綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)講義-匯總

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)講 義天津工業(yè)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心2013-9專心-專注-專業(yè)前 言自2008年開(kāi)始，我們開(kāi)展了綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索，根據(jù)卓越、創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，首先在材料專業(yè)開(kāi)始綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，隨后推廣至應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程、制藥工程專業(yè)。在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上,建立了綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程,編寫(xiě)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)講義。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的安排上，立足四大基礎(chǔ)化學(xué)，以有機(jī)合成、無(wú)機(jī)合成為主線，結(jié)合儀器分析測(cè)量手段和物理化學(xué)方法，設(shè)計(jì)不同方向?qū)哟尉C合化學(xué)實(shí)驗(yàn)，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力及相關(guān)科學(xué)研究興趣。目前共編寫(xiě)了17個(gè)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)均結(jié)合了近來(lái)來(lái)我校學(xué)生的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，大學(xué)生課外

2、科技創(chuàng)新項(xiàng)目及教師的科學(xué)研究項(xiàng)目等工作，將最新的研究成果編寫(xiě)成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)基本上都包含了兩個(gè)或兩個(gè)以上二級(jí)學(xué)科的內(nèi)容，使得學(xué)生能從實(shí)際的化學(xué)研究，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面培養(yǎng)解決綜合性問(wèn)題和實(shí)際問(wèn)題的能力，更快地掌握科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的思想方法和基本技能。目 錄實(shí)驗(yàn)一 順式KCr(C2O4)2(H2O)2·2H2O的合成與組成分析 4實(shí)驗(yàn)二 天然表面活性劑茶皂素提取及性能研究 8實(shí)驗(yàn)三 溶膠的制備及性質(zhì)研究 10實(shí)驗(yàn)四 疏水型大孔樹(shù)脂吸附亞甲基藍(lán) 16實(shí)驗(yàn)五 溶膠-凝膠法制備納米TiO2及其光催化性能研究 19實(shí)驗(yàn)六 硫醇自組裝動(dòng)力學(xué)的測(cè)定 23實(shí)驗(yàn)七 液致相分離法制備聚苯乙烯微

3、孔膜 28實(shí)驗(yàn)八 稻殼多孔炭的制備及對(duì)孔雀石綠的吸附性能研究 30實(shí)驗(yàn)九 丙交酯的制備及聚乳酸的合成 34實(shí)驗(yàn)十 大環(huán)配合物Ni(14)4，11二烯N4I2合成和特性 37實(shí)驗(yàn)十一 苯亞甲基苯乙醛酮（查爾酮）的制備 40實(shí)驗(yàn)十二 沉淀法制備碳酸鋁銨 41實(shí)驗(yàn)十三 2-巰基-4，6-二甲基嘧啶的合成 43實(shí)驗(yàn)十四 水楊醛縮水楊酰肼席夫堿的合成 45實(shí)驗(yàn)十五 十二烷基硫酸鈉表面活性劑的制備及性能研究 47實(shí)驗(yàn)十六 非晶態(tài)Ni-B合金的制備及表征 48實(shí)驗(yàn)十七 植物油渣油中提取甾醇及制備生物柴油 50實(shí)驗(yàn)一 順式-KCr(C2O4)2(H2O)2·2H2O的合成與組成分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解

4、順式KCr(C2O4)2(H2O)2·2H2O的制備方法及有關(guān)分析方法。2加深對(duì)配位化合物順?lè)串悩?gòu)體性質(zhì)的了解。3學(xué)習(xí)配位化合物的固相合成方法。二、實(shí)驗(yàn)原理K2Cr2O7和H2C2O4·2H2O發(fā)生氧化還原反應(yīng)，隨反應(yīng)條件及濃度的不同，可以生成不同的配合物，以及K3Cr(C2O4)3·3(H2O)2(藍(lán)綠色晶體) 在水溶液中，順、反式配合物共存并達(dá)平衡，溫度升高有利于生成順式配合物。順式配合物易溶于水，而反式配合物的溶解度比順式配合物小得多。相對(duì)順式配合物的制備，反式配合物要求的溫度稍高并需要避免引入大量水分。在稀氨水中它們都形成相應(yīng)的堿式鹽KCr(C2O2)2(

5、OH)H2O ： 其中順式配合物溶于水成墨綠色溶液，反式配合物為淺棕色不溶物。本實(shí)驗(yàn)利用順、反異構(gòu)體溶解度的不同，由K2Cr2O7和H2C2O4·2H2O在水的催化下直接進(jìn)行固相反應(yīng)，再?gòu)姆撬軇┲形龀鲰樖脚浜衔锞w。K2Cr2O7 + 7H2C2O4·2H2O 2 KCr(C2O2)2(OH)H2O + 3H2O + 6CO2兩種異構(gòu)體中配體對(duì)中心離子d電子的影響不同，使d軌道的分裂能不相等。順式配合物的分裂能(= 17700cm-1 )小于反式配合物(= 18800cm-1)。物質(zhì)導(dǎo)電能力的大小，通常以電阻(R)或電導(dǎo)(G)表示，G=1/R ，電導(dǎo)的單位為西(S)(1S

6、=1-1)。電解質(zhì)溶液的電阻也符合歐姆定律。電阻率()的倒數(shù)稱為電導(dǎo)率，以表示，= 1/，單位為S ·m-1。電導(dǎo)率是在一定溫度下，電極截面積為1m2的電極相距為1m時(shí)溶液的電導(dǎo)。當(dāng)電極間含有1mol電解質(zhì)溶液時(shí)的電導(dǎo)稱為摩爾電導(dǎo)率，用m表示，單位為S·m2·mol-1。摩爾電導(dǎo)率與電導(dǎo)率的關(guān)系為m = /c式中：為電解質(zhì)溶液的物質(zhì)的量濃度(mol·m-3)。若c的單位用mol·L-1表示，則 m = 1000/c電導(dǎo)率由電導(dǎo)率儀測(cè)定。當(dāng)測(cè)得已知濃度的溶液的電導(dǎo)率后，就可求得摩爾電導(dǎo)率m。電解質(zhì)溶液的摩爾電導(dǎo)率m與電解質(zhì)溶液的稀度(濃度的倒數(shù)1

7、/c)及離子的電荷數(shù)有關(guān)。25時(shí)，各種類型的離子化合物在稀度為1024時(shí)的摩爾電導(dǎo)率(以1024表示，單位為S·m2·mol-1)大致范圍如表14所示。 不同類型離子化合物的摩爾電導(dǎo)率化合物類型MA2 MA3 MA4MAM2A M3A M4A1024(10-4)/ S·m2·mol-1118131 235273 408442 523553由電導(dǎo)率儀測(cè)得稀度(1/c)為1024時(shí)的電導(dǎo)率()，再按m = 1000/c 求出摩爾電導(dǎo)率(m)，對(duì)照上表，就可確定離子化合物的類型。三、儀器與試劑儀器：分析天平；分光光度計(jì)；電導(dǎo)率儀(鉑黑電極)；烘箱；顯微鏡；布氏

8、漏斗；吸濾瓶；容量瓶(100, 50mL)；吸量管(10mL)；量筒(25mL)；研缽，蒸發(fā)皿，水浴鍋，玻璃棒，膠頭滴管，水泵，濾紙，樣品袋，燒杯(100 mL)。試劑：K2Cr2O7(化學(xué)純)；H2C2O4·2H2O(化學(xué)純)；無(wú)水乙醇(化學(xué)純)；CrCl3·6H2O(化學(xué)純)；NH3·H2O(2mol·L-1)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1配合物的合成按比例稱取已研細(xì)的H2C2O4·2H2O(s)和K2Cr2O7(s) 4g，混合均勻后在干燥的蒸發(fā)皿中堆成錐形。在錐體頂部用玻璃棒壓出一個(gè)小坑，向坑內(nèi)加一滴水，蓋上表面皿微微加熱。立即發(fā)生激烈的反應(yīng)，并有C

9、O2氣體放出，反應(yīng)物變成深紫色的黏稠液體。反應(yīng)結(jié)束后立即向蒸發(fā)皿中加入20 mL無(wú)水乙醇，在水浴上微微加熱，并用玻璃棒不斷攪拌，使其成為微晶體。若一次不行，可傾出液體，再加入等量的無(wú)水乙醇，重復(fù)上面的操作，直到全部變成微晶體。過(guò)濾，晶體在60下烘干，稱量。2觀察晶體顏色，在顯微鏡下觀察晶體形狀。3用稀氨水溶解少量晶體，觀察溶解程度和溶液顏色。4Cr(C2O4)2(H2O)2- 配離子分裂能的測(cè)定。配離子的分裂能可從電子光譜數(shù)據(jù)獲得。以水為參比溶液，測(cè)定實(shí)驗(yàn)步驟5所配樣品溶液1在波長(zhǎng)530600nm區(qū)間的吸光度(A)。4 電導(dǎo)率法測(cè)定離子類型(1) 配制稀度為1/c = 1024 L·

10、mol-1的樣品溶液50 mL。在分析天平上準(zhǔn)確稱取0.3g左右的產(chǎn)品(設(shè)為m)，用水溶解后，移入100mL容量瓶，稀釋至刻度。搖勻備用(設(shè)為溶液1)。其中 = 339g·mol-1按下式計(jì)算配制稀度1/c = 1024L·mol-1的溶液50mL(設(shè)為溶液2)時(shí)，所需溶液1的體積為V1為 用量液管從溶液1中移取V1溶液于50容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，即得稀度1/c = 1024L·mol-1的溶液(溶液2)。(2) 將溶液2倒入潔凈、干燥的小燒杯中，用電導(dǎo)率儀測(cè)定溶液的電導(dǎo)率。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論(1)產(chǎn)品質(zhì)量m g ；產(chǎn)品顏色 ；產(chǎn)品形狀 。(2)產(chǎn)品在稀氨水

11、中溶解程度 ；溶液顏色 。(3)溶液1在波長(zhǎng)530600區(qū)間的吸光度(A)見(jiàn)下表：波長(zhǎng)/nm 530 540 550 560 565 570 580 590 600吸光度A以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度A為縱坐標(biāo)作A曲線，找出配合物在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的最大吸收峰所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)max= nm ；配合物分裂能 cm-1；配合物摩爾吸光系數(shù) (其中c為物質(zhì)的量濃度，b為比色皿厚度，單位為cm)。(4)樣品溶液的電導(dǎo)率= S·m-1。(5) 1024 = 1000/c S·m2·mol-1。產(chǎn)品的離子化合物類型為 型。六、注意事項(xiàng)繪制A曲線時(shí)，注意坐標(biāo)的取值。一般取縱坐標(biāo)每2cm相當(dāng)于

12、吸光度0.1，橫坐標(biāo)每2cm相當(dāng)于20nm 。七、思考題1電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的特點(diǎn)是什么？什么叫電導(dǎo)、電導(dǎo)率和摩爾電導(dǎo)率？2在制備順式KCr(C2O4)2(H2O)2·2H2O的配合物時(shí)，起什么作用？3在制備順式KCr(C2O4)2(H2O)2·2H2O的配合物時(shí)，為什么要盡量避免水溶液生成？4向三氯化鉻中加入稀氨水會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？與本實(shí)驗(yàn)中配合物的稀氨水溶液是否相同？為什么？實(shí)驗(yàn)二 天然表面活性劑茶皂素的提取及性能研究一、概述茶油餅是由油茶籽、山茶籽壓榨制油之后的副產(chǎn)物。茶油餅中富含茶皂素、維生素、蛋白質(zhì)、脂肪、多糖、黃酮、單寧、咖啡堿、各種色素等多種有益物質(zhì)。茶油餅中成分含

13、量大概為：粗蛋白15 ，粗脂肪5 ，糖類40 ，粗纖維6 ，皂素10-14，單寧2，咖啡堿0.95。1 我國(guó)油茶是世界上分布最廣，品種最多的國(guó)家。茶皂素又名茶皂甙，是由茶樹(shù)種子中提取出來(lái)的一類醣甙化合物，是一種性能良好的天然表面活性劑，茶皂素具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，它可廣泛應(yīng)用于輕工、化工、農(nóng)藥、飼料、養(yǎng)殖、紡織、采油、采礦、建材與高速公路建設(shè)等領(lǐng)域，制造乳化劑、洗潔劑、農(nóng)藥助劑、飼料添加劑、蟹蝦養(yǎng)殖保護(hù)劑、紡織助劑、油田泡沫劑、采礦浮選劑以及加氣混凝土穩(wěn)泡劑與混凝土外加劑防凍劑等。茶皂素味苦辛辣，刺激鼻粘膜易引起噴嚏，純品為白色微細(xì)柱狀晶體，吸濕性強(qiáng)，對(duì)甲基紅呈明顯酸性，難溶于無(wú)水甲醇、無(wú)水乙醇

14、，不溶于丙酮、苯、石油醚等有機(jī)溶劑， 易溶于水、含水甲醇、含水乙醇以及冰醋酸、醋酐、吡啶等。茶皂素溶液中加入鹽酸時(shí)，皂甙易沉淀。熔點(diǎn)：224。二、儀器試劑試劑：油茶餅粕，乙醇，等。儀器：研缽，電加熱套，電動(dòng)攪拌，三口燒瓶，冷凝管，索氏提取，移液管，天平，滴管，玻璃棒，燒杯，容量瓶，熔點(diǎn)儀，最大泡壓法測(cè)量表面張力裝置，具塞量筒。三、實(shí)驗(yàn)要求：提取工藝流程：油茶餅粕粉碎溶劑浸提（或索氏提?。┏闉V濾液蒸除溶劑真空干燥粗產(chǎn)品1、查閱文獻(xiàn)，了解茶皂素的來(lái)源、性質(zhì)及應(yīng)用2、查閱文獻(xiàn)，明確提取溶劑（本實(shí)驗(yàn)室提供乙醇、水）、提取工藝3、查閱文獻(xiàn)，明確茶皂素作為表面活性劑的性質(zhì)，并測(cè)試其表面張力、臨界膠束濃度及

15、起泡性等。（要求參與實(shí)驗(yàn)的同學(xué)分成兩部分，一部分測(cè)試表面張力，一部分測(cè)試起泡性）（濃度配制：1×10-6， 5×10-6，1×10-5，5×10-5，1×10-4，5×10-4，1×10-3，1×10-2 kg/L）實(shí)驗(yàn)三 溶膠的制備及性質(zhì)研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)溶膠制備的基本原理，并掌控制備溶膠的主要方法；了解影響溶膠穩(wěn)定性的主要因素。二、實(shí)驗(yàn)原理溶膠系指極細(xì)的固體顆粒分散在液體介質(zhì)中的分散體系，其顆拉大小約在1nm至1mm之間，若顆粒再大則稱之為懸浮液。要制備出比較穩(wěn)定的溶膠或懸浮液一般須滿足兩個(gè)條件：固體分散相的

16、質(zhì)點(diǎn)大小必須在膠體分散度的范圍內(nèi)；固體分散質(zhì)點(diǎn)在液體介質(zhì)中要保持分散不聚結(jié)，為此，一般需加穩(wěn)定劑。制備溶膠或懸浮液原則上有兩種方法：特大塊固體分割到膠體分散度的大小，此法稱分散法；使小分子或離子聚集成膠體大小，此法稱為凝聚法。(1) 分散法分散法主要有3種方式，即機(jī)械研磨、超聲分散和膠溶分散。研磨法。常用的設(shè)備主要有膠體磨和球磨機(jī)等。膠體磨有兩片靠得很近的磨盤(pán)或磨刀，均由堅(jiān)硬耐磨的合金或碳化硅制成。當(dāng)上下兩磨盤(pán)以高速反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(轉(zhuǎn)速約500010000轉(zhuǎn)分-1)，粗粒子就被磨細(xì)。在機(jī)械研磨中膠體磨的效率較高，但一般也只能將質(zhì)點(diǎn)磨細(xì)到1mm左右。超聲分散法。頻率高于16000 Hz的聲波稱為超聲

17、波。高頻率的超聲波傳入介質(zhì)，在介質(zhì)中產(chǎn)生相同頻率的疏密交替，對(duì)分散相產(chǎn)生很大撕碎力，從而達(dá)到分散效果。此法操作簡(jiǎn)單，效率高，經(jīng)常用作膠體分散及乳狀液的制備。膠溶法。膠溶法是把暫時(shí)聚集在一起的膠體粒子重新分散而成溶膠。例如，氫氧化鐵、氫氧化鋁等的沉淀實(shí)際上是膠體質(zhì)點(diǎn)的聚集體，由于制備時(shí)缺少穩(wěn)定劑，故膠體質(zhì)點(diǎn)聚在一起而沉淀。此時(shí)若加入少量電解質(zhì)，膠體質(zhì)點(diǎn)因吸附離子而帶電，沉淀便會(huì)在適當(dāng)?shù)財(cái)嚢柘赂路稚⒊扇苣z。有時(shí)質(zhì)點(diǎn)聚集成沉淀是因?yàn)殡娊赓|(zhì)過(guò)多，設(shè)法洗去過(guò)量的電解質(zhì)也會(huì)使沉淀轉(zhuǎn)化成溶膠。利用這些方法使沉淀轉(zhuǎn)化成溶膠的過(guò)程稱為膠溶作用，膠溶作用只能用于新鮮的沉淀。若沉淀放置過(guò)久，小粒經(jīng)過(guò)老化，出現(xiàn)粒子

18、間的連接或變成了大的粒子，就不能利用膠溶作用來(lái)達(dá)到重新分散的目的。(2) 凝聚法主要有化學(xué)反應(yīng)法及更換介質(zhì)法。此法的基本原則是形成分子分散的過(guò)飽和溶液，控制條件，使不溶物在成膠體質(zhì)點(diǎn)的大小時(shí)析出。此法與分散法相比不僅在能量上有利，而且可以制成高分散度的膠體。化學(xué)反應(yīng)法。凡能生成不溶物的復(fù)分解反應(yīng)、水解反應(yīng)以及氧化還原反應(yīng)等皆可用來(lái)制備溶膠。由于離子的濃度對(duì)溶膠的穩(wěn)定性有直接影響，在制備溶膠時(shí)要注意控制電解質(zhì)的濃度。改換介質(zhì)法。此法系利用同一種物質(zhì)在不同溶劑中溶解度相差懸殊的特性，使溶解于良溶劑中的溶質(zhì)，在加入不良溶劑后，因其溶解度下降而以膠體粒子的大小析出，形成溶膠。此法制作溶膠方法簡(jiǎn)便，但得

19、到的膠體粒子不太細(xì)。在溶膠中，分散相質(zhì)點(diǎn)很小，這就使得溶膠具有許多與小分子溶液和粗分散體系不同的性質(zhì)。這種性質(zhì)主要有動(dòng)力性質(zhì)(包括布朗運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散與沉降等)、光學(xué)性質(zhì)(包括光散射現(xiàn)象等)、流變性質(zhì)、電性質(zhì)、表面性質(zhì)以及由許多性質(zhì)所決定的穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)中只安排了一些小實(shí)驗(yàn)以使讀者有感性認(rèn)識(shí)。根據(jù)膠體體系的動(dòng)力性質(zhì)可知，強(qiáng)烈的布朗運(yùn)動(dòng)使得溶膠分散相質(zhì)點(diǎn)不易沉降，而具有定的動(dòng)力穩(wěn)定性。但是由于分散相有大的相界面，故又有強(qiáng)烈的聚結(jié)趨勢(shì)，因而這種體系又是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。此外，由于多種原因膠體質(zhì)點(diǎn)表面常帶有電荷，帶有相同符號(hào)電荷的質(zhì)點(diǎn)不易聚結(jié)，從而提高了體系的穩(wěn)定性。帶電質(zhì)點(diǎn)對(duì)電解質(zhì)十分敏感，在電解質(zhì)作用

20、下膠體質(zhì)點(diǎn)因聚結(jié)而下沉的現(xiàn)象稱為聚沉。在指定條件下使某溶膠聚沉?xí)r，電解質(zhì)的最低濃度稱為聚沉值，聚沉值常用mmol.l-1表示。影響聚沉的主要因素有反離子的價(jià)數(shù)、離子的大小及同號(hào)離子的作用等。一般來(lái)說(shuō)，反離子價(jià)數(shù)越高，聚沉效率越高，聚沉值越小，聚沉值大致與反離子價(jià)數(shù)的6次方成反比。同價(jià)無(wú)機(jī)小離子的聚沉能力常隨其水比半徑增大而減小，這一順序稱為感膠離子序。與膠體質(zhì)點(diǎn)帶有同號(hào)電荷的2價(jià)或高價(jià)離子對(duì)膠體體系常有穩(wěn)定作用，即使該體系的聚沉值有所增加。此外，當(dāng)使用高價(jià)或大離子聚沉?xí)r，少量的電解質(zhì)可使溶膠聚沉；電解質(zhì)濃度大時(shí)，聚沉形成的沉淀物又重新分散；濃度再提高時(shí)，又可使溶膠聚沉。這種現(xiàn)象稱為不規(guī)則聚沉。

21、不規(guī)則聚沉的原因是，低濃度的高價(jià)反離子使溶膠聚沉后，增大反離子濃度，它們?cè)谫|(zhì)點(diǎn)上強(qiáng)烈吸附使其帶有反離子符號(hào)的電荷而重新穩(wěn)定；繼續(xù)增大電解質(zhì)濃度，重新穩(wěn)定的膠體質(zhì)點(diǎn)的反離子又可使其聚沉。向溶膠中加入少量的高分子化合物時(shí)常使穩(wěn)定性降低或破壞，這種作用前者稱為敏化作用，后者稱為絮凝作用。但是，當(dāng)加入的高分了化合物濃度較大時(shí)，則?？商岣呷苣z的穩(wěn)定性，這種作用稱為高分子的保護(hù)作用。一般認(rèn)為，絮凝作用的機(jī)理是吸附在質(zhì)點(diǎn)表面上的高分子長(zhǎng)鏈可能同時(shí)吸附在其它質(zhì)點(diǎn)的空白表面上，從而將多個(gè)質(zhì)點(diǎn)拉在一起，導(dǎo)致絮凝。而高分子濃度大時(shí)質(zhì)點(diǎn)表面可完全被吸附的高分子化合物覆蓋，質(zhì)點(diǎn)間不再能被拉扯到一起，從而產(chǎn)生保護(hù)作用。三

22、、儀器藥品72型分光光度計(jì)，顯微鏡(帶暗視場(chǎng)聚光鏡)，35mW氦氖激光管。滴定管，燒杯，試管，量筒，錐形瓶，移液管。三氯化鐵，氨水，硫磺，硫酸，硫代硫酸鈉，硝酸銀，碘化鉀，丹寧酸，氯化鋁，水解聚丙烯酰胺。四、實(shí)驗(yàn)步驟(1) 溶膠的制備 膠溶法氫氧化鐵Fe(OH)3溶膠的制備。取10m1 20FeCl3放在小燒杯中，加水稀釋到100 m1，然后用滴管逐滴加入10NH4OH到稍微過(guò)量為止。過(guò)濾生成的Fe(OH)3沉淀，用蒸餾水洗滌數(shù)次。將沉淀放入另一燒杯中，加10ml蒸餾水，再用滴管滴加約10滴左右的20FeCl3溶液，并用小火加熱，最后得到棕紅色透明的Fe(OH)3溶膠。改換介質(zhì)法硫溶膠的制各。

23、取少量硫黃放在試管中加2ml酒精，加熱至沸騰，使硫黃充分溶解。趁熱將上部清液倒入盛有20ml水的燒杯中，并攪動(dòng)之，得到硫溶膠。注意觀察出現(xiàn)的現(xiàn)象。化學(xué)反應(yīng)法硫溶膠的制備(氧化還原法)。取1m1濃度為1mol.l-1的H2SO4和1ml濃度為1mol.l-1的Na2S2O3溶液，然后將兩溶液各沖稀到10m1后混合，待觀察到溶液開(kāi)始混濁時(shí)倒入一干凈的試管，透過(guò)光線觀察溶膠顏色的變化。當(dāng)溶膠混濁增加到蓋住顏色時(shí)(約需幾分鐘)，再把溶液沖稀一倍繼續(xù)觀察溶膠的顏色變化。記下溶膠顏色隨時(shí)間變化的情況。碘化銀(AgI)溶膠的制備（復(fù)分解法）。在兩錐形瓶中分別準(zhǔn)確地加入5ml 0.02 mol.l-1KI和5

24、ml 0.02 mol.l-1AgNO3溶液，在盛有KI溶液的瓶中再準(zhǔn)確地用滴定管滴加4.5ml 0.02 mol.l-1AgNO3溶液。在另一盛有AgNO3溶液的瓶中再準(zhǔn)確地滴加4.5ml 0.02 mol.l-1KI溶液。觀察此兩錐形瓶中AgI溶膠透射光及散射光顏色的變化。銀溶膠的創(chuàng)備。取100ml蒸餾水加入4ml 0.1 mol.l-1AgNO3溶液，然后再加l2m1的1%丹寧酸溶液，將它們混勻并加熱到7080，然后加入2m1的1Na2CO3溶液不斷地?cái)嚢瑁珹g2CO3被丹寧酸還原成Ag，生成茶色的Ag溶膠。(2) Tyndall現(xiàn)象和Brown運(yùn)動(dòng)的定性觀察Tyndall現(xiàn)象的觀察將一

25、束光線通過(guò)膠體溶液，在與光束前進(jìn)方向相垂直的側(cè)向上觀察，可以看到一個(gè)混濁發(fā)亮的光柱，這種乳光現(xiàn)象被稱作Tyndall現(xiàn)象，它是膠體粒子強(qiáng)烈散射光線的結(jié)果。觀察Tyndall現(xiàn)象的裝置可以是很簡(jiǎn)單的：在一分為兩格的暗盒中，一格內(nèi)裝一普通大度數(shù)白熾燈，正對(duì)燈泡方向的隔板上開(kāi)一小孔；另一格的上方開(kāi)直徑略大于通試管的孔，試管插入時(shí)應(yīng)正在隔板小孔的前方；側(cè)向開(kāi)一觀察孔。實(shí)驗(yàn)時(shí)將溶膠加入試管中，插入暗盒上方孔內(nèi)，從側(cè)孔觀察即可。若使用35mW激光管更為方便，不加暗盒即可觀察。本實(shí)驗(yàn)觀察前述已制備好的松香溶膠和AgI溶膠的Tyndall現(xiàn)象。Brown運(yùn)動(dòng)的觀察用暗視野顯微鏡可以觀察到膠體質(zhì)點(diǎn)的光散射及Br

26、own運(yùn)動(dòng)。其具體方法是：在一干凈的凹形載片上，放幾滴制備好的金溶膠、銀溶膠(注意，所滴溶膠要稀釋到合適的濃度才利于觀察)，蓋上玻璃蓋片，注意應(yīng)避免有氣泡；然后在帶有暗視野的顯微鏡下進(jìn)行觀察，可以看到溶膠質(zhì)點(diǎn)所發(fā)出的散射光點(diǎn)，在不停地作Brown運(yùn)動(dòng)。若圖像不清晰，則最好用油鏡頭進(jìn)行觀察。(3) 溶膠的穩(wěn)定性聚沉值的測(cè)定測(cè)定聚沉值的溶膠一般都應(yīng)經(jīng)滲析純化。根據(jù)使溶膠剛發(fā)生聚沉?xí)r所需電解質(zhì)溶液的體積V1、電解質(zhì)溶液的濃度c和溶膠的體積V2可計(jì)算出聚沉值聚沉值=Fe(OH)3溶膠聚沉值的測(cè)定。用移液管向3個(gè)干凈并烘干的100ml錐形瓶中各移人10ml經(jīng)過(guò)滲析的Fe(OH)3溶膠，然后分別以NaCl

27、溶液(0.2mol.l-1)、Na2SO4溶液(0.2mol.l-1)及KFe(CN)6溶液(0.001mol.l-1)滴定錐形瓶中的Fe(OH)3溶膠。每滴1滴電解質(zhì)溶液，都必須充分?jǐn)噭?dòng)，直到溶膠剛剛產(chǎn)生渾濁為止。記下此時(shí)所需各電解質(zhì)溶液的體積數(shù)，計(jì)算聚沉值。As2S3溶膠聚沉值的測(cè)定。將前面已制好的As2S3溶膠用移波管分別取出10m1放到5個(gè)干凈的100m1錐形瓶中，以濃度均為0.5mol.l-1的A1C13、BaCl2、 NaCl、Na2SO4、Na2HPO4等的溶液分別滴定As2S3溶膠，直到As2S3溶膠剛變混濁時(shí)，記下此時(shí)所需電解質(zhì)的毫升數(shù)，計(jì)算聚沉值。溶膠的相互聚沉作用一般來(lái)說(shuō)

28、電性相同的膠體相互混合后膠體的穩(wěn)定性沒(méi)有變化有例外)。但若將電性相反的兩種膠體混合，則發(fā)生聚沉這種現(xiàn)象稱作互沉現(xiàn)象。聚沉的程度與兩種膠體混合的比例有關(guān)：在等電點(diǎn)附近沉淀最完全；若兩種膠體比例相差很大，沉淀則不完全。上述現(xiàn)象的主要原因是電荷的相互中和；此外，兩種膠體上的穩(wěn)定劑也可能相互作用形成沉淀，從而破壞了膠體的穩(wěn)定性。膠體的互沉現(xiàn)象并不限于疏液膠體，締合膠體、大分子膠體等皆有此性質(zhì)。取本實(shí)驗(yàn)中(見(jiàn)本實(shí)驗(yàn)1中)制備的兩種AgI溶膠各5m1，在試管中混合，觀察AgI溶膠的互沉現(xiàn)象并記錄之。保護(hù)作用在溶膠中加入少量親液膠體或締合肢體，使溶膠對(duì)電解質(zhì)的穩(wěn)定性顯著提高的現(xiàn)象稱為保護(hù)作用。選取5ml前面

29、實(shí)驗(yàn)中所制備的溶膠，如Fe(OH)3溶膠與1明膠溶液5m1混合均勻。按實(shí)驗(yàn)3.1中的方法測(cè)定各種電解質(zhì)對(duì)溶膠的聚沉值，并與末加明膠時(shí)得到的聚沉值相比較。高分子化合物的絮凝作用許多高分子化合物能直接引起溶膠聚沉，稱此為高分子的絮凝作用。能起絮凝作用的高分子叫高分子絮凝劑。早期使用的高分子絮凝劑多是高分子電解質(zhì)，它們的作用主要是電性中和。若高分子電解質(zhì)的大離子與膠體所帶電荷相反，則能發(fā)生互沉作用，有時(shí)也會(huì)由于電性中和促進(jìn)其它電解質(zhì)的聚沉作用。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，電性中和作用并非高分子絮凝作用的唯一因素，一些非離子型高分子(如聚氧乙烯，聚乙烯醇)，甚至某些帶同號(hào)電荷的高分子電解質(zhì)，也能對(duì)膠體起絮凝作用。其原因

30、是高分子濃度較稀時(shí)，吸附在質(zhì)點(diǎn)表面的高分子長(zhǎng)鏈可能同時(shí)吸附在另一質(zhì)點(diǎn)表面上，以“搭橋”的方式將2個(gè)或更多的質(zhì)點(diǎn)拉在一起導(dǎo)致絮凝。水解聚丙烯酰胺(HPAM)對(duì)AgI溶膠的絮凝作用。取0.01 mol.l-1KI溶液90m1，用滴定管慢慢滴入100m1濃度為0.01 mol.l-1AgNO3溶液，并充分?jǐn)嚢杈鶆?。?0支25 m1具塞量筒，分別用移液管移入20 m1上面制備的AgI溶膠，再分別加0.1 m1、0.2 m1、0.5 m1、0.7 m1、0.8 m1、1.0 m1、1.2 m1、1.4 m1濃度為0.02%水解聚丙烯酰胺溶液(分子量M106)，然后在每支量筒中加蒸餾水至滿刻度。將塞子塞

31、緊后，各支量筒上下倒置約10次，靜置1h；從液面下(靠底部約2cm處)吸取5m1量筒內(nèi)液體，用72型分光光度計(jì)測(cè)定每一量筒內(nèi)液體的吸光度(用420nm波長(zhǎng)，以蒸餾水為空白液)。由于高分子的最佳絮疑濃度與所用的水解聚丙烯酰胺的分子量大小、水解度、所用溶膠的性質(zhì)及濃度有關(guān)。因而所加入的水解聚內(nèi)烯酰胺的量，要因條件而異，作適當(dāng)變動(dòng)。五、結(jié)果處理(1) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)制備溶膠的方法。(2) 求出各電解質(zhì)對(duì)溶膠的聚沉值的作用進(jìn)而討論電解質(zhì)反離子價(jià)數(shù)對(duì)溶膠聚沉的影響。(3) 以水解聚丙烯酰胺(HPAM)濃度為橫坐標(biāo)，紫凝效率Ar為縱坐標(biāo)作圖，求出最佳絮凝值。(4) 詳細(xì)記錄各實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象，并加以解

32、釋。(5) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論親液膠體的保護(hù)作用及高分子對(duì)溶膠的絮凝作用。六、思考題1. 什么是溶膠、Tyndall現(xiàn)象和Brown現(xiàn)象？2. 什么是溶膠的穩(wěn)定性？影響因素有哪些？實(shí)驗(yàn)四 疏水型大孔樹(shù)脂吸附亞甲基藍(lán)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解大孔樹(shù)脂的微觀結(jié)構(gòu)2. 掌握分光光度法測(cè)定吸附量的方法3. 了解大孔樹(shù)脂吸附有機(jī)染料的吸附動(dòng)力學(xué)二、實(shí)驗(yàn)原理大孔樹(shù)脂是一類具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物，根據(jù)骨架性質(zhì)的不同而具有不同的名稱及用途。本實(shí)驗(yàn)中，我們采用的是苯乙烯-二乙烯基苯樹(shù)脂（簡(jiǎn)稱PS-PDVB樹(shù)脂），其合成及分子結(jié)構(gòu)示意圖的如圖1，由于其交聯(lián)結(jié)構(gòu)，其骨架內(nèi)具有大小不等的孔，圖2為大孔樹(shù)脂的微觀結(jié)構(gòu)，其孔的大

33、小和分布可以通過(guò)調(diào)節(jié)交聯(lián)劑的比例和加入不同的至孔劑得到。圖1 PS-PDVB樹(shù)脂的合成示意圖 圖2 大孔樹(shù)脂在掃面電鏡下的微觀結(jié)構(gòu)由于其多孔結(jié)構(gòu)及骨架的疏水性，所以，可以用來(lái)吸附水中的有機(jī)分子。本實(shí)驗(yàn)中，我們將用PS-PDVB樹(shù)脂來(lái)吸附水溶性染料亞甲基藍(lán)。由于染料分子一般具有很強(qiáng)的消光系數(shù)，所以可以采用分光光度法來(lái)標(biāo)定水溶液中的染料分子的濃度，從而測(cè)定吸附量及吸附動(dòng)力學(xué)。三、儀器與試劑亞甲基藍(lán)溶液（標(biāo)準(zhǔn)曲線用2.4mg/L-12mg/L，吸附用10mg/L用量約50mL）、濕態(tài)PS-PDVB樹(shù)脂0.5-1g、燒杯、量筒/容量瓶、移液管、磁力攪拌、水泵、抽濾瓶、抽濾漏斗、濾紙、分光光度計(jì)。四、實(shí)

34、驗(yàn)步驟1. 配制一系列不同濃度的亞甲基藍(lán)水溶液2.4mg/L-12mg/L，測(cè)定樣品在670nm處的吸光度，用于實(shí)驗(yàn)后繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線2. 配制吸附用亞甲基藍(lán)水溶50mL，濃度約10mg/L3. 通過(guò)抽濾，將樹(shù)脂與浸泡液分離，得濕態(tài)樹(shù)脂4. 將待吸附的溶液置于磁力攪拌上，攪拌下，將0.5-1g的濕態(tài)樹(shù)脂投入到待吸附的溶液中5. 于1,、2、3、5、7、10、15、20、30、40、60、80、100、120、140min時(shí)，停止攪拌，稍靜置后，取上層吸附液，用分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度，實(shí)驗(yàn)后通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照，計(jì)算溶液中亞甲基藍(lán)的濃度及吸附量五、注意事項(xiàng)亞甲基藍(lán)濃度不宜過(guò)大，否則超出分光光度計(jì)的量程

35、，從而引起較大的誤差六、數(shù)據(jù)處理1. 繪制亞甲基藍(lán)的吸光度-濃度（Ac）工作曲線（標(biāo)準(zhǔn)曲線）2. 根據(jù)吸附實(shí)驗(yàn)中不同時(shí)間下吸附液的吸光度，計(jì)算溶液中亞甲基藍(lán)的濃度，同時(shí)計(jì)算相應(yīng)時(shí)間的吸附量3. 繪制吸附動(dòng)力學(xué)曲線（吸附量mg亞甲基藍(lán)/kg樹(shù)脂時(shí)間t），并討論平衡時(shí)間及平衡吸附量七、思考題用樹(shù)脂吸附具有相同溶質(zhì)質(zhì)量、不同濃度的染料溶液（比如50mL的2mg/L的溶液和20mL的5mg/L的溶液），吸附量是否會(huì)有差別，為什么？對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，影響吸附量的因素有那些，分別對(duì)吸附量會(huì)有怎樣的影響？實(shí)驗(yàn)五 溶膠-凝膠法制備納米TiO2及其光催化性能研究一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握溶膠-凝膠法制備納米TiO2的原

36、理及實(shí)驗(yàn)條件；2. 掌握納米TiO2的光催化原理及光催化性能測(cè)試方法；3. 了解紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)及相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法。二、 實(shí)驗(yàn)原理作為一種重要的半導(dǎo)體材料，二氧化鈦以其無(wú)毒、催化活性高、氧化能力強(qiáng)和穩(wěn)定性好等優(yōu)異物化性能，在催化、環(huán)保、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。與普通粉體材料相比，TiO2納米材料具有更高的比表面積和化學(xué)活性，從而具有更大的應(yīng)用潛力。納米TiO2的制備方法分為物理法和化學(xué)法，與簡(jiǎn)單的物理法相比，化學(xué)法是制備納米TiO2的重要方法。在眾多化學(xué)法中，溶膠-凝膠法具有化學(xué)均勻性好、純度高、易操作和成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此本實(shí)驗(yàn)采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2。在溶膠-凝膠法中，

37、采用鈦酸丁酯Ti(OC4H9)4為前驅(qū)物，無(wú)水乙醇(C2H5OH)為溶劑，冰醋酸(CH3COOH)為螯合劑，先制備TiO2溶膠，發(fā)生下列反應(yīng)：Ti(OC4H9)4 + 4H2O Ti(OH)4 + 4C4H9OHTi(OH)4 + Ti(OC4H9)4 2TiO2 + 4C4H9OHTi(OH)4 + Ti(OH)4 2TiO2 + 4H2O所得溶膠經(jīng)一定時(shí)間陳化，100烘干，得黃色晶體，研磨后得到淡黃色粉末。于500溫度下熱處理2 h，得到銳鈦礦型二氧化鈦(純白色)粉體。在制備過(guò)程中，試劑的用量對(duì)合成產(chǎn)物性能影響較大。CH3COOH作為螯合劑的加入對(duì)鈦酸丁酯的水解縮聚反應(yīng)過(guò)程影響非常大，反應(yīng)

38、中CH3COOH既作為整合劑又作為酸催化劑，對(duì)于穩(wěn)定溶膠均勻性及控制鈦酸丁酯的水解速率有著重要的影響。這在很大程度上也影響了材料最終的比表面積、孔徑及孔分布等顯微結(jié)構(gòu)，從而最終會(huì)影響粒子的光催化活性。水的加入量對(duì)鈦酸丁酯的水解有很大的影響，水的加入較大時(shí)，鈦酸丁酯水解的量及水解的程度同時(shí)提高，縮聚物的交聯(lián)度和聚合度都增大，有利于二氧化鈦溶膠向凝膠轉(zhuǎn)變，從而使凝膠時(shí)間變短，但加入量過(guò)大，會(huì)使滴入的鈦酸丁酯迅速水解，不能形成溶膠，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)效果。當(dāng)水的加入量較小時(shí)，由于鈦酸丁酯水解不足，水解生成的少量溶膠粒子很快溶解分散于大量的溶劑中，相互進(jìn)一步縮合的機(jī)會(huì)很少，或不足以形成三維的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。作

39、為溶劑，乙醇可以溶解鈦酸丁酯，并通過(guò)空間位阻效應(yīng)阻礙氫鏈的生成，從而使水解反應(yīng)變慢。此外，還可以稀釋水解及縮聚物濃度，降低單體碰撞的頻率使縮聚反應(yīng)變慢，故乙醇加入量越大，凝膠時(shí)間越長(zhǎng)。因此，選擇試劑的最佳配比對(duì)合成理想產(chǎn)物至關(guān)重要。作為光催化材料，TiO2的能帶結(jié)構(gòu)由一個(gè)充滿電子的價(jià)帶和一個(gè)空的導(dǎo)帶構(gòu)成，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的區(qū)域成為禁帶，禁帶的寬度成為帶隙能。銳鈦礦型二氧化鈦(純白色)粉體的帶隙能為3.2 eV,相當(dāng)于波長(zhǎng)387.5 nm的光能量。當(dāng)大于或等于387.5 nm的光照射到銳鈦礦型二氧化鈦上時(shí)，價(jià)帶上的電子(e-)被激發(fā)至導(dǎo)帶，并在價(jià)帶上留下相應(yīng)的空穴(h+)，它們?cè)陔妶?chǎng)的作用下分別遷

40、移至表面。圖1為T(mén)iO2的能帶結(jié)構(gòu)示意圖。光生電子和空穴可以與吸附TiO2表面的溶解氧和H2O等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)最終生成高活性的羥基自由基(OH)，OH的氧化電極電位為2.80 V，僅次于氟（F2），具有強(qiáng)氧化性，且無(wú)選擇性，常溫常壓下短時(shí)間內(nèi)可以將有機(jī)污染物完全降解至CO2、H2O和其他無(wú)機(jī)小分子，反應(yīng)徹底，無(wú)二次污染。這就是光催化半導(dǎo)體技術(shù)處理有機(jī)廢水的機(jī)理。具體來(lái)講，TiO2進(jìn)行的光催化反應(yīng)機(jī)制可分成下列步驟：(1) 反應(yīng)物、氧氣及水分子等物質(zhì)吸附在TiO2的表面。(2) 經(jīng)紫外光照射后，TiO2產(chǎn)生光生電子一空穴對(duì)。(3) 未復(fù)合的電子-空穴對(duì)移至TiO2表面。(4) 電子和空穴分別與氧氣

41、及水分子反應(yīng)生成O2-活性氧類和OH自由基。(5) 氫氧自由基和活性氧類與反應(yīng)物發(fā)生氧化反應(yīng)。(6) 反應(yīng)的產(chǎn)物自TiO2的表面脫附。本實(shí)驗(yàn)首先采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2粉體，進(jìn)而以所配置甲基橙溶液為模擬有機(jī)廢水，考察合成納米TiO2粉體光催化降解甲基橙溶液性能。三、 主要儀器與試劑1. 儀器分析天平、離心機(jī)、離心管、超聲波清洗器、磁力攪拌器、烘箱、馬弗爐、300 W紫外燈、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)、量筒、燒杯、磁子、坩堝鉗及坩堝、研缽等。2. 試劑鈦酸丁酯、無(wú)水乙醇、冰醋酸、去離子水、甲基橙。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 納米TiO2粉體的制備(1) 將一潔凈燒杯放入磁力攪拌器上，用量筒量取10 m

42、l蒸餾水于燒杯中，之后依次加入10 ml無(wú)水乙醇和5 ml冰醋酸，于攪拌中形成A混合液，攪拌時(shí)間約為10分鐘；(2) 取另一潔凈燒杯放入另一磁力攪拌器上，用一干燥量筒量取10 ml鈦酸丁酯于燒杯中，在激烈攪拌下加入40 ml無(wú)水乙醇，形成B混合液，攪拌時(shí)間約為10分鐘；(3) 在激烈攪拌下，將B液緩慢傾倒入A液中，得到淡黃色透明溶膠。觀察其丁達(dá)爾現(xiàn)象。繼續(xù)攪拌，所得淡黃色透明溶膠逐漸水解為乳白色。靜置數(shù)小時(shí)。(4) 將靜置后的溶膠放入烘箱中烘干，得到淡黃色透明晶體。(5) 研磨所得晶體，得白色粉末。(6) 將所得白色粉末于馬弗爐500 溫度下焙燒2小時(shí)，得銳鈦礦型納米TiO2粉體。2. 光催化

43、性能測(cè)定光催化降解甲基橙(1) 甲基橙溶液的配置：準(zhǔn)確稱取甲基橙粉末0.8184 g，用約200 mL去離子水加熱溶解，待其完全溶解后轉(zhuǎn)移至500 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，靜置待用。用移液管移取24.4 mL甲基橙溶液于1000 mL容量瓶中，稀釋至刻度，作為實(shí)驗(yàn)用液。(2) 吸收波長(zhǎng)的確定：以蒸餾水為參比，用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)200-700 nm范圍內(nèi)對(duì)甲基橙實(shí)驗(yàn)用液進(jìn)行光譜掃描，得到曲線如圖2所示，波峰位于463.8 nm，因此在波長(zhǎng)463.8 nm處測(cè)量其降解前后的吸光度最佳。(3) 催化劑光催化活性評(píng)價(jià)稱取所制備催化劑50 mg放入一個(gè)100 mL的燒杯中，先加50 mL去離子水

44、超聲半小時(shí)，以使催化劑均勻分散，之后加入50 mL甲基橙溶液于暗室中繼續(xù)攪拌0.5 小時(shí)。將所得溶液取出約10 ml于離心管中，記為編號(hào)1，之后放入暗室用300 W紫外燈照射進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)（先開(kāi)冷凝水）。每隔10分鐘，取約10 ml溶液于離心管中，依次編號(hào)記為2,3,4.。待光催化實(shí)驗(yàn)完成后，將所有離心管放入離心機(jī)內(nèi)離心，然后用移液管取中層清液5 ml溶液放入對(duì)應(yīng)編號(hào)定量瓶中，用蒸餾水稀釋至10 ml。搖勻后，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在波長(zhǎng)463.8 nm處測(cè)其吸光度，并記錄。五、 數(shù)據(jù)處理以時(shí)間為橫坐標(biāo)，吸光度(C/C0)為縱坐標(biāo)，作圖繪制甲基橙濃度隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。六、思考題1. 溶

45、膠-凝膠法制備納米TiO2粉體時(shí)，冰醋酸的作用是什么？其量多少對(duì)合成產(chǎn)物的影響是什么？2. 溶膠-凝膠法制備納米TiO2粉體時(shí)，乙醇的作用是什么？其量多少對(duì)合成產(chǎn)物的影響是什么？3. 溶膠-凝膠法制備納米TiO2粉體時(shí)，去離子水的作用是什么？其量多少對(duì)合成產(chǎn)物的影響是什么？4. 制備納米TiO2粉體過(guò)程中，焙燒的作用是什么？實(shí)驗(yàn)六 硫醇自組裝動(dòng)力學(xué)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握自組裝膜的原理和制備方法2. 掌握電化學(xué)研究方法的應(yīng)用3. 掌握自組裝動(dòng)力學(xué)的基本理論及操作方法二、實(shí)驗(yàn)原理分子自組裝膜具有高度的穩(wěn)定性和有序性，是在分子水平上研究表面和界面現(xiàn)象的典型體系。自組裝膜分子有序排列，缺陷少，易

46、于用近代物理和化學(xué)的表征技術(shù)研究。而自組裝膜的可控性為考察界面體系中的特殊相互作用、探求分子結(jié)構(gòu)對(duì)于二維有序分子組裝體系提供了非常大的設(shè)計(jì)自由度。有關(guān)自組裝膜結(jié)構(gòu)和功能的研究也是考察生物界面和生物膜的基礎(chǔ)。此外，自組裝也與界面科學(xué)諸多領(lǐng)域如黏接、防腐、潤(rùn)滑、摩擦等密切相關(guān)。在電化學(xué)的基礎(chǔ)研究中，自組裝膜以其高度的有序性、致密性和穩(wěn)定性為深入研究長(zhǎng)程電子傳遞、表面電化學(xué)、表面功能基團(tuán)的反應(yīng)性和分子識(shí)別等問(wèn)題提供了良好的模型。硫醇類分子能在貴金屬表面形成一層穩(wěn)定且致密有序的自組裝單層膜，這種膜的制備方法簡(jiǎn)單可控，因此應(yīng)用廣泛。自組裝分子在電極表面的吸附量受到吸附和脫附的速率及其他因素的影響。物理吸

47、附過(guò)程進(jìn)行的非?？欤灾劣跓o(wú)法定量測(cè)定它的速率，但在包含物理吸附和化學(xué)吸附的情況下，吸附總量以可測(cè)的速度進(jìn)行。吸附開(kāi)始時(shí)速度很快，逐漸變慢。正像吸附平衡規(guī)律一樣，吸附和脫附以什么樣的速率進(jìn)行，主要是吸附劑與吸附質(zhì)之間的相互作用決定的，但又受溫度、壓力等因素影響。因此，從吸附和脫附速率的研究中可以得到許多有關(guān)吸附特征的信息。特別是當(dāng)吸附、脫附是異相反應(yīng)的控制步驟時(shí)，研究它們更是探明整個(gè)異相反應(yīng)機(jī)理所必須進(jìn)行的內(nèi)容。分子自組裝由于其過(guò)程的微觀性，表征手段復(fù)雜多樣。其表征方法大致可以分為四類：電化學(xué)表征、掃描探針顯微術(shù)（SPM）光譜學(xué)測(cè)定和自組裝膜表面的潤(rùn)濕性。如：膜結(jié)構(gòu)可通過(guò)小角X射線衍射的方法來(lái)

48、研究；紅外光譜和X射線光電子能譜可獲得組裝體系的分子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的信息；X射線反射可測(cè)自組裝膜的厚度和粗糙度；二次離子能譜能對(duì)分子膜的成分進(jìn)行測(cè)定。橢圓偏光法、接觸角測(cè)定法等非現(xiàn)場(chǎng)方法及現(xiàn)場(chǎng)的石英晶體微天平法均表明硫醇在Au表面的自組裝動(dòng)力學(xué)分為兩步：首先是快速的物理吸附過(guò)程，在幾分鐘內(nèi)就能完成，并符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，接觸角接近或達(dá)到極限值，厚度達(dá)到極限值的80%-90%,石英晶體微天平測(cè)得的頻率改變值（質(zhì)量改變值）接近極限值；第二步為較慢的表面的重組過(guò)程，一般維持?jǐn)?shù)小時(shí)，在該過(guò)程中，厚度逐漸達(dá)到極限值。Bain等認(rèn)為先是快速吸附產(chǎn)生不完美的單層膜，而后是慢步驟以減少缺陷增加致密性及硫醇長(zhǎng)鏈

49、的固結(jié)，可能包括取代污染及將溶劑從單層膜中排出。圖為十二硫醇在金電極表面的吸附圖。圖中有兩個(gè)時(shí)間段，0-500s的快速吸附階段和500s-3200s的緩慢表面重組階段。電化學(xué)方法由于其靈敏性而廣泛地應(yīng)用于自組裝膜的研究，循環(huán)伏安方法可用于考察SAM的性能，在支持電解質(zhì)溶液中，可將SAM近似為理想的平板電容器，經(jīng)SAM修飾的電極，其界面雙層電容可由下式計(jì)算： （1）式中：為修飾電極的單位面積界面雙層電容；為雙層充放電電流絕對(duì)值之和；為掃描速率；A為電極的面積。金屬的欠電位沉積（UPD）是指金屬在比其熱力學(xué)電位更處于發(fā)生電位沉積的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象常發(fā)生在金屬離子在異體底物上的沉積。UPD法是制備精細(xì)

50、結(jié)構(gòu)單層修飾電極的一種方法。在UPD法中，通常是將一些金屬元素欠電位沉積在某些貴金屬或過(guò)渡金屬基底上，形成一定的空間結(jié)構(gòu)的單原子層。在一定的溫度下，可以符合Langmuir吸附等溫式的一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述自組裝過(guò)程： （2）式中：代表已吸附的吸附位；為吸附動(dòng)力學(xué)常數(shù)；c是硫醇在溶液中的濃度；t是組裝時(shí)間。也可由循環(huán)伏安法中的電容求得，也可由欠電位沉積中的積分電量求得。由循環(huán)伏安法求電容得： （3）式中：為裸金電極的電容；為在t時(shí)刻該電極的電容；為硫醇單分子層組裝致密時(shí)的電容。由欠電位沉積求得： （4）式中：為t時(shí)刻的積分電荷量（C/mol）；為金電極的積分電荷量（C/mol）。 （5）式中

51、：n為物質(zhì)的量(mol)；Z為電極反應(yīng)中的電子得失數(shù)；F為法拉第常數(shù)（96485C/mol）；A為電極面積(cm2)。將（2）式整理得: （6）則以為縱坐標(biāo)，t為橫坐標(biāo)作圖，可以得到一條直線，由該直線的斜率可以求得吸附動(dòng)力學(xué)常數(shù)。三、儀器和試劑儀器：電化學(xué)工作站，微量進(jìn)樣器。三電極系統(tǒng)（工作電極：圓盤(pán)狀多晶金電極；指示電極：Ag/AgCl（飽和氯化鉀）電極或飽和甘汞電極；對(duì)電極：鉑絲），容量瓶，燒杯。試劑：半胱氨酸（AR）。氯化鉀（AR）, 硫酸，硫酸銅，無(wú)水乙醇。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.溶液配制（1）配制0.2mol/LCuSO4和0.1mol/L的H2SO4溶液1L。（2）配制半胱氨酸的乙醇溶液，

52、濃度為10。（3）配制0.5mol/L的硫酸溶液。2.金電極的處理和組裝（1）電極的預(yù)處理 先用砂紙打磨，再用蒸餾水淋洗多次，最后進(jìn)行5min的低功率的超聲清洗。（2）電化學(xué)處理 利用循環(huán)伏安法對(duì)已處理過(guò)的金電極進(jìn)行化學(xué)清洗至穩(wěn)定的循環(huán)伏安圖。電解液：0.5mol/L的硫酸溶液。每隔15min換一次電解液。（3）測(cè)量電極表面積及表面粗糙因子（4）選擇金電極氧化還原圖的平穩(wěn)電位區(qū)間，在0.5mol/L的硫酸溶液中循環(huán)掃描，得到裸金電極的充放電電流圖。（5）用蒸餾水、乙醇淋洗電極，然后把電極浸入硫醇的乙醇溶液中浸泡給定的時(shí)間。（6）取出電極，分別用乙醇和高純水淋洗，轉(zhuǎn)入電解池進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。3.表

53、面覆蓋度的測(cè)定（1）在電解池中放入相應(yīng)的溶液，固定好工作電極、鉑絲輔助電極和甘汞電極。在所選的電位區(qū)間內(nèi)，在0.5mol/L的硫酸溶液中掃描修飾后的金電極，得其電容圖。將蒸餾水淋洗后，置于0.2mol/L CuSO4/0.1mol/L H2SO4溶液中，循環(huán)掃描得到Au的UPD的伏安圖。（2）將電極轉(zhuǎn)移至硫酸溶液中做電化學(xué)拋光，準(zhǔn)備下一組實(shí)驗(yàn)。如果得不到完美的Au電極的循環(huán)伏安圖，需要重新拋光電極。五、注意事項(xiàng)1.指示電極表面必須仔細(xì)清洗，否則嚴(yán)重影響循環(huán)伏安圖圖形2.修飾電極必須認(rèn)真做好，否則嚴(yán)重影響結(jié)果的準(zhǔn)確性3.每次掃描前，為使電極表面條件穩(wěn)定，應(yīng)靜止1-2min再掃描測(cè)量六、結(jié)果與討論

54、1.從金電極在硫酸溶液中的循環(huán)伏安曲線的還原峰求電極表面積，并計(jì)算表面粗糙因子。由金電極的電容圖計(jì)算。2.由修飾的金電極電容圖計(jì)算。由欠電位沉積結(jié)果計(jì)算。實(shí)驗(yàn)七 液致相分離法制備聚苯乙烯微孔膜一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庖褐孪喾蛛x制備微孔膜技術(shù)以及影響膜結(jié)構(gòu)的因素;掌握環(huán)境掃描電鏡操作方法。二、實(shí)驗(yàn)原理 液致相分離成膜是指在聚合物/溶劑體系中，利用溶劑揮發(fā)引起高分子溶液相溶性變差、發(fā)生液-液分相的過(guò)程，制得多孔膜結(jié)構(gòu)。將可與聚合物溶液溶劑混溶的非溶劑作為凝固浴，當(dāng)聚合物溶液滴加在凝固浴上時(shí)，由于凝固浴中的非溶劑會(huì)擴(kuò)散到聚合物溶液中，聚合物溶液中的溶劑也會(huì)不斷揮發(fā)，使聚合物溶液與非溶劑發(fā)生液-液相分離。相分離發(fā)生后，聚合物液膜中存在的非溶劑以小液滴形式存在，液滴的大小與分布各點(diǎn)聚合物濃度有關(guān)。當(dāng)溶劑完全脫離聚合物后，被非溶劑液滴占據(jù)的部分就會(huì)在聚合物表面及內(nèi)部留下孔洞。在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)鑄膜液(PS+THF)傾倒于非溶劑組成的凝固浴(丙三醇+正丙醇)上時(shí)，液膜-凝固浴界面附近的溶劑(THF)進(jìn)入非溶劑中的速度很快，量很大，因此在液膜與凝固浴界面處的聚合物濃度增加了，聚合物發(fā)生凝膠化，在液膜與凝固浴接觸部分形成了致密的皮層