- 無機化學實驗
- 張倩 孫紅 王騰 崔建華
- 5284字
- 2020-02-26 13:56:32
七、無機化學實驗基本操作
(一)玻璃儀器的洗滌
(1)洗滌要求
玻璃儀器洗滌干凈的標準是儀器內壁水膜均勻分布,不附掛水珠,也不成股流下,洗凈的儀器再用少量蒸餾水沖洗2~3次。
(2)洗滌方法
①刷洗 用毛刷蘸取去污粉或洗衣粉來回柔力刷洗儀器內壁。
②洗液洗 此法適用于口小、管細的儀器,方法是加入少量洗液浸潤儀器內部各部位,來回轉動數圈后,將洗液倒回原瓶,再用水沖洗干凈。若用洗液將儀器浸泡一段時間或采用熱洗液洗滌,則效果更好。洗液(通常為鉻酸洗液,具有強氧化性)可反復使用,若呈現綠色(重鉻酸鉀還原為硫酸鉻的顏色),則失去去污能力。
(二)干燥
干燥的方法有多種,烘干、烤干、晾干、吹干和干燥劑法等不同的方法,可用于儀器干燥和樣品干燥。
(1)烘干
①將洗凈的儀器放在電烘箱(圖1-1)內烘干(控制溫度在105℃左右恒溫加熱30min)。

圖1-1 電烘箱
②儀器口朝下放時,要在烘箱底層放一搪瓷盤,防止水滴下與電爐絲接觸而損壞烘箱。
③帶有刻度的儀器不能用加熱法進行干燥,否則會影響儀器精密度。
(2)烤干
①常用的可加熱耐高溫儀器如燒杯、蒸發皿等可置于石棉網上用小火烤干(應先揩干其外壁)。
②烤干試管時,管口應低于試管底部略向下傾斜(圖1-2),以免水珠倒流炸裂試管。加熱時火焰不要集中于一個部位,應從底部開始,緩慢移至管口,如此反復至無水珠,再將管口向上趕凈水汽。

圖1-2 烤干試管
(3)晾干
不急用的儀器洗凈后倒置在干燥潔凈的干燥板上,任其自然干燥。
(4)吹干
吹干法常用于帶有刻度計量儀器的干燥。在吹干前先用乙醇、丙酮或乙醚等有機溶劑潤濕內壁,以加快儀器干燥速度(圖1-3)。

圖1-3 吹干法
(5)干燥器干燥
①干燥器(圖1-4)常用于防止烘好的樣品重新吸水,還可用于不適宜加熱干燥的樣品干燥。

圖1-4 干燥器
②普通干燥器底部放有干燥劑,干燥劑種類很多,常用硅膠、無水氯化鈣等。無水硅膠呈藍色,吸水后顯紅色即失效。但將其置于烘箱內烘干,硅膠變為藍色后可重新使用。
③干燥器操作:左手扶住干燥器底部,右手沿水平方向移動蓋子,即可將干燥器打開(圖1-5)。打開后,應將蓋子翻著放置,勿使涂有凡士林的磨口邊觸及桌面。放入或取出物品后,須將蓋子沿水平方向推移蓋好,使蓋子的磨口邊與干燥器相吻合。

圖1-5 打開干燥器
易燃、易爆或受熱后其成分易發生變化的有機物常采用真空干燥。
(三)試劑和試劑的取用方法
1.一般化學試劑的分類
化學試劑按雜質含量的多少,通常分為四個等級(表1-3)。
表1-3 我國化學試劑等級

2.試劑的儲存
固體試劑應裝在廣口瓶中,液體試劑和溶液常盛放于細口瓶或滴瓶中。見光易分解的試劑如AgNO3和KMnO4等應裝在棕色瓶中。盛堿性溶液的試劑瓶要用橡皮塞。每個試劑瓶上都應貼標簽,標明試劑名稱、濃度和日期。有時在標簽外部涂一薄層蠟來保護標簽,使之長久使用。
3.試劑的取用規則
(1)固體試劑的取用
①用干凈的藥匙取用固體試劑,取出后立刻蓋好瓶塞。
②稱量固體試劑時,多余的藥品不能倒回原瓶,可放入指定回收容器中,以免將雜質混入原裝瓶中。固體試劑的取法見圖1-6。

圖1-6 固體試劑的取法
③用臺秤稱取物體時,可用稱量紙或表面皿(不能用濾紙)。具有腐蝕性、強氧化性或易潮解的固體應用燒杯或表面皿稱量。
臺秤(粗天平)(圖1-7)能稱準至0.1g,使用時操作步驟如下。

圖1-7 粗天平(臺秤)
a.零點調整:使用天平前需將游碼置于游碼標尺的零處,檢查指針是否停在刻度盤的中間位置,如指針不在中間位置,可調節平衡調節螺母。
b.稱重:被稱物體不能直接放在天平盤上稱重,應根據情況將稱量物體放在稱量紙上或表面皿上。潮濕或具有腐蝕性的藥品應放在玻璃容器內稱重。天平不能稱熱的物體。
稱量時,左盤放被稱量物體,右盤放砝碼。增加砝碼時用鑷子按從大到小的順序添加,5g以內可移動游碼,直至指針不擺動且指向刻度盤正中刻度時,砝碼的質量加上游碼所示的質量,就是稱量物體的質量。
c.稱量完畢,應將砝碼放回盒內,游碼移至游標刻度尺“0”處,托盤疊放在一側,以免天平搖動。
(2)液體試劑的取用
取用液體試劑具體方法有:滴加法(圖1-8)、傾注法(圖1-9)、用量筒量取(圖1-10)。

圖1-8 滴加法

圖1-9 傾注法

圖1-10 用量筒量取
①從滴瓶中取用試劑時,滴管不能觸及所用容器器壁(圖1-8),以免沾污,滴管要專管專用,且不能倒置。
②量取液體體積不要求十分準確時,可利用滴管滴數估計體積。
③取用細口瓶中的液體試劑時,瓶簽面向手心,試劑應沿著潔凈的容器壁或玻璃棒流入容器(圖1-9)。
④量取液體時,視線與所量取溶液體積的刻度線應和溶液彎月面最低處保持水平,偏高或偏低都會造成誤差(圖1-10)。
(四)加熱方法
實驗室加熱常用酒精燈、電爐、電熱套、電烘箱、馬弗爐等加熱用具。
(1)酒精燈
酒精燈適用于所需溫度不太高的實驗,使用時注意不能用另一個燃著的酒精燈點燃,以免著火。熄滅時用燈罩蓋滅,切勿用嘴吹滅。
(2)電爐和電熱套
電熱套(圖1-11)和電爐(圖1-12)可代替酒精燈進行加熱操作。使用電爐時加熱容器和電爐之間要隔以石棉網,以保證物體受熱均勻。

圖1-11 電熱套

圖1-12 電爐
(3)馬弗爐
馬弗爐最高溫度可達900~1200℃,常用于固體物質的灼燒或高溫條件下無機化合物的制備(圖1-13)。

圖1-13 馬弗爐
(五)加熱操作
①用試管加熱液體時,注意試管口不能朝向人體,管內溶液體積不能超過試管高度的1/3。加熱時,應注意使液體各部分受熱均勻,先加熱液體的中上部,再慢慢下移并不斷振蕩管內液體。
②在試管中加熱固體時,注意管口應略向下傾,以防管口冷凝的水珠倒流造成試管炸裂。
③加熱燒杯或燒瓶時,所盛溶液體積不得超過燒杯容量的1/2和燒瓶容量的1/3。加熱時,注意攪拌液體,以防暴沸。
④當被加熱物體要求受熱均勻且溫度不超過100℃時,采用水浴加熱(水浴鍋內盛水量不得超過容積的2/3),通過水傳導熱來加熱器皿內液體。
⑤用油代替水加熱被稱為油浴。甘油浴,常用于150℃以下的加熱。液體石蠟浴,用于200℃以下的加熱。硅油浴,常用于300℃以下的加熱。棉籽油浴,常用于323℃以下的加熱。
⑥將浴器內放置細砂,被加熱器皿的下部埋于細砂中的加熱方法稱為砂浴(圖1-14),用于400℃以下的加熱。

圖1-14 砂浴加熱
⑦在高溫下,加熱固體使之脫水或除去揮發物、燒去有機物等的操作稱為灼燒。常用坩堝或蒸發皿。灼燒不需要石棉網,可直接置于火上操作。燒畢,取坩堝時,坩堝鉗需預熱。取下的坩堝應置于石棉網上,坩堝鉗用后,注意將尖端朝上放置以保證潔凈。
(六)固體的溶解、蒸發與結晶
(1)固體的溶解
選定某一溶劑溶解固體樣品時,若固體顆粒較小,可直接溶解,若固體顆粒較大,應考慮對大顆粒固體進行粉碎、溶解過程中加熱和攪拌等以加速溶解。
①固體的粉碎 若固體顆粒較大時,在進行溶解前通常用研缽將固體粉碎。在研磨前,應先將研缽洗凈擦干,加入不超過研缽總體積1/3的固體,緩慢沿一個方向進行研磨,最好不要在研缽中敲擊固體樣品。研磨過程中,可將已經研細的部分取出,過篩,較大的顆粒繼續研磨。
②溶劑的加入 為避免燒杯內溶液由于濺出而損失,加入溶劑時應通過玻璃棒使溶劑慢慢地流入。如溶解時會產生氣體,應先加入少量水使固體樣品潤濕為糊狀,用表面皿將燒杯蓋好,用滴管將溶劑從燒杯嘴加入,以避免產生的氣體將試樣帶出。
③加熱 物質的溶解度受溫度的影響,加熱的目的主要在于加速溶解,應根據被加熱物質穩定性的差異選用合適的加熱方法。加熱時要防止溶液的劇烈沸騰和迸濺,因此容器上方應該用表面皿蓋住。溶解完停止加熱以后,要用溶劑沖洗表面皿和容器內壁。另外,并不是加熱對一切物質的溶解都有利,應該具體情況具體分析。
④攪拌 攪拌是加速溶解的一種有效方法,攪拌時手持玻璃棒并轉動手腕,使玻璃棒在液體中均勻的轉圈,注意轉速不要太快,不要使玻璃棒碰到容器器壁發出響聲。
(2)蒸發與濃縮
用加熱的方法從溶液中除去部分溶劑,從而提高溶液的濃度或使溶質析出的操作叫蒸發。蒸發濃縮一般在水浴中進行,若溶液太稀且該物質對熱穩定時,可先放在石棉網上直接加熱蒸發,再用水浴蒸發。蒸發速度不僅與溫度、溶劑的蒸氣壓有關,還與被蒸發液體的表面積有關。無機實驗中常用的蒸發容器是蒸發皿,它能使被蒸發液體具有較大的表面積,有利于蒸發。使用蒸發皿蒸發液體時,蒸發皿內所盛液體體積不得超過總容量的2/3,若待蒸發液體較多時,可隨著液體的被蒸發而不斷添補。隨著蒸發過程的進行,溶液濃度增加,蒸發到一定程度后冷卻,就可析出晶體。當物質的溶解度較大且隨溫度的下降而變小時,只要蒸發到溶液出現晶膜即可停止;若物質溶解度隨溫度變化不大時,為了獲得較多的晶體,需要在結晶膜出現后繼續蒸發。但是由于晶膜妨礙繼續蒸發,應不時地用玻璃棒將晶膜打碎。如果希望得到好的結晶(大晶體)時,則不宜過度濃縮。
(3)結晶與重結晶
當溶液蒸發到一定程度冷卻后就有晶體析出,這個過程叫結晶。析出晶體顆粒的大小與外界環境條件有關,若溶液濃度較高,溶質的溶解度較小,快速冷卻并加以攪拌(或用玻璃棒摩擦容器器壁),都有利于析出細小晶體。反之,若讓溶液慢慢冷卻或靜置則有利于生成大晶體,特別是加入一小顆晶體(晶種)時更是如此。從純度來看,快速生成小晶體時由于不易裹入母液及別的雜質而純度較高,緩慢生長的大晶體純度較低,但是晶體太小且大小不均勻時,會形成稠厚的糊狀物,攜帶母液過多導致難以洗滌而影響純度。因此晶體顆粒的大小要適中、均勻才有利于得到高純度的晶體。
當第一次得到的晶體純度不合要求時,重新加入盡可能少的溶劑溶解晶體,然后再蒸發、結晶、分離,得到純度較高的晶體的操作過程叫重結晶,根據需要有時需要多次結晶。
進行重結晶操作時,溶劑的選擇非常重要,只有被提純的物質在所選的溶劑中具有高的溶解度和溫度系數,才能使損失減少到最低水平,同時所選的溶劑對于雜質而言,或者是不溶解的,可通過熱過濾而除去,或者是很易溶解的,溶液冷卻時,雜質保留在母液中。
重結晶操作的一般步驟如下。
①溶液的制備 根據待重結晶物質的溶解度,加入一定量所選定的溶劑(若溶解度大、溫度系數大時,可加入少量某溫度下可使固體全溶的溶劑,若溶解度和溫度系數均小時,應多加溶劑),加熱使其全溶。這個過程可能較長,不要隨意添加溶劑,若需要脫色時,可加入一定量的活性炭。
②熱溶液過濾 若無不溶物此步可以省去,需要熱過濾時,應防止在漏斗中結晶。
③冷卻 為得到較好的晶體,一般情況下應緩慢冷卻。
④抽濾 將固體和液體分離,選擇合適的洗滌劑洗去雜質和溶劑,干燥。
(七)固液分離和沉淀洗滌方法
1.傾析法
混懸液中沉淀物的密度或結晶的顆粒較大,靜置后固液分層,常用傾析法將二者分離(圖1-15)。

圖1-15 傾析法
此法用于沉淀的洗滌時,采用少量洗滌劑加入盛有沉淀的容器中,充分攪拌,靜置沉降,傾析。重復操作2~3次。
2.過濾法
(1)常壓過濾
根據所用漏斗大小和角度選擇并折疊濾紙,以便使兩者密合,潤濕后無氣泡存在。過濾時,先轉移溶液,后轉移沉淀,每次轉移量不得超過濾紙高度的2/3。如需洗滌沉淀,當上清液轉移完畢后,于沉淀中加入少量洗滌劑,攪拌洗滌,靜置沉降,過濾轉移洗滌液,重復操作2~3次,最后將沉淀轉移至濾紙上(圖1-16)。

圖1-16 常壓過濾
(2)減壓過濾
減壓過濾是由于抽氣泵抽氣造成布氏漏斗內液面與抽濾瓶內的壓力差,使過濾速度加快,沉淀物表面干燥(圖1-17)。抽濾用濾紙應略小于布氏漏斗的內徑,潤濕并抽氣使二者緊貼,然后過濾。濾畢后先拔下抽氣管,再關閉抽氣泵以防止倒吸。

圖1-17 減壓過濾
1—抽濾瓶;2—布氏漏斗;3—安全瓶;4—接抽氣泵
濃強酸、強堿或強氧化性溶液過濾時,不能用濾紙。強酸或強氧化性溶液,可用砂芯漏斗過濾。常見規格有1號、2號、3號、4號四種,1號孔徑最大。可根據沉淀顆粒不同來選擇。
訓練減壓過濾法,需掌握五個要點:
①抽濾用的濾紙應比布氏漏斗的內徑略小一些,但又能把瓷孔全部覆蓋;
②布氏漏斗端的斜口應該面對(不是背對)抽濾瓶的支管;
③將濾紙放入漏斗并用蒸餾水潤濕后,慢慢打開水泵,先抽氣使濾紙貼緊,然后才能往漏斗內轉移溶液;
④停止過濾時,應先拔去連接抽濾瓶的橡皮管,后關掉連接水泵的自來水開關;
⑤為使沉淀抽得更干,可用塞子或小燒杯底部緊壓漏斗內的沉淀物。
(3)熱過濾
如果溶液中的溶質在溫度下降時容易析出大量結晶,而又不希望在過濾過程中留在濾紙上,這時就要趁熱進行過濾。熱過濾有普通熱過濾和減壓熱過濾兩種。普通熱過濾是將普通漏斗放在銅質的熱漏斗內,如圖1-18所示,銅質熱漏斗內裝有熱水,以維持必要的溫度。減壓熱過濾是先將濾紙放在布氏漏斗內并潤濕,再將它放在水浴上以熱水或蒸汽加熱,然后快速完成過濾操作。

圖1-18 熱過濾
3.離心分離
試液中沉淀量很少時,可應用離心分離。常用儀器為電動離心機(圖1-19),電動離心機是高速旋轉的,為避免發生危險,應按要求規范操作。

圖1-19 電動離心機
①為避免離心管碰破,在離心機套管的底部墊上少許棉花,然后放入離心管。離心管要成對對位放置,且管內液面基本相等。只有一個樣品時,應在對位上放一盛有等量水的離心管。
②啟動離心機時,轉速要漸漸由慢到快。停止時,也要漸漸由快變慢,最后任其自行停止,再取出離心管。電動離心機的轉速要視沉淀的性質而定,結晶形或致密形沉淀,大約1000r·min-1,2min即可。無定形和疏松沉淀,轉速應在2000r·min-1以上,經4min即可。如不能分離應設法促其凝聚,然后分離。