济源职业技术学院：《无机及分析化学》课程教学资源（实验指导）实验十七 开放实验——氧化铁纳米材料的制备

实验十七开放实验一一氧化铁纳米材料的制备 一、实验目的 1.了解水热水解法制备纳米材料的原理与方法。 2.加深对水解反应影响因素的认识。 3.熟悉分光光度计、离心机、酸度计的使用。 二、实验原理 水解反应是酸碱中和反应的逆反应，是一个吸热反应，升温使水解反应 的速率加快，反应程度增加，浓度增大对反应程度无影响，但可使反应速 率加快。对金属离子的强酸盐来说，pH值增大，水解程度与速率皆增大。 在化学实验中，由于金属离子的水解，常使某些试剂的配制难度增大， 或者久置后变质，这时需要根据上述原理，采取措施抑制水解。 如配 SnCL2,SbCL3,BiCL3等盐溶液配制时不能直接用水，而要用浓盐酸溶解后 再适当稀释使用。但是在科研工作中也经常利用水解反应来进行物质的分 离、鉴定和提纯.许多高纯度的金属氧化物，如BiO3、AL2O3、ezO3等 都是通过水解沉淀过程提纯的。 纳米材料是指晶粒和晶界等显微结构能达到纳米级尺度水平的材料，是 材料科学的一个重要发展方向。纳米材料由于粒径很小， 比表面很大，表 面原子数会超过体原子数。因此纳米材料常表现出与本体材料不同的性质 在保持原有物质化学性质的基础上，呈现出热力学上的不稳定性。如：纳 米材料可大大降低陶瓷烧结及反应的温度、明显提高催化剂的催化活性、 气敏材料的气敏活性和磁记录材料的信息存储量。 氧化物纳米材料的制备方法很多 有化学沉淀法、热分解法、固相反应 溶胶 凝胶法、 气相沉积法、水解法等。水热水解法是较新的制备方 法，它通过控制一定的温度和PH值条件.使一定浓度的金属盐水解，生成 氢氧化物或氧化物沉淀。若条件适当可得到颗粒均匀的多晶态溶胶，其颗 粒尺寸在纳米级，对提高气敏材料的灵敏度和稳定性有利。 为了得到稳定的多品容 可降低会屈离的浓度，也可用位路 金属离子的浓度，如加入EDTA.可适当增大金属离子的浓度，制得更多的 沉淀，同时也可影响产物的晶形。若水解后生成沉淀，说明成核不同步， 可能是玻璃仪器未清洗干净，或者是水解液浓度过大，或者是水解时间太 长。此时的沉淀颗粒尺寸不均匀，粒径也比较大。 FeCL3水解过程中，由于Fe3+转化为Fe2O,溶液的颜色发生变化，随 着时间增加， Fe3+量逐渐 Fe,O,粒径也逐渐增大，溶液颜色也趋于 个稳定位，可用分光光度计进行动态监测。 本实验以FeCL3为例，试验FCL3的浓度、溶液的温度、反应时间与 pH值等对水解反应的影响。 三、仪器和药品 1.仪器：台式烘箱，721型分光光度计，医用高速离心机，pHS-2型酸度 计、多用滴管、具塞锥形瓶(20mL)、容量瓶(50mL)、离心吸管、吸 管(50mL)

实验十七 开放实验——氧化铁纳米材料的制备 一、实验目的 1. 了解水热水解法制备纳米材料的原理与方法。 2．加深对水解反应影响因素的认识。 3．熟悉分光光度计、离心机、酸度计的使用。 二、实验原理 水解反应是酸碱中和反应的逆反应，是一个吸热反应，升温使水解反应 的速率加快，反应程度增加，浓度增大对反应程度无影响，但可使反应速 率加快。对金属离子的强酸盐来说，pH 值增大，水解程度与速率皆增大。 在化学实验中，由于金属离子的水解，常使某些试剂的配制难度增大， 或者久置后变质，这时需要根据上述原理，采取措施抑制水解。如配置 SnCL2,SbCL3,BiCL3等盐溶液配制时不能直接用水，而要用浓盐酸溶解后 再适当稀释使用。但是在科研工作中也经常利用水解反应来进行物质的分 离、鉴定和提纯．许多高纯度的金属氧化物，如 Bi2O3、AL2O3、Fe2O3 等 都是通过水解沉淀过程提纯的。 纳米材料是指晶粒和晶界等显微结构能达到纳米级尺度水平的材料，是 材料科学的一个重要发展方向。纳米材料由于粒径很小，比表面很大，表 面原子数会超过体原子数。因此纳米材料常表现出与本体材料不同的性质。 在保持原有物质化学性质的基础上，呈现出热力学上的不稳定性。如：纳 米材料可大大降低陶瓷烧结及反应的温度、明显提高催化剂的催化活性、 气敏材料的气敏活性和磁记录材料的信息存储量。 氧化物纳米材料的制备方法很多，有化学沉淀法、热分解法、固相反应 法、溶胶—凝胶法、气相沉积法、水解法等。水热水解法是较新的制备方 法，它通过控制一定的温度和 pH 值条件．使一定浓度的金属盐水解，生成 氢氧化物或氧化物沉淀。若条件适当可得到颗粒均匀的多晶态溶胶，其颗 粒尺寸在纳米级，对提高气敏材料的灵敏度和稳定性有利。 为了得到稳定的多晶溶胶，可降低金属离子的浓度，也可用配位剂控制 金属离子的浓度，如加入 EDTA．可适当增大金属离子的浓度，制得更多的 沉淀，同时也可影响产物的晶形。若水解后生成沉淀，说明成核不同步， 可能是玻璃仪器未清洗干净，或者是水解液浓度过大，或者是水解时间太 长。此时的沉淀颗粒尺寸不均匀，粒径也比较大。 FeCL3 水解过程中，由于 Fe3+转化为 Fe2O3，溶液的颜色发生变化，随 着时间增加，Fe3+量逐渐减小，Fe2O3 粒径也逐渐增大，溶液颜色也趋于一 个稳定位，可用分光光度计进行动态监测。 本实验以 FeCL3 为例，试验 FeCL3 的浓度、溶液的温度、反应时间与 pH 值等对水解反应的影响。 三、仪器和药品 1．仪器：台式烘箱，72l 型分光光度计，医用高速离心机，pHS-2 型酸度 计、多用滴管、具塞锥形瓶（20mL）、容量瓶（50mL）、离心吸管、吸 管（50 mL）

2.药品：FeCL3l.0molL)、HCL(1.0mol)EDTA(1.0molL) (NH4hSO4(1.0mol·L) 四、实验步骤 1.玻璃仪器的清洗 实验中所用一切玻璃器皿均需严格清洗。先用铬酸洗液洗，再用去离 子水冲洗干净 然后烘干备用（该步骤可由实验室老师完成）。 2.水解温度的选择 根据文献和实验时间，本实验选定105℃为水解温度，有兴趣的同学可做 95C、80C对照。 3.水解时间的影响 按1.8×102mol.LFeCL3,8X10 mol.LEDTA的要求配制20ml 水解液，通过多用滴管加入1mol·LHCL,用酸度计调节溶液的PH值为 1.3,置于20mL具塞锥形瓶中，放入105℃的烘箱中，观察水解前后水解 液的变化。每隔30分钟取样2mL, 0nm处观察水解液吸光度的变化 直到吸光度基本不变，观察到橘红色溶胶为止，绘制A一f图。约需读数6 次。 4.水解液pH值的影响 改变上述水解液的pH值.分别以1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。用分光光 度计观察水解pH值的影响，绘制pHt图。 5. 水解液中Fe+浓度的影响 改变步骤3中水解液Fe3+的浓度，分别为2.5×102mol·L,5× 103mol·L,1.0×10~3mol·,用分光光度计观察水解液中Fe3+浓度对 水解的影响，绘制A一t图。 6.沉淀的分离 取上述水解液2份，迅速用冷水冷却，一份用高速离心机离心分离， 份加入NH42SO4使溶胶沉淀后用普通离心机离心分离。沉淀用去离子水洗 至无CL1为止（怎样检验）。比较两种分离方法的效率。 五、思考题 1.影响水解的因素有哪些？如何影响？ 2.水解器皿在使用前为什么要清洗干净，若清洗不净会带来什么后果？ 3.如何精密控制水解液的pH值？为什么可用分光光度计监控水解程度？ 氧化铁溶胶的分离有哪些方法？哪种效果较好？

2. 药品：FeCL3(1.0 −1 mol • L )、HCL(1.0 −1 mol • L )、EDTA(1.0 −1 mol • L )、 (NH4)2SO4(1.0 −1 mol • L ) 四、实验步骤 1．玻璃仪器的清洗 实验中所用一切玻璃器皿均需严格清洗。先用铬酸洗液洗，再用去离 子水冲洗干净。然后烘干备用（该步骤可由实验室老师完成)。 2．水解温度的选择 根据文献和实验时间，本实验选定 105℃为水解温度，有兴趣的同学可做 95℃、80℃对照。 3．水解时间的影响 按 1.8×10-2 −1 mol • L FeCL3，8×10-4 −1 mol • L EDTA 的要求配制 20mL 水解液，通过多用滴管加入 1 −1 mol • L HCL，用酸度计调节溶液的 PH 值为 1.3，置于 20mL 具塞锥形瓶中，放入 105℃的烘箱中，观察水解前后水解 液的变化。每隔 30 分钟取样 2mL，于 550nm 处观察水解液吸光度的变化， 直到吸光度基本不变，观察到橘红色溶胶为止，绘制 A—f 图。约需读数 6 次。 4．水解液 pH 值的影响 改变上述水解液的 pH 值．分别以 1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。用分光光 度计观察水解 pH 值的影响，绘制 pH—t 图。 5．水解液中 Fe3+浓度的影响 改变步骤 3 中水解液 Fe3+的浓度，分别为 2.5×10-2 −1 mol • L ，5× 10-3 −1 mol • L ，1.0×10-3 −1 mol • L ，用分光光度计观察水解液中 Fe3+浓度对 水解的影响，绘制 A—t 图。 6．沉淀的分离 取上述水解液 2 份，迅速用冷水冷却，一份用高速离心机离心分离，一 份加入(NH4)2SO4 使溶胶沉淀后用普通离心机离心分离。沉淀用去离子水洗 至无 CL-1 为止(怎样检验?)。比较两种分离方法的效率。 五、思考题 1．影响水解的因素有哪些?如何影响？ 2．水解器皿在使用前为什么要清洗干净，若清洗不净会带来什么后果? 3．如何精密控制水解液的 pH 值?为什么可用分光光度计监控水解程度？ 4. 氧化铁溶胶的分离有哪些方法?哪种效果较好?