无机实验

研究、设计实验

目的：培养学生查阅文献的能力、独立进行初步化学研究的能力、在研究过程发现问题解决问题的能力和团队合作精神。

实验项目：从以下的题目中选择感兴趣的课题，查阅文献、制定实验方案、进行实验及对实验方案的修正和实验结果的分析，最后以书面论文的形式结题。

1、高铁酸钾的制备与性质测试（基地、化类）

高铁酸钾为紫黑色略有金属光泽的粉末状结晶体, 极易溶于水形成深紫色溶液, 其水溶液无论在酸性还是碱性溶液中均表现出极强的氧化性, 这主要是由于高铁酸钾在酸性或是碱性介质中都具有较高的氧化还原电极电位[ 12, 13] 。在晶体中, 高铁酸根呈畸变扭曲的四面体结构, 其中铁原子位于四面体的中心, 4 个氧原子位于四面体的四个顶角上[ 14] 。

高铁酸盐(K2FeO4、BaFeO4等)，可作为高铁电池的正极材料来制作能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染的新型化学电池。高铁酸钾在水处理效果方面比一些普通无机絮凝剂更有效, 它具有氧化、吸附、絮凝、助凝、杀菌、除臭等多种功能, 并且在反应过程中不会产生二次污染和其他有毒副产物。 高铁酸钾的制备方法通常有高温氧化法, 电解法和次氯酸钠法, 其中以次氯酸钠法工艺较成熟。 本实验拟通过次氯酸盐法制备高铁酸钾，并对实验条件进行优化，如反应物比例、反应温度、重结晶温度、溶液的浓度等。对高铁酸盐的强氧化性、净水作用加以验证。

2、 几种铜配合物的制备与晶体场分裂能的测定（基地）

配位化合物的中心原子的五个能量相等(五重简并)的d 轨道，在不同配位体电场中转化(分裂)成一系列具有不同能量的d 轨道，轨道分裂后，最高能级的d 轨道与最低能级的d 轨道之间的能量差，称分裂能，以Δ表示。晶体场分裂能的大小与配位化合物的几何构型、配位体电场强度和中心原子(离子)电荷及周期位置有关。分裂能和电子成对能决定配位化合物中价电子的排布。Δ值大者成为强场，易生成低自旋配位化合物，Δ值小的为弱场，易形成高自旋配位化合物。

影响分裂能大小因素：

（1）对于同一M 离子，?随配位体不同而变化，如八面体中，I - < Br - < Cl - < SCN - < OH - < C 2O 42- < H 2O < NH 3…… < NO 2- < CN -；这一序列称为光谱化学序列。按配位原子来说，?大小为:卤素<氧<氮<碳

（2）相同配体，同一M 元素，高价离子比低价?大。

（3）相同配体，同一族，第三过渡系>第二过渡系>第一过渡系

分裂能的大小可由光谱数据推得，如Ti 3+ 具有d 1组态，在[Ti(H 2O)6]3+中发生d →d 跃迁：

(t 2g )1(e g )0 1

20300cm -????

→ (t 2g )0(e g )1， 则△=20300cm -1 络合物中的d 轨道能级有高低之分，可发生d-d 跃迁，实验结果表明，△值的大小在10000㎝-1 — 30000cm -1之间，其频率在近紫外和可见光谱区，所以过渡金属络合物一般都有颜色，而颜色的变化显然与△值有关。

本实验以硫酸铜为原料制备四种铜的配合物： [Cu(NH 3)4]SO 4、[Cu(H 2O)6]SO 4、[Cu(EDTA)]SO 4、

[Cu(en)2(H2O)2]SO4。通过测定其紫外吸收光谱及其晶体场分裂能，并对数据进行比较分析。

【参考文献：Journal of Chemical Education 75 (1998) 98】

3、纳米功能材料的合成（基地、化类）

纳米材料由于尺寸量子效应而显示出体相材料所不具备的导电特性、光电特性、光催化能力及随粒径变化的吸收或发射光谱,引起了广泛的关注。目前,人们利用各种方法已成功制备出CdS、CdSe、Fe2O3、SiO2、CdSe、CdTe 等纳米微粒,其中CdS纳米微粒(CdSNPs)在光、电、磁、催化等方面应用潜能巨大。制备纳米材料的方法主要有物理法和化学法两大类。物理法包括电沉积( ED) 、喷涂( SP)和物理气相沉积( PVD)等方法,可制得粒径易控的纳米粒子,但因所需设备昂贵而限制了它的广泛应用;化学法主要有LB 膜法、热分解法、微乳法、溶胶- 凝胶法等,其中用于制备纳米CdS薄膜的方法有化学沉积(CBD) 、分子束外延(MBE) 、有机金属化学气相沉积(MOCVD)等。

本实验通过制备CdS的常规大小颗粒和纳米颗粒粒，了解纳米颗粒的一般制备方法和性质特征，采用简单的方法对其粒径进行分析。

【参考文献：Journal of Chemical Education 84(2007) 709 – 710 】

4、相变储热材料的性能改进（化类）

相变材料在其物相变化过程中，可以吸收环境的热(冷)量，并在需要时向环境放出热(冷)量，从而达到控制周围环境温度的目的。

相变材料可用于热管的工作介质。热管是封闭的管壳中充以工作介质并利用介质的相变吸热和放热进行热交换的高效换热元件。精心设计的热管其导热能力超过任何已知金属的导热能力，即可双向导热也可单向导热（或称为热二极管），被广泛应用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平，芯片的散热，热管还可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头等，青藏铁路为保护永久冻土层也使用了热管装置。

利用相变材料的相变潜热进行能量的贮存和应用，是近年来受到广泛重视的课题。研究表明，相变材料的温控系统有如下优点：(1)简单的装置．不必要成套的管路装置和设备。(2)管理和维修简便，方便使用。

(3)可充分利用太阳能和废热(冷)，有显著的节能效率。(4)在大规模推广前提下，价格会相当便宜。

相变储热材料的种类很多，从材料的化学组成来看，可分为无机及有机材料两类；从储热方式来看，可分为显热、潜热及反应储热3种；从储热的温度范围来看，可分为高温、中温及低温等类型；储热过程中，按材料相态的变化，又可分为固-液相变储热和固-固相变储热两大类。储热材料通常为多组分的，包括主储热刺、相变温度(凝固点)调整剂、防过冷剂(成核剂)、促进剂、防相分离剂(当固、液共存时因密度差易发生相分离时使用)等组分。

常见的固-液相变材料主要有：(1)无机水合盐这类材料熔化热大，导热系数高，相变时体积变化小。但由于它们的结晶水模数在相变中有变化，使得相变的可逆性变差，有过冷范围且有腐蚀性。(2)有机物。用作固一液相变的有机物常是一些醇、酸、高级烷烃等，由于官能团不同，它们在性质上相差很大。有些材料具有合适的相变温度和较高的潜热，并且无毒、无腐蚀性。但有些材料在高温或强氧化剂存在时会燃烧、分解等，因此要加以选择，以确保安全。

本实验以凉枕、暖手宝或建筑保温用材料为目标，分别选择合适的无机水合盐作为主要成份，并探讨解决体系中分层和过冷现象的措施。

5、平衡常数及电极电势的应用（基地）

某些金属硫化物存在于自然界中，是重要的矿物，如方铅矿（铅）、闪锌矿（锌），黄铁矿和黄铜矿等。一些金属硫化物在自然界中因稳定性的原因无天然矿物。金属硫化物最早用于古代炼丹术中做长生不老的仙药，作为矿物用于提取金属或硫（制硫酸）。随着科学的发展，近年来它在环保、光学和催化等方面的应用引起了广泛的关注。

本实验从理论计算（电离平衡、水解平衡及电极电势的计算）出发，给出说明湿法制备Fe2S3，Al2S3，ZnS，FeS，CdS等的可能性，并通过实验加以证实。

注意：硫化氢有剧毒！

6，7、配合物的制备与结构分析（基地、化类）

配合物是由过渡金属离子和一些有机、无机离子或中性分子组成的一类化合物。尽管Werner很早就对这类化合物的结构有着正确的预测，但对其结构细节上的认识一直是科学家们非常感兴趣的研究领域。

四氨合铜离子是由四个氨分子和一个铜（II）离子组成的典型的配离子，其中四个氨分子位于正方形的四个顶点。

6个配体(L)与中心离（原）子(M)可形成八面体配合物，配体分别位于八面体的顶点。配合物离子的电荷取决于中心离子和配体的荷电情况。如果M是三价的钴离子，L是氨分子，则配离子带三个正电荷。例如hexammine cobalt(III) chloride，[Co(NH3)6]3+ 3Cl-，其中的氯离子在配离子之外，类似与简单盐如氯化钾、氯化钙等中的氯离子。

六个配体氨分子中的一个或多个可以被氯离子所取代，生成如[Co(NH3)5 Cl]2+ 2Cl-，[Co(NH3)4Cl2]+ Cl-，[Co(NH3)3Cl3]等类型配合物。对这些部分氨分子被取代后的配合物而言，并不是所有的氯离子在水溶液中均能产生游离的氯离子，如[Co(NH3)5 Cl]2+ 2Cl-，chloropentaammine cobalt(III) chloride，是一个类似氯化钙的2:1型的电解质，该配合物中只有三分之二的位于外界的氯离子才可电离。

实验6 本实验中你将先合成一种钴配合物，分子式为CoCl3(NH3)x,其中x为3-6中的一个，然后采用多种方法通过实验确认x的数值。

【参考文献：Inorganic Syntheses, Volume 9, p. 160, 1967】

实验7 制备顺式和反式二水二草酸根合铬酸钾（K[Cr(C2O4)2(H2O)2]），了解几何异构体在一定条件下的转化。

8、对以往做过或有兴趣的实验进行研究和改进（基地、化类）

提示：对以往所做过的实验条件进行讨论和优化，加深对于实验设计的理解。

要求：

在实验班的范围内自由组合形成研究小组，每组的成员为2-3人。小组成员通过相互协作查阅相关文献、拟定实验方案。实验方案在四月十五日前以书面形式交与老师过目，在老师对其进行初步审核后方可实施。在仪器、试剂选择方面，请尽可能不超出本实验室的现有实验条件。

1、实验方案以书面报告形式提交，内容包括研究小组人员组成、课题选择及意义、基本实验方案的

制定（包括实验的方法、试剂级别、用量、仪器类型、实验时间安排及分工等）和对实验结果的预期等。

2、4月20日前向215预备室提交最后确定的仪器和药品清单。

3、实验时间安排：教学日历上安排的规定实验时间和每周六开放实验时间。实验过程中根据实际实验的结果对方案进行修正和改进。

4、实验报告以纸质版和word电子版形式提交。多人合作进行的实验，研究报告必须独立完成，不得相互抄袭。纸质版交给各班实验指导老师，电子版文档请以电子邮件附件形式发送到：yiheliu@https://www.wendangku.net/doc/f53935611.html,。邮件中主题和word文档的文件名均为：学号+姓名+化类（eg. 200931040225-XXX -化基）。

6、实验报告需以研究论文形式提交。具体内容及格式要求如下:

论文内容包括：标题（宋体二号加粗居中）

作者姓名（宋体四号居中）

作者单位（宋体五号居中）

摘要（正文部分宋体五号）

关键词（宋体五号）

引言（宋体五号）

实验部分（宋体五号）

结果与讨论（宋体五号）

结论（宋体五号）

致谢（宋体五号）

参考文献（宋体五号）

英文标题（Times New Roman 二号加粗居中）

英文作者姓名（Times New Roman 四号居中）

英文关键词（Times New Roman 五号）

打印纸：A4

论文中插入页码，页码位于页脚居中部分，用阿拉伯数字表示。

页眉部分请注明“2009级无机化学研究性实验”，宋体五号，居中。

正文部分行距为1.5倍行距。（具体参考请参看下面的样本）。

参考文献的书写具体请参照下面的样本，文献在正文中需以上标形式标出（eg. 柠檬酸钠的制备一般有以下几种方法[1]。）在文中按引用的先后顺序编号。文献作者不超过3位时,全部列出;超过3位时只列前3位,后面加“等”。作者姓名之间用“, ”分隔。具体格式如下:

【期刊】: 序号作者(姓前名后). 题目. 刊名,年,卷(期):起始或起止页码

【书籍】: 序号作者(姓前名后). 书名. 版次(初版不写). 出版地:出版社,年(专著中的析出文献应注明起止页码)

[1] 张俊亭,肖洁. 蔬菜水果残留农药专用清洗剂的研制[J]. 农业环境保护, 1999, 18(1):11 - 13.

[2] 科顿，威尔金森. 高等无机化学：上册. 北京师大译. 北京：人民教育出版社， 1980. 196-199

<标题宋体二号加粗居中>

<作者姓名宋体四号加粗居中>

<作者单位宋体五号加粗居中>

摘要：<宋体四号>

<正文,宋体,五号>

关键词：<宋体四号>

<正文,宋体,五号>

引言：<宋体四号>

<正文,宋体,五号>

试剂及仪器：<宋体四号>

<正文,宋体,五号>

结果与讨论：<宋体四号>

<正文,宋体,五号>

结论：<宋体四号>

<正文,宋体,五号>

致谢：<宋体四号>

<正文,宋体,五号>

参考文献：<宋体四号>

<正文,宋体,五号>