材料化学实验教学大纲（纯实验实训课模版）课程课程课程中文专业必修实验110752材料化学实验代码类型课名称Material开课课程英文课程基本信息5学分3Chemistry学期名称Experiments理论实践学时51051学时学时适用专业材料化学开课单位化学与材料工程学院材料化学教研室及教研室课程本课程是材料化学专业的实验必修课。通过本课程的学习，培养学生动手、分析、任务综合和独立解决问题的工作能力，为培养基础材料化学专业人才奠定基础。结合2018版人才培养方案的毕业要求进行阐述。目标1：针对材料化学中的组成-加工合成-组织-性能（及服役性能）：相互关联、相互制约的复杂工程问题，设计满足特定需求的材料及加工制备工艺流程，并体现出一定的创新性。目标2：能够基于科学原理并采用科学方法对材料化学中复杂工程问题进行研实验究，”包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论，目标具有掌握材料性能、材料成分结构分析等测试手段，利用成型加工手段，结合各要求种材料合成方法设计开发无机、高分子材料的能力。目标3：对学生进行实验工作的综合训练，使之具有基本的科研素质，培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度：目标4：培养学生对知识综合应用的能力、分析和解决问题的能力；目标5：激发学生学习的主动性和创新意识，培养学生独立思考、综合运用知识、提出问题和解决复杂问题的能力。考核方式考核以平时实验为主，学期结束进行实验操作考试考期末实验考试（操作或理论）成绩占40%：平时成绩包括实验态核度、成绩构成操作技能、实验报告等作综合评分占60%；合起来为总评成绩。姓名职称实践教学团队教学任务电子信箱负责人讲师向柏霖讲授及实验10253007@qq.com陈万平副教授主讲教师讲授及实验372431296@qq.com主讲教师向柏霖讲师讲授及实验10253007@qq.com建议名称：材料化学实验主编：陈万平出版社：化学工业出版社教材出版年月：2017年9月参1曲荣君主编化学工业出版社《材料化学实验》实践考2.何卫东主编中国科学技术大学出版社《高分子化学实实训书验》材料网络教学资1.2.源等其它学3.习辅导材料学时分配及类型等建议表要求实践（实训）类型项目时每组序号验设综创必选名称数人数做证计合做新142VN固体酒精的制备直接沉淀法制备白炭242VV黑
材料化学实验教学大纲（纯实验实训课模版） 课 程 基 本 信 息 课程中文 名称 材料化学实验 课程 代码 110752 课程 类型 专业必修实验 课 课程英文 名称 Material Chemistry Experiments 开课 学期 5 学分 3 学时 51 理论 学时 0 实践 学时 51 适用专业 材料化学 开课单位 及教研室 化学与材料工程学院材料化学教研室 课程 任务 本课程是材料化学专业的实验必修课。通过本课程的学习，培养学生动手、分析、 综合和独立解决问题的工作能力，为培养基础材料化学专业人才奠定基础。 实验 目标 要求 结合2018版人才培养方案的毕业要求进行阐述。 目标1：针对材料化学中的组成-加工合成-组织-性能（及服役性能） 相互关 联、 相互制约的复杂工程问题， 设计满足特定需求的材料及加工制备工艺流程， 并体现出一定的创新性。 目标2：能够基于科学原理并采用科学方法对材料化学中复杂工程问题进行研 究， 包括设计实验、 分析与解释数据、 并通过信息综合得到合理有效的结论， 具有掌握材料性能、材料成分结构分析等测试手段， 利用成型加工手段， 结合各 种材料合成方法设计开发无机、高分子材料的能力。 目标3：对学生进行实验工作的综合训练,使之具有基本的科研素质，培养其严谨 的、实事求是的工作作风和科学态度； 目标4：培养学生对知识综合应用的能力、分析和解决问题的能力； 目标5：激发学生学习的主动性和创新意识，培养学生独立思考、综合运用知 识、提出问题和解决复杂问题的能力。 考 核 考核方式 考核以平时实验为主，学期结束进行实验操作考试 成绩构成 期末实验考试(操作或理论)成绩占40%；平时成绩包括实验态 度、操作技能、实验报告等作综合评分占60%；合起来为总评成 绩。 实践教学团队 姓名 职称 教学任务 电子信箱 负责人 向柏霖 讲师 讲授及实验 10253007@qq.com 主讲教师 陈万平 副教授 讲授及实验 372431296@qq.com 主讲教师 向柏霖 讲师 讲授及实验 10253007@qq.com 实践 实训 材料 建议 教材 名称：材料化学实验 主编：陈万平 出版社：化学工业出版 社 出版年月：2017年9月 参 考 书 1．曲荣君主编 化学工业出版社 《材料化学实验》 2．何卫东主编 中国科学技术大学出版社 《高分子化学实 验》 网络教学资 源等其它学 习辅导材料 1． 2． 3． 学时分配及类型等建议表 序号 项目 名称 时 数 每组 人数 实践（实训）类型 要求 验 证 设 计 综 合 创 新 必 做 选 做 1 固体酒精的制备 4 2 √ √ 2 直接沉淀法制备白炭 黑 4 2 √ √
溶胶-凝胶法制备2N34BaTiO3粉体材料均匀沉淀法制备ZnO42V纳米材料高温固相法制备SrAl204:Eu2+,Dy3+长52余辉发光材料本体聚合制备有机玻6V2璃溶剂热法制备MOF-572金属-有机骨架材料长石质陶瓷的高温烧8A22制普通钠钙硅酸盐玻璃942VY的制备聚乙烯醇缩甲醛胶水1022的制备溶胶-凝胶法制备TiO2112VV的实验参数对比X射线粉末衍射仪的12VV42简介与使用荧光光谱仪的简介与V131使用直接沉淀法制备SrF2147方案的设计与操作实践项目1固体酒精的制备实验（实训）项目名称室外4实践场地室内（O：学时2综合选择类型必做（选做：实验类型(2恒温磁力搅拌器（带水浴），磁子，冷凝管，橡胶管，圆底烧瓶（100mL），主要器材量筒（50mL和10mL各一个），烧杯，吸管，玻璃棒，电子天平，称量纸，模具（自制）一、实验目的和要求：1了解固体酒精的制备原理和实验方法。2.熟悉称量、溶解、水浴和恒温磁力搅拌器的使用等基本实验操作。二、实验原理及内容：硬脂酸与氢氧化钠混合后将发生下列反应：C,H,COOH+NaOH=C,H,COONa+H,O(1)反应生成的硬脂酸钠是一个长碳链的极性分子，室温下在艺醇中不易溶。在较高的温度下，硬脂酸钠能够被均匀地分散在液体乙醇中，而冷却后则形成凝胶体系，使乙醇分子被束缚于相互连接的大分子之间，呈不流动状态而使乙醇凝固，形成了固体状态的酒精。如果在试验中加入硅酸钠等作为胶凝剂，可得到质地更加结实的固体酒精，同时可以助燃，使其燃烧得更加持久，并释放更多的热量。实验中，如果在上述乙醇溶液中适当加入硝酸铜溶液，或者使乙醇溶液保持一定的弱碱性，可使最后的固体酒精呈蓝色或者浅红色。实验中，所用原料的质量比如下表所示：表1固体酒精制备原料质量百分比原料乙醇硬脂酸NaOH
3 溶胶-凝胶法制备 BaTiO3粉体材料 4 2 √ √ 4 均匀沉淀法制备ZnO 纳米材料 4 2 √ √ 5 高温固相法制备 SrAl2O4 :Eu2+ ,Dy3+长 余辉发光材料 4 2 √ √ 6 本体聚合制备有机玻 璃 4 2 √ √ 7 溶剂热法制备MOF−5 金属-有机骨架材料 4 2 √ √ 8 长石质陶瓷的高温烧 制 4 2 √ √ 9 普通钠钙硅酸盐玻璃 的制备 4 2 √ √ 10 聚乙烯醇缩甲醛胶水 的制备 4 2 √ √ 11 溶胶-凝胶法制备TiO2 的实验参数对比 4 2 √ √ 12 X射线粉末衍射仪的 简介与使用 4 2 √ √ 13 荧光光谱仪的简介与 使用 4 2 √ √ 14 直接沉淀法制备SrF2 方案的设计与操作 4 2 √ √ 实践项目1 实验（实训）项目名称 固体酒精的制备 学时 4 实践场地 室 内 （ √ ） ； 室 外 （ ） 实验类型 综合 选择类型 必 做 （ √ ） ； 选 做 （ ） 主要器材 恒温磁力搅拌器（带水浴），磁子，冷凝管，橡胶管，圆底烧瓶（100 mL）， 量筒（50 mL和10 mL各一个），烧杯，吸管，玻璃棒，电子天平，称量纸，模 具（自制） 一、实验目的和要求： 1．了解固体酒精的制备原理和实验方法。 2．熟悉称量、溶解、水浴和恒温磁力搅拌器的使用等基本实验操作。 二、实验原理及内容： 硬脂酸与氢氧化钠混合后将发生下列反应： 反应生成的硬脂酸钠是一个长碳链的极性分子，室温下在乙醇中不易溶。在较高的温度下，硬脂酸钠能够被均匀 地分散在液体乙醇中，而冷却后则形成凝胶体系，使乙醇分子被束缚于相互连接的大分子之间，呈不流动状态而使乙 醇凝固，形成了固体状态的酒精。如果在试验中加入硅酸钠等作为胶凝剂，可得到质地更加结实的固体酒精，同时可 以助燃，使其燃烧得更加持久，并释放更多的热量。实验中，如果在上述乙醇溶液中适当加入硝酸铜溶液，或者使乙 醇溶液保持一定的弱碱性，可使最后的固体酒精呈蓝色或者浅红色。实验中，所用原料的质量比如下表所示： 表1 固体酒精制备原料质量百分比 原料 乙醇 硬脂酸 NaOH
质量比（%）94.05.01.0三、实验步骤：1.向100mL圆底烧瓶加入50mL乙醇、2.5g（约0.012mol）硬脂酸、两滴酚酰指示剂，搅拌均匀，装置回流冷凝管，水浴加热70℃，保温至固体溶解为止。2.用8%的氢氧化钠溶液8mL与8mL乙醇混合，配成混合碱液。将混合碱液滴加到（1）中的圆底烧瓶内，先快后慢，直至溶液颜色由无色变为浅红，然后浅红又缓慢褪去（pH值为7~8）为止。然后，在水浴上加热回流20分钟左右，使反应完全（距离反应停止还有5分钟时可适量添加染色剂如10%的硝酸铜溶液，用量染色即可）。3.移去水浴，热倒入模具（如小烧杯），冷却凝固后取出即得到成品（可用纸盒包装或用塑料袋密封包装）。4．取一小块产品，观察其颜色、透明程度和硬度，点燃观察其燃烧是否剧烈，是否有残渣。四、作业及考核点：1．实验过程中可能出现絮状沉淀，如果观察到了，其可能的原因是什么？2．实验过程中药品的量必须非常准确吗，为什么？3.实验产物真的是“固体”酒精吗？4.查阅文献，了解如果所得固体酒精硬度不够，燃烧时容易融化而流时可怎样改进实验？实践项目2实验（实训）项目名称直接沉淀法制备白炭黑4实践场地/）；室外室内（√学时C）综合必做（选做选择类型）：实验类型)(恒温磁力搅拌器（带水浴），磁子，量筒（50mL和10mL各一个），烧杯（150mL，两个），圆底烧瓶（250mL，双口或者三口），玻璃棒，电子天主要器材平，称量纸，滴液漏斗，铁架台，冷凝管，烘箱，电动离心机，PH试纸，表面血，研钵一、实验目的和要求：1.巩固称量、溶解、搅拌、离心分离和干燥等基本实验操作。2．了解直接沉淀法制取白炭黑的原理和实验方法。二、实验原理及内容：硅酸钠经溶解（水玻璃）稀释后与盐酸反应得到白炭黑沉淀：Na,SiO, +2HC1=H,SiO, +2NaC1(1)(2)H,SiO,+(n-1H,0=Si0nH,0反应并不是直接得到SiO颗粒，而是首先生成原硅酸（H2SiO3），整个溶液为硅酸胶体溶液。SiOz可以从硅酸胶体溶液中缩合积聚成疏松、细小、分散的絮状结构，最后沉淀出白炭黑。硅酸由聚合到聚集，生成溶胶和凝胶或者生成颗粒的过程中，硅酸钠的浓度、反应温度和含盐量，尤其是pH值都会影响反应进程的快慢及反应的结果。所以，在实验中要严格控制硅酸钠的浓度、盐酸的加入速度以及反应的温度。由于反应过程中极易形成凝胶，所以需要在溶液里事先加入一定量的氯化钠溶液作为素凝剂（能够将溶液中的悬浮微粒聚集联结形成粗大的絮状团粒或团块的助剂）避免生成凝胶。三、实验步骤：1.称取6g硅酸钠，加入装有约45mL蒸馏水的圆底烧瓶中，搅拌溶解，配制成浓度约为12%的硅酸钠溶液，然后在80℃下水浴恒温10分钟。2.用量筒量取20mL蒸馏水倒入一个烧杯中，加入10mL浓盐酸，搅拌得到浓度约为20%的稀盐酸。3量取去离子水约10mL，倒入装有2.5g氯化钠的烧杯中，搅拌得到浓度约为20%的NaCI溶液。4在硅酸钠溶液中边搅拌边加入20%的NaCI溶液，然后逐滴加配制的稀盐酸，当溶液中出现絮状沉淀（pH值约为7~8）时停止加入盐酸，80℃下水浴恒温静置（陈化）30分钟。5陈化后，用一定量的蒸馏水搅拌洗涤，然后用电动离心机离心分离，重复洗涤2次。最后，用乙醇洗涤分离一次
质量比（%） 94.0 5.0 1.0 三、实验步骤： 1．向100 mL圆底烧瓶加入50 mL乙醇、2.5 g（约0.012 mol）硬脂酸、两滴酚酞指示剂，搅拌均匀，装置回流冷 凝管，水浴加热70 oC，保温至固体溶解为止。 2．用8%的氢氧化钠溶液8 mL与8 mL乙醇混合，配成混合碱液。将混合碱液滴加到（1）中的圆底烧瓶内，先快 后慢，直至溶液颜色由无色变为浅红，然后浅红又缓慢褪去（pH值为7~8）为止。然后，在水浴上加热回流20分钟左 右，使反应完全（距离反应停止还有5分钟时可适量添加染色剂如10%的硝酸铜溶液，用量染色即可）。 3．移去水浴，趁热倒入模具（如小烧杯），冷却凝固后取出即得到成品（可用纸盒包装或用塑料袋密封包 装）。 4．取一小块产品，观察其颜色、透明程度和硬度，点燃观察其燃烧是否剧烈，是否有残渣。 四、作业及考核点： 1．实验过程中可能出现絮状沉淀，如果观察到了，其可能的原因是什么？ 2．实验过程中药品的量必须非常准确吗，为什么？ 3．实验产物真的是“固体”酒精吗？ 4．查阅文献，了解如果所得固体酒精硬度不够，燃烧时容易融化而流淌时可怎样改进实验？ 实践项目2 实验（实训）项目名称 直接沉淀法制备白炭黑 学时 4 实践场地 室 内 （ √ ） ； 室 外 （ ） 实验类型 综合 选择类型 必 做 （ √ ） ； 选 做 （ ） 主要器材 恒温磁力搅拌器（带水浴），磁子，量筒（50 mL和10 mL各一个），烧杯 （150 mL，两个），圆底烧瓶（250 mL，双口或者三口），玻璃棒，电子天 平，称量纸，滴液漏斗，铁架台，冷凝管，烘箱，电动离心机，pH试纸，表 面皿，研钵 一、实验目的和要求： 1．巩固称量、溶解、搅拌、离心分离和干燥等基本实验操作。 2．了解直接沉淀法制取白炭黑的原理和实验方法。 二、实验原理及内容： 硅酸钠经溶解（水玻璃）稀释后与盐酸反应得到白炭黑沉淀： 反应并不是直接得到SiO2颗粒，而是首先生成原硅酸（H2SiO3），整个溶液为硅酸胶体溶液。SiO2可以从硅酸胶 体溶液中缩合积聚成疏松、细小、分散的絮状结构，最后沉淀出白炭黑。硅酸由聚合到聚集，生成溶胶和凝胶或者生 成颗粒的过程中，硅酸钠的浓度、反应温度和含盐量，尤其是pH值都会影响反应进程的快慢及反应的结果。所以， 在实验中要严格控制硅酸钠的浓度、盐酸的加入速度以及反应的温度。 由于反应过程中极易形成凝胶，所以需要在溶液里事先加入一定量的氯化钠溶液作为絮凝剂（能够将溶液中的悬 浮微粒聚集联结形成粗大的絮状团粒或团块的助剂）避免生成凝胶。 三、实验步骤： 1．称取6 g硅酸钠，加入装有约45 mL蒸馏水的圆底烧瓶中，搅拌溶解，配制成浓度约为12%的硅酸钠溶液，然 后在80 oC下水浴恒温10分钟。 2．用量筒量取20 mL蒸馏水倒入一个烧杯中，加入10 mL浓盐酸，搅拌得到浓度约为20%的稀盐酸。 3．量取去离子水约10 mL，倒入装有2.5 g 氯化钠的烧杯中，搅拌得到浓度约为20%的NaCl溶液。 4．在硅酸钠溶液中边搅拌边加入20%的NaCl溶液，然后逐滴加配制的稀盐酸，当溶液中出现絮状沉淀（pH值约 为7~8）时停止加入盐酸，80 oC下水浴恒温静置（陈化）30分钟。 5．陈化后，用一定量的蒸馏水搅拌洗涤，然后用电动离心机离心分离，重复洗涤2次。最后，用乙醇洗涤分离一 次
6.所得产物在120°℃下烘干，研磨得到产品白炭黑。观察产物色泽，用手戳捏产物，感觉产物粒子的粗细大小。四、作业及考核点：1.实验过程可以分为哪几个主要步骤，其相应操作过程需要注意避免哪些不规范操作？2.查阅文献资料，了解盐酸沉淀法制备白炭黑过程中，哪些因素可有效控制产物的尺寸大小？实践项目3实验（实训）项目名称溶胶-凝胶法制备BaTi03粉体4实践场地室内（／）：室外学时）(验证选择类型必做（）；选做实验类型(V)烧杯（50mL），吸量管（10mL），量筒（10mL），滴管，电子天平，磁子，恒温磁力搅拌器，水浴锅，恒温干燥箱，刚玉埚，主要器材差热-热重分析仪，X射线粉末衍射仪一、实验目的和要求：1．了解溶胶-凝胶法的基本原理，利用溶胶-凝胶法制备BaTiO3。2.学习利用热分析结果初步拟定固相法的温度制度。二、实验原理及内容：溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶解、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成目标产物的方法。无论所用原料为无机盐还是金属醇盐，其主要反应步骤是原料溶于溶剂（水或者有机溶剂）中形成均匀的溶液，溶质与溶剂发生水解或者醇解反应，形成溶胶粒子，溶胶粒子通过缩聚形成三维网络状的凝胶。形成凝胶的过程中，反应复杂，产物结构多样。本实验以钛酸丁酯Ti(OC,Hg)4和醋酸钡为原料，通过溶胶-凝胶法制备BaTiO3粉体材料，制备过程中最基本反应为：(a)水解反应：Ti(OC,H),+xH,O=Ti(OC,H,)-(OH),+xCH,O水解前，如果把Ti(OC4H9)4溶解某种有机酸如冰醋酸中，可生成Ti(OC4H9)4-r(OCOCH3)，这样可以减缓醇盐的水解速度。水解反应可以一直进行，直到彻底水解生成Ti(OH)4。(b)缩聚反应（失水或者失醇）：—TH-OH+HO-T——T—O—T+H2O-TiO-T+CH,OH—Ti—OCHg+HO-Ti-由于不断发生水解、缩聚反应，溶液的粘度不断增加，最终形成具有“-金属一氧-金属-"网络结构的凝胶。一般认为，反应过程中醋酸钡存在于凝胶的表面，通过后期热处理最后形成BaTiO3。稳定透明溶胶的形成，取决于反应过程中水解和缩聚反应的速度控制，而这种速度控制可以凭借溶液pH值、溶剂种类，溶质浓度、反应温度以及水的含量等因素调控得以实现。三、实验步骤：1.无水乙醇3.6mL和钛酸丁酯3.5mL（0.01mol），依次加入50mL烧杯中，边搅拌边滴入2mL（0.12mol）的冰醋酸，滴加完继续搅拌15分钟。2.在10mL乙酸中溶解2.6g（0.01mol）醋酸钡，溶解混合均匀。3.搅拌下，把醋酸锁溶液遂滴加入到钛酸丁酯的混合溶液中，滴加完后用冰醋酸调节pH值到~5，继续搅拌反应10分钟。4.将反应混合物静置于80C的水浴中凝胶化：然后将所得凝胶置于表面血中120C下烘干，研磨得到干凝胶粉末。5将干凝胶粉末在差热-热重分析仪上进行差热分析：在热重-差热分析基础上，拟设一温度制度。6.根据温度制度，高温搬烧干凝胶制备BaTiO3粉体材料，测试产物XRD谱，分析产物的组成与结构四、作业及考核点：1．查找文献，了解在溶胶-凝胶反应中影响水解-缩聚反应的因素有哪些？2.利用差热和热重曲线，分析干凝胶缎烧过程中相应的物理化学变化，为干凝胶的烧拟一个合理的温度制度
6．所得产物在120 oC下烘干，研磨得到产品白炭黑。观察产物色泽，用手戳捏产物，感觉产物粒子的粗细大 小。 四、作业及考核点： 1．实验过程可以分为哪几个主要步骤，其相应操作过程需要注意避免哪些不规范操作？ 2．查阅文献资料，了解盐酸沉淀法制备白炭黑过程中，哪些因素可有效控制产物的尺寸大小？ 实践项目3 实验（实训）项目名称 溶胶-凝胶法制备BaTiO3粉体 学时 4 实践场地 室 内 （ √ ） ； 室 外 （ ） 实验类型 验证 选择类型 必 做 （ ） ； 选 做 （√ ） 主要器材 烧杯（50 mL），吸量管（10 mL），量筒（10 mL），滴管，电 子天平，磁子，恒温磁力搅拌器，水浴锅，恒温干燥箱，刚玉坩埚， 差热-热重分析仪，X 射线粉末衍射仪 一、实验目的和要求： 1．了解溶胶-凝胶法的基本原理，利用溶胶-凝胶法制备BaTiO3。 2．学习利用热分析结果初步拟定固相法的温度制度。 二、实验原理及内容： 溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶解、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成目标产物的方法。无论 所用原料为无机盐还是金属醇盐，其主要反应步骤是原料溶于溶剂（水或者有机溶剂）中形成均匀的溶液，溶质与溶 剂发生水解或者醇解反应，形成溶胶粒子，溶胶粒子通过缩聚形成三维网络状的凝胶。形成凝胶的过程中，反应复 杂，产物结构多样。本实验以钛酸丁酯Ti(OC4H9 )4和醋酸钡为原料，通过溶胶-凝胶法制备BaTiO3粉体材料，制备过 程中最基本反应为： (a) 水解反应： 水解前，如果把Ti(OC4H9 )4溶解某种有机酸如冰醋酸中，可生成Ti(OC4H9 )4-x (OCOCH3 )x，这样可以减缓醇盐的 水解速度。水解反应可以一直进行，直到彻底水解生成Ti(OH)4。 (b) 缩聚反应（失水或者失醇）： 由于不断发生水解、缩聚反应，溶液的粘度不断增加，最终形成具有“−金属−氧−金属−”网络结构的凝胶。一般 认为，反应过程中醋酸钡存在于凝胶的表面，通过后期热处理最后形成BaTiO3。稳定透明溶胶的形成，取决于反应过 程中水解和缩聚反应的速度控制，而这种速度控制可以凭借溶液pH值、溶剂种类，溶质浓度、反应温度以及水的含 量等因素调控得以实现。 三、实验步骤： 1．无水乙醇3.6 mL和钛酸丁酯3.5 mL（0.01 mol），依次加入50 mL烧杯中，边搅拌边滴入2 mL（0.12 mol）的 冰醋酸，滴加完继续搅拌15分钟。 2．在10 mL乙酸中溶解2.6 g（0.01 mol） 醋酸钡，溶解混合均匀。 3．搅拌下，把醋酸钡溶液逐滴加入到钛酸丁酯的混合溶液中，滴加完后用冰醋酸调节pH值到~5，继续搅拌反应 10分钟。 4．将反应混合物静置于80 °C的水浴中凝胶化；然后将所得凝胶置于表面皿中120 °C下烘干，研磨得到干凝胶粉 末。 5．将干凝胶粉末在差热-热重分析仪上进行差热分析；在热重-差热分析基础上，拟设一温度制度。 6．根据温度制度，高温煅烧干凝胶制备BaTiO3粉体材料，测试产物XRD谱，分析产物的组成与结构。 四、作业及考核点： 1．查找文献，了解在溶胶-凝胶反应中影响水解-缩聚反应的因素有哪些？ 2．利用差热和热重曲线，分析干凝胶煅烧过程中相应的物理化学变化，为干凝胶的煅烧拟一个合理的温度制 度
实践项目4实验（实训）项目名称均匀沉淀法制备ZnO纳米材料14室外实践场地室内（V):学时)验证必做（选做选择类型)：实验类型恒温磁力搅拌器，磁子，电子天平，电热鼓风干燥箱，电阻炉，主要器材电动离心机，烧杯，量筒（50mL），刚玉，圆底烧瓶（150mL），球形冷凝管，胶管一、实验目的和要求：1.．掌握均匀沉淀法的基本原理，利用均匀沉淀法制备ZnO纳米材料。2.了解X射线粉末衍射仪的构造，熟悉X射线粉末衍射谱的测试步骤。3.了解Jade软件进行物相检索的一般步骤。二、实验原理及内容：均匀沉淀法是利用某一化学反应使混合溶液中的某种构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来与其它离子形成沉淀而制备得到自标产物或者中间产物。换句话说，这种沉淀反应中，所加入的沉淀剂不能直接与被沉淀组分发生反应，这种沉淀剂在一定条件下发生化学反应所得到的某种产物与被沉淀组分发生沉淀反应。最初，沉淀剂溶解在溶液中；一定的条件下，其化学反应后的产物可以在整个溶液中均匀缓慢地析出：相比于直接沉淀法，均匀沉淀法克服了由外部向溶液中直接加入沉淀剂造成的沉淀剂浓度局部的不均匀性，保证溶液中的沉淀反应处于一种平衡状态，使产物均匀缓慢地生成。因此，均匀沉淀法制备的产物具有粒子尺寸小、粒径分布较窄和分散性好等优点。本实验以硝酸锌为原料，以尿素为沉淀剂，利用均匀沉淀法制备ZnO纳米粉体材料。制备过程主要发生如下三种化学反应：1.尿素分解反应：CO(NH)+3H.O2NHH.O+CO,1(1)2.沉淀反应：5Zn+6NHH,O+3CO2→Zms(OH)(CO,)/+ONH,(2)3.热分解反应：（CO5ZmO+3H.0+2CO,个（3)三、实验步骤：1.按硝酸锌浓度~0.2mol/L、尿素浓度~0.4mol/L，配置50mL混合溶液（其中硝酸锌的质量约3g，尿素约1.2g，二者溶于蒸馏水中，溶液总体积调为~50mL），将混合液装入圆底烧瓶中。2.将圆底烧瓶置于90℃的恒温水浴中，装上回流管，搅拌保温约2h。然后利用电动离心机离心分离沉淀，用蒸馏水洗涤沉淀2-3次。3.将沉淀移至表面皿中，在电热恒温干燥箱中100℃下恒温干燥2h。4.将沉淀移至刚玉埚中，在电阻炉中450°℃下搬烧1.5h。5.测试产物的X射线粉末衍射（X-raydiffraction，XRD）谱，利用Jade软件进行物相检索分析。四、作业及考核点：1.均匀沉淀法的反应原理是什么？2.查阅资料，尝试利用谢乐公式计算产物中一次粒径的大小。3.查阅资料，实验中可以利用哪些因素来控制最终产物粒径的尺寸大小？实践项目5高温固相法制备SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉发实验（实训）项目名称光材料4室外实践场地室内（V)：学时)(综合选择类型必做（选做）：实验类型C)
实践项目4 实验（实训）项目名称 均匀沉淀法制备ZnO纳米材料 学时 4 实践场地 室 内 （ √ ） ； 室 外 （ ） 实验类型 验证 选择类型 必 做 （ ） ； 选 做 （√ ） 主要器材 恒温磁力搅拌器，磁子，电子天平，电热鼓风干燥箱，电阻炉， 电动离心机，烧杯，量筒（50 mL），刚玉坩埚，圆底烧瓶（150 mL），球形冷凝管，胶管 一、实验目的和要求： 1．掌握均匀沉淀法的基本原理，利用均匀沉淀法制备ZnO纳米材料。 2．了解X射线粉末衍射仪的构造，熟悉X射线粉末衍射谱的测试步骤。 3．了解Jade软件进行物相检索的一般步骤。 二、实验原理及内容： 均匀沉淀法是利用某一化学反应使混合溶液中的某种构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来与其它离子形成沉淀 而制备得到目标产物或者中间产物。换句话说，这种沉淀反应中，所加入的沉淀剂不能直接与被沉淀组分发生反应， 这种沉淀剂在一定条件下发生化学反应所得到的某种产物与被沉淀组分发生沉淀反应。最初，沉淀剂溶解在溶液中； 一定的条件下，其化学反应后的产物可以在整个溶液中均匀缓慢地析出；相比于直接沉淀法，均匀沉淀法克服了由外 部向溶液中直接加入沉淀剂造成的沉淀剂浓度局部的不均匀性，保证溶液中的沉淀反应处于一种平衡状态，使产物均 匀缓慢地生成。因此，均匀沉淀法制备的产物具有粒子尺寸小、粒径分布较窄和分散性好等优点。本实验以硝酸锌为 原料，以尿素为沉淀剂，利用均匀沉淀法制备ZnO纳米粉体材料。制备过程主要发生如下三种化学反应： 1．尿素分解反应： 2．沉淀反应： 3．热分解反应： 三、实验步骤： 1．按硝酸锌浓度~0.2 mol/L、尿素浓度~0.4 mol/L，配置50 mL混合溶液（其中硝酸锌的质量约3 g，尿素约1.2 g，二者溶于蒸馏水中，溶液总体积调为~50 mL），将混合液装入圆底烧瓶中。 2．将圆底烧瓶置于90 oC的恒温水浴中，装上回流管，搅拌保温约2 h。然后利用电动离心机离心分离沉淀，用蒸 馏水洗涤沉淀2-3次。 3．将沉淀移至表面皿中，在电热恒温干燥箱中100 oC下恒温干燥2 h。 4．将沉淀移至刚玉坩埚中，在电阻炉中450 oC下煅烧1.5 h。 5．测试产物的X射线粉末衍射（X-ray diffraction，XRD）谱，利用Jade软件进行物相检索分析。 四、作业及考核点： 1．均匀沉淀法的反应原理是什么？ 2．查阅资料，尝试利用谢乐公式计算产物中一次粒径的大小。 3．查阅资料，实验中可以利用哪些因素来控制最终产物粒径的尺寸大小？ 实践项目 5 实验（实训）项目名称 高温固相法制备SrAl2O4 :Eu2+ ,Dy3+长余辉发 光材料 学时 4 实践场地 室 内 （ √ ） ； 室 外 （ ） 实验类型 综合 选择类型 必 做 （ √ ） ； 选 做 （ ）
电子天平、研钵、刚玉埚、高温电阻炉（1300°℃C），X射线粉主要器材未衍射仪，荧光光谱仪、实验目的和要求：1.了解长余辉发光材料的发光机理。2.熟悉高温固相反应的原理和特征。3.掌握高温电阻炉的结构和使用方法。二、实验原理及内容：狭义的固相反应是指固体与固体之间的反应。常温下，不同于气体和液体，固体中的原子不能离开其平衡位置而长距离迁徙，因此，固相反应一般难以进行。但是，当固体物质被高温加热后，原子的运动能力被提高因而促进了它们的移动，使不同固体物质中的原子相遇而发生化学反应。因此，固相反应一般包括界面反应和物质迁移两个过程。具体来说，固相反应首先在不同固体物质的接触界面进行，生成新的物相：新物相在界面生成以后会阻碍原料相的接触，从而阻碍反应的进行，这时原料物相的构成原子必须在外界作用（即高温加热）下扩散迁移，突破新物相的阻碍，彼此接触而继续发生反应而生成新物相。由此可见，固相反应发生的快慢与反应温度、接触界面面积以及反应物本身的组成和结构等因素密切相关。发光材料的经典制备方法是高温固相法。本实验利用高温固相法来制备稀土离子激活的长余辉发光材料SrA2lO4:Eu2+Dy3+。反应中，加入H3BO3作助溶剂以促进反应的进行。同时，加入活性碳使之不完全燃烧，生成的CO作还原剂使Eu3+还原生成Eu2+，相应反应原理如下：SrCO,+Al,,+Eu,0,+Dy,0R8,SrAl.0:0.01Eu*.0.02Dy三、实验步骤：1.称量研磨：在电子天平上分别称取Eu2O3（0.0176g）、Dy203（0.0373g），Al2O3（1.0196g）、SrCO3（1.4762g）和H,BO3（0.1275g），把原料放入研钵中，研磨1h。2.移取：把混合均匀的原料转移到一个小的刚玉中，在另一大埚中放入一些活性碳粉，至少掩盖大埚底部，把装有原料的小埚置入大中，盖上盖，一起放进电阻炉中。3.缎烧：电阻炉以5度/分钟（℃C/min）的速度升温至1250℃，恒温150分钟，断电后然后随炉冷却至室温。4.产物观察与粉碎：拿出产物，观察形貌和颜色，粉碎研磨，在日光灯下或太阳下照射10分钟，然后在暗处观察。5.测试产物的X射线粉末衍射谱，进行物相检索分析。6．测试产物的发射谱和激发谱。四、作业及考核点：1.高温固相法制备长余辉材料的基本过程有哪些，规范的操作中应该注意哪些事项？2.查找文献，了解实验中添加H3BO3的作用有哪些？3Eu2+和Dy3+在产物晶体中占据原本由Sr2+占据的格点位置，你能有克罗格-文克符号表示相应的缺陷吗？4.高温电阻炉主要由哪些部分组成，使用过程中需要注意哪些事项？实践项目6实验（实训）项目名称本体聚合制备有机玻璃4实践场地室内（√）；室外学时C)创新必做（选择类型）：选做实验类型()磨口圆底烧瓶（100mL），冷凝管，恒温磁力搅拌器，磁子，量筒（50主要器材mL），电子天平，铁架台，模具（自制）一、实验目的和要求：1.了解本体聚合的基本原理和特点。2.：利用本体聚合法制备有机玻璃。二、实验原理及内容：烯类单体在引发剂的作用下使其双键（元键）打开，形成单体自由基，从而引发聚合反应形成长链聚合物。在没有其它介质参与的情况下，单体本身在引发剂的作用下进行的聚合则为本体聚合反应。区别于有水或有机溶剂参与的
主要器材 电子天平、研钵、刚玉坩埚、高温电阻炉（1300 oC），X射线粉 末衍射仪，荧光光谱仪 一、实验目的和要求： 1．了解长余辉发光材料的发光机理。 2．熟悉高温固相反应的原理和特征。 3．掌握高温电阻炉的结构和使用方法。 二、实验原理及内容： 狭义的固相反应是指固体与固体之间的反应。常温下，不同于气体和液体，固体中的原子不能离开其平衡位置而 长距离迁徙，因此，固相反应一般难以进行。但是，当固体物质被高温加热后，原子的运动能力被提高因而促进了它 们的移动，使不同固体物质中的原子相遇而发生化学反应。因此，固相反应一般包括界面反应和物质迁移两个过程。 具体来说，固相反应首先在不同固体物质的接触界面进行，生成新的物相；新物相在界面生成以后会阻碍原料相的接 触，从而阻碍反应的进行，这时原料物相的构成原子必须在外界作用（即高温加热）下扩散迁移，突破新物相的阻 碍，彼此接触而继续发生反应而生成新物相。由此可见，固相反应发生的快慢与反应温度、接触界面面积以及反应物 本身的组成和结构等因素密切相关。 发光材料的经典制备方法是高温固相法。本实验利用高温固相法来制备稀土离子激活的长余辉发光材料 SrA2 lO4 :Eu2+ ,Dy3+。反应中，加入H3BO3作助溶剂以促进反应的进行。同时，加入活性碳使之不完全燃烧，生成的 CO作还原剂使Eu3+还原生成Eu2+，相应反应原理如下： 三、实验步骤： 1．称量研磨：在电子天平上分别称取Eu2O3（0.0176 g）、Dy2O3（0.0373 g），Al2O3（1.0196 g）、SrCO3 （1.4762 g）和H3BO3（0.1275 g），把原料放入研钵中，研磨1 h。 2．移取：把混合均匀的原料转移到一个小的刚玉坩埚中，在另一大坩埚中放入一些活性碳粉，至少掩盖大坩埚 底部，把装有原料的小坩埚置入大坩埚中，盖上坩埚盖，一起放进电阻炉中。 3．煅烧：电阻炉以5 度/分钟（oC/min）的速度升温至1250 oC，恒温150分钟，断电后然后随炉冷却至室温。 4．产物观察与粉碎：拿出产物，观察形貌和颜色，粉碎研磨，在日光灯下或太阳下照射10分钟，然后在暗处观 察。 5．测试产物的X射线粉末衍射谱，进行物相检索分析。 6．测试产物的发射谱和激发谱。 四、作业及考核点： 1．高温固相法制备长余辉材料的基本过程有哪些，规范的操作中应该注意哪些事项？ 2．查找文献，了解实验中添加H3BO3的作用有哪些？ 3．Eu2+和Dy3+在产物晶体中占据原本由Sr2+占据的格点位置，你能有克罗格-文克符号表示相应的缺陷吗？ 4．高温电阻炉主要由哪些部分组成，使用过程中需要注意哪些事项？ 实践项目6 实验（实训）项目名称 本体聚合制备有机玻璃 学时 4 实践场地 室 内 （ √ ） ； 室 外 （ ） 实验类型 创新 选择类型 必 做 （ √ ） ； 选 做 （ ） 主要器材 磨口圆底烧瓶（100 mL），冷凝管，恒温磁力搅拌器，磁子，量筒（50 mL），电子天平，铁架台，模具（自制） 一、实验目的和要求： 1．了解本体聚合的基本原理和特点。 2．利用本体聚合法制备有机玻璃。 二、实验原理及内容： 烯类单体在引发剂的作用下使其双键（p键）打开，形成单体自由基，从而引发聚合反应形成长链聚合物。在没 有其它介质参与的情况下，单体本身在引发剂的作用下进行的聚合则为本体聚合反应。区别于有水或有机溶剂参与的
溶液、悬浮或乳液聚合，本体聚合的产物纯净、后处理简单，适合于实验室研究。本体聚合过程中，随着反应的进行，体系粘度增加，聚合所释放的热量不易散出，易于引发爆聚，因此不宜采用连续聚合而采用分段聚合法来制备聚合物。在本体聚合制备有机玻璃时，工业上多采用三段聚合法。在引发剂如过氧化苯甲酰，偶氮二异丁睛或过硫酸钾的引发下，甲基丙烯酸甲酯发生本体聚合反应。反应第一阶段其转化率被控制在10%-20%之内：将具有一定粘度的预聚合产物转移到另一容器（模具）中，通过空气浴或者水浴控制温度在40-50℃，使聚合缓慢进行到转化率约为90%，缓慢聚合的目的在于使之具有适宜的散热速度，防止温度过高产生气泡或者爆聚；在100-120℃下对已经成型的有机玻璃进行高温后处理，使残余的单体充分聚合。购买来的甲基内烯酸甲酯商品中，一般含有对苯二酚阻聚剂，一般需要用碱溶液洗去。甲基内烯酸甲酯单体的聚合反应可表示为：CH3CH3[H2]C-C-H2C=C—COOCH3→TCOOCH3三、实验步骤：1.甲基丙烯酸甲酯单体的精制：在100mL烧杯中加入50mL甲基丙烯酸甲酯单体，用10mL质量分数为5%的NaOH溶液洗涤数次至无色，用20mL蒸留水多次洗涤至中性。洗涤后用分液漏斗分离出的单体置于锥形瓶中，加入单体量5%的无水硫酸钠，充分搅拌干燥，然后进行减压蒸馏，在50°C/16.5kPa下收集馏分，得纯净的甲基丙烯酸甲酯单体。2.预聚合：量取30mL甲基丙烯酸甲酯于圆底烧瓶中，加入0.0685g过氧化二苯甲酰（占单体物质的量的~0.1%），装上回流冷凝管，放入约85℃的水浴中。边搅拌，观看溶液粘度变化，反应约20分钟左右，感觉体系明显粘稠状，转化率不超过20%（黏度如胶水，用干净玻璃棒粘取时牵丝，灌模具时不至于渗漏），冷水浴冷却到室温。3.聚合：将反应物倒入预先洗净烘干的模具中，密封，移入约40℃C烘箱中放置数天直到体系完全固化成型，转化率约为90%。4.高温热处理：把聚合后的有机玻璃在约120°℃c下处理约2h，使残余单体全部聚合，拆除模板。四、作业及考核点：1.何谓本体聚合，有何优点。2.有机玻璃作为一种高分子材料有何优点，具体应用有哪些。3．查阅资料，有什么方法可以用来测量有机玻璃的分子量，实验过程中影响分子量大小的因素主要有哪些。实践项目7实验（实训）项目名称溶剂热法制备MOF-5金属-有机骨架机料4）；室外实践场地室内（√学时)(创新选择类型必做（√）：选做实验类型C)烧杯，水热反应釜，恒温干燥箱，离心机，磁子，电子天平，量主要器材筒（50mL），吸量管（5mL），磁力搅拌器一、实验目的和要求：1.了解金属-有机骨架材料的结构和用途。2.制备金属-有机骨架材料MOF-5。二、实验原理及内容：MOF-5是由Zn2+离子和1,4-对苯二甲酸（1,4-H,BDC，CgHO4）构成的具有微孔结构的配合物[Zn4O(BDC)3】（分子量为753.98）。根据产物的组成，原料Zn(NO3)6H2O与对苯二甲酸的理论比例为4:3，为了充分利用有机酸，一般提高Zn(NO3)26H2O的量进行反应，如本实验中二者的比例为2:1。4Zn(NO,)6H,O+3HBDC→Zn(BDC)+23H0+8HNO
溶液、悬浮或乳液聚合，本体聚合的产物纯净、后处理简单，适合于实验室研究。本体聚合过程中，随着反应的进 行，体系粘度增加，聚合所释放的热量不易散出，易于引发爆聚，因此不宜采用连续聚合而采用分段聚合法来制备聚 合物。 在本体聚合制备有机玻璃时，工业上多采用三段聚合法。在引发剂如过氧化苯甲酰，偶氮二异丁腈或过硫酸钾的 引发下，甲基丙烯酸甲酯发生本体聚合反应。反应第一阶段其转化率被控制在10%-20%之内；将具有一定粘度的预聚 合产物转移到另一容器（模具）中，通过空气浴或者水浴控制温度在40-50 oC，使聚合缓慢进行到转化率约为90%， 缓慢聚合的目的在于使之具有适宜的散热速度，防止温度过高产生气泡或者爆聚；在100-120 oC下对已经成型的有机 玻璃进行高温后处理，使残余的单体充分聚合。购买来的甲基丙烯酸甲酯商品中，一般含有对苯二酚阻聚剂，一般需 要用碱溶液洗去。甲基丙烯酸甲酯单体的聚合反应可表示为： 三、实验步骤： 1．甲基丙烯酸甲酯单体的精制：在100 mL烧杯中加入50 mL甲基丙烯酸甲酯单体，用10 mL质量分数为5%的 NaOH溶液洗涤数次至无色，用20 mL蒸馏水多次洗涤至中性。洗涤后用分液漏斗分离出的单体置于锥形瓶中，加入 单体量5%的无水硫酸钠，充分搅拌干燥，然后进行减压蒸馏，在50 oC/16.5 kPa下收集馏分，得纯净的甲基丙烯酸甲 酯单体。 2．预聚合：量取30 mL甲基丙烯酸甲酯于圆底烧瓶中，加入0.0685 g过氧化二苯甲酰（占单体物质的量的 ~0.1%），装上回流冷凝管，放入约85 oC的水浴中。边搅拌，观看溶液粘度变化，反应约20 分钟左右，感觉体系明 显粘稠状，转化率不超过20%（黏度如胶水，用干净玻璃棒粘取时牵丝，灌模具时不至于渗漏），冷水浴冷却到室 温。 3．聚合：将反应物倒入预先洗净烘干的模具中，密封，移入约40 oC烘箱中放置数天直到体系完全固化成型，转 化率约为90%。 4．高温热处理：把聚合后的有机玻璃在约120 oC下处理约2 h，使残余单体全部聚合，拆除模板。 四、作业及考核点： 1．何谓本体聚合，有何优点。 2．有机玻璃作为一种高分子材料有何优点，具体应用有哪些。 3．查阅资料，有什么方法可以用来测量有机玻璃的分子量，实验过程中影响分子量大小的因素主要有哪些。 实践项目7 实验（实训）项目名称 溶剂热法制备MOF−5金属-有机骨架材 料 学时 4 实践场地 室 内 （ √ ） ； 室 外 （ ） 实验类型 创新 选择类型 必 做 （ √ ） ； 选 做 （ ） 主要器材 烧杯，水热反应釜，恒温干燥箱，离心机，磁子，电子天平，量 筒（50 mL），吸量管（5 mL），磁力搅拌器 一、实验目的和要求： 1．了解金属-有机骨架材料的结构和用途。 2．制备金属-有机骨架材料MOF-5。 二、实验原理及内容： MOF-5是由Zn2+离子和1,4-对苯二甲酸（1,4-H2BDC，C8H6O4）构成的具有微孔结构的配合物[Zn4O(BDC)3 ]（分 子量为753.98）。根据产物的组成，原料Zn(NO3 )2 ∙6H2O与对苯二甲酸的理论比例为4:3，为了充分利用有机酸，一般 提高Zn(NO3 )2 ∙6H2O的量进行反应，如本实验中二者的比例为2:1
图MOF-5的多孔结构Zn蓝色，C黑色，O红色，H（隐藏）在反应过程中，三乙胺使对苯二甲酸去质子化，去质子化的对苯二甲酸以四齿配体的形式与Zn2+配位，形成的ZnO4四面体。如上图，在MOF-5晶体中，在立方体的每个顶点处，可以视作是一个六连通的Zn4O(CO2）6原子簇，原子簇通过对苯二甲酸连接成三维网络结构。也可以说在每个顶点处，4个ZnO4四面体共一个O存在，同时，四个ZnO4四面体通过六个-OCO-基团两两键连在一起，然后每个顶点之间通过一个对苯二甲酸根键连在一起。这种配合物的最大特点是在立方体的中间形成了一个巨大的四方孔洞结构（8-12A）。这种孔洞结构可以使MOF-5具有高达2900-4000mg的比表面积（SSASpecificSurfaceAreas）。三、实验步骤：方法1直接法制备MOF-51.取1.190g（4mmol）Zn(NO3）2?6HO和0.334g（2mmol）对苯二甲酸溶入30mL的DMF中，充分搅拌30分钟。2.然后将澄清液倒入烧杯中，添加3mL三乙胺，搅拌2.5h。3反应结束后，离心分离产物，用DMF冲洗3次，每次用量15mL，接着将产物在150C温度下干燥12h。方法2溶剂热法制备MOF-51.称量1.190gZn(NO3)26H2O和0.334g对苯二甲酸（CgHgO4）溶入30mL的NN-二甲基甲酰胺（DMF）中，充分搅拌30分钟。2.然后将澄清液倒入水热反应釜中，在恒温干燥烘箱中120℃反应12h。3.冷却后，离心分离产物，用DMF冲洗3次，接着将产物在150C温度下干燥12h。四、作业及考核点：1.在MOF-5这种产物中，对苯二甲酸根与Zn2+的配位形式是怎样的，对苯二甲酸根可以以哪些形式与金属阳离子进行配位？2.怎样表征这种孔洞结构？扫描电镜可以观察到这种孔洞结构吗？3：查阅文献，既然在每个顶点之间是利用一个对苯二甲酸连接在一起（也可视作在顶点之间存在一个苯环结构），那么可用通过改变或者更换这种苯环结构来调整产物孔洞结构的大小呢？实践项目8实验（实训）项目名称长石质陶瓷的高温烧制4实践场地室内（）室外）：学时()设计必做（选做选择类型）；实验类型()高温电阻炉，匣钵，毛刷，匣钵，刀具（竹刀或废锯片制作的钢主要器材刀），粗布一、实验目的和要求：1了解陶瓷材料的结构特征。2.了解长石瓷烧制的基本原理。3.熟悉陶瓷烧制的基本过程。二、实验原理及内容：
图 MOF-5的多孔结构 Zn蓝色，C黑色，O红色，H（隐藏） 在反应过程中，三乙胺使对苯二甲酸去质子化，去质子化的对苯二甲酸以四齿配体的形式与Zn2+配位，形成的 ZnO4四面体。如上图，在MOF-5晶体中，在立方体的每个顶点处，可以视作是一个六连通的Zn4O(CO2 )6原子簇，原 子簇通过对苯二甲酸连接成三维网络结构。也可以说在每个顶点处，4个ZnO4四面体共一个O存在，同时，四个ZnO4 四面体通过六个-OCO-基团两两键连在一起，然后每个顶点之间通过一个对苯二甲酸根键连在一起。这种配合物的最 大特点是在立方体的中间形成了一个巨大的四方孔洞结构（8-12 Å）。这种孔洞结构可以使MOF-5具有高达2900- 4000m2g -1的比表面积（SSA, Specific Surface Areas）。 三、实验步骤： 方法1直接法制备MOF-5 1．取 1.190 g （4 mmol）Zn(NO3 )2 ∙6H2O和 0.334 g（2 mmol）对苯二甲酸溶入30 mL的DMF中，充分搅拌30 分 钟。 2．然后将澄清液倒入烧杯中，添加3 mL三乙胺，搅拌2.5 h。 3．反应结束后,离心分离产物，用DMF冲洗3次，每次用量15 mL，接着将产物在150 °C温度下干燥12 h。 方法2溶剂热法制备MOF-5 1．称量1.190 g Zn(NO3 )2 ∙6H2O和0.334 g对苯二甲酸（C8H6O4）溶入30 mL的N＇N-二甲基甲酰胺（DMF）中， 充分搅拌30 分钟。 2．然后将澄清液倒入水热反应釜中，在恒温干燥烘箱中120 oC反应12 h。 3．冷却后，离心分离产物，用DMF冲洗3次，接着将产物在150 °C温度下干燥12 h。 四、作业及考核点： 1．在MOF-5这种产物中，对苯二甲酸根与Zn2+的配位形式是怎样的，对苯二甲酸根可以以哪些形式与金属阳离 子进行配位？ 2．怎样表征这种孔洞结构？扫描电镜可以观察到这种孔洞结构吗？ 3．查阅文献，既然在每个顶点之间是利用一个对苯二甲酸连接在一起（也可视作在顶点之间存在一个苯环结 构），那么可用通过改变或者更换这种苯环结构来调整产物孔洞结构的大小呢？ 实践项目8 实验（实训）项目名称 长石质陶瓷的高温烧制 学时 4 实践场地 室 内 （ √ ） ； 室 外 （ ） 实验类型 设计 选择类型 必做（ ）； 选做 （√ ） 主要器材 高温电阻炉，匣钵，毛刷，匣钵，刀具（竹刀或废锯片制作的钢 刀），粗布 一、实验目的和要求： 1．了解陶瓷材料的结构特征。 2．了解长石瓷烧制的基本原理。 3．熟悉陶瓷烧制的基本过程。 二、实验原理及内容：
普通陶瓷的制备是在实践的基础上以“K2O-Al2O3-SiO2”三元系统相图为基础，寻找合理组成、温度范围，设计合适工艺的过程。例如，我国日用陶瓷的组成范围为1（R,O+RO）-1.9~4.5Al,O312~20SiO2，烧成温度均在1300°℃左右。长石瓷瓷质是以长石、石英和高岭土为主要原料，利用长石在较低温度下熔融形成高粘度的玻璃，一定温度范围内溶解一部分高岭土分解物与石英颗粒烧制而成。按原料的配比不同，烧成温度在1150-1450°C范围内。烧制出来的长石质瓷的瓷体由石英-方石英-莫来石一玻璃相”构成，其中玻璃相占50-60%、莫来石相占10-20%、残余石英占812%、半安定方石英占6-10%。长石作为溶剂性原料，其成分主要是碱金属和碱土金属铝硅酸盐。如钾长石（K2O-Al2O36SiO2）的理论组成为64.7%的SiO2、18.4%的Al20，和16.9%的K20，其熔融温度大概在1130-1450℃范围内。K.0A1,0+6Si0，→K.0A104Si0,白榴石)+2Si0石英的主要成分是SiO2（一般要求含量不低于95%）。SiO2在加热过程中发生石英-鳞石英-方石英之间的晶型转变。在日用陶瓷中，SiO2最终以熔融态和半安定方石英（一种在鳞石英温度范围内形成的具有光学各向同性的方石英）形态存在于瓷的结构中。粘土是由地壳中多种矿物经过长期风化与地质作用而生成的混合体，主要是含水的铝硅酸盐矿物。粘土具有独特的可塑性和结合性，调水后成软泥，能塑造成形，干燥后能紧密结合在一起，烧成后变得致密坚硬。粘土的化学组成主要包括SiO2、Al203、Fe203、TiO2、CaO、MgO、K20和Na20。如果其中CaO、MgO、K20和Na2O的总含量高，则相应粘土容易烧结，烧结温度也较低。高岭土是由高岭石组成的较为纯净的粘土。高岭石组成可表示为Al2Si2Os(OH)4或者Al2O3-2SiO2-2H2O。高岭土在600℃开始转变为偏高岭土，1050C开始转变为莫来石。Al,O2SiO,2H,0→Al,0,2SiO,（偏高岭土）+2H02[A102SiOJ→2Al03Si0,（尖晶石型结构）+Si0由上可见，陶瓷原料的化组感专括SiOx3Af;bg2s金谷物积支君化物。其中SiO2是主要成分，它直接影响瓷的强度。如果SiO2含量过高，如超过75%，陶瓷烧成后热稳定性变坏，容易出现自行炸裂现象。AI2O3也是主要成分，主要由长石和高岭土引入，它可以提高瓷的化学稳定性和热稳定性，提高瓷的物理化学性能和机械强度，提高白度。如果Al203含量过高会提升烧成温度；含量低于15%，则瓷坏趋于易熔，容易变形。K2O和Na2O（R2O）主要由长石引入，存在于玻璃相中，能提高陶瓷的透明度。CaO和MgO（RO）含量一般很少，引入一定量可以提高瓷的热稳定性和机械强度，提高白度和透光度，改进瓷的色调，减弱铁和钛的不良着色作用。铁、钛氧化物主要影响陶瓷的成色，它们的总量应控制在1%以下才会对瓷体的色泽影响不大。陶瓷所用原料在一定程度上决定着陶瓷的质量和工艺条件。在实验室烧制中，使用硅碳棒或者硅钼棒电炉，最高烧成温度按下式进行：T=[360+W(Al2O3)-w(RO)]/0.228T为最高烧成温度（℃C）：w为质量分数，RO为碱金属氧化物、碱土金属氧化物，计算时须将化学分析值换算为无灼减量的百分数。三、实验步骤：1．胚料的选择和组分的计算，根据已有实验条件和相关陶瓷工艺学书籍，设计陶瓷组分。本实验的陶瓷胚料配方为24%的长石，8%的石英和68%的高岭土（湖南盖牌土）。2．配料的陈腐和捏练，将胚料加适量的水，混合好放置在阴暗温度较高通风不良的室内存储一段时间，使水分分布均匀。把陈腐好的胚料倒在一块事先准备好的粗布或棉布上，待排水到一定程度，然后捏练（练泥，功效类似于揉面），尽量减少胚泥中的气泡，使泥料组织均匀，致密度和可塑性增加。3．胚泥的成形、干燥与精修，把捏练好的胚泥手工拉胚成形（可塑成形）为特定的形状如碗、人、动物等。把胚体置于50-70%度的电热恒温干燥箱内恒温干燥几个小时。当水分低于10%时，用抹布或毛刷蘸水进行修胚，消除生胚表面的不光滑度和变口的毛糙状。继续干燥，直到胚体的水分保持在1-2%（此时可以施釉）。4.胚体的搬烧，温度制度主要控制升温速度不能过快，搬烧过程中少量吸附水在200°C以下被排除掉：胚体中结晶水、碳酸盐分解、晶型转变以及有机物和碳素的氧化等在300-950℃C之间完成，铀层玻璃化和胚体成瓷在950°℃
普通陶瓷的制备是在实践的基础上以“K2O−Al2O3−SiO2”三元系统相图为基础，寻找合理组成、温度范围，设 计合适工艺的过程。例如，我国日用陶瓷的组成范围为1（R2O+RO）∙1.9~4.5Al2O3 ∙12~20SiO2，烧成温度均在 1300 oC左右。 长石瓷瓷质是以长石、石英和高岭土为主要原料，利用长石在较低温度下熔融形成高粘度的玻璃，一定温度范围 内溶解一部分高岭土分解物与石英颗粒烧制而成。按原料的配比不同，烧成温度在1150-1450 oC范围内。烧制出来的 长石质瓷的瓷体由“石英−方石英−莫来石−玻璃相”构成，其中玻璃相占50-60%、莫来石相占10-20%、残余石英占8- 12%、半安定方石英占6-10%。 长石作为溶剂性原料，其成分主要是碱金属和碱土金属铝硅酸盐。如钾长石（K2O∙Al2O3 ∙6SiO2）的理论组成为 64.7%的SiO2、18.4%的Al2O3和16.9%的K2O，其熔融温度大概在1130-1450 oC范围内。 石英的主要成分是SiO2（一般要求含量不低于95%）。SiO2在加热过程中发生石英−鳞石英−方石英之间的晶型转 变。在日用陶瓷中，SiO2最终以熔融态和半安定方石英（一种在鳞石英温度范围内形成的具有光学各向同性的方石 英）形态存在于瓷的结构中。 粘土是由地壳中多种矿物经过长期风化与地质作用而生成的混合体，主要是含水的铝硅酸盐矿物。粘土具有独特 的可塑性和结合性，调水后成软泥，能塑造成形，干燥后能紧密结合在一起，烧成后变得致密坚硬。粘土的化学组成 主要包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O和Na2O。如果其中CaO、MgO、K2O和Na2O的总含量高， 则相应粘土容易烧结，烧结温度也较低。高岭土是由高岭石组成的较为纯净的粘土。高岭石组成可表示为 Al2Si2O5 (OH)4或者Al2O3 ∙2SiO2 ∙2H2O。高岭土在600 oC开始转变为偏高岭土，1050 oC开始转变为莫来石。 由上可见，陶瓷原料的化学组成主要包括SiO2、Al2O3、碱金属氧化物和碱土金属氧化物。其中SiO2是主要成 分，它直接影响瓷的强度。如果SiO2含量过高，如超过75%，陶瓷烧成后热稳定性变坏，容易出现自行炸裂现象。 Al2O3也是主要成分，主要由长石和高岭土引入，它可以提高瓷的化学稳定性和热稳定性，提高瓷的物理化学性能和 机械强度，提高白度。如果Al2O3含量过高会提升烧成温度；含量低于15%，则瓷坯趋于易熔，容易变形。K2O和 Na2O（R2O）主要由长石引入，存在于玻璃相中，能提高陶瓷的透明度。CaO和MgO（RO）含量一般很少，引入一 定量可以提高瓷的热稳定性和机械强度，提高白度和透光度，改进瓷的色调，减弱铁和钛的不良着色作用。铁、钛氧 化物主要影响陶瓷的成色，它们的总量应控制在1%以下才会对瓷体的色泽影响不大。 陶瓷所用原料在一定程度上决定着陶瓷的质量和工艺条件。在实验室烧制中，使用硅碳棒或者硅钼棒电炉，最高 烧成温度按下式进行： T = [360 + w(Al2O3 ) – w(RO)] / 0.228 T为最高烧成温度（oC）；w为质量分数，RO为碱金属氧化物、碱土金属氧化物，计算时须将化学分析值换算为 无灼减量的百分数。 三、实验步骤： 1．胚料的选择和组分的计算，根据已有实验条件和相关陶瓷工艺学书籍，设计陶瓷组分。本实验的陶瓷胚料配 方为24%的长石，8%的石英和68%的高岭土（湖南盖牌土）。 2．配料的陈腐和捏练，将胚料加适量的水，混合好放置在阴暗温度较高通风不良的室内存储一段时间，使水分 分布均匀。把陈腐好的胚料倒在一块事先准备好的粗布或棉布上，待排水到一定程度，然后捏练（练泥，功效类似于 揉面），尽量减少胚泥中的气泡，使泥料组织均匀，致密度和可塑性增加。 3．胚泥的成形、干燥与精修，把捏练好的胚泥手工拉胚成形（可塑成形）为特定的形状如碗、人、动物等。把 胚体置于50-70%度的电热恒温干燥箱内恒温干燥几个小时。当水分低于10%时，用抹布或毛刷蘸水进行修胚，消除生 胚表面的不光滑度和变口的毛糙状。继续干燥，直到胚体的水分保持在1-2%（此时可以施釉）。 4．胚体的煅烧，温度制度主要控制升温速度不能过快，煅烧过程中少量吸附水在200 oC以下被排除掉；胚体中 结晶水、碳酸盐分解、晶型转变以及有机物和碳素的氧化等在300–950 oC之间完成，铀层玻璃化和胚体成瓷在950 oC
一烧成温度之间。冷却时可以快速冷却，但在750－550℃之间的冷却速度要均衡，否则易引起陶瓷开裂。把胚体置于厘钵中，放入高温电阻炉中烧制。本实验中，初步的温度制度为：以1oC/min的速度从室温升温至100oC：以3℃/min的速度升温至1300℃，其中900℃时恒温0.5个小时，1300℃恒温3个小时：短时间内降温至750°℃，然后以1℃C/min的速度降温至500℃，最后断电随炉冷却至室温。四、作业及考核点：1.陶瓷干燥或烧制后，哪些原因会导致出现一些缺陷如变形、开裂、起泡和杂色等，可否采取一些措施进行补救?2，查阅资料，何谓釉，其原料组成主要是什么，何时施釉，可否在已有原料的基础上，设计或查阅一个釉的配方，然后实施到待烧制的长石质陶瓷上？3：根据长石、石英和高岭土的化学组成（理论组成或者实际组成），计算胚料的化学组成，并计算相应的烧成温度。实践项目9实验（实训）项目名称普通钠钙硅酸盐玻璃的制备4实践场地室内（）室外）：学时()设计必做（）选择类型）：选做实验类型()电阻炉，刚玉埚，研钵，电子天平，钳，石棉手套，模具（自主要器材制)、实验目的和要求：1.了解玻璃的组成、结构及性质。2.了解玻璃高温熔制的基本过程。3.制备普通钠钙硅酸盐玻璃。二、实验原理及内容：一般玻璃的主要成分是二氧化硅，只用二氧化硅（石英）熔炼出来的玻璃叫石英玻璃。石英玻璃熔炼温度太高通常加入助熔剂如纯碱（碳酸钠）降低熔炼温度，由此形成遇水不稳定的玻璃（水玻璃）。如果再在其中加入稳定剂如石灰石（碳酸钙），则可形成钠钙硅酸盐玻璃（碱石灰玻璃）。白常玻璃大部分属于碱石灰玻璃这个系列。熔炼玻璃时，常常还会加入一些辅助原料。例如，用来尽快赶走气泡的澄清剂如芒硝，赋予玻璃一定颜色的着色剂，消除玻璃中因杂质造成颜色的脱色剂，加速熔炼过程的加速剂等等。玻璃的性能与其组成有关，在制备玻璃前需要根据性能要求选择原料、计算配比，并进行多次试验优化配方以达到最佳的预期性能。工业生产玻璃的基本工艺过程包括原料加工、原材料配比（配合料）混合、高温熔制、成型和热处理等。高温熔制过程中，原料之间发生复杂的物理化学变化。这个过程又可以分为硅酸盐形成、玻璃（液）形成、澄清、均化和冷却五个阶段。在约1000°C以内，发生水分挥发、碳酸盐分解，接着二氧化硅与其他组分反应生成硅酸盐和不透明烧结物：当温度升到约1200℃后，出现液相，同时二氧化硅在液相中溶解扩散，液相不断扩大（含有大量气体和不均匀体），最后固体全部转化为液相（玻璃液）：继续升高温度到约1400℃，玻璃液粘度变小，可见气泡和溶解气体溢出，形成无气泡的玻璃液：高温随着时间的延长，玻璃液化学组成和温度趋向均一：将澄清和均化的玻璃液均匀降温，使玻璃液的黏度达到成型的要求即为冷却阶段。在钠钙硅酸盐玻璃的形成过程中，相应温度下主要有如下各种反应发生。1·在600°℃以内，配合料水分挥发，石英多晶转变，碳酸钠-碳酸钙复盐生成。CaCO,+Na,CO,→CaNa,(CO,)2．在900℃以内，碳酸盐开始熔融，同时复盐、碳酸钠以及形成的复盐-碳酸钠低温共融物开始与二氧化硅反应。CaNa.(Co,),+2SiO,→Na,SiO,+Casio,+2co,Na,co,+Sio,→Na,Sio,+Co,13.在900C以上时，碳酸款胡继分解+继续生成硅酸盐，2Na,SiO，+Casio，+3co个
–烧成温度之间。冷却时可以快速冷却，但在750 – 550 oC之间的冷却速度要均衡，否则易引起陶瓷开裂。把胚体置于 匣钵中，放入高温电阻炉中烧制。本实验中，初步的温度制度为：以1 oC/min的速度从室温升温至100 oC；以 3 oC/min的速度升温至1300 oC，其中900 oC时恒温0.5个小时，1300 oC恒温3个小时；短时间内降温至750 oC，然后以 1 oC/min的速度降温至500 oC，最后断电随炉冷却至室温。 四、作业及考核点： 1．陶瓷干燥或烧制后，哪些原因会导致出现一些缺陷如变形、开裂、起泡和杂色等，可否采取一些措施进行补 救？ 2．查阅资料，何谓釉，其原料组成主要是什么，何时施釉，可否在已有原料的基础上，设计或查阅一个釉的配 方，然后实施到待烧制的长石质陶瓷上？ 3．根据长石、石英和高岭土的化学组成（理论组成或者实际组成），计算胚料的化学组成，并计算相应的烧成 温度。 实践项目9 实 验 （ 实 训 ） 项 目 名 称 普 通 钠 钙 硅 酸 盐 玻 璃 的 制 备 学时 4 实践场地 室 内 （ √ ） ； 室 外 （ ） 实验类型 设计 选择类型 必 做 （ √ ） ； 选 做 （ ） 主要器材 电阻炉，刚玉坩埚，研钵，电子天平，坩埚钳，石棉手套，模具（自 制） 一、实验目的和要求： 1．了解玻璃的组成、结构及性质。 2．了解玻璃高温熔制的基本过程。 3．制备普通钠钙硅酸盐玻璃。 二、实验原理及内容： 一般玻璃的主要成分是二氧化硅，只用二氧化硅（石英）熔炼出来的玻璃叫石英玻璃。石英玻璃熔炼温度太高， 通常加入助熔剂如纯碱（碳酸钠）降低熔炼温度，由此形成遇水不稳定的玻璃（水玻璃）。如果再在其中加入稳定剂 如石灰石（碳酸钙），则可形成钠钙硅酸盐玻璃（碱石灰玻璃）。日常玻璃大部分属于碱石灰玻璃这个系列。熔炼玻 璃时，常常还会加入一些辅助原料。例如，用来尽快赶走气泡的澄清剂如芒硝，赋予玻璃一定颜色的着色剂，消除玻 璃中因杂质造成颜色的脱色剂，加速熔炼过程的加速剂等等。玻璃的性能与其组成有关，在制备玻璃前需要根据性能 要求选择原料、计算配比，并进行多次试验优化配方以达到最佳的预期性能。 工业生产玻璃的基本工艺过程包括原料加工、原材料配比（配合料）混合、高温熔制、成型和热处理等。高温熔 制过程中，原料之间发生复杂的物理化学变化。这个过程又可以分为硅酸盐形成、玻璃（液）形成、澄清、均化和冷 却五个阶段。在约1000 oC以内，发生水分挥发、碳酸盐分解，接着二氧化硅与其他组分反应生成硅酸盐和不透明烧 结物；当温度升到约1200 oC后，出现液相，同时二氧化硅在液相中溶解扩散，液相不断扩大（含有大量气体和不均 匀体），最后固体全部转化为液相（玻璃液）；继续升高温度到约1400 oC，玻璃液粘度变小，可见气泡和溶解气体 溢出，形成无气泡的玻璃液；高温下随着时间的延长，玻璃液化学组成和温度趋向均一；将澄清和均化的玻璃液均匀 降温，使玻璃液的黏度达到成型的要求即为冷却阶段。在钠钙硅酸盐玻璃的形成过程中，相应温度下主要有如下各种 反应发生。 1 ． 在 600 oC 以 内 ， 配 合 料 水 分 挥 发 ， 石 英 多 晶 转 变 ， 碳 酸 钠 - 碳 酸 钙 复 盐 生 成 。 2．在900 oC以内，碳酸盐开始熔融，同时复盐、碳酸钠以及形成的复盐-碳酸钠低温共融物开始与二氧化硅反 应。 3．在900 oC以上时，碳酸盐相继分解，并继续生成硅酸盐