实验41草酸根合铁(III)酸钾的制备及其组成的确定

NORTHWESTUNIVERSITY化学实验教学中心实验41草酸根合铁(III)酸钾的制备及其组成的确定一实验目的•通过草酸根合铁(III)酸钾的制备、化学分析、热重分析、电荷测定、磁化率测定、红外光谱等方法了解配合物的制备、分析到确定组成的全过程，掌握某些性质与有关结构测试的物理方法。二实验原理•草酸根合铁(III)酸钾可由三氯化铁和草酸钾反应制得，要确定所制得配合物的组成，必须综合应用各种方法。•1.化学分析可以确定各种组分的百分含量，从而确定分子式。•2.配合物中的金属离子一般可通过比色分析或原子吸收光谱确定其含量。配合物中钾含量可以用重量法测定，也可用离子选择电极测定。•3.草酸根合铁(III)酸钾中是否含有结晶水和草酸根可通过红外光谱作定性鉴定，因为各种化学键和基团具有特征的吸收频率，因此可用红外光谱来验证配合物中的化学键和基团，并将被测样品的红外光谱与标准红外光谱图对照可确定样品呈何种配合物。草酸根为配体的配合物加热易分解，产生一氧化碳和二氧化碳，用热重分析可以研究它们的热分解反应，亦可定量测定结晶水和草酸根的含量。•4.配离子电荷的测定可确定配合物组成在溶液中的状态。•5.草酸根合铁(III)酸钾配合物中心离子Fe3+的d电子组态及配合物是高自旋还是低自旋可以由磁化率测定来确定。三、物理常数•草酸根合铁(III)酸钾•绿色晶体，遇热、遇光失结晶水，故需避光保存。•其化学计量式为：•K3Fe(C2O4)3.3H2O•摩尔质量为491g/mol四、注意事项•草酸根合铁(III)酸钾遇热、遇光失结晶水，故需避光保存，低温干燥。•计算产率。五、含铁量与吸光度标准曲线用表中数据作Fe3+的标准曲线，找到样品溶液中Fe3+的浓度，并计算样品中Fe3+的百分含量。吸光度AbscFe3+/(mg/ml)0.1570.0020.4180.0050.6640.0080.9190.0111.1610.0141.4320.017测量值cFe3+/(mg/ml)0.3440.00419六、配离子的电荷测定•配制1×10-3mol/L的样品溶液，测量该溶液的电导率，并进一步计算其摩尔电导率。然后根据书中P208附录6查找溶液摩尔电导率所在范围对应的电解液类型。电解液类型溶剂介电常数1：12：13：14：1水78.4118~131235~273408~435~560七、配合物的热重分析•在瓷坩埚中，称取一定量磨细的配合物样品，按规定的操作步骤在热天平上进行热分解实验，升温至550℃为止。•根据热重图谱分析，参考红外光谱确定该配合物的组成，并写出热分解反应方程式。TheTG-DSCcurveofK3[Fe(C2O4)3]·3H2O表K3Fe(C2O4)3·3H2O理论热失重固体产物K2OFeOK2OFe2O3K2OFe3O4K2OFeCO3K2CO3FeOK2CO3Fe3O4K2CO3Fe2O3K2CO3FeCO3理论失重(%)56.855.555.047.643.242.141.634.2热分解过程推理6K3[Fe(C2O4)3]·3H2O6K3Fe(C2O4)36K2C2O4+3[K2CO3·Fe2(CO3)3]6K2CO3+3K2CO3·2Fe(CO3)3+Fe2O39K2CO3+3Fe2O3(Fe3O4)OH218CO12236COCO26CO热分解过程数据步骤温度范围(oC)残留物失重残留物重理论实验理论实验Ⅰ34–103K3Fe(C2O4)310.99%9.58%Ⅱ225–345K2C2O4+[K2CO3·Fe2(CO3)3]11.41%11.26%Ⅲ351–421K2CO3+3K2CO3·2Fe(CO3)3+Fe2O310.18%12.92%Ⅳ421–553K2CO3+Fe2O3(Fe3O4)8.96%10.39%58.5%56.8%八、配合物磁化率的测定用古埃磁天平测定配合物的磁化率步骤：1样品管的标定洗净样品管，并干燥．小心将样品管挂在天平下的悬丝上；注意：样品管的底部置于磁场强度最大区域，且悬于两磁极之间。待丝线不再摆动后，将天平归零，然后慢慢调节电流旋钮，使其为4A，这时天平上显示的数字即为空管加场后的质量差，记为δ。取下样品管，装入事先研细的已知磁化率χ的标定物硫酸亚铁铵((NH4)2Fe(SO4)2.6H2O)，注意：在填装样品时，须不断将样品管竖直在桌面上轻轻礅，以使粉末样品均匀填实，样品高度为1.5cm~3.0cm。将样品管放入磁场中，待丝线不再摆动后，称量样品管质量m1；然后通以4A的电流，再称出样品管的质量m2；将加磁场前后的质量差记为Δ。并由Δ和δ计算β。β＝χm／（Δ－δ）这里m为标定物的质量２磁化率的測定如前法將研细的草酸根合铁(III)酸钾粉末样品装入样品管中，依照前法称量加磁场前后的草酸根合铁(III)酸钾质量的变化，结合β计算其磁化率。注意：装样品的紧密程度要与装标定物尽量一致，装样品量高度与标定物一样。Χ＝（Δ’－δ）β／m’这里Δ’和m’分别为测定管在施加磁场前后的质量变化和草酸根合铁(III)酸钾的质量，Χ的单位为cm3/g。九、配合物的结构分析根据测定的摩尔磁化率和有效磁矩计算配合物中心离子Fe3+的未成对电子数，画出电子的排布。物质的摩尔磁化率χMχM＝Χ·M(cm3/mol)M为摩尔质量物质的顺磁磁化率χPχP＝χM－χDχD为反磁磁化率（一些原子、配体的反磁磁化率见Ｐ213附录９）有效磁矩μeffμeff=2.828(χP·T)1/2T为绝对温度•未成对电子数n•μeff＝（n(n+2))½•未成对电子数n与有效磁矩μeff之间的关系•n=1μeff=1.73B.M.•n=2μeff=2.83B.M.•n=3μeff=3.87B.M.•n=4μeff=4.90B.M.•n=5μeff=5.92B.M.•通过计算配合物中心离子Fe3+的未成对电子数为５，说明草酸根是弱场配体，电子处于高自旋。注意事项⑴合理进行实验安排，在制备的同时，制备好光度法测定铁的标准溶液、进行光度测定、制作工作曲线；⑵测定电导时，注意电导仪的刻度和档位以及摩尔电导率的计算，对比判断出配离子和外界抗衡离子的数量比，指出配离子的组成和电荷；⑶以莫尔盐或Ni(en)3S2O3为标准样品，测定配合物的磁化率，再根据有效磁矩计算配合物中心金属离子的成单电子数，最后确定配合物的组成及中心离子Fe3＋的电子组态。