳离子如Na +、Ca 2+、Mg 2+等便与树脂上的H +发生交换,Na +、Ca 2+、Mg 2+等阳离子被树脂吸附:
交换后,树脂变成“钠型”、“钙型”或“镁型”,而H +进入水中,水具有了弱酸性。然后再经过氢氧型阴离子交换树脂柱,水中的阴离子如C1-、SO 42-、HCO 3-等与OH -交换后被吸附在树脂上:
交换后,树脂变成“氯型”等,交换下来的OH -进入水中,并与交换下来的H +结合生成H 2O ,最后再经过一个装有阴阳离子交换树脂的混合柱,除去残余的阴阳离子,得到纯度
实际工作中也可只采用一个装有阴离子交换树脂和阳离子交换树脂相混合的交换柱来制备去离子水。
去离子水的纯度指标是指水中含盐量的大小。可以通过测定水的电导率和化学分析的方法进行检查。交换后水质的纯度高低于所用树脂的量的多少及流经树脂时水的流速等因素有关。一般,树脂的量越多,流速越慢,得到的水的纯度越高。
树脂使用一段时间后,活性基团上的H+、OH-分别被水中的阳、阴离子交换,从而失去了原先的交换能力,称之为“失效”利用交换反应的可逆性使树脂重新复原,恢复其交换能力的过程称为“洗脱”或“再生”。
图1 树脂再生装置图2 树脂交换装置阳离子交换树脂的再生是加入适当浓度的酸(一般为5%~10%的盐酸);阴离子交换树脂的再生是加入适当浓度的碱(一般为5%的NaOH)。经再生后的树脂可重新使用。混合离子交换树脂用饱和食盐水充分浸泡,由于密度的原因,阴离子树脂浮在上面,阳离子树脂沉在下面。从而将其分离,然后再分别进行再生。树脂再生装置如图1所示。
本实验可采用一步法,即只采用混合离子交换树脂一步制备去离子水;也可采用三步法,即经过阳离子交换、阴离子交换、混合离子交换三步制备去离子水。三步法的装置图如图2所示,一步法只需取用一根离子交换柱即可。
仪器:离子交换柱1支;电导率仪1台;电导电极1支;烧杯(100ml)4个。
在一支离子交换柱底部填上少量玻璃纤维丝,拧紧下端的螺丝夹。将质量比为1:1的混合阴、阳离子交换树脂(树脂由实验预备室处理)与水搅匀,连水通过漏斗一并转入离子交换树脂柱中,使树脂高度达25cm(2/3体积)左右。若一次不够,可从下端放出多余的水
后再次加入,直至树脂的高度为25cm左右为止,最后将多余的水自下端放出,但必须保证水面高于树脂面。拧紧螺丝,装柱完毕。离子交换柱见图2。(注:装柱时若树脂间隙中有气泡,将不能使水与树脂充分接触,影响交换效果,可用玻璃捧搅动树脂让气泡排出。当无法排出应将树脂倒出后重新装柱。)
用烧杯取约60ml自来水,分多次注入已装好的离子交换树脂柱中,同时调松下端的螺丝夹,使流出水先以每分钟25~30滴的流速通过交换柱,开始流出的约30ml水应回收于原装树脂的烧杯中。然后重新控制流速为每分钟约15~20滴。用干净烧杯收集水样约40ml,即为经交换后制备的去离子水供下步水的纯度检查用。
按图13-2将离子交换柱装好并串联起来。阳离子交换柱装入约1/2体积的树脂,阴离子交换柱装入约2/3体积的树脂,装混合离子交换柱时,应先将阴、阳离子按体积比2:1混合均匀,再装入约2/3体积的树脂。装柱和连接过程中,应注意树脂层和两柱间的连接管内不得留有气泡,以免液体流动不畅。
依次使自来水水样流经阳离子树脂交换柱、阴离子树脂交换柱和混合离子树脂交换柱,控制流速约为2~3秒1滴。弃去前面所接收的约20mL后开始接受水样,依次接收流经阳离子、阴离子及混合离子交换柱流出的水,流经阳离子、阴离子交换柱流出水,流经阳离子交换柱流出水,以及自来水四个水样,进行测试。
电导率仪的使用和电导率的测定见教材附录的相关内容或使用说明书。所制备的去离子水的电导率应在5μS·cm-1以下,而自来水的电导率常在100μS·cm-1以上.二者进行对比。
取1mL水,加入1滴6 mol·L-1NaOH和1滴镁指示剂,有天蓝色沉淀,表示有Mg 2+。
取1mL自制水,各加入2滴硝酸使之酸化,再各加入2滴AgNO3溶液,若出现浑浊,表示有Cl-。