实验三 铁系列化合物的制备
一. 实验目的
① 了解复盐的制备方法，复习过滤、蒸发、结晶等基本操作。 ② 学习利用目视比色法检测产品质量的方法。
二. 实验原理
硫酸亚铁铵（俗称摩尔盐）是一种复盐：FeSO42(NH4)2SO426H2O，可用如下方法制备：
Fe(铁屑)+稀H2SO4== FeSO4+H2↑
FeSO4+(NH4)2SO4+6H2O== FeSO42(NH4)2SO426H2O
在空气中亚铁盐通常都易被氧化，但生成复盐FeSO42(NH4)2SO4-26H2O（浅绿色晶体）后比较稳定，不易被氧化。
实验中有关盐的溶解度见表6—1。
表6—1 有关盐的溶解度（g/100g水） 温度 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ (NH4)2SO4 73.0 75.4 78.0 81.0 FeSO427 H2O 45.17 62.11 82.73 110.27 FeSO42(NH4)2SO426H2O — 41.36 — 62.26
三. 仪器和药品
仪器：台秤 布氏漏斗 吸滤瓶 铁架台
药品：H2SO4(3mol.L-l) HCl(2mol.L-l) Na2CO3(10%) KNCS(1mol.L-l) 铁屑 (NH4)2SO4(s)
四. 实验步骤
（1）铁屑表面油污的去除
—
用台秤称取2.0g铁屑放入锥形瓶中，加入15mL100g.L1Na2CO3溶液，缓慢加热约10min，用倾析法倾去碱液，用去离子水将铁屑冲洗干净。
（2）硫酸亚铁的制备
—
往盛有铁屑的锥形瓶中加入15mL3mol.L1的H2SO4溶液，盖上表面皿，在石棉网上小火加热，使铁屑与硫酸反应至不再有气泡冒出为止。在加热过程中需不断添加水以补充失去的水分。趁热减压过滤，滤液转至蒸发皿中。将锥形瓶中和滤纸上的铁屑及残渣洗净，收集起来用滤纸吸干后称重。算出已反应的铁屑的量并计算出生成的FeSO4的理论产量。
（3）硫酸亚铁铵的制备
根据FeSO4的理论量，按1：1的比例称取一定量的(NH4)2SO4固体配成饱和溶液，加
—
到硫酸亚铁溶液中，混合均匀后滴加3mol.L1的H2SO4溶液至pH=1—2。用小火蒸发浓缩至表面出现一层微晶膜为止（蒸发过程中不可搅拌）。静止冷却至室温，析出浅绿色FeSO42(NH4)2SO426H2O晶体。用布氏漏斗减压过滤，尽量挤干晶体上残存的母液，观察晶体的形状和颜色，称重并计算产率。
(4)纯度检验
铁（Ⅲ）的限量分析：称1g样品置于25mL比色管中，用15mL不含氧的去离子水溶
——
解。再加入2mL2mol.L1HCL和1mL 1mol.L1KSNC溶液，再用水稀释至25mL刻度，摇
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匀后，所呈现的红色不得深于规定级别的标准溶液。
标准溶液（实验室配制）：
3+
Ⅰ级试剂 含Fe0.05mg
3+
Ⅱ级试剂 含Fe0.10mg
3+
Ⅲ级试剂 含Fe0.20mg
思 考 题
1. 为什么要首先除去铁屑表面的油污？ 2. 为什么在制备过程中溶液始终呈酸性？
实验四 缓冲溶液的配制和性质
一. 实验目的
1. 学习缓冲溶液的配制方法，并试验其缓冲作用。 2. 学习并掌握pHS-3C型pH计的正确使用方法。
二. 实验原理 弱酸及其共轭碱（如HAc-NaAc）的水溶液，或者弱碱和它的共轭酸（如NH3.H2O-NH4Cl）的水溶液，能抵抗外来的少量酸、碱或稀释的影响而使其pH值保持稳定，具有这种缓冲作用的溶液叫缓冲溶液。
对于弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液，其pH值的计算公式为：
pH=pka+lg(C共轭碱/C酸)
对于弱碱及其共轭酸组成的缓冲溶液，其pH值的计算公式为：
○
pH=pKw-pkb+lg(C碱 /C共轭酸)
缓冲溶液的有效缓冲范围为pKa±1。
三. 仪器和药品
仪器：pHS-3C型精密pH计 试剂：NH3.H2O（1.0 mol.L-l）、NH4Cl（0.1 mol.L-l）、HAc（0.1 mol.L-l；1.0 mol.L-l）、NaAc（1.0 mol.L-l；0.1 mol.L-l）、HCl（0.1 mol.L-l）、NaOH（0.1 mol.L-l）、标准缓冲溶液。
四. 实验步骤
1.pHS-3C型精密pH计的调试和准备 ①复合电极活化（去离子水中浸泡过夜）； ②仪器预热20—30min； ③仪器标定（两点法）：
A.选择pH档，调温度旋钮至当日溶液温度；
B.斜率旋钮顺时针旋到底，将电极插入pH=6.86的标准溶液中，调节定位旋钮至指定数值；
C.清洗电极，擦干，用pH=4.00的标准溶液调节斜率旋钮至指定数值； D.重复B、C直至读数不变。 2.未知溶液pH值的测试
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① 缓冲溶液pH值的配制及其pH值的测定
按下表配制4种缓冲溶液，测定前将溶液搅拌均匀，分别插入擦洗干净的复合电极，测定其pH值，待读数稳定后，记录测定结果，并进行理论计算，将理论计算值与测定值进行比较。 编号 1 2 3 4 配制溶液（用量筒各取25.00ml） NH3.H2O(1.0mol.L-l)+NH4Cl(0.10mol.L-l) HAc（0.10 mol.L-l）+NaAc（1.0 mol.L-l） HAc（1.0 mol.L-l）+NaAc（0.10 mol.L-l） HAc（0.10 mol.L-l）、NaAc（0.10 mol.L-l） pH测定值 PH计算值 ② 试验缓冲溶液的缓冲作用 在上面配制的第4号缓冲溶液中加入0.5ml（约10滴）0.10mol/lHCl溶液，摇匀，用酸度计测定其pH值；再加入1.0ml（约20滴）0.10mol/lNaOH溶液，摇匀，测定其pH值，记录测定结果，并与计算值进行比较。 4号缓冲溶液 加入0.5mlHCl溶液（0.10 mol.L-l） 加入1.0mlNaOH溶液（0.10 mol.L-l）
实验完毕后，清洗电极，整理仪器。 pH测定值 pH计算值 思 考 题
① 怎样根据缓冲溶液的pH值选定缓冲物质？ ② 为什么在通常情况下所配制的缓冲溶液中酸（或碱）的浓度与其共轭碱（或共轭酸）的浓度相近？这种缓冲溶液的pH值主要决定于什么？
③ 总结用酸度计测定溶液pH值
实验五 化学反应热效应的测定
一. 实验目的
1.掌握用量热计法测定反应热效应的方法。 2.学习容量瓶和移液管的正确使用。 3.学会分析测量过程中的误差来源。
二. 实验原理
化学反应通常是在恒压条件下进行的，恒压下进行化学反应的热效应称为等压热效应。在化学热力学中则用焓变△H来表示。放热反应△H为负值，吸热反应△H为正值。
例如：在恒压下，金属锌从铜盐溶液中置换出lmol铜时放出216.8kJ热量，即反应的焓
—
变△H＝—216.8kJ.mo1l。
放热反应的反应热测定方法是很多的，本实验是使反应物在量热计中作绝热变化，量热计中溶液温度升高的同时也使量热计的温度相应地提高，因此反应放出的热量可按下式计算：
△H= -（V3d3c+Cp）3△T/（n31000）
其中：△H—反应的焓变 (kJ/mol)
V—溶液的体积 (mL)
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d—溶液的密度 （g/mL） c——溶液的比热 (J/g.K) △T—真实温升 (K)
n—VmL溶液中溶质的物质的量 Cp一量热计的热容 (J/K) 所谓“量热计的热容”，是指量热计的温度升高1℃所需要的热量。在测定反应热前，必须先测定量热计的热容，其方法大致如下：
在量热计中加入一定量的冷水G(例50g)，测其温度为T1，加入相同量的热水（温度为T2），混合后水温为T3。已知水的比热为4.18J/g.K则：
热水失热＝(T2－T3)3G3c 冷水得热＝(T3－T1)3G3c 量热计得热＝(T3－T1)3Cp
因为热水失热与冷水得热之差即为量热计得热，故量热计的热容： Cp= （T2－T3）3G3c－（T3－T1）3G3c T3－T1
三. 仪器和药品
仪器：分析天平、台秤、温度计(-5一J—±50℃，1/10℃)、保温杯、容量瓶(250ml)、移液管（50 mL）
药品：CuSO4 5H2O晶体(A.R)、锌粉(C.P)
四. 实验步骤
1．测定量热计的热容(Cp) 量热计装置如图1所示。
用量筒量取50.0ml自来水，倒入量热计中，加上盖适当加以搅拌，等待5-10min使体系达到热平衡，记录温度T1，精确到0.1℃。同样取50.0ml自来水放在烧杯中，用小火加热到比T1高15~20℃〔用同一支温度计测量〕。让热水静置1—2min后，迅速测量其温度T2，精确到0.1℃，并迅速将其倒入量热计中，加上盖并进行搅拌，立即观察温度计读数，每20s记录一次温度，直至温度上升到最高点后再继续测量3min。如图2所示，作出温度、时间的曲线图，求出△T(即T3—T1)。
2. 测定锌与硫酸的置换热 ⑴用台秤称取3g锌粉。
⑵在电子天平上称出配制250mL0.2000 mol.L-l CuSO4溶液所需要的CuSO425H2O晶体的质量，用250ml容量瓶配制成溶液，正确计算出CuSO4溶液的浓度。
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⑶用50ml移液管准确量取0.2000 mol.L-l CuSO4溶液100ml，注入干净的量热计中。 ⑷不断搅拌溶液，每隔20s记录一次温度。
⑸在测定开始2-3min后迅速添加3g锌粉(注意仍需不断搅拌溶液)，并继续每隔20s记录—次温度，记录温度至上升到最高点后再继续测定2~3min。如图2所示，作出温度、时间的曲线图，求出△T。
五. 数据记录和处理 1.列表
记录测定量热计热容量每隔20s的温度读数。记录测定锌与硫酸铜置换热每20秒钟的温度读数。
2.量热计的热容 (1)冷水的温度T1 K (2)热水的温度T2 K (3)从曲线上测得的混合温度T3 K (4)热水失热(T2—T3)2G2c J (5)冷水得热(T3—T1)2G2c J (6)量热计得热[(4)一(5)] J (7)量热计的热容Cp J/K 3．置换热
⑴CuSO4溶液的温度 K ⑵从曲线上测得的△T K ⑶溶液的比热c 4.18J/g.K ⑷CuSO4溶液的体积V 100ml ⑸溶液的密度d 1.00g/ml ⑹Vml溶液中CuSO4的物质的量（或生成铜的物质的量）n mol ⑺量热计的热容Cp J/K ⑻生成1mol铜所放出的热量△H k2J/mol ⑼百粉误差 %
注：⑴上述计算中假设：溶液的比热与水相同，为4.18J/g.K；溶液的密度与水相同，为1.00g/ml。⑵图1所示的简易量热计，它并非严格绝热，在实验时间内，量热计不可避免地会与环境发生少量热交换，搅拌也会引起热量。为了消除此影响，求绝热条件下的真实温升，可采用图2所示的外推法作图，即先根据实验数值，作出温度(T)、时间(t) 曲线，从曲线上相当于反应前(C)和反应后(D)之间平均温度的M点引垂线与温度读数的延长线交于A、B两点，即为所求的真实温度△T。（用作图纸作图，横坐标表示的时间，每隔20s用1cm；纵坐标表示的温度，每度用1cm。）
思 考 题
1.为什么实验中锌粉用台秤称量，而对于所用CuSO4溶液的浓度与体积则要求比较精确？
2.所用的量热计是否允许有残留的水滴？为什么？ 3.分折实验中造成误差的原因。
4.如何测定中和热？NaOH与HCl、NaOH与HAc的中和热是否相同，为什么?
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