三草酸合铁酸钾的制备
一、实验目的
1.掌握用自制(NH4)2Fe(SO4)2合成K3Fe[(C2O4)3]·3H2O的基本原理和操作技术;
2.加深对Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)化合物性质的了解。
3. 掌握确定化合物化学式的基本原理及方法;
4. 学习热重、差热分析、磁化率测定、红外光谱分析的操作技术;
5. 通过综合性实验的基本训练,培养学生分析与解决复杂问题的能力。
二、实验原理
1.三草酸合铁(III)酸钾的性质与制备
(1)性质:
三草酸合铁(III)酸钾(含三个结晶水)为翠绿色的单斜晶体,易溶于水(溶解度0℃,4.7g/100g;100℃,117.7g/100g),难溶于乙醇。110℃下可失去全部结晶水,230℃时分解。此配合物对光敏感,受光照射分解变为黄色。因其具有光敏性,所以常用来作为化学光量计。另外它是制备某些活性铁催化剂的主要原料,也是一些有机反应良好的催化剂,在工业上具有一定的应用价值。
(2)制备:
本实验以硫酸亚铁铵为原料,与草酸在酸性溶液中先制得草酸亚铁沉淀,然后再用草酸亚铁在草酸钾和草酸的存在下,以过氧化氢为氧化剂,得到铁(Ⅲ)草酸配合物。主要反应为:
(NH
4)
2
Fe(SO
4
)
2
+ H
2
C
2
O
4
+ 2H
2
O = FeC
2
O
4
·2H
2
O↓+ (NH
4
)
2
SO
4
+ H
2
SO
4
2FeC2O4·2H2O + H2O2 + 3K2C2O4 + H2C2O4 ===2K3[Fe(C2O4)3]·3H2O 2.产物的定性分析
(1)化学分析鉴定:
K+离子与酒石酸氢钠溶液产生白色沉淀;
Fe 3+与KSCN 溶液混合,生成[Fe (NCS )n ]3-n
配离子,呈血红色,而[Fe(C 2O 4)3]与KSN
溶液无现象。
(2)红外光谱鉴定: C 2O 4
2-及结晶水通过红外光谱分析。
结晶水的吸收带在3550—3220/ cm -1
之间,一般在3450/ cm -1
附近。 C 2O 42-
最常见的为双齿配位形成的螯合物。
3、产物的定量分析
目的:通过定量分析可以测定各组分的质量分数,各离子、基团的个数比,再根据定
性实验得到的对配合物外界的判断,从而可推断出产物的化学式。
(1) 结晶水的含量(重量分析法)
已知质量的产品
110℃下干燥脱水
脱水后再称量
计算结晶水的含量
(2) 草酸根的含量(氧化还原滴定法)
2245C O -+42MnO -+16H + →10CO 2↑+2Mn 2+
+ 8H 2O (3) 铁的含量(氧化还原滴定法)
2Fe 3++Zn →2Fe 2++Zn 2+
5Fe 2+
+4MnO -+8H + →5Fe 3+ + Mn 2+
+ 4H 2O (4) 钾的含量(差量法)
1-(结晶水)%-Fe%- C 2O 42-%
4、产物的表征
(1) 配合物中心离子的外层电子结构
通过对配合物磁化率的测定,可以推算出未成对的电子数,推断出中心离子外层
电子的结构、配键类型、立体化学结构。
(2) 热重、差热分析
通过对TG曲线的分析,了解物质在升温过程中质量的变化情况;通过对DTA曲线的分析,可了解物质在升温过程中热量变化的情况。
对产品进行TG、DTA分析可测量出失去结晶水的温度、热分解温度及脱水分解热量变化情况等,各步始终的数量结晶水的个数。
三、仪器和药品
仪器:数显恒温水浴锅(HH—1型)、循环水式多用真空汞(SHBⅢ—A型)、
MB—1A型磁天平、美国尼高力傅立叶变幻红外光谱仪等。
药品:(NH4)2Fe(SO4) 2·6H20、H2SO4(3mol/L)、H2C2O4·2H20、K2C2O4(饱和)、H2O2(6%)、乙醇(95%)、KSCN(0.1 mol/L)、CaCl2(0.5 mol/L)、饱和酒石酸氢钠溶液、FeCl3(0.1 mol/L)、KMnO4(0.0211 mol/L)等。
四、实验步骤
1.K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的制备
(1)FeC2O4·2H2O的制备
① 250ml烧杯中,加入20ml蒸馏水和1ml 3mol/LH2SO4(加酸的目的?),称取6.0g自制(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O固体倒入烧杯中,加热使之溶解。
②另称取H2C2O4·2H2O3.5g于100ml烧杯中,加入35ml蒸馏水微热、搅拌溶解。
③取②中配制的H2C2O4溶液20ml加入250ml烧杯中,不断搅拌,加热至沸后,微热5min,室温下静置,待黄色FeC2O4·2H2O晶体沉淀后用倾析法弃去上层清液。再向沉淀中加入20ml 水(目的?),搅拌,并温热,静置后再弃去清液(尽可能把清液倾倒干净)。
(2)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的制备
①在上述(3)的沉淀中加入15 ml饱和K2C2O4溶液于,水浴加热至约40℃,用滴管慢慢(为什么?)滴加12 ml 6%H2O2(现象?),并不断搅拌保持温度在40℃左右。
②将水浴加热至沸除去H2O2,再加入1.(2)中H2C2O4至溶液完全变为透明翠绿色(pH为
3.0—3.5),滴加过程中保持水浴沸腾。
③冷却,向烧杯中加入15ml 95%乙醇,置于暗处(为什么?)冷却结晶,减压过滤。
(3)产品的重结晶
称量产品质量,按100℃ 溶解度计算,加入蒸馏水置于热水浴中溶解,放暗处冷却结晶,减压过滤(用95%的乙醇洗涤),将重结晶后的产品放入提前称量好质量的50ml 干燥的空烧杯中,贴上标签后壁光保存。
2.产物的定性分析
(1)K +
的检定:取少量样品加入少量蒸馏水
溶解
加入饱和酒石酸氢钠溶液1ml
充分摇匀→现象?
(2)Fe 3+
的检定:
1号试管取样品加水溶解 2滴0.1mol/L 的KSCN
无现象
加2滴稀硫酸
现象?
2号试管取少量FeCl 3 溶液2滴0.1mol/L 的KSCN
现象?
(3)C 2O 42-的检定:
1号试管取样品加水溶解
加2滴0.5mol/L 氯化钙溶液 现象?
2号试管加少量K 2C 2O 4溶液
加2滴0.5mol/L 氯化钙溶液
现象?
(4)利用红外光谱仪确定结晶水及C 2O 4
2-
制样
置于红外光谱仪
测定红外吸收光谱
与标准图对比
确定是否含有结晶水及C 2O 4
2-
结论:说明产品中含有那些离子?以什么形式存在?
3.产物的定量分析
(1) 结晶水含量的测定:
两个洁净的称量瓶编号110℃电热箱中干燥1小时
置于干燥器中
冷却称量
重复操作至恒重
准确称量两份样品0.5—0.6g
分别放入上述两个称量瓶中
110℃下干燥1小时冷
却称量重复操
作至恒重
(2) C 2O 42-含量的测定: 准确称量样品0.1000—0.1300g
加入10m 3mol/L 硫酸、20ml 蒸馏水
微热、溶解
85℃水浴中
保持5-8min
用0.0211mol/L KMnO 4标准溶液滴定直至溶液呈浅粉色
记录消耗的标准溶液体积。
(3) F e 3+
含量的测定:
上述保留液中
加入Zn 粉煮沸
至黄色消失
趁热过滤
收集滤液
蒸馏水洗涤
用0.0211mol/L
KMnO 4标准溶液滴定
直至溶液呈浅粉色
记录消耗的标准溶液体积。(见表1)
(4) K +含量的测定:1-(结晶水)%-Fe%- C 2O 42-%。
表1 C 2O 42-、Fe 2+
含量的定量分析数据表
标结论:在1mol 产品中含224C O
mol ,Fe 3+
mol ,K +
mol ,
结晶水 mol ,该物质的化学式为 。
4. 配合物磁化率的测定
表2 三草酸合铁(Ⅲ)酸钾磁化率测定数据记录表
结论:
5. 配合物的热分析
仪器各量程及参数选择:
热重(TG )量程:4.5mg 差热分析(DTA )量程:
50uV 微分热重量程:100mV/min 升温速率:10℃/min 结论:
6. 配合物的红外光谱分析
结论:
五、数据分析 1.计算产率:
2.产物的定量分析(计算过程)
C 2O 42-、Fe 2+
含量的测定分析
C 标=0.0211mol/L 、n(Fe 3+)=n(Fe 2+
)
解析:以第一组数据为例写出计算过程
3.磁化率的测定
表2 三草酸合铁(Ⅲ)酸钾磁化率测定数据记录表
解析:以第一组数据为例写出计算过程
4.配合物热分析数据
注意事项
1.水浴40℃下加热,慢慢滴加H2O2。以防止H2O2分解。
2.在抽滤过程中,勿用水冲洗粘附在烧杯和布氏滤斗上的绿色产品。思考题