化学基础知识.pdf
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1、第一节化学分析的作用与职责1检验的作用与职责实验室是通过各种分析手段对进入实验室的材料进行检验的部门。它的任务是采用某种方 法(技术、手段)测量、检查、试验和计量产品的一种或多种质量特性将测定结果与判定标准相比较,经判定确定每个产品或每批产品是否合格。分析检验不仅对化学各学科的发展起着重要的作用,而且于企业来说进厂原料选择,工艺流程控制、工业成品质量、新产品研制、新工艺流程的探索,以及 三 废(废水、废气、废渣)的处理及综合利用等,都必须以分析检验的结果为重要依据。2检验的工作流程采集样品一样品制备一样品交接f样品处理f样品分析一数据处理f记录填写与报告发放。第二节样品的采集和制备试样采取和制
2、备是化学分析中一项十分重量要的工作。在分析实验中,要求测定大量物料中某些组分的平均含量。但在实际分析时,只能称取几克、儿毫克或更少的样品进行分析。取这样少的样品所得的分析结果,要求能反映整批物料的真实情况,因此分析试样的组成必须能代表全部物料的平均组成,即试样应具有高度的代表性。否则分析结果再准确也是毫无意义的。所以,在进行分析之前必须了解试样来源,明确分析要求,做好试样的采取和制备工作。所谓试样的采取和制备,系指先从大批物料中采取最初试样(原始试样),然后再制备成供分析用的最终试样(分析试样)。当然对于比较均匀的物料,如液体、金属等,可直接取适量样品作分析试样。样品采集的原则:采集的样品要有
3、代表性,均匀性,在满足需要的前提下越少越好。1样品采集数目的确定样品采集数目的多少要根据不同的物料来确定般情况卜.,样品量应至少满足以卜.需要:满足三次重复检测的需要;满足保留样品的需要;满足制样处理时加工处理的需要。1.1均 匀 的样品粉状或松散物料试样的采集如氧化铝、冰晶石等,其组成比较均匀,因此取样点可少些,每点取样量也不必太多可按下列要求确定取样量。对于较均匀的样品在数量不大于500个单元的按表进行取样。总体物料的单元数选取的最小单元数总体物料的单元数选取的最小单元数1-10全部单元182-21618对于样品单元数超过5 0 0 个单元的样品,采样单无数应按总体单元立方根的3倍来确定。
4、如遇小数时,都进为整数。11-4911217-2541950-6412255-2962065-8113297-3432182-10114344-39422102-12515395-45023126-15116451-51224152-181171.2非均匀样品量的确定大块物料样品的采取如工业硅等,不但组分不均匀而且外形大小悬殊。为了使所采取的试样具有代表性,在取样时要根据堆放情况,从不同部位和深度选取多个取样点采集小样。原始样品一般按全部物料的千分之一至万分之三采集小样,对极不均匀的物料有时取五百分之一。Q=K d2Q-采集单元数;K 经验常数,一般在0.0 2 0.0 5 之间。D-物料中最
5、大颗粒的直径;2采集方法从物料流中采样:根据物料流量的大小及有效输送时间,均匀地分布采样时间,即每隔一定时间采取一个子样。从车上采样:采取车的对角线沿斜线方向均匀采取3 到 5个点。如沥青在进厂时必须在御车前取样。取车对角线平均分布几个点根据车的大小而定。从物料堆中采样:采样时应根据堆的不同形状而定,先将子样的数目均匀的分布在样堆顶部和斜面上。最下层采样部位应距离地面0.5米。固体工业产品:一般用桶或袋包装。应按上表中均匀物料的件数进行取样。金属或金属制品:组成均匀的金属如丝状或片状,采用剪切一部分即可。但对于铝锭等金属物料,其表面和内部的组成很不均匀,取样时应将表面清理,弃去表面物料然后采用
6、钻、铳、包办车、锯等方法取其碎屑。3样品的制备方法样品的制备一般包括破碎、筛分、掺和、缩分等几部分。破碎:般分为粗碎和细碎。粗碎是将粒度较大的样品块经鄂式破碎机或球磨机破碎,能通过4 6号筛。细碎是将其进一步用磨样机细碎到1 0 0 2 0 0 号筛。筛分:按规定用适当的标准筛对产品进行分选的过程。掺和:按规定将样品混合均匀的过程。缩分:按规定减少样品质量的过程。手工缩分常用的方法是四分法。将物料堆成圆锥体,用平木板或其他工具从锥顶向卜将物料压成厚度均匀的扁平体,然后通过中心按十字形切分成四个等同的扇形体,弃去其中两个相对的扇形体,继续进行掺和及缩分操作,直至达到所需要的样品量为止。第三节化学
7、实验基本操作1 常用玻璃仪器的使用1.1 洗涤对易溶于水的污物,可先用试管刷刷洗,然后再用水洗净。器皿壁上的有机物,用去污粉或洗衣粉,若仍不干净,可用热的碱溶液洗涤,难溶的氧化物、氢氧化物、难溶的硫酸盐以及某些金属可用盐酸洗。温热的稀硝酸可以洗拣玻璃上的“铜镜”和“银镜”硫代硫酸钠溶液可洗掉难溶的银盐,煮沸的石灰水可洗掉硫、洗研钵,用少许氯化钠在研钵中研磨,倒走氯化钠,再用水洗净。凡士林、松香、石蜡等污物,用有机化合物如酒精、乙醛、丙酮、苯、汽油等洗涤、洗涤时注意防火:浓硫酸和饱和重倍酸钾的混合液称为洗液。洗液可用来洗进行较精确实验用的仪确。使用洗液前先用水洗,把水倒净后注水少量洗液,让仪器慢
8、慢倾斜,慢慢转动,器壁上全部被洗液润湿后,把洗液倒回原来的瓶内,用自来水冲洗掉残留的洗液,用蒸阳水再冲洗二三次。如果用洗液把仪器浸泡一段时间后,或用热的洗液洗涤,则效果更好。洗涤过的仪器应口朝下放置,洗涤干净的标准为“干净、透明、不挂水珠”。净的仪器不能用纸或布擦拭,以免造成二次污染。1.2 干燥做实验经常要用到的仪器应在每次实验完毕后洗净备用。用于不同实验的仪器对干燥有不同的要求,一般定量分析中用的烧杯、锥形瓶等仪器洗净即可使用,而用于有机实验的仪器很多是要求干燥的,有的要求没水迹,有的则要求无水。应根据不同的要求来干燥仪器。(1)晾干不急等用的要求般干燥的仪器,可在纯水涮洗后在无尘处倒置控
9、去水分,然后自然干燥。可用带有通气孔的玻璃柜放置仪器。(2)烘干洗净的仪器控去水分,放在电烘箱或红外灯干燥箱中烘干,烘箱温度1 0 5 1 2 0 烘 l h左右。称量用的称量瓶等在烘干后要放在干燥器中冷却和保存。砂芯玻璃滤器、带实心玻璃塞及厚壁的仪器烘干时要注意慢慢升温并且温度不可过高,以免烘裂。玻璃量器的烘干温度不得超过1 5 0 ,以免引起容积变化。(3)吹干急需干燥又不便于烘干的玻璃仪器,可以使用电吹风机吹干。用少量乙醇、丙酮(或最后用乙醛)倒人仪器中润洗,流净溶剂,再用电吹风吹干。开始先用冷风,然后吹入热风至干燥,再用冷风吹去残余的溶剂蒸气。此法要求通风好,要防止中毒,并要避免接触明
10、火。1.3保管(1)移液管洗净后置于防尘的盒中。(2)滴定管用毕洗去内装的溶液,用纯水涮洗后注满纯水,上盖玻璃短试管或塑料套管,也可倒置夹于滴定管夹上。(3)比色皿用毕后洗净,在小瓷盘或塑料盘中下垫滤纸,倒置晾干后收于比色皿盒或洁净的器皿中。(4)带磨口塞的仪器容量瓶或比色管等最好在清洗前就用小线绳或塑料细套管把塞和管口挂好,以免打破塞子或互相弄混。需长期保存的磨口仪器要在塞间垫一张纸片,以免日久粘住。长期不用的滴定管要除抻凡士林后垫纸,用皮筋挂好活塞保存。磨口塞间如有砂粒不要用力转动,以免损伤其精度。同理,不要用去污粉擦洗磨口部位。(5)成套仪器 如索氏萃取器、气体分折器等用完要立即洗净,放
11、在专门的纸盒里保存。不要在容器里遗留油脂、酸液、腐蚀性物质(包括浓碱液)或有毒药品,以免造成后患。1.4使用玻璃仪器常见的问题的解决方法当磨口活塞打不开时,如用力拧就会拧碎,可试用以下方法:用木器敲击固着的磨口部件的一方,使固着部位因受震动而渐渐松动脱离,加热磨口塞外层,可用热水、电吹风、小火烤,间以敲击,在磨口固着的缝隙滴加几滴渗透力强的液体,如石油酸等溶剂或稀表面活性剂溶液等,有时几分钟就能打开,但也有时要几天才见效。针对不同的情况可采取以下相应的措施:(1)凡土林等油状物质粘住活塞,可以用电吹风或微火慢慢加热使油类黏度降低,成熔化后用木棒轻敲塞来打开。(2)活塞长时间不用因尘土等粘住,可
12、把它泡在水中,几小时后可打开。(3)碱性物质粘住的活塞可将仪器在水中加热至沸,再用木棒轻敲塞子来打开。(4)内有试剂的试剂瓶塞打不开时,若瓶内是腐蚀性试剂,如浓H z S O a 等,要在瓶外放好塑料圆桶以防瓶破裂,操作者要戴有机玻璃面罩,操作时不要使脸部离瓶口太近。打开有毒蒸气的瓶口(如液溟)要在通风橱内操作。准备工作做好后,可用木棒轻敲瓶盖。也可洗净瓶口,用洗瓶吹洗一点蒸镭水润湿磨口,再轻敲瓶盖。(5)对于因结晶碱金属盐沉积及强碱粘住的瓶塞,可把瓶口泡在水中或稀盐酸中,经过一段时间可打开。(6)将粘住的活塞部位置于超声波清洗机的盛水清洗槽中,通过超声波的震动和渗透作用打开活塞,此法效果很好
13、。玻璃磨口塞的修配有时买来的滴定管或容量瓶等的磨口塞漏水,可以自己再进行磨口配合。把塞子和塞孔洗净,沾上水,涂以很细的金刚砂(顺序用3 0 0 号和4 0 0 号金刚砂,禁止用粗颗粒的,因为它擦出的深痕以很难去掉。把塞子插入塞孔,用力不断转动,使其互相研磨,经过一定时间取出检查是否密配合适。磨好的塞子不涂润滑油也不应漏水,接触处几乎透明。2 药品的取用2.1固体药品的取用若没有指定用量,固体药品的用量一般为盖满器皿的底部即可。取用粉末或小颗粒状药品要用药匙,或把放在纸片上,再装入试管或其它容器里(具有腐蚀性或易潮解的固体不能放在纸上)取用小块药品要用镒子,先把容器横倒,药品放入以后再把它慢慢地
14、坚立起来,让药品缓缓地滑到底部,量取一定量的药品时,可放在称量纸上或表面皿上称量后,再按上述方法放入容器。2.2液体药品的取用若没有提到用量,一般液体用量为是1 2 毫升。取用液体药品时,先把瓶塞拿下,并倒置在桌上,然后让标签向着手心拿起瓶子,使瓶口紧挨着容器口,把液体沿着洁净的玻璃棒注入容器中。取用少量液体可用胶头滴管,但是滴管不能触及使用的容器壁。加入反应容器内的液体不能超过容器容量的2/3,加入试管的液体以不超过试管容量的1/2为宜。2.3液体体积的度量量筒的使用根据所取溶液的量,选择取不同规格的量筒。量取液体时应使视线与量筒内液面的弯月形最低处保持水平。偏高或偏低量取的结果都不准确。移
15、液管的使用移液管可以准确移取一定体积的溶液。用移液管吸取溶液时,下端要伸入被吸溶液面下约1厘米。用洗耳球(对无毒和无挥发性液体可用嘴)吸。移液管要随被吸溶液面的下降而下伸。当液体上升到移液管刻度标线上时,迅速用食指堵住管口,将移液管从液体内取出,使管尖靠在容器壁上,然后稍微放松食指,轻轻转动移液管,调整液面的弯月面与标线相切,按紧管口。取出移液管,移入接受器,使管尖接触器壁,抬起食指让溶液自由地顺壁流下,待溶液全部流尽后,约 等 15秒左右取出移液管。容量瓶的使用容量瓶可用来配制标准溶液。配制溶液前,把称好的固体药品溶解在一定量水中,然后用洁净的玻璃棒导流将溶液转移到容量瓶中,应多次洗涤烧杯,
16、并把每次的洗涤液都转入容量瓶中,然后往容量瓶中缓慢加入蒸储水。当液面加至标线,盖好盖子,重复多次倒转震荡,使瓶中溶液混合均匀。滴定管的使用滴定管分成酸式和碱式两种,用于定量分析或精确加液;酸式滴定管口部有一尖嘴连接,橡皮管内装一个玻璃球,使用时用拇指和食指轻轻往一边挤压玻璃外面的橡皮管,使管内形成一条缝隙,溶液即可滴出。滴定管被夹在蝴蝶夹上使用,通常酸式滴定管夹在右边,碱式的放在左边,在滴定管中充满溶液到“0”刻度以下,打开活塞使液面缓慢下降到“0”处。读数时,视线应与液面的弯月面水平,读到小数点后两位。3 物质的加热3.1热源常用热源包括:酒精灯、电炉、电加热套等,各种灯炉的构造不同,操作也
17、各不同。酒精灯的使用方法酒精灯的火焰温度可达1000ro使用前要检查灯芯的松紧,不能太松,也不能太紧。灯芯的高低可调整火焰的大小;用漏斗添加酒精,且不能超过灯壶容积的3/4,也不能少于1/4,不能向燃着的酒精灯内添加酒精。熄灭酒精的火焰,必须用灯帽盖灭,以免引起灯壶内酒精燃烧,发生危险。电炉和电加热套等,都是方便的热源设备,功率大小也有许多规格,有的装有温度调节器,可以调节温度;没有调节器的,可以用调压器来代替它,务必防止触电和漏电事故。3.2直接加热烧杯和烧瓶可以放在垫有石棉网的铁三角架上,或放在铁架台的铁圈上加热;加热烧瓶时,把烧瓶放在铁架台的垫有石棉网的铁圈上,并用夹子固定住,一般在烧杯
18、和烧瓶中,放入加热液体的量不允许超过容器容积的2/3。蒸发皿要放在铁架台的铁圈上或瓷三角上,直接用灯焰加热。加热时,要用一洁净玻璃棒不断搅拌、帮助溶剂蒸发,注入蒸发皿的溶液不得超过它的2/3容积。溶液在即将被干燥前停止加热,冷却后,会有晶体析出。加热玻璃片会判断液体是否溶解某种溶质,通常移取23 滴液体滴在玻璃片上,加热蒸发。蒸发时用玷期钳夹住玻璃片。在灯焰上方,大约78 厘米高处,缓慢移动,直到玻璃片上出现斑点为止。用埸也可以直接加热,无论是瓷玷烟,铅地期、铁用烟,还是销金玷崩和石英地堪等。实验时,要把盛有反应物的玷蜗放在瓷三角上加热。注意热的时烟要冷却后,才可以用堪埸钳夹取。3.3间接加热
19、水浴可以满足被加热物质受热均匀,加热温度不超过100的要求。水浴内盛水的量约为容积的2/3,如加热到80以下温度,可以把容器浸到水中,但不要与锅底接触。油浴可以满足被加热物质受热均匀,加热温度可超过100的要求。油浴锅内盛油的量约为容积的2/3沙浴使用方便,物质受热也均匀,加热温度可到350,在沙浴盘里铺满细沙,将容器埋在沙里。然后在沙盘下加热,可把温度计插入测量温度。4物质的分离与提纯4.1溶液与沉淀的分离溶液与沉淀的分离方法常见的有以下四种:倾析法:这种方法适用于沉淀的比重较大或结晶颗粒较大,静置后能沉降至容器底部时,又对量的要求不很严格,把沉淀上部的溶液倾于另一容器内,需洗涤沉淀时;可往
20、盛沉淀的容器内注入少量洗涤剂充分搅拌后,待沉淀在卜方重新形成后,倾去液体。过滤法:这种方法是最常见的方法。被过滤溶液的温度、黏度、过滤时的压力、过滤器孔隙的大小、沉淀物质的性质都影响过滤的速度。热溶液比冷溶液容易过滤,溶液的黏度愈大愈慢,减压比常压过滤快,过滤器孔隙越大,过滤速度越快,但孔隙大的 些小颗粒的沉淀也会通过过滤器。常见的过滤法有常压过滤、加热过滤、减压过滤(抽滤)。离心分离法:当被分离的沉淀量很少时,应用离心机分离把待分离的混合物放入离心试管,将离心试管装入离心机的套管内,放一个盛水的离心试管,保持离心机的两臂平衡。然后由慢逐淅加快离心机的转速,待1 2分钟后,停止离心机的转动。4
21、.2沉淀的干燥可把沉淀放在表面皿上,在恒温箱中烘干。也可把沉淀放在蒸发皿里微火加热,除去沉淀中的少量水分,然后把干燥沉淀放在干燥器内保存。干燥器内要装有干燥剂,常用无水氯化钙。在干燥器的磨口上涂有凡1 林。把盖子打开时.,要用一只手轻轻夹住干燥器,另一只手沿水平方向移动盖子,不要直接向上提。4.3 蒸储蒸帽是把液体加热变成蒸气,把蒸气经过冷却重新变成液体,而跟不挥发性杂质分离的方法。主要装置由蒸储烧瓶,冷凝器和接受器装配组成。实验时.,蒸镭烧瓶内的液体不得超过容积的2/3,也不要少于烧瓶容积的,烧瓶内要加入几颗沸石,或洁净的精瓷片,瓶塞上温度计的水银球上沿跟侧管下壁在同水平线上,不得与瓶颈相接
22、触。冷凝器一般分成空气冷凝器和水冷凝器两种。空气冷凝器是细长的玻璃管,水冷凝器是由一个细管和一个粗套管配合而成,内管是蒸汽冷凝成液体流入接受器的管道,有直形、球形、螺形几种,外管是冷凝水的管道;冷凝器下端支管上的橡皮管接上水管,另一端放入下水槽。蒸储出的物质易受潮时,可在接受器上连接一个氯化钙干燥管若放出有毒气体,则需装配气体吸收装置。若蒸镯出的物质易挥发、有毒、易燃,则可以在接受器上连接橡皮管,通入下不水道内或通入室外。4.4 液体与液体的分离液体与液体的分离可以采用分液和分镯两种方法。分液是把两种不相混溶的液体分开的操作。操作中要用分液漏斗,把欲分混合液加入分液漏斗中,静置后两种液体即分层
23、。打开活塞,卜层密度大的液体便慢慢流出,待下层液体全部流出后关闭活塞,把密度小的液体从分液漏斗口倒入另一容器内,分离完毕。分储是通过加热把几种能够互相混溶而沸点不同的液体分开的方法,分镯装置包括烧瓶、分馈柱、冷凝器和接受器。烧瓶口上装 个直立的插有温度计分储柱,蒸汽在分储柱内经过多次的凝结和汽化,上升蒸汽中的易挥发组分逐渐增加,下降的冷凝液中高沸点的组分也逐渐增加,达到多次蒸储的效果。第四节化学实验常用的一些器具1 常用的玻璃仪器实验室中大量使用玻璃仪器,是因为玻璃具有一系列可贵的性质。它有很高的化学稳定性、热稳定性、有很好的透明度、一定的机械强度和良好的绝缘性能。玻璃原料来源方便,并可以用多
24、种方法按需要制成各种不同形状的产品。用于制作仪器的玻璃称为“仪器玻璃”,用改变玻璃化学组成的方法可以制出适应各种不同要求的玻璃。玻璃的化学成分主要是要是、C a O、N a C K20o引入B。、A l203,Z n O、B a O 等使玻璃具有不同的性质和用途。根据它的性质分为特硬质玻璃,硬质玻璃,一般玻璃,量器玻璃。玻璃的化学稳定性较好,但并不是绝对不受侵蚀,而是其受侵蚀的程度符合一定的标准。因玻璃被侵蚀而有痕量离子进入溶液中和玻璃表面吸附溶液中的待测离子,是微量分析要注意的问题。氢氟酸对玻璃的腐蚀性很强烈,故不能用玻璃仪器进行含有氢氟酸的实验。碱液特别是浓的或热的碱液对玻璃有明显地腐蚀。
25、储存碱液的玻璃仪器如果是磨口仪器还会使磨口粘在一起无法打开。因此,玻璃容器不能长时间存放碱液。石英玻璃属于特种仪器玻璃,其理化性能与玻璃有同乂有异,它有极其优良的化学稳定性和热稳定性,但价格较贵。石英制品在实验室中也占有重要的地位,我们在后面专节讲述。化验室所用到的玻璃仪器种类很多,各种不同专业的实验室还用到一些特殊的玻璃仪器,这里主要介绍般通用的玻璃仪器及一些磨口玻璃仪器的知识。(O E杯(3)图i-i 唐 用 较 m仪4m B a (O H)2 等(而 N a E O s 和 K2C 03都可使用)。(2)王水、卤素溶液或能产生卤素的溶液,如 K C 1 03,K M n C h、K a
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