实验期末考试(从铬盐生产的废渣提取无水硫酸钠)

期末考试（第13周） 实验十二 从铬盐生产的废渣提取无水硫酸钠 一、无机化学实验期末考试板书内容 1、当场交，实验与报告时间共3.5小时。超时扣分、每超时5分钟扣1分；3 hr内完成者加分、每提前5分钟加1分。 2、不做“重结晶”，产品要炒干。 3、实验制备过程中用到的主要药品有：H2SO4溶液、FeSO4·7H2O、NaOH-Na2CO3混合溶液。其余试剂供检查用。 4、产品检查方法： 称取2 g产品溶于15 mL水中，分至6只试管检查，方法如下： （1）​ Cr2O72-：+ H3PO4+二苯胺基脲 → 溶液不带紫色，无Cr2O72- （2）​ Cr3+：+ NaOH(6 molL-1)+H2O2+H2SO4+丁醇+H2O2 → 有机层不显蓝色，无Cr3+ （3）​ Fe3+：+ HCl + KNCS（25%） → 溶液不呈血红色，无Fe3+ （4）​ Ca2+：+ (NH4)2C2O4（饱和）静置1～2分钟 → 溶液无白色浑浊，无Ca2+ （5）​ Mg2+：+ NaOH（6 molL-1）+ 镁试剂 → 溶液不显蓝色，无Mg2+ （6）​  Cl-：+HNO3（6 molL-1）+ AgNO3 → 溶液无白色浑浊，无Cl- 5、实验结束后老师要检查的结果：产品、最后的母液、6种离子的检验结果。 6、收拾完后交报告，老师登记此时的时间。 7、若实验中途失败，报告老师后方可重做，成绩扣10分。 二、实验报告（供批改设计报告时参考） 实验十二 从铬盐生产的废渣制备无水硫酸钠 （一）目的 1. 培养设计实验方案的能力 2. 考核基本操作 3. 考核学生对实验知识与技能的综合应用能力 4. 考核学生的实验达能力 5. 培养学生良好的实验习惯（实验卫生、条理、效率等） （二）原理 为除去Cr2O72-、Cr3+、Fe3+、Ca2+、Mg2+、Cl-等杂质，可利用硫酸亚铁、NaOH-Na2CO3等试剂在一定条件下氧化还原和沉淀分离，即可达到除杂目的。主要反应如下： Na2Cr2O7 + 6 FeSO4 + 7 H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3 Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + 7 H2O Cr2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 6 H2O = 2 Cr(OH)3 ↓ + 3 Na2SO4 + 3 CO2 ↑ + 3 H2O （三）简单工艺图（“重结晶”不做，但设计报告中要写出。） Δ↓70mL水 H2SO4↓pH 12 FeSO47H2O↓(1.9g) 煮沸 NaOH-Na2CO3↓pH 1112 废渣溶解 —→ 酸 化 —→ 还原Cr(VI) ——→ 除Cr3+,Fe3+,Ca2+,Mg2+ 检Cr2O72- 检Mg2+ ┎—→ 滤渣(弃) H2SO4↓pH 23 —→ 抽 滤 ———→ 滤液 —→ 除OH-与CO32- —→ 蒸发浓缩 —→ ┎—→ 母液(量体积，回收) —→ 抽 滤 ———→ 粗晶体—→ 称 重 —→ 重结晶 —→ 抽 滤 ┎—→ 母液(量体积，回收) ———→ 晶体 —→ 炒 干 —→ 称 重 —→ 产品检验 —→ 回 收 （四）实验步骤与现象 步骤 现象 在25g黄色废渣中加约6575mL水，加热至完全溶解 溶液呈棕红色、pH 34 加H2SO4调至pH 12，加入1.8g FeSO47H2O，加热煮沸片刻 溶液变成棕黑色 取少量清液检Cr2O72-（在清液中加入1-2滴H3PO4，再加1滴二苯胺基脲） 若溶液不带紫色，则证明Cr2O72-已除去 继续加入NaOH-Na2CO3调至pH 1112，加热煮沸3-5min 产生大量的胶态棕色沉淀 取清液检查无Mg2+后抽滤 滤液应无色 滤液用H2SO4调至pH 23 有气泡产生 直接加热蒸发浓缩至有明显晶体出现，抽滤 得粗晶体 将粗晶体转入小烧杯中重结晶，方法1浓缩后趁热抽滤，方法2浓缩后冰水冷却再抽滤 滤液应无色，滤饼为白色晶体 炒干得到无水硫酸钠产品 白色粉状 （五）实验结果 粗产品：15.0 g 白色颗粒状 母液： 14.0 mL 重结晶产品（炒干后）：10.8 g 白色粉状 母液： 8.0 mL 产品回收率：10.8 /（2598.4%）= 43.9% （六）产品检验 称取2 g产品溶于15 mL水中，分至6只试管检查，方法如下： （1）Cr2O72-：+ H3PO4+二苯胺基脲 → 溶液不带紫色，无Cr2O72- （2）Cr3+：+ NaOH(6 molL-1)+H2O2+H2SO4+丁醇+H2O2 → 有机层不显蓝色，无Cr3+ （3）Fe3+：+ HCl + KNCS（25%） → 溶液不呈血红色，无Fe3+ （4）Ca2+：+ (NH4)2C2O4（饱和）静置1～2分钟 → 溶液无白色浑浊，无Ca2+ （5）Mg2+：+ NaOH（6 molL-1）+ 镁试剂 → 溶液不显蓝色，无Mg2+ （6） Cl-：+HNO3（6 molL-1）+ AgNO3 → 溶液无白色浑浊，无Cl- （七）物料计算 （1）加水溶解废渣所用水量的依据： 废渣中含Na2SO4：2598.4% = 24.6 g，在100C时溶解度为：42.5g/100g H2O 应加水量：24.6(42.5/100) = 57.9 mL 因考虑到Cr(OH)3、Fe(OH)3均为胶体、加热过程中会蒸发部分水，故实际加约65~75 mL。 （2）将Cr2O72-还原为Cr3+所需FeSO4量： Na2Cr2O7 + 6 FeSO4 + 7 H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3 Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + 7 H2O 262​ 6152 0.25 x = 0.87 g 需FeSO47 H2O 1.59 g 过量约20%，实际约需1.8～1.9 g （八） 1​ 在pH3-4时，Fe2+可还原Cr2O72-。为提高效率，加H2SO4调pH1-2。不能用HCl。 2​ 若先加FeSO4，再加H2SO4酸化，则为操作失误。FeSO4过量约20%即可，太多或太少都不对。 3​ 必须检查Cr2O72-除尽后才能进入下一操作。 4​ 有同学会采用“二段法”：在pH7-8除Cr3+、Fe3+（pH 6除Cr3+不完全），然后在pH10-12时除Ca2+、Mg2+。原理上可行。实际上由于共沉淀作用，在pH10-12时可一步将所有杂质除去。若pH>12，会生成Cr(OH)4-与Mg2(OH)2CO3，除Cr3+、Mg2+效果较差。 5​ 要加NaOH-Na2CO3。若只加Na2CO3而不用NaOH，则用量较多，后面加H2SO4中和时会生成较多Na2SO4，原理上有问；若只加NaOH，除Ca2+效果会差。 6​ 第一步过滤最好用“抽滤”，但有同学会用“自然过滤”，其缺点是：难以抽干、耗时较长。 7​ “浓缩”用“直接浓缩”，若“水浴浓缩”则扣分。浓缩至大量晶体析出后趁热抽滤。 8​ Na2SO4重结晶与CuSO4不同。Na2SO4在40C溶解度最大。冷却至低温或趁热抽滤均可以，在40C抽滤则原理上不通。 三、评分标准与考试要求 （一）成绩采用百分制 （二）实验方案设计 20分 教师用另一张纸写明扣分的理由，设计报告上只标明批阅人与批改日期。 （1）​ 原理（包括实验条件，两个反应各1分、酸化1分、pH11-12除杂2分、pH2-3除OH-与CO32-1分、浓缩程度控制1分、重结晶1分、炒干1分） 9分 （2）​ 物料计算（水量1分，FeSO47H2O量2分、不过量扣1分） 3分 （3）​ 流程图（若不检查Cr2O72-与Mg2+便过滤，扣1分） 5分 （4）​ 检查方法（每个0.5分） 3分 （三）考试与实验报告 80分 有错在报告中标出，但报告中不标出扣分情况。 （1）​ 基本操作：25分。考试时当场记录每个学生的不规范操作，每个操作2-3分。基本操作有：煤气灯使用、固体试剂的取用与称量、液体试剂的取用与量取、固体溶解（、搅拌）、水分补充（无晶体析出则可不补充）、过滤、浓缩（直接）、试管操作、炒干（用玻棒）、pH试纸的使用等。 （2）​ 实验过程的清洁、整齐、条理性：8分。 包括滤纸与试纸是否乱扔、实验台面是否清洁、台面仪器的放置是否合理、实验过程中是否损坏玻璃仪器、实验效率（实验与报告要求在3.5 hr内完成，超时扣分、每超时5分钟扣1分、最多扣10分；3 hr内完成者加分、每提前5分钟加1分、最多加10分，但要注意：本次实验的总成绩不能超过100分）、其它等。 （3）​ 实验结果：27分。 （A）产品外观 2分 （B）母液 2分 （C）粗产品（炒干）的产量 13分 产量 / g 2.0 2.1~3.0 3.1~4.0 4.1~5.0 5.1~6.0 6.1~7.0 7.1~8.0 8.1~9.0 9.1~15.0 ＞23.0 22.1~23.0 21.1~22.0 19.1~20.0 18.1~19.0 17.1~18.0 16.1~17.0 15.1~16.0 分数 1 2 3 4 5 7 9 11 13 （D）检验（除Cl-外，每含一种杂质扣2分） 10分 （4）​ 实验报告：20分。 原理（Na2SO4的溶解度数据、有关的Ksp值等） 4分 流程图 3分 现象 6分 回收率计算 2分 讨论 5分