ＩＳＳＮ１６７２－４３０５ＣＮ１２－１３５２ ／ Ｎ

实　 　 验　 　 室　 　 科　 　 学ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ　 ＳＣＩＥＮＣＥ

第 ２２ 卷　 第 ４ 期　 ２０１９ 年 ８ 月Ｖｏｌ ２２　 Ｎｏ ４ 　 Ａｕｇ ２０１９

化工与制药大类本科教学微型实验—Ｆｒｅｍｙ 盐的制备

崔　 淼１， 张宇博２， 王春燕１， 孟长功１

（大连理工大学　 １． 基础化学实验中心； ２． 材料科学与工程学院， 辽宁 大连　 １１６０２３）

摘　 要： 介绍了一个化工与制药大类本科教学实验—Ｆｒｅｍｙ 盐的制备实验。 以制备 Ｆｒｅｍｙ 盐为目的， 使学生掌握低温下合成的操作技术， 并加深对溶液配制、 减压过滤等操作知识点的掌握与运用， 填补了本校本科无机化学实验中低温合成反应的空白。 采用微型实验的形式， 在激发学生实验兴趣， 强化动手能力， 树立环保观念等方面具有重要的意义。关键词： 无机化学； 低温合成； Ｆｒｅｍｙ 盐； 微型实验中图分类号：Ｏ６１１　 　 文献标识码：Ｂ　 　 ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－４３０５．２０１９．０４．００３

Ｔｅａｃｈｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｇｒａｄｕａｔｅｓ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄ ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ － ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｆｒｅｍｙ ｓａｌｔ

ＣＵＩ Ｍｉａｏ１， ＺＨＡＮＧ Ｙｕ－ｂｏ２， ＷＡＮＧ Ｃｈｕｎ－ｙａｎ１， ＭＥＮＧ Ｃｈａｎｇ－ｇｏｎｇ１

（１． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ； ２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ⁃ｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｄａｌｉａｎ １１６０２３， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｇｒａｄｕａｔｅｓ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｐｈａｒｍａ⁃ｃｅｕｔｉｃａｌ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ － ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｆｒｅｍｙ ｓａｌｔ． Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ Ｆｒｅｍｙ ｓａｌｔ， ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙｍａｓｔｅｒ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ａｃｑｕｉｒｉｎｇ ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉ⁃ｃａｔｉｏｎ ｓｋｉｌｌｓ ｏｆ ｒｅｌａｔｅｄ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｐｏｉｎｔｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ． Ｔｈｅｇａｐ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｎ ｕｎｄｅｒｇｒａｄｕａｔｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｉｓ ｆｉｌｌｅｄ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒ⁃ｉｍｅｎｔ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ， ｈｅｎｃｅ ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｉｎｍａｎｙ ａｓｐｅｃｔｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｒａｉｓｉｎｇ ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ ｉｎｔｅｒｅｓｔ， ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ， ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ， ｅｔｃ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ； ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ； Ｆｒｅｍｙ ｓａｌｔ； ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　

　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　

基金项目：大连理工大学教育教学改革基金一般项目（项目编号：ＹＢ２０１８０２８）。

　 　 化学是一门以实验为基础依据的学科［１］，实验是化学学科赖以形成和发展的基础，是化学教学中学生获取化学知识、培养动手能力的重要媒介和手段，是提高学生科学素质的重要途径。 “无机化学实验”作为本科生入学后接触的第一门实验课程，对奠定学生化学实验的良好基础有着至关重要的作用［２］。

无机合成实验作为本科生无机化学实验的重要

组成部分，是学生系统掌握无机化合物合成的理论和方法的训练过程，不仅能够为本科毕业设计提供必要的理论知识和操作技能训练机会，也能为学生毕业后进一步从事科研和工作打下坚实基础［ ３ ］。 对于学生

来说，制备一些新颖，且在学习科研过程中具有实际应用的化合物更容易激发他们的实验兴趣。

Ｆｒｅｍｙ 盐，全称为亚硝基过硫酸钾，化学式为Ｋ４［ＮＯ（ＳＯ３）２］２，作为一种稳定的自由基，它是芳香族有机化合物的重要氧化剂［ ４］，也用作电子自旋共振（ＥＳＲ）谱标定的标样［ ５］。 目前，在国内高校的无机化学实验中， Ｆｒｅｍｙ 盐的制备并不普及。 为了拓宽学生的专业知识面，激发学生的实验兴趣，本校基础化学实验中心一直不断创新化环生本科生实验课的课程体

系，并于近年开设了 Ｆｒｅｍｙ 盐的制备微型实验。

１　 实验原理

Ｆｒｅｍｙ 盐是橙黄色晶体，易溶于水，水溶液呈紫色。 在空气中很不稳定，在酸性溶液中也会迅速分

崔淼，等：化工与制药大类本科教学微型实验—Ｆｒｅｍｙ 盐的制备

解，在碱性溶液中则较为稳定， 所以制备反应应在碱性条件下进行。

Ｆｒｅｍｙ 需在低温下（－５ ～ ３℃）制备，以 ＮａＮＯ２、ＮａＨＳＯ３和 ＫＭｎＯ４为原料，反应方程式如下：

ＨＮＯ２＋ ２ ＨＳＯ３－ ＝ ＨＮＯ（ＳＯ３） ２

－２ ＋ Ｈ２Ｏ

１２Ｋ＋＋ ６ ＨＮＯ（ＳＯ３） ２ ２－＋ ２ ＭｎＯ４

－ ＝３ Ｋ４［ＮＯ（ＳＯ３） ２］ ２＋ ２ＭｎＯ２＋ ２ ＯＨ

－＋ ２ Ｈ２Ｏ经上述反应，得到紫色的 Ｆｒｅｍｙ 盐溶液，需用饱

和 ＫＣｌ 溶液脱去水分，然后减压过滤得到 Ｆｒｅｍｙ 盐晶体。

２　 实验部分

２．１　 溶液的配制实验中使用亚硫酸氢钠和高锰酸钾反应制备

Ｆｒｅｍｙ 盐，实验中需要现配两种溶液。 这是由于亚硫酸氢钠中的亚硫酸根易被氧化，高锰酸钾具有强氧化性，久置后容易与空气中的尘埃等物发生氧化还原反应，二者均不宜久置。

用电子天平分别称取 ２．０８ ｇ ＮａＨＳＯ３和 ０．２７ ｇＫＭｎＯ４，置于两个 ２５ ｍＬ 烧杯中，各加水 １０ｍＬ，用玻璃棒搅拌至溶解，备用。２．２　 Ｆｒｅｍｙ 盐的制备

用电子天平分别称取 ＮａＮＯ２晶体 １．２４ ｇ 和碎冰（蒸馏水制）６ ｇ，置于 ５０ ｍＬ 烧杯中，然后将烧杯置于冰浴槽中，在磁力搅拌下缓慢滴加 ５ ｍＬ 上一步配制好的 ＮａＨＳＯ３ 溶液（反应需一直维持在 ０℃ 左右），再加 １５ 滴冰乙酸，反应 １５ ｍｉｎ 后，滴加一定量的浓氨水，使溶液呈碱性（用 ｐＨ 试纸检验，以确定ｐＨ ≥１０）。 在搅拌下缓慢滴加 ７ ｍＬ 上一步配制好的 ＫＭｎＯ４溶液，滴加完毕后，继续搅拌 １ ｈ 左右。 在反应过程中，需不时用 ｐＨ 试纸检测溶液的 ｐＨ 值，保证溶液的 ｐＨ 始终大于 １０。 反应完毕，将溶液抽滤，保留滤液。

将所得到的紫色滤液转移到置于冰浴槽内的烧

杯中，缓慢加入饱和 ＫＣｌ 溶液（约 １０ ｍＬ），搅拌直至溶液中逐渐析出橙黄色晶体（２０ ｍｉｎ 左右）。 用微型漏斗将晶体滤出，依次用 ２ ｍＬ ５％ ＫＯＨ 溶液、２ｍＬ 乙醇洗涤晶体，抽干。２．３　 Ｆｒｅｍｙ 盐产品形貌的观察

用胶头滴管吸取上一步实验中加入饱和 ＫＣｌ溶液后析出橙黄色晶体的悬浊液，滴于载玻片上，通过光学显微镜观察制得 Ｆｒｅｍｙ 盐的微观形貌。

由于 Ｆｒｅｍｙ 盐具有两种不同晶型，分别是单斜晶系的橙黄色针状晶体和三斜晶系的橙褐色菱形晶

体［６］，所以本实验中所得的产物可能出现上述两种晶型。２．４　 实验注意事项

（１） 由于 Ｆｒｅｍｙ 盐的合成反应需要低温条件，所以在滴加 ＫＭｎＯ４溶液的过程中，反应温度应始终保持在 ０℃左右，不能超过 ３℃。

（２）ＫＭｎＯ４滴加完成后，继续搅拌 １ ｈ 左右以得到 Ｆｒｅｍｙ 盐产物，在此过程中应始终保持反应温度低于 ０℃。

（３）Ｆｒｅｍｙ 盐在空气中很不稳定，在酸性溶液中也会迅速分解，在碱性溶液中则分解很慢，所以在滴加 ＫＭｎＯ４溶液前，一定要将溶液的 ｐＨ 调至碱性。

３　 实验优点

本实验属于微型无机合成实验，与常规实验方法相比，微型实验具有试剂用量少，实验时间短［７］，实验经费省，排放污染小等优点［８］，绿色环保。 已发表的一些教学实践经验表明，微型实验的试剂用量比对应的常规实验节约 ９０％以上［９］，实验时间缩短 １ ／ ３ 左右［１０］。 由此可见，在相同的学时和经费条件下，选用微型实验的形式，学生可以做更多的实验。 在我国无机化学实验教学的现状下，引入更多的微型实验有利于提高本科生的动手能力，树立环保意识，节约实验经费。

４　 结语

本实验参考全国微型化学实验研究中心组织编

写的中级无机化学实验《亚硝基二磺酸钾的制备及其 ＥＳＲ 谱》，对其实验步骤进行适当改进，使合成成功率有所提高，更符合本科无机化学实验的教学要求，填补了本校本科无机化学实验中低温合成反应的空白。 此外，本实验采用微型实验的形式，在激发学生实验兴趣，强化动手能力，树立环保观念等方面具有重要的意义。

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：

［１］ 　 张玲． 应用型本科化学实验教学的现状和对策措施研究［ Ｊ］ ．山东化工，２０１８（７）：６６－６７，７４．

［２］ 　 李晓杰，高子舒，乌仁格格，等． 无机化学实验教学改革探索［Ｊ］ ．河套学院论坛，２０１７（１）：１５４－１５５．

［３］ 　 杨锦瑜，朱莉萍． 师范院校无机合成及实验教学改革初探［ Ｊ］ ．广州化工，２０１３，４１（１４）：２０２－２０３．

［４］ 　 Ｗｉｌｃｈｅｋ Ｍ．， Ｍｉｒｏｎ Ｔ． ． Ｍｕｓｓｅｌ－Ｉｎｓｐｉｒｅｄ Ｎｅｗ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ Ｐｏｌｙ⁃ｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｒｏｓｓ－Ｌｉｎｋｉｎｇ ｏｆ Ｐｅｐｔｉｄｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｉｎｓ ＣｏｎｔａｉｎｉｎｇＴｙｒｏｓｉｎｅｓ ｂｙ Ｆｒｅｍｙ＇ｓ Ｓａｌｔ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ［ Ｊ］ ．Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１５，２６（３）：５０２－５１０．

（下转第 １５ 页）

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郭智兴，等：熔体凝固结晶模拟实验装置及实验项目开发

期 Ｘ２ 的温度高于中间未凝固区，以及中期 Ｘ４ 温度曲线出现“平台”均与结晶潜热释放有关；凝固后期开始后温度曲线的斜率整体减小，温度下降缓慢。

图 ４　 凝固过程中不同位置的温度变化

３　 结语

此实验项目利用相似原理制作了一个熔体凝固

结晶模拟实验装置，采用硫代硫酸钠进行了熔体凝固实验并实现了对钢液凝固结晶过程的模拟。 本实验可深化学生对“铸造合金及其熔炼”、“铸件形成理论”、“铸造成型工艺”、“铸造设备与工艺”、“传输原理”等关于液态成型技术的理论知识的理解和掌握；模拟实验低温可视化的特点有利于培养学生的学习兴趣；实验过程中对结晶形态、凝固系数、凝固速率和凝固温度场的观察与分析有利于提高学生

的实验参与度，培养学生工程实践能力和分析问题的能力。

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：

［１］ 　 Ｘｕ ＺＬ， Ｚｈｏｎｇ ＪＷ， Ｓｕ ＸＬ，ｅｔ ａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ－ｂａｓｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏｒｅ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ

ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ［ Ｊ］ ． Ｃｅｒａｍ Ｉｎｔ， ２０１８，４４ （ １）：３９４ －

４０１．［２］ 　 郑伟刚，刘志军， 阳鑫，等． 金属材料液态成型技术的研究进

展［Ｊ］ ．热加工工艺，２０１３，４２（２３）：５－７，１３．［３］ 　 何丽明，蒋群，闫晓梅，等．实验教学对提高本科生科研素质的

探索［Ｊ］ ．实验室研究与探索，２０１６，３５（８）：１９７－１９９．［４］ 　 刘军山，李建海，王杰．现代实验教学理念下的“三主式”实验

教学模式探讨［ Ｊ］ ．实验技术与管理，２０１７，３４（３）：１７０－ １７２，１７８．

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［７］ 　 罗晓东，尹立孟，王青峡，等．基于虚拟仿真技术的实验教学平台设计［Ｊ］ ．实验室研究与探索，２０１６，３５（４）：１０４－１０７．

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［１１］ 　 攀慨，白博峰，苏燕兵，等．用 ＮＨ４Ｃｌ—Ｈ２Ｏ 溶液共晶凝固实验模拟 Ｂｒｉｄｇｍａｎ 法晶体生长过程 ［ Ｊ］ ．西安交通大学学报，２００７，４１（１１）：１２９８－１３０２．

［１２］ 　 王理林，林鑫，王永辉，等．激光重熔熔池凝固组织的实时观察研究［Ｊ］ ．金属学报，２０１５，５１（４）：４９２－４９８．

［１３］ 　 尹刚，李胜利，刘海啸，等．钢锭顺次凝固行为的物理模拟［ Ｊ］ ．辽宁科技大学学报，２０１４，３７（４）：３５９－３６２，３６８．

［１４］ 　 周伟基 沙玉峰 路辉，等．ＧＣｒ１５ 连铸大方坯凝固终点及末端的大压下区间［Ｊ］ ．钢铁，２０１８，５３（１）：４１－４５，７１．

［１５］ 　 沈承金，隋艳伟，王延庆，等．材料成型及控制工程实践创新建设新模式研究［Ｊ］ ．实验技术与管理 ２０１７，３４（６）：２２－２４．

收稿日期：２０１８－０６－１０修改日期：２０１８－０９－２０作者简介：郭智兴（１９８１－），男，四川南充人，博士，高级实验

师，主要研究方向为材料加工技术。

（上接第 １１ 页）［５］ 　 Ａｌｔｕｎｋａｙａ Ａ．， Ｇｏｋｍｅｎ Ｖ．， Ｓｋｉｂｓｔｅｄ Ｌ．Ｈ．． ｐＨ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ａｎｔｉｏｘｉ⁃

ｄａｎｔ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｌｅｔｔｕｃｅ （Ｌ． ｓａｔｉｖａ） ａｎｄ ｓｙｎｅｒｇｉｓｍ ｗｉｔｈ ａｄｄｅｄ ｐｈｅ⁃ｎｏｌｉｃ ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｓ ［Ｊ］ ．Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１６，１９０：２５－３２．

［６］ 　 ＲＡ Ｈｏｗｉｅ， ＬＳＤ Ｇｌａｓｓｅｒ ， Ｗ Ｍｏｓｅｒ． Ｎｉｔｒｏｓｏｄｉｓｕｌｐｈｏｎａｔｅｓ． Ｐａｒｔ ＩＩ．Ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒａｎｇｅ － ｂｒｏｗｎ ｔｒｉｃｌｉｎｉｃ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆＦｒｅｍｙ＇ｓ ｓａｌｔ （ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｎｉｔｒｏｓｏｄｉｓｕｌｐｈｏｎａｔｅ） ［ Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅＣｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ａ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ， １９６８ （ １２）：３０４３－３０４７．

［７］ 　 周宁怀． 微型无机化学实验［Ｍ］． １ 版．北京：科学出版社，２０００：２０１．

［８］ 　 黄继明， 刘润清， 吴思展， 等． 地方本科院校绿色微型有机化学实验的教学浅思与实践［Ｊ］ ．云南化工，２０１８（１）：２４９－２５０．

［９］ 　 王立平，李淑新，王亚茹，等． 化学反应速率和活化能测定微型实验初探［Ｊ］ ．化学教育，２００５，２６（１１）：５４－５５．

［１０］ 　 张铭． 微型实验在师专有机化学实验中的需要［ Ｊ］ ．集宁师范学院学报，２００６，２８（４）：７８－７９．

收稿日期：２０１８－０７－２４修改日期：２０１８－１１－２８作者简介：崔淼（１９８６－），女，辽宁鞍山人，博士，工程师，主

要研究方向为无机化学实验教学及多孔功能材料

的研究。

５１