三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备与组成分析

三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备与组成分析一、目的要求了解三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备方法掌握确定化合物化学式的基本原理和方法巩固无机合成、滴定分析和重量分析的基本操作。了解古埃磁天平的原理和操作了解磁化率的意义，通过对一些物质的磁化率的测定，求出未成对电子数并判断中心离子的电子结构和成键类型二、实验原理制备原理方法一：以铁为原料制得硫酸亚铁铵，加草酸钾制得草酸亚铁后经氧化制得三草酸合铁（Ⅲ）酸钾。方法二：以硫酸铁与草酸钾为原料直接合成三草酸合铁（Ⅲ）酸钾。方法三：三氯化铁与草酸钾直接合成三草酸合铁（Ⅲ）酸钾。（最简便成熟的方法）分析原理结晶水含量的测定采用重量法。将一定量的产物在110℃干燥，根据失重情况即可计算结晶水的含量。C2O42含量的测定用KMnO4标准滴定溶液滴定C2O42离子5C2O42＋2MnO4－＋16H+=10CO2＋2Mn2+＋8H2O铁含量的测定先用Zn粉将Fe3+还原成Fe2+，过滤未反应Zn粉，然后用KMnO4标准滴定溶液滴定Fe2+离子，测得样品中Fe2+离子的含量：Fe3+＋Zn===Fe2+＋Zn2+5Fe2+＋MnO4－＋8H+===5Fe3+＋Mn2+＋4H2O钾含量的确定差减计算法。配合物减去结晶水、C2O42、Fe3+的含量后即为K+的含量。K3[Fe(C2O4)3]·3H2O中配阴离子电荷的测定阴离子树脂交换测定法（也可用电导法测定）。季胺盐型强碱性阴离子交换树脂(R－N+Cl－，R代表树脂母体)中的Cl－可以与溶液中的阴离子Xn进行交换：nRN+Cl－＋Xn==(RN+)n＋Xn＋nCl－当用准确称量的三草酸合铁(III)酸钾溶于水后，让其通过装有717型苯乙烯强碱性(氯型)阴离子交换树脂的交换柱时，便有一定摩尔的Cl－离子置换出来。收集后，以K2CrO4为指示剂，在中性或弱酸性溶液中进行（最适宜pH范围为6.5～10.5），用AgNO3标准滴定溶液滴定，求出Cl－离子的总摩尔数，即可求得配阴离子的电荷数n：n=Cl－离子摩尔数/配合物的摩尔数配合物中心体电子结构的确定（磁化率的测定）(1)具有未成对电子的物质都是顺磁性物质,其有效磁矩(μeff玻尔磁子)与分子中未成对电子数(n)的近似关系式为：eff如能通过实验求出μeff，便可推算出未成对电子数目，从而确定离子的电子排列情况。μeff为微观物理量，无法直接由实验测得，须将它与宏观物理量磁化率联系起来。有效磁矩与磁化率的关系为：eff=2.84式中：x——磁化率；M——相对分子质量；T——热力学温度，K。2)+(nnxMT(2)物质的磁化率可用古埃磁天平测量。古埃法测量磁化率的原理如下：顺磁性物质会被不均匀外磁场一端所吸引，而反磁性物质会被排斥，因此，将顺磁性物质或反磁性物质放在磁场中称量，其质量会与不加磁场时不同。顺磁性物质被吸引，其质量增加；反磁性物质被磁场排斥，其质量减少。求物质的磁化率较简便的方法是以顺磁性莫尔盐(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的磁化率为标准，控制莫尔盐与样品实验条件相同，此时待求物质的磁化率与莫尔盐的磁化率的关系如下式所示：式中：ms——装入样品管中的莫尔盐的质量，g；m——装入样品管中的待测样品的质量，g；△mS——莫尔盐加磁场前后质量的变化，g；△m——待测样品加磁场前后质量的变化，g。已知，T为热力学温度。通过上述各关系式，即可求得μeff，进而求出n，由此确定配离子的电子结构。三、主要用品制备采用方法三：台天平，加热装置，冰浴，抽滤装置，烧杯（100mL），量筒（10mL），K2C2O4·H2O（固），FeCl3·6H2O（0.40g•mL-1）组成分析天平，称量瓶，烘箱等。结晶水含量的测定。草酸根和铁含量的测定(KMnO4法)滴定管（棕色酸式），锥形瓶，过滤装置，c(1/5KMnO4)=0.1mol•L-1标准滴定溶液，锌粉，稀硫酸溶液。配阴离子电荷的测定离子交换柱，分析天平，容量瓶（100mL，棕色），锥形瓶，滴定管（棕色酸式），移液管，717型苯乙烯强碱性阴离子交换树脂（氯型），AgNO3（0.1mol•L-1标准滴定溶液，0.1mol•L-1），5%K2CrO4(5%)配合物中心体电子结构的确定（磁化率的测定）古埃磁天平（包括磁场、电光天平、励磁电源等）一套，样品管1支，装样品工具（包括研钵、角匙、小漏斗、玻棒）一套。试剂：莫尔盐(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O（AR），K3[Fe(C2O4)3]·3H2O（自制）四、实验步骤制备称取6克K2C2O4·H2O置于100mL烧杯中，注入10mL蒸馏水，加热，使K2C2O4·H2O全部溶解，继续加热至近沸腾时，边搅拌边加入4mL0.40g•mL-1FeCl3溶液。将此液置于冰水中冷却至5℃以下，即有大量晶体析出，以布氏漏斗抽滤，得粗产品。将粗产品溶于10mL热的蒸馏水中，趁热过滤，将滤液在冰水中冷却，待结晶完全后，抽滤，并用少量冰蒸馏水洗涤晶体。取下晶体，用滤纸吸干，并在空气中干燥片刻，称重，计算产率。组成分析（选做两个含量测定）K3[Fe(C2O4)3]·3H2O中草酸根含量的测定(KMnO4法)(1)高锰酸钾溶液的配制(0.02M)在台秤上称量1.6g的固体KMnO4，置于大烧杯中，加水至500mL（由于要煮沸使水蒸发，可适当多加些水），煮沸约1小时，静置冷却后用微孔玻璃漏斗或玻璃棉漏斗过滤，滤液装入棕色细口瓶中，贴上标签，一周后标定。保存备用。(2)高锰酸钾溶液的标定用Na2C2O4溶液标定KMnO4溶液准确称取0.12g基准物质Na2C2O4三份，分别置于250mL的锥形瓶中，加约60mL水和3mol·L-1H2SO415mL，盖上表面皿，在加热套中慢慢加热到70~80℃（刚开始冒蒸气的温度），趁热用高锰酸钾溶液滴定。开始滴定时反应速度慢，待溶液中产生了Mn2+后，滴定速度可适当加快，直到溶液呈现微红色并持续半分钟不褪色即终点。根据Na2C2O4的质量和消耗KMnO4溶液的体积计算KMnO4浓度。用同样方法滴定其它二份Na2C2O4溶液，相对平均偏差应在0.2％以内。(3)产物中草酸根含量的测定产物溶液的配制称取K3[Fe(C2O4)3]3H2O晶体2.7g于150ml烧杯中，加水，再加入3mol/LH2SO4溶液约1ml，溶解，定量转移至250ml容量瓶中，稀释至标线，摇匀。保存此溶液于暗处，待分析。含量测定移取K3[Fe(C2O4)3]3H2O试液25.00ml于250ml锥形瓶中，加入30ml水和3mol/LH2SO4溶液10ml，加热至80℃左右，趁热用KMnO4标准溶液滴定至浅粉红色，并在30秒内不褪色，即为终点。计算草酸根含量。配合物中心体电子结构的确定（磁化率的测定）莫尔盐与待测样品研细过筛备用。取一支干燥样品管挂在天平的挂钩上，调节样品管的高度，使样品管的底部对准磁铁的中心线。在不加磁场的情况下，称得空样品管的质量m。取下样品管，将研细的莫尔盐装入管中，样品的高度约15cm（准确到0.5mm），置于天平的挂钩上，在不加磁场的情况下称量得m1，接通电磁铁的电源，电流调至5A（磁通密度B约为0.5T），在该磁场强度下称得质量m2，并记录样品周围的温度。在相同磁场强度下，用自制产物取代莫尔盐重复步骤2。根据实验数据求出自制产物的μeff。由μeff确定自制产物中Fe3+的最外层电子结构。五、数据处理KMnO4浓度的测定产物中草酸根的含量产物磁化率的测定