基础化学实验教学中的一些操作细节问题

　　基础化学特别是无机化学实验教学是化学化工及相关专业学习化学知识的重要内容。近年来，有大量博士进入高校实验教学队伍,给实验教学带来了很大的活力，但他们以前所从事的大多是使用各种复杂仪器的科研工作,对基础实验的基本操作相对生疏。有些实验根据教材上的内容操作得不到预期的结果,教师也很难讲清原因。其实很多问题出在实验操作细节上,如不及时给学生讲解,很多学生就做不出应观察到的现象,从而降低了实验教学的效果。下面举一些常见的例子以说明在实验中注意操作细节的重要性。

　　1使用蒸发结晶的方法制备或纯化产品

　　在基础化学的制备和提纯实验中，多次使用蒸发结晶的方法制得或纯化产品。蒸发中的加热过程和蒸发溶剂的程度对产品收率和纯度有重要影响。

　　1.1加热

　　加热是使溶剂蒸发的操作,在蒸发初期，溶液浓度较稀,溶液内部容易流动,传热比较快,可用较大的火力加热,并可辅以搅拌，以加快蒸发速度。随着溶剂的减少和浓度的增高，溶液变得黏稠，流动性差，有时为了不影响结晶，还不能搅拌。这时溶液传热较慢，若仍用大火加热,会引起局部过热暴沸，大量黏液溅出，不仅会降低收率,还有可能伤到实验者或他人。故随着溶剂的减少,应慢慢调小火力，最好垫石棉网分散火力。

　　1.2蒸发

　　蒸发程度的不同，对制备物质的收率影响很大;有时因为蒸发程度控制得不好,根本得不到产物。

　　对于溶解度随温度变化不大的物质的制备,如粗食盐的提纯实验,需蒸去大部分溶剂,使产物大量析出，_直要蒸发至稀粥状,但不能蒸干。这时所剩少量溶剂中所含产品氯化钠不多，而大部分需分离的杂质,如溶解度随温度升高而迅速增加的硝酸钾大量存在于这些少量的溶剂中。趁热快速过滤,就能去掉杂质,使产物纯度高且收率大。

　　对于溶解度随温度变化大,且结晶时带结晶水的物质的制备,如硫酸铜的提纯、硫酸亚铁铵的制备,在蒸发时要特别小心。既不能蒸发得过度（若溶液几乎蒸干,则杂质不能分离，产品不能得到相应的晶型，品质差），又不能蒸去溶剂太少（这样会使结晶出的产品很少,收率低）。在蒸发时,应一直观察蒸发皿表面的结晶情况,开始有痕量结晶时,要慢慢减小加热,一直到晶膜扩大到占蒸发皿表面的三分之一左右时,停止加热,冷却让其慢慢结晶。若一出现晶膜就停止加热,则得到产品的收率很低;若加热到整个表面都结满晶膜,冷却后因过饱和程度大,结晶速度快,产品纯度会较差,颗粒也小;有时产品结晶带较多结晶水,蒸发到过饱和度过大时,冷却后原蒸发液会全变干,与蒸发皿结在一起,无法分离杂质。对于某些物质的结晶,在蒸发过程中溶剂虽不断被蒸发,但不会有晶膜出现,如硫代硫酸钠的制备、三草酸合铁（1)酸钾的制备,若等结晶出现后再停止加热,则剩下的溶液在冷却后结成整个一大块,很难从容器中取出产品，无法分离杂质。对于这类物质的制备，首先要算出需蒸发掉溶剂的大致体积,用相同的容器盛放蒸发后应剩下溶液体积的水,溶液蒸发到与此体积相同时,停止加热,慢慢冷却，有时可加入晶种或有机溶剂（如无水乙醇)使过饱和溶液结晶。

　　在使用较大容器通过蒸发溶剂制备大量晶体时0，可采用工厂中常用的比重计测蒸发液密度的方法。随着溶剂被蒸发,溶液的密度也在增加，根据实践经验,蒸发到一定密度再冷却，可得到理想的晶体。如制备Cd(NO3)2‘4H20,要蒸发到含硝酸铬56.1%~82.3%。如果蒸发得不够,硝酸铬含量低于56.1%，只能析出九水合物;若蒸发过头,硝酸铬含量高于82.3%,则析出二水合物。

　　结晶过程也是提纯过程，结晶速度的快慢,对产品的纯度有较大影响。若对产品纯度要求不高或实验时间较紧,可加快冷却速度,如用流水冷却结晶速度较快,但产品会吸附一定杂质，晶型较细。若对产品纯度要求较高，可用稍接近过饱和且自然冷却的方法，这样得到的晶体晶型较好,如明显的针状、块状等，颜色纯正。

　　2减压过滤操作中的注意点

　　在基础化学的制备和提纯实验中常用到减压过滤，减压过滤的操作正确与否，对实验结果也有影响。减压过滤的原理是利用压力差使布氏漏斗中的溶液快速透过滤纸进入抽滤瓶中。根据这个原理，我们要特别注意以下几点：

　　(1)滤纸必须紧贴漏斗孔表面。在滤纸润湿后，开少量真空（通过阀门）吸住滤纸。若一下子开足真空，易把滤纸的润湿水抽干,使滤纸无法紧贴漏斗孔表面,造成溶液从滤纸与漏斗空隙中被抽出，起不到过滤的作用。还有时抽气量太大，滤纸上还未加待滤液滤纸就已被抽破。故必须加入待滤液后再开大真空,加快抽滤速度。

　　(2)在抽滤时，由于有较大压力差，某些较细小微粒也会穿过滤纸微孔，还有些胶体会堵塞滤纸上的微孔,造成该滤掉的微粒没被滤掉或过滤速度很慢。如硫酸铜提纯实验中分离氢氧化铁的过程,有些实验教材用的不是常压过滤而是抽滤,这就需要加热一段时间使氢氧化铁胶体聚合,使沉淀颗粒增大来消除上述影响。

　　(3)在抽滤时,为抽滤完全,漏斗中的固体必须平铺,若漏斗中有些地方无固体物质,气就会在这些地方大量被抽下,有固体的地方被抽的力度很小，固体很难被抽干。洗涤漏斗中的固体时,要先关真空，再加入洗涤液,让洗涤液与待洗固体有充分的接触机会,杂质有溶解的时间。若在真空开启的情况下加入洗涤液,洗涤液与待洗固体几乎未接触就被抽下,起不到洗涤的效果。产品纯度也会降低。

　　3试剂的选用、使用量及加入方式对实验结果的影响

　　对于很多性质实验,在教材上对试剂的用量、加入方式未详细说明。如果随便加入试剂,往往得不到预想的结果；因为这与试剂的加入量和加入方式有很大的关系。

　　3.1试剂的使用量或浓度对实验结果的影响

　　如SnCh溶液加NaOH溶液制Sn(OH)2沉淀，然后证明此沉淀呈两性的实验。由于实验室配制SnCl2时,为防SnCU水解加入了较多的盐酸，学生在加NaOH溶液时浑浊会迟迟不出现，若快速加入NaOH溶液，由于NaOH过多,沉淀未经形成就与NaOH反应生成了溶于水的Na^SnO〗,致使观察不到Sn(OH)2沉淀的现象。在做这一实验时,NaOH溶液加入要慢，最好用试纸测溶液的pH,在溶液pH接近中性时,要一滴一滴地加入NaOH溶液,且要用稀NaOH溶液,以防NaOH加入量过多。

　　在用氯水氧化碘化钾时,在碘化钾溶液中预先加入少量CCU,氯水要_滴_滴地加入,并不断振荡，这样,只要有很少的碘出现,就会在CCU层有很明显的颜色，不至于被氯水快速氧化成无色的碘酸钾而观察不到应有的实验现象。而在做碘被氯水氧化成无色碘酸钾的实验时,碘的量要少,取上述实验中试管下层很少一部分（几滴就可以），含少量碘的紫红色CCU溶液加入氯水后变成无色溶液。若在原碘含量较多的试管中继续滴加氯水,即使氯水加满试管也未必能使紫红色碘液褪色。

　　在硫酸铜的提纯实验中，加入％O2使溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,以便在一定pH时与Cu2+分离。在加％O2时,不应在溶液沸腾时加入,否则％O2会迅速分解而起不到氧化Fe2+的目的;应在溶液稍冷时加入稍多％O2(因％O2不稳定，易分解，其实际浓度常比所标浓度低），然后再加热搅拌。在加NaOH溶液调溶液pH时,要慢慢加入NaOH,因Fe3+杂质的含量不会很多,若过快加入,常会导致NaOH过量,再用酸回调较麻烦。

　　在验证亚硝酸盐的氧化性和还原性时,应控制NaNO2和KI的加入量:0.1mol?L'1NaNO2为5mL(即大量），而KI为0.5mL(少量）,再逐渐加入酸,能见到红棕色气体和黑色的碘沉淀，这是因为在酸性介质中，NaNOi和KI反应生成了亚硝酸,部分亚硝酸分解成NO〗气体;具有氧化性的亚硝酸将KI氧化为乙，实验效果比较明显；反之,如果KI用量过多,则由于生成的^可以同KI反应生成棕色的If,实验最终只能见到红棕色的气泡,看不到黑色的沉淀。

　　对于实验现象明显的实验,如沉淀的生成或溶解、颜色变化、气体放出等,所使用试剂的量不一定要按反应方程式配比或教材上给出的量,试剂用量应以实验现象明显为标准。如氯化银沉淀溶于氨水,把所制备浑浊液取一部分到另一洁净试管,加入氨水后浊液重新变为澄清,现象明显。若使用全部所制浊液,有可能因浊液太多，加氨水后不能全部溶解变澄清，这样就大大降低了实验效果。又如用氧化剂PbO2或NaBiO;把Mn2+氧化为紫红色的MnO^_,因颜色变化很明显，所用Mn2+的量为1~2滴即可；氧化剂也不宜太多,0.5mL已足够,过多的灰黑色氧化剂会掩盖住MnO^的颜色;若Mn2+太多，已被氧化成的MnO^会与Mn2+继续反应生成褐色的MnO2,导致看不到紫红色。

　　3.2试剂的选用对实验结果的影响0

　　很多物质的制备可用多种不同方法。从反应方程式分不出不同方法的优劣,只有通过实际操作，才能掌握得到优质产品的方法。如碱式碳酸铜的制备,根据化学方程式,用可溶性铜盐与碳酸盐或碳酸氢盐反应就可得到。要获得颗粒大且杂质少的产品,应选用硝酸铜和碳酸氢铵作原料。NH4HCO;在溶液中有解离、水解双重作用，能提供CO〖_、OH_等离子,并能分解产生NH;。它和Cu(NO3)2溶液相遇,会发生两个主要反应：

　　配位反应：Cu2++4NH3?H2O幑幐Cu(NH3)2++4H2O(深蓝色）

　　沉淀反应：2Cu2++2OH-+CO3-一^^Cu(OH)2?CuCO3|(翠绿色）

　　-般加料采用“反合成”的方式,即将Cu(NO3)2溶液慢慢加入到N&HCO;溶液中，它可以造成这样一种局面:Cu(NO3)2处于少量,NH4HCO3处于大量。在反应初期，少量Cu2+被大量NH;包围，以生成Cu(NH3)4+配离子为主，溶液呈深蓝色，此时无沉淀析出。随着Cu(NO3)2的不断加入，溶液中Cu2+浓度加大，碱度下降（因硝酸铜溶液显酸性）,以致NH;的浓度下降，配位平衡向左移动，沉淀平衡向右移动,得到碱式碳酸铜沉淀。

　　由于Cu(NH3)2+的解离是随着Cu(NO3)2的加入逐渐进行的，有效地控制了Cu2+的浓度,也控制了碱式碳酸铜晶核的形成,有利于晶核的成长,从而获得较大的沉淀颗粒。另一方面，这种加料方式使Cu(NO3)2处于少量,减少了沉淀过程中对NOf的包裏机会，易得到较纯的沉淀。

　　3.3试剂加入顺序对实验结果的影响

　　制备或纯化物质时,经常需加入多种试剂，加入顺序不同，会导致不同的结果，应根据实验机理，以正确的顺序加入试剂。

　　实验室提纯粗食盐主要是除去钙、镁离子和硫酸根离子。钙、镁离子可通过加入碳酸钠溶液,使之分别生成碳酸钙和氢氧化镁沉淀而滤去,硫酸根离子可通过加入氯化钡溶液生成硫酸钡沉淀而除去。但顺序必须是先加入氯化钡溶液除去硫酸根离子，然后加入碳酸钠溶液除去钙、镁离子和过量的钡离子。若先加碳酸钠溶液除去钙、镁离子,后加氯化钡溶液除硫酸根离子,则过量的钡离子还留在溶液中，就达不到提纯的目的了。

　　对于铁粉与硝酸反应制硝酸铁0,应把铁粉_点_点加入到大量的硝酸中，让硝酸处于过量状态。若是把硝酸慢慢倒入铁粉中，由于大量放热,酸性又不足,Fe3+会有不可逆水解，生成黄色的“粥汤”。

　　4实验室试剂常出现的问题

　　有些实验完全按教材操作,并很注意细节,但也有可能得不到预想的结果。这常常是实验试剂的问题。有些试剂时效性很强,如氯水,硫化氢溶液,很容易失效,必须当天配制，否则很难得到理想的实验效果。又如Na^S溶液,Na^SOg溶液,NaNO^溶液，IQFe(CN)6溶液,奈氏试剂，钼酸铵试剂，淀粉溶液等易变质的试剂要经常更换。

　　有时,细节决定成败,带学生实验时,教师一定要做预实验,及时发现试剂、仪器或其他偶然因素引起的问题。在讲解实验时,对于操作中应注意的细节一定要讲清楚，并在实验过程中及时提醒学生，以保证实验的成功。

　　                                            周祖新，叶伟林，王爱民，郭晓明

　　                                        (上海应用技术学院化学与环境工程学院上海200233)