化学实验(无机化学实验和有机化学实验)(周祖新)

《化学实验》是根据中本贯通化学化工类专业化学实验课程的教学基本要求，并融合无机化学实验、有机化学实验教学改革成果编写的化学实验教材。全书包括三部分，*部分介绍化学实验的常用仪器、基本操作方法、合成基本理论，实验中的安全知识，化学工业知识介绍等。第二部分是无机化学实验，包括基本操作，无机化合物的制备与提纯，物质常数的测定，无机物的性质实验等；对每个实验操作都有详细的细节指导，并在问题与探讨、补充说明中予以解释，对基本操作和制备、提纯类实验，有实际生产的工艺路线。第三部分为有机化学实验，包括有机化学实验一般知识，有机化学实验的基本操作，有机化合物的制备及综合实验、设计实验等。《化学实验》可作为化工专业中本贯通本科阶段、应用型本科化学化工类专业学生的教材，也可作为相关专业教师、教学辅助人员的参考书。

周祖新，上海应用技术学院化学与环境学院，副教授，1991年-2008年 教授无机化学，无机与分析化学，普通化学，现代生活与化学，工程化学主要教学、科学研究、实践经历1．生物传感器的研究（过氧化氢酶传感器，乙酰胆碱酯酶生物传感器，葡萄糖生物传感器）2．催化剂的研究（合成吗啉的催化剂研究）3．有机中间体，农药的合成（β-紫罗兰酮的合成，高纯氨丙醇的合成，并进行了中试生产，多肽的合成研究，新型农药苯氧威的合成，并进行了中试生产）4．在工厂主持生产维生素A的中间体β-紫罗兰酮5年。

章 化学实验基础知识1

节化学试剂的规格、存放及取用1

第二节玻璃仪器的预处理和洗涤3

第三节化学实验基本操作8

第四节化工生产简介16

第五节化学实验室的安全、救护和“三废”处理22

第六节常用化学文献和网络资源25

第七节化学实验的一般步骤28

第二章 无机化学实验32

实验一煤气灯的使用及玻璃仪器的洗涤32

实验二从天然芒硝制取无水硫酸钠36

实验三硫酸亚铁铵的制备39

实验四碳酸钠的制备43

实验五无机颜料(铁黄)的制备46

实验六硫代硫酸钠的制备50

实验七醋酸铬(Ⅱ)水合物的制备54

实验八化学反应热效应的测定57

实验九化学反应速率和化学平衡61

实验十解离平衡67

实验十一弱酸的解离度和解离常数的测定72

实验十二难溶强电解质溶度积常数Ksp的测定77

实验十三p区典型非金属元素单质及化合物的性质85

实验十四若干p区金属元素单质及化合物的性质92

实验十五若干过渡元素化合物的性质98

实验十六未知阳离子混合液的分析109

实验十七综合实验（一）钛铁矿的综合利用114

实验十八从硼镁泥制取七水硫酸镁122

实验十九从废电池中回收锌皮制备硫酸锌127

实验二十印制电路烂版液中铜的回收、利用及有关分析131

第三章 有机化学实验146

节有机化学实验一般知识146

第二节有机化学实验的基本操作158

实验一简单玻璃工操作158

实验二简单蒸馏159

实验三水蒸气蒸馏161

实验四减压蒸馏163

实验五精密分馏166

实验六重结晶169

实验七熔点的测定172

实验八升华174

实验九柱色谱和薄层色谱176

第三节有机化合物的制备178

实验十乙酸乙酯的制备178

实验十一乙酸正丁酯的制备180

实验十二邻苯二甲酸二丁酯的制备182

实验十三正丁醚的制备184

实验十四1-溴丁烷的制备186

实验十五乙酰苯胺的制备188

实验十六二亚苄基丙酮的制备191

实验十七肉桂酸的制备193

实验十八乙酰水杨酸的制备195

实验十九环己烯的制备197

实验二十7,7-二氯双环［4.1.0］庚烷的制备198

实验二十一α-苯乙醇的制备200

第四节天然有机化合物的提取202

实验二十二从茶叶中提取咖啡因202

实验二十三黄连中黄连素的提取206

实验二十四橙皮中橙油的提取208

实验二十五八角茴香油的提取211

实验二十六植物中天然色素的提取和分离212

实验二十七桂皮中肉桂醛的提取和分离216

第五节有机化合物的性质验证实验218

实验二十八溶解度实验221

实验二十九烃的性质223

实验三十卤代烃的性质225

实验三十一醇、酚、醚的性质227

实验三十二醛和酮的性质230

实验三十三羧酸及其衍生物的性质233

实验三十四胺的性质235

实验三十五糖类化合物的性质238

实验三十六氨基酸和蛋白质的性质240

第六节综合实验242

实验三十七肥皂的制备242

实验三十八有机玻璃的制备243

第七节有机化学设计型实验244

实验三十九从红辣椒中分离红色素245

实验四十2-硝基-1,3-苯二酚的制备248

实验四十一植物中芳香油的提取251

实验四十二水杨酸甲酯的制备251

实验四十三固体酸催化下乙酰水杨酸的制备252

附录254

附录一常见阳、阴离子的鉴定方法254

附录二常用酸、碱的浓度257

附录三某些离子和化合物的颜色258

附录四某些试剂溶液的配制260

附录五几种常用的酸、碱指示剂262

附录六几种常用试剂的配制方法262

参考文献264

我国正在由制造大国向“智造大国”迈进，化工产业正在结构优化，这些优化对生产者的技能水平、综合素质提出更高的要求，不仅要有扎实的专业技能，也要兼具相关产业的知识和技能。前几年就已开始的中高职贯通和现今的中本贯通试点，都在向社会发出一个信号，那就是：职业教育也是可以培养精英人才的，而不仅仅是普通劳动者。中本贯通不仅要求培养高端技能人才，更重要的是培养特别要求产教融合、特色办学，推动教育教学改革与产业转型升级衔接配套。在这种思路下，我们开始编写中本贯通化学实验（无机化学实验和有机化学实验）教材，为探索适应高层次职业教育的教材作一些尝试。《化学实验》是根据我校在无机、有机化学实验教学中长期积累的经验并结合全国多所兄弟院校，尤其是应用技术类院校教学经验，根据编写人员到多个化工及相关企业进行长期调研，与高级技术工人、高级管理人员进行长期交流的基础上编写而成。本书对实验操作有细致的指导，所选实验与化工生产紧密联系；本书把实验操作、实验指导与化工生产流程捆绑在一起，使学生在做实验的过程中对实际化工生产有更多了解，打好学、用相联的基础。全书包括三章，章是实验基本要求、实验基本操作技能和化工生产基本知识。化学实验的教学对象为中本贯通后刚进入大学的学生，大多学生在中专阶段虽受到较多的化学实验训练，但还需进行严格扎实的基础训练，改变某些不良习惯。为增加应用性，编进了化工生产基本知识，使每项实验操作与化工厂生产对应起来，既增加了学生的学习兴趣，又有利于学生认识真正的化工生产。为培养学生通过查阅资料解决问题的能力，编进了常用化学文献和网络资源。另外还介绍了实验报告（包括预习报告）的写法，介绍了一些写预习报告和实验报告时常查阅的资料。第二章是无机化学实验，共有20个实验，每个实验还编有实验指导，一般有以下几部分组成：，实验操作注意事项。这是本书的重点，我们根据学生在操作过程中经常容易忽视的问题、常犯的错误、试剂容易出现的问题以及由此造成实验失败的原因，结合实验的关键操作、安全技术等问题进行必要的提示和分析。第二，问题与讨论。对实验中容易出现的问题和异常现象，以及学生经常提出的某些疑难问题作一些必要的分析和讨论。第三，补充说明。配合实验内容对实验原理或实验结果作进一步的说明，并对某些问题作为补充资料进行适当的扩展和深化。第四，实验室准备工作注意事项。介绍某些有特殊要求的试剂的配制、仪器装置及其它用品在准备时所必须注意的事项。第五，实验前的思考题。根据实验目的，从实验原理和基本操作等方面提出在实验前应该如何进行预习的具体要求以及应该思考的问题。对无机制备实验，还编有生产工艺，使学生的每步实验操作与所用仪器与实际生产对应起来，限度地增加了应用性。第三章是有机化学实验，共43个实验，包括有机化学实验一般知识、有机化学实验的基本操作、有机化合物的制备。参加本书编写工作的有高永红(第三章实验二十二至实验三十六)、肖繁花(第三章实验一至实验九)、杜葩(第三章实验十至实验二十一、实验三十七、实验三十八)、康丽琴(第三章实验三十九至实验四十三)、周祖新(章、第二章)，后由周祖新统稿。教研室全体同仁对本书的编写作出了很大贡献。由于编写时间仓促，水平有限，书中不妥之处，敬希给予批评指正。编者2016年12月

实验五 
无机颜料(铁黄)的制备

    一、实验

     （一）、实验目的

    1.了解用亚铁盐制备氧化铁黄的原理和方法；

    2.熟练掌握溶液pH的调节、沉淀的洗涤、减压过滤及结晶的干燥等基本操作

   （二）、实验原理

氧化铁颜料由于无毒、化学性质稳定、色彩多样，其重要性与日俱增，是无机彩色颜料中生产量和消费量的一类颜料，根据色泽和成分可以分为氧化铁红、氧化铁黄和氧化铁黑。

氧化铁黄又称羟基氧铁，简称铁黄，其分子式为FeO(OH)或Fe2O3?H2O粉末，是化学性质比较稳定的碱性化合物，不溶于碱，微溶于酸，完全溶于热的浓盐酸。热稳定差。铁黄由于具有良好的着色力、遮盖力，常用于做建筑墙面粉刷剂、橡胶及造纸等工业的着色剂，也可作为生产铁红、铁黑的原料。同时由于铁黄无毒，可用作药片的糖衣着色剂及化妆品的添加剂。

本实验制取铁黄是采用湿法亚铁盐氧化。制备过程分为两步：

1． 晶种的形成

由于铁黄为晶体，因而制取时必须先形成晶核，晶核长大成为晶种。如果没有晶种的参与，就只能得到稀薄的色浆而非颜料。形成铁黄晶种的过程大致分为两步：

⑴生成氢氧化亚铁胶体  在一定温度下，向硫酸亚铁铵(或硫酸亚铁)溶液中加入氢氧化

钠液(或氨水)，立刻有胶状氢氧化亚铁生成，反应如下：

FeSO4 2NaOH → Fe(OH)2↓ Na2SO4

氢氧化亚铁溶解度非常小，而晶核生成的速度相当迅速，晶种无暇长大，因而将得到较细小

粒子。一般来说，细小而均匀的晶种粒子有利于在氧化阶段得到高质量的产品，因此反应需在充分搅拌下进行。反应后溶液中要留有硫酸亚铁晶体。

⑵FeO(OH)晶核的形成  要生成铁黄晶种，需将氢氧化亚铁进一步氧化，反应如下：

4Fe(OH)2 O2 → FeO(OH)↓ 2H2O

此氧化过程俗称“发胶”，是一个复杂的过程，反应温度和pH必须严格控制在规定范围内，此步温度控制在20℃左右，不能超过40℃；溶液pH保持在4～4. 5。若溶液pH接近中性或略偏性，则呈棕黑色；pH>9时会形成红棕色的铁红晶种；若pH>12，则又产生一系列过渡色相的铁氧化物，失去作为晶种的作用。

2． 黄的制备（氧化阶段）

氧化阶段的氧化剂主要为KClO3另外，空气中的氧气也参加氧化反应。氧化时必须升温，温度保持在80～85℃，控制溶液的pH为4～4. 5。氧化过程的化学反应如下：

4FeSO4 O2 6H2O → 4FeO(OH) ↓
4H2SO4

6FeSO4 KC1O3 9H2O  → FeO(OH) ↓ 6H2SO4 KCl

氧化反应过程中，沉淀的颜色起初为灰绿色，继而转变为墨绿色，进一步变为红棕色，后成淡黄色

    （三）、实验内容

仪器：恒温水浴槽、托盘天平、水循环真空泵。

药品：硫酸亚铁铵(s)、氯酸钾(s)、NaOH溶液(2 mol?L-1)、BaCl2溶液(0.1 mol?L-1)、pH试纸。

    （四）、实验步骤

1． 氢氧化亚铁胶体的制备

称取 7.0g(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O放在100 mL烧杯中，加15mL蒸馏水，磁力搅拌5 min，在20℃的恒温水浴中加热至溶解。检验此时溶液的pH，边搅拌边慢慢滴加2 mol?L-1NaOH，随着氧化反应的进行，溶液的pH为4～4. 5时，停止加碱。观察反应过程中沉淀颜色的

变化。

2． FeO(OH)晶核的形成

取0.2g KClO3倒入上述溶液中，搅拌后检验溶液的pH，将恒温水浴升到85℃，进行氧化反应，边搅拌边不断滴加2 mol?L-1NaOH溶液，当pH为4～4. 5时停止加碱。

3． 可溶性盐除去

用60℃左右的去离子水以倾析法洗涤淡黄色颜料数次，至溶液中基本上无SO42-为止（如何检验？）。

4． 减压过滤

减压过滤得黄色颜料滤饼，弃去母液（倒入回收瓶），将黄色颜料滤饼转入蒸发皿中，在水浴加热下进行烘干，称其质量，并计算产率。

思考题

(1) 在洗涤黄色颜料过程中如何检验溶液基本没有SO42-，目视观察达到什么程度算合格？

(2) 为何制得铁黄后干燥温度不能太高？

(3)如何从铁黄制备铁红、铁绿、铁棕和铁黑？

   二、实验指导

（一）、实验操作注意事项

1.硫酸亚铁铵在加热溶解过程中要保持酸性、温度不超过30℃，以免被提前部分氧化。

2.在滴加NaOH过程中滴加速度要慢，要快速搅拌（如无磁力搅拌），避免局部过碱性。在滴加过程中要常检验体系的pH。FeSO4始终是远远过量的。

3.滴加NaOH过程中要严格控温，如气温较高，可用冷水浴，温度不超过20℃左右，体系颜色灰绿色至绿色，体系中应还有部分硫酸亚铁存在，以保证Fe(OH)2的细小晶种。

4. 0.2g KClO3倒入后，水浴加热至85℃左右，搅拌中国继续加NaOH溶液，但pH基本不变（因OH-与Fe2 或Fe3 反应），还是4～4. 5，颜色由绿色变为红棕色，至后变为黄色。

5.洗涤SO42-时，用试管接一定体积的洗涤液，加入一定量的BaCl2溶液，移入比色管，与一系列标准浓度SO42-比较浊度，直到达到标准。

    （二）、问题与探讨

1.亚铁离子与NaOH生成Fe(OH)2在较低温度（20℃左右）时，晶体生长速度较慢，能得到细小的晶体，有利于下一步的氧化，若温度太低，则会有γ-FeOOH杂晶，影响产量。

2.反应中，pH一直在4～4. 5，若pH大于5，会生成Fe3O4杂晶，pH太低，晶体生长速度快，晶体颗粒过大，会增加下一步氧化得难度。

3. FeSO4中Fe2 在溶液中以[Fe(H2O)6]2 ]配离子形式存在，以保证溶液中游离的Fe2 浓度恒定，形成规则的、微小的晶体。温度过高会破坏配离子结构，使晶核大小不一致。

4.这里氧化分两步，首先是空气中的氧气，将Fe(OH)2氧化为铁黄晶种，在FeSO4介质中，Fe2 进一步沉淀在晶种上，晶体长大成为铁黄，但速度太慢。待晶种长成后，加入氧化剂氯酸钾，以加快氧化速度，提高产率。

5. 硫酸亚铁的浓度高，反应速率快，颜色不易控制；而其浓度低，反应时间长，产品颜色发暗。硫酸亚铁的浓度一般控制在5％～15％范围内。

    三、生产工艺

   （一）、酸法制备工艺

    1．铁皮法

    该方法使用的原料为FeSO4，为维持反应介质中Fe3 浓度在特定的范围，在反应过程中加入还原剂铁皮。加入铁黄晶种和通入空气，在一定pH条件下合成铁黄。该方法主要有两步：

    (1)首先以FeSO4·7H2O为原料、NaOH或NH3·H2O为沉淀剂或pH调节剂、空气为氧化剂氧化制备晶种；

    (2)用晶种、FeSO4、铁皮、空气进行二步氧化产出铁黄。此处，NaOH或NH3·H2O用作沉淀剂或pH调节剂，与FeSO4反应生成氢氧化亚铁沉淀；空气用作氧化剂；铁皮与FeSO4氧化水解过程中所产生的硫酸反应。提供反应体系中所需的亚铁离子，并维持溶液的pH值。

    2．滴加法

    在二步氧化中若采用滴加硫酸亚铁溶液代替铁皮，并滴加氨水中和氧化过程中产生的酸，则这种方法称为滴加法。所涉及的反应为：

        4 FeSO4 O2(空气) 6H2O→4α-FeOOH↓ 4H2SO4

滴加法需以一定的速度向反应釜中滴加硫酸亚铁母液和氨水，每隔一段时间用pH计测定反应体系的pH值。用重铬酸钾法分析Fe2 、Fe3 的浓度，以控制反应体系的pH值和Fe2 浓度。

     （二）、氧化工艺

     1．空气氧化法

    因空气的零成本和取之不尽的特性，从而成为氧化沉淀法中的氧化剂。这种方法是在分散剂和表面活性剂的存在下，将FeSO4与NaOH(或氨水)反应生成Fe(OH)2胶体，Fe(OH)2被空气氧化成铁黄品种。在FeSO4介质中，Fe2 进一步沉淀在晶种上，晶种长大成为铁黄。空气氧化法具有工艺技术成熟、设备简单、生产成本低、易工业化等优点；但也有生产周期长(通常一批产品需30～50 h)、能耗高等缺点。

    在亚铁氧化过程中，可以把亚铁盐水溶液在硅酸盐或铝酸盐存在下用空气氧化。也可在亚铁盐中加入添加剂，控制氧化铁黄粒度的增大，使其达到均一。如添加乙二酸、酒石酸等来控制粒子的大小和均匀性，这些添加剂可以防止Fe2 被氧化成Fe3 。有时，为了得到更细的氧化铁黄颗粒，在空气氧化过程中，可以加入晶型转化促进剂，常见的无机晶型转化促进剂有钙、镁、铝等元素的氯化物或酸盐、磷酸盐、亚磷酸盐等。有机晶型转化促进剂有多元醇、单糖或多糖等化合物，其用量为氧化铁黄的5％～15％。过滤后的透明铁黄滤饼，可重新分散在NaOH溶液中，在一定温度和pH值下搅拌一段时间，以除去颜料中的杂质阳离子和阴离子，提高颜料的透明度和色相纯度。

     2．氯酸钠氧化法

     氯酸钠氧化法是以FeSO4为原料，在酸性溶液中用NaClO3将Fe2 氧化成Fe3 ，然后再用NaOH将Fe3 沉淀为Fe(OH)3胶体，在铁皮存在的条件下，将Fe(OH)3转化为α-FeOOH。α-FeOOH经过水洗、过滤、干燥、粉碎即可得到氧化铁黄。我国自70年代就开始用该法研制生产氧化铁黄，水浆中的水合氧化物用十二烷基苯磺酸钠等进行表面处理，制得透明度较高的氧化铁黄颜料。该工艺的关键步骤是Fe(OH)3胶体的制备、晶型转化及表面处理；优点是流程短，但过程难以控制，因此所得颜料质量不稳定。