实验二-三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备及组成测定

实验二、三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备及组成测定预习1、查阅资料，收集三草酸合铁（Ⅲ)酸钾的制备及组成测定方法。1、本设计实验中试剂的配制。2、所涉及试剂的化学性质、溶解度数据。3、KMnO4标准溶液的配制和标定。4、氧化还原滴定。实验目的1、初步了解配合物制备的一般方法。2、掌握用KMnO4法测定C2O42-与Fe3+的原理和方法。3、培养综合应用基础知识的能力。4、了解表征配合物结构的方法。实验要求1、因本实验中有Fe3+离子，会对地板、实验台水池染色，所以在实验过程中要注意，及时清理污染物。2、本设计实验中试剂的配制由学生自行完成。3、给出实验结果，写出产品外观及产量，计算产率，写出相关的反应方程式。4、提交产品及书面报告。实验提示1、制备三草酸合铁（Ⅲ)酸钾K3[Fe(C2O4)3]·3H2O为翠绿色单斜晶体，溶于水[溶解度：4.7g/100g(0℃),117.7g/100g(100℃)]，难溶于乙醇。110℃下失去结晶水，230℃分解。该配合物对光敏感，遇光照射发生分解：2K3[Fe(C2O4)3]→3K2C2O4+2K2C2O4+2CO2(黄色)三草酸合铁（Ⅲ)酸钾是制备负载型活性铁催化剂的主要原料，也是一些有机反应的良好催化剂，在工业上具有一定的应用价值。其合成工艺路线有多种。例如，可用三氯化铁或硫酸铁与草酸钾直接合成三草酸合铁（Ⅲ)酸钾，也可以铁为原料制得三草酸合铁（Ⅲ)酸钾。本实验以实验二十四制得的硫酸亚铁铵为原料，采用后一种方法制得本产品。其反应方程式如下：(NH4)Fe(SO4)2·6H2O+H2C2O4→FeC2O4·2H2O(s,黄色)+（NH4）2SO4+H2SO4+4H206FeC2O4·2H2O+3H2O2+6K2C2O4→4K3[Fe(C2O4)3]·3H2O+2Fe(OH)3(s)加入适量草酸可使Fe(OH)3转化为三草酸合铁（Ⅲ)酸钾：2Fe(OH)3+3H2C2O4+3K2C2O4→2K3[Fe(C2O4)3]·3H2O加入乙醇，放置即可析出产物的结晶。2、产物的定性分析产物的定性分析，采用化学分析法K+与Na3[Co(NO2)6]在中性或稀醋酸介质中，生成亮黄色的K2Na[Co(NO2)6]沉淀：2K++Na++[Co(NO2)6]3-=K2Na[Co(NO2)6](s)Fe3+与KSCN反应生成血红色Fe(NCS)n3-n,C2O42-与Ca2+生成白色沉淀CaC2O4,可以判断Fe3+,C2O42-处于配合物的内层还是外层。3、产物的定量分析用KMnO4法测定产品中的Fe3+含量和C2O42-的含量，并确定Fe3+和C2O42-的配位比。在酸性介质中，用KMnO4标准溶液滴定试液中的C2O42-，根据KMnO4标准溶液的消耗量可直接计算出C2O42-的质量分数，其反应式为：5C2O42-+2MnO4-+16H+=10CO2+2Mn2++8H2O在上述测定草酸根后剩余的溶液中，用锌粉将Fe3+还原为Fe2+，再利用KMnO4标准溶液滴定Fe2+，其反应式为：Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+5Fe3++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O根据KMnO4标准溶液的消耗量，可计算出Fe3+的质量分数。根据n(Fe3+):n(C2O42-)=[ω(Fe3+)/55.8]:[ω(C2O42-)/88.0]可确定Fe3+与C2O42-的配位比。仪器、药品及材料仪器：托盘天平，电子分析天平，烧杯（100mL,250mL），量筒（10mL,100mL），玻璃棒，长颈漏斗，布氏漏斗，吸滤瓶，真空泵，表面皿，称量瓶，干燥器，烘箱，锥形瓶（250mL），酸式滴定管（50mL）药品：H2SO4(2mol•L-1)，HC2O4（61mol•L-1），H2O2（3%），(NH4)Fe(SO4)2·6H2O(s)，K2C2O4(饱和)，KSCN（0.1mol•L-1），CaCl2(0.5mol•L-1)，FeCl3(0.1mol•L-1)，Na3[Co(NO2)6],KMnO4标准溶液(0.02mol•L-1，自行标定)，乙醇(95%)，丙酮实验步骤1、三草酸合铁（Ⅲ)酸钾的制备（1）制取FeC2O4·2H2O称取6.0g(NH4)Fe(SO4)2·6H2O放入250mL烧杯中，加入1.5mL2mol•L-1H2SO4和20mL去离子水，加热使其溶解。另称取3.0gH2C2O4·2H2O放到100mL烧杯中，加30mL去离子水微热，溶解后取出22mL倒入上述250mL烧杯中，加热搅拌至沸，并维持微沸5min。静置，得到黄色FeC2O4·2H2O沉淀。用倾斜法倒出清夜，用热去离子水洗涤沉淀3次，以除去可溶性杂质。（2）制备K3[Fe(C2O4)3]·3H2O在上述洗涤过的沉淀中，加入15mL饱和K2C2O4溶液，水浴加热至40℃,滴加25mL3%的H2O2溶液，不断搅拌溶液并维持温度在40℃左右。滴加完后，加热溶液至沸以除去过量的H2O2。取适量上述（1）中配制的HC2O4溶液趁热加入使沉淀溶解至呈现翠绿色为止。冷却后，加入15mL95%的乙醇水溶液，在暗处放置，结晶。减压过滤，抽干后用少量乙醇洗涤产品，继续抽干，称量，计算产率，并将晶体放在干燥器内避光保存。2、产物的定性分析（1）K+的鉴定在试管中加入少量产物，用去离子水溶解，再加入1mLNa3[Co(NO2)6]溶液，放置片刻，观察现象。（2）Fe3+的鉴定在试管中加入少量产物，用去离子水溶解，另取一支试管加入少量的FeCl3溶液。各加入2滴0.1mol•L-1KSCN，观察现象。在装有产物溶液的试管中加入3滴2mol•L-1H2SO4，再观察溶液颜色有何变化，解释实验现象。（3）C2O42-的鉴定在试管中加入少量产物，用去离子水溶解，另取一支试管加入少量的K2C2O4溶液。各加入2滴0.5mol•L-1CaCl2溶液，观察实验现象有何不同。3、产物组成的定量分析（1）结晶水质量分数的测定洗净两个称量瓶，在110℃电烘箱中干燥1h，置于干燥器中冷却，至室温时在电子分析天平上称量。然后再放到110℃电烘箱中干燥0.5h，即重复上述干燥-冷却-称量操作，直至质量恒定（两次称量相差不超过0.3mg）为止。在电子分析天平上准确称取两份产品各0.5-0.6g,分别放入上述已质量恒定的两个称量瓶中。在110℃电烘箱中干燥1h，然后置于干燥器中冷却，至室温后，称量。重复上述干燥（改为0.5h）-冷却-称量操作，直至质量恒定。根据称量结果计算产品结晶水的质量分数。（2）草酸根质量分数的测量在电子分析天平上追却称取两份产物（约0.15-0.20g）分别放入两个锥形瓶中，均加入15mL2mol•L-1H2SO4和15mL去离子水，微热溶解，加热至75-85℃（即液面冒水蒸气），趁热用0.0200mol•L-1KMnO4标准溶液滴定至粉红色为终点（保留溶液待下一步分析使用）。根据消耗KMnO4溶液的体积，计算产物中C2O42-的质量分数。（3）铁质量分数的测量在上述保留的溶液中加入一小匙锌粉，加热近沸，直到黄色消失，将Fe3+还原为Fe2+即可。趁热过滤除去多余的锌粉，滤液收集到另一锥形瓶中。继续用0.0200mol•L-1KMnO4标准溶液进行滴定，至溶液呈粉红色。根据消耗KMnO4溶液的体积，计算Fe3+的质量分数。根据（1）、（2）、（3）的实验结果，计算K+的质量分数，结合实验步骤2的结果，推断出配合物的化学式。数据记录与处理1、产物定性分析试剂现象Na3[Co(NO2)6]0.1mol•L-1KSCN0.5mol•L-1CaCl2K+的鉴定Fe3+的鉴定C2O42-的鉴定2、产物定量分析项目产物的重量KMnO4标准溶液消耗的体积配合物的化学式结晶水质量分数草酸根质量分数铁质量分数思考题1、如何提高产率？能否用蒸干溶液的办法来提高产率？2、用乙醇洗涤的作用是什么？3、如果制得的三草酸合铁（Ⅲ)酸钾中含有较多的杂质离子，对三草酸合铁（Ⅲ)酸钾离子类型的测定将有何影响?4、氧化FeC2O4·2H2O时，氧化温度控制在40℃，不能太高。为什么？