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4物质的制备技术.
4.物质的制备技术
4.1制备物质的步骤和方法
要制备一种物质,首先要确定制备路线与反应装置,再根据产物的性质选择适当的精制方法,同时还应考虑实验过程中是否产生“三废”及如何处理。然后制定出实验计划,做好必要的准备工作并按预定计划完成物质的制备。
4.1.1制备路线的设计
比较理想的制备路线应具备下列条件:
(1) 原料资源丰富,便宜易得,无毒无害,生产成本低;
(2) 副反应少,产物容易纯化,总收率高;
(3) 反应步骤少,时间短,能耗低,条件温和,设备简单,操作安全方便;
(4) 不产生公害,不污染环境,副产品可综合利用。
4.1.2反应装置的设计
制备的是气体物质,就需选用气体发生装置。若所制备的是固体或液体物质,则需根据反应条件的不同,反应原料和反应产物性质的不同,设计不同的实验装置。
有机物的制备,由于反应时间较长,溶剂易挥发等特点,多需采用回流装置。
4.1.3 反应条件的设计
反应物料的摩尔比
可以深入理解制备反应的原理,还可以从中了解该反应的投料量是等摩尔比,还是某一反应物以过量形式投料。
反应温度
不同的化学反应需设定不同的反应温度。有的反应可在一定的温度范围内进行,实验中,应始终将反应温度控制在设定的范围内。
反应时间
合理地设定反应时间是保证实验产率的重要前提
反应介质
可在水溶液中进行的反应通常采用水为反应介质。有些反应需用有机溶剂作为反应介质,这时应尽量选用无毒害、易分离、可回收的溶剂。
催化剂
催化剂是根据反应的不同需要进行选择的,其用量一般在… 反应开始前加入,反应结束则要将其除去。
4.1.4 精制方法的设计
精制的实质就是把反应产物与杂质分离开来,这就需要根据反应产物与杂质理化性质的差异,选择适当的分离提纯方法。
4.1.5实验计划的制定
制定实验计划应在深刻理解实验原理和目的要求的基础上,通过查阅有关手册和资料,了解实验原料、产物和相关试剂的物理、化学性质,摘录有关物理量,然后以精炼的文字、简图、表格、化学式、符号及箭头等表明整个制备过程。
4.1.6 实验的准备与实施
制备实验所用的原料和溶剂除要求价格低廉、来源方便外,还要考虑其毒性、极性、可燃性、挥发性 以及对光、热、酸、碱的稳定性等因素。
有些制备反应要求无水操作,需要干燥的玻璃仪器。
在制备过程中,应细心观察实验现象,并及时将反应进行的情况(如颜色、温度的变化以及变化的时间、有无气体放出、反应的激烈程度等)详尽地记录下来。
4.1.7 产物结构的检测
若制备的是在文献上没有记载的全新的化合物,其结构的测定比较复杂。首先要进行产物的反复分离提纯工作,在确认没有其他杂质存在的前提下,再对产品进行元素定性和定量分析、测定相对分子质量以及用红外光谱、核磁共振谱、质谱等手段确定其化学构造式。
对于已知的化合物,只需通过测定其主要物理参数如熔点、沸点、折射率等,一般即可认定。也可测定红外光谱,若测得结果与相应化合物的标准图谱一致,便可确认其结构。
4.1.8 实验“三废”的处理
对于少量有害气体,可采取吸收或燃烧等方式进行转化。如酸性气体用碱溶液吸收;碱性气体用酸溶液吸收;CO点燃转变为C02等等。
少量废液和废渣可分类收集,集中处理。如废酸或废碱溶液经过中和,使pH在6~8范围内,再用大量水稀释后排放;
4.2 实验的产率与计算
实验结束后,要根据理论产量和实际产量计算实验的产率,通常以百分产率表示
实际产量是指实验中实际得到纯品的质量;理论产量是按照反应方程式,原料全部转化成产物的质量。
4.2.1 影响实验产率的因素
(1) 反应可逆 在一定的实验条件下,化学反应建立了平衡,反应物不可能全部转化成产物。
(2) 有副反应发生 有些反应比较复杂,在发生主反应的同时,一部分原料消耗在副反应中。
(3) 反应条件不利 在制备实验中,若反应时间不足、温度控制不好或搅拌不够充分等都会引起实验产率降低。
(4) 分离和纯化过程中造成的损失 有时制备反应所得粗产物的量较多,但却由于精制过程中操作失误,使产率大大降低了。
4.2.2 提高实验产率的措施
破坏平衡
加催化剂
严格控制反应条件
细心精制粗产物
4.2.3 实验产率的计算
实验结束后,要根据理论产量和实际产量计算实验的产率,通常以百分产率表示
实际产量是指实验中实际得到纯品的质量;理论产量是按照反应方程式,原料全部转化成产物的质量。
作业:思 考 题
正确的制备路线应该具备哪些条件? 如何设计制备路线?
(2) 影响实验产率的主要因素有哪些? 为提高产率可采取哪些措施? 试举例说明。
回流装置的类型较多,如普通回流装置、带有气体吸收的回流装置、带干燥管的回流装置、带水分离器的回流装置、带电动搅拌、滴加物料及测温仪的回流装置等等。
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