三氯化六氨合钴的制备及其组成的测定1

1三氯化六氨合钴的制备及其组成的测定实验报告指导老师：翁永根班级：应091-4组号：13组员：张琳200921501445赵勇200821501447周学荣2008215014482三氯化六氨合钴的制备及其组成的测定一、实验目的1.掌握三氯化六氨合钴（III）的合成及其组成测定的操作方法。2.练习三种滴定方法（酸碱滴定，氧化还原滴定，沉淀滴定）的操作。3.加深理解配合物的形成对三价钴稳定性的影响。4.学习分光光度计使用。二、实验原理⑴.配合物合成原理：1.三氯化六氨合钴的化学式为[Co(NH3)6]Cl3，橙黄色晶体，20℃在水中的溶解度为0.26mol·L-12.钴的性质：①Co3+为正三价离子，d2sp3杂化，内轨型配合物。②在酸性溶液中，Co3+具有很强的氧化性，易于许多还原剂发生氧化还原反应而转变成稳定的Co2+。③[Co(NH3)6]3+离子是很稳定的，其K(稳)＝1.6×1035，因此在强碱的作用下（冷时）或强酸作用下基本不被分解，只有加入强碱并在沸热的条件下才分解。2[Co(NH3)6]Cl3+6NaOH====2Co(OH)3+12NH3↑+6NaCl3、本实验以活性碳为催化剂，用过氧化氢氧化有氨和氯化铵存在的氯化钴溶液制备三氯化六氨合钴(Ⅲ)。2CoCl2·6H2O＋10NH3＋2NH4Cl＋H2O2====2[Co(NH3)6]Cl3＋14H2O（橙黄色）在水溶液中，电极反应φθ（Co3+/Co2+）=1.84V，所以在一般情况下，Co(Ⅱ)在水溶液中是稳定的，不易被氧化为Co(Ⅲ)，相反，Co(Ⅲ)很不稳定，容易氧化水放出氧φθ（Co3+/Co2+）=1.84Vφθ（O2/H2O）=1.229V。但在有配合剂氨水存在时，由于形成相应的配合物[Co(NH3)6]2+，电极电势φθ[Co(NH3)6]3+/[Co(NH3)6]2+=0.1V，因此CO(Ⅱ)很容易被氧化为Co(Ⅲ)，得到较稳定的Co（Ⅲ）配合物。⑵.NH3的测定原理。由于三氯化六氨合钴在强酸强碱（冷时）的作用下，基本不被分解，只有在沸热的条件下，才被强碱分解。所以试样液加NaOH溶液作用，加热至沸使三氯化六氨合钴分解，并蒸出氨。蒸出的氨用过量的2%硼酸溶液吸收，以甲基橙为指示剂，用HCl标准液滴定生成的硼酸氨，可计算出氨的百分含量。[Co(NH3)6]Cl3＋3NaOH====Co(OH)3+6NH3++6NaClNH3+H3BO3====NH4H2BO3NH4H2BO3+HCl====H3BO3+NH4Cl3⑶.钴的测定原理利用3价钴离子的氧化性，通过典量法测定钴的含量[Co(NH3)6]Cl3＋3NaOH====Co(OH)3+6NH3++6NaClCo(OH)3+3HCl====Co3++3H2O2Co3++2I-====2Co2++I2I2+2S2O32-====2I-+S4O62-⑷.氯的测定原理利用莫尔法即在含有Clˉ的中性或弱碱性溶液中，以K2CrO4作指示剂，用AgNO3标准溶液滴定Clˉ。由于AgCl的溶解度比AgCrO4小，根据分步沉淀原理，溶液中实现析出AgCl白色沉淀。当AgCl定量沉淀完全后，稍过量的Ag+与CrO4-生成砖红色的Ag2CrO4沉淀，从而指示站点的到达。终点前：Ag++Cl-=AgCl(白色)Ksp=1.8×10-10终点时：2Ag++CrO42-=Ag2CrO4（砖红色）Ksp=2.0×10-12⑸[Co(NH3)6]Cl3晶体场理论确定配合物颜色原理。①中心离子与配体阴离子之间相互作用而非形成共价键②中心离子Co的5个d轨道由于受周围配体NH3负电场不同程度的排斥作用能级分裂，dx^2-y^2，dz^2轨道能量升高，dxy,dxz,dyz,较前两个轨道升高的低些③晶体场理论能够解释配合物的颜色。由于Co的3d轨道没有填满，在NH3的作用下d轨道发生分裂，当Co3+吸收可见光区某一波长的光发生d-d跃迁，这时需要吸收E=hc/入的分裂能。④用分光广度仪测一定范围内不同波长下对应的吸光度，作曲线，得出最大吸光度下对应的波长，配合物所呈现的颜色就是最大吸收光的补色。三、仪器和药品1.试验仪器分光光度仪、水浴加热装置、抽滤装置、凯氏定氮仪、容量瓶（100ml，250ml）、25.00ml移液管、250ml锥形瓶、温度计（1000C）1支、250ml碘量瓶、量筒（25ml、100ml）各1个、烧杯、pH试纸（精密）2.药品浓氨水、5％H2O2、浓盐酸、CoCl2·6H2O、95%乙醇、NH4Cl固体、2%硼酸溶液、活性炭、10％NaOH溶液、95%乙醇、KI固体、冰、Na2S2O3.5H2O晶体、AgNO3固体、无水碳酸钠固体、NaCl固体、0.5%淀粉溶液、甲基橙指示剂、甲基红溴甲酚氯指示剂、K2CrO4指示剂4四、实验步骤1.[Co(NH3)6]Cl3的合成在锥形瓶中，将4gNH4Cl溶于8.4ml水中，加热至沸，加入6.0g研细了的CoCl2·6H2O晶体，摇动使其溶解，然后趁热倾入0.4g经活化了的活性炭，混合均匀后，用流水冷却，然后加入13.5ml浓氨水，再冷却至283K以下，用滴管逐滴加入13.5ml5％的H2O2溶液。水浴加热至323-333K，并在此温度下恒温20min，并不断摇动锥形瓶。然后用冰水浴冷却至273K左右，吸滤，不必洗涤沉淀，直接把沉淀溶于50ml沸水中（水中含1.7ml浓盐酸）。趁热吸滤，慢慢加入6.7ml浓盐酸于滤液中，即有大量橙黄色晶体析出。用冰浴冷却后吸滤，晶体以2ml2mol/LHCl洗涤，再用少许乙醇洗涤，吸干。称量，计算产率。2.氨的测定（1）用电子天平准确称取约0.2g样品于250ml锥形瓶中，加30ml去离子水溶解，另准备50ml2%H3BO3溶液于250ml锥形瓶中，（2）在H3BO3溶液加入5滴甲基红溴甲酚氯指示剂，将两溶液分别固定在凯氏定氮仪上，开启凯氏定氮仪，氨气开始产生并被H3BO3溶液吸收，吸收过程中，H3BO3溶液颜色由浅绿色逐渐变为深黑色，当溶液体积达到100ml左右时，可认为氨气已被完全吸收。（3）用32CONa溶液标定准确浓度为0.3187mol/L的HCl溶液滴定吸收了氨气的H3BO3溶液，当溶液颜色由绿色变为浅红色时即为终点。读取并记录数据，计算氨的含量。3.碘量法测定钴含量用电子天平准确称取约0.2g样品于250ml锥形瓶中，加20ml水，3ml10％NaOH溶液，置于电炉微沸加热至无氨气放出（用PH试纸检验）。冷却至室温后，加入20ml水，转移至碘量瓶中，再加入1gKI固体，15ml6mol/LHCl溶液。立即盖上碘量瓶瓶盖。充分摇荡后，在暗处反应10min。用已准确标定浓度的Na2S2O3溶液滴至浅黄色时，再加入2ml2％淀粉溶液，继续滴至溶液为粉红色即为终点。计算钴的百分含量，并与理论值比较。4..氯的测定1.用电子天平准确称取约0.2g样品溶解，然后用100ml容量瓶定容2.准确移取25.00ml溶液于另一锥形瓶中，加入1ml5%的K2CrO4溶液作为指示剂3.用已准确标定浓度的AgNO3溶液滴定至出现砖红色不再消失为止，即为终点，读取数据，计算氯的含量。5..[Co(NH3)6]Cl3吸光度的确定51.用电子天平准确称取约0.1g样品于小烧杯中，加入20ml水，充分溶解。2.测吸光度，确定最大波长。（波长范围在400nm—600nm之间）五.实验数据处理1.[Co(NH3)6]Cl3的制备产率得到产品m=3.5g，称取CoCl2样品m=6g根据2CoCl2·6H2O＋10NH3＋2NH4Cl＋H2O2====2[Co(NH3)6]Cl3＋14H2O理论产品质量为M9.2375.2670.6=6.77g产率%7.51%10077.65.32.氨的测定（1）HCl的浓度c=0.1723mol/L滴定需V=29.48ml（2）氨的含量计算m[Co(NH3)6]Cl3=0.2134g根据反应方程式[Co(NH3)6]Cl3＋3NaOH====Co(OH)3+6NH3++6NaClNH3+H3BO3====NH4H2BO3NH4H2BO3+HCl====H3BO3+NH4Cl得HCl与NH3的计量比为1：1故样品中样重100017%3HclHclVCNH%1002134.01000/1748.29/1723.0gmolgLLmol=40.95%1mol样品中所含氨的物质的量为40.95%4.617/5.267mol3.钴含量的测定已标定Na2S2O3的浓度为0.02393mol/Lm[Co(NH3)6]Cl3=0.2007g根据反应方程式[Co(NH3)6]Cl3＋3NaOH====Co(OH)3+6NH3++6NaClCo(OH)3+3HCl====Co3++3H2O2Co3++2I-====2Co2++I2I2+2S2O32-====2I-+S4O62-得Co3+与Na2S2O3的计量比为1：16故样品中样重100093.58%322322OSNaOSNaVCCo%1002007.0100093.5884.3102393.0=22.37%1mol样品中所含钴的物质的量为22.37%02.193.58/5.267mol4.氯的测定已标定AgNO3的浓度为0.031mol/L，滴定所需V=23.71ml样重m[Co(NH3)6]Cl3=0.2189/4=0.05473g根据反应方程式Ag++Cl-=AgCl(白色)2Ag++CrO42-=Ag2CrO4（砖红色）所以Cl-与AgNO3的计量比为1：1故样重10005.35%AgNO3AgNO3VCCl%67.47%10005473.010005.3571.23031.01mol样品中所含氯的物质的量为47.67%*267.5/35.5=3.6mol[Co(NH3)6]Cl3的含量测定结果汇总氨钴氯实验结果40.95%22.37%47.66%[Co(NH3)6]Cl3的理论结果38.13%22.06%39.81%偏差2.82%0.31%7.85%相对偏差7.40%1.41%19.72%摩尔比氨：钴：氯=6.4：1.02：3.6样品的实验式[Co（NH3）6..3]Cl3.535.[Co(NH3)6]Cl3的最大吸收波长、及其颜色的确定⑴、不同波长与吸光度值表：波长400420440455460465470475480485490495500520540560580600吸光度0.2020.3030.5820.8560.9050.9620.9880.9990.9900.9560.9020.8390.7480.3930.1450.0480.0210.013（2）、作出图如下：7吸光度与波长的对应关系图00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.1350400450500550600650系列1⑶分析由上图。可知.[Co(NH3)6]Cl3的最大吸收光是波长为475nm左右的蓝光，所以化合物呈现的颜色是蓝色的补色黄色。对应的分裂能E=hc/入=6.6256*10^-34*3*10^8/(475*10^-9)*6.02*10^23KJ.mol-1=251.6kJ.mol-1六.结果讨论差与误分析1.产率较低，原因是：（1）制备过程中有损失。比如晶体未完全析出或晶体析出后再溶解。（2）过度加热，致使样品分解。（3）抽滤时有残留。未全部转移。（4）过滤时速度慢（5）冷却时不充分2.组份测定中，样品实验式与.[Co(NH3)6]Cl3有差异，原因是：（1）HCl的浓度标定错了，导致误差较大（2）测定时引入的误差。尤其是滴定体积控制不准（3）在测氯的过程中滴定过量，造成较大误差（4）产品中可能有其他物质，比如二氯化五氨合钴。七.注意事项1.在使用试剂或药品前一定要确保其没有失效，对一些试剂要现用现配。2.活性炭在使用前一定要充分研磨以提供较大的比表面积。3.在进行一步操作之前一定要确保已经具备了