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三草酸合铁(Ⅲ)酸钾合成与组成测定——《基础化学综合实验》实验报吿三草酸合铁(Ⅲ)酸钾合成与组成测定1前言1.1实验目的（1）了解三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备原理，设计由Fe粉制备三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的实验方案。（2）掌握配制高锰酸钾溶液、EDTA溶液的方法以及标定配好的溶液。（3）采用重量分析法测定试样中结晶水的含量。（4）掌握氧化还原滴定的原理，利用高锰酸钾连续滴定法测定试样中C2O42-和Fe3+的含量以及利用EDTA法测定试样中Fe3+的含量。（5）掌握分光光度法测定的原理，用标准曲线法测定试样中Fe的含量。（6）学会使用电导率仪并测定电导率。（7）训练综合实验的能力，学会查阅文献，设计制备分析无机化合物的方法。了解相关的仪器分析方法。1.2实验原理本实验用Fe与H2SO4反应生成FeSO4，加入(NH4)2SO4，使之形成较稳定的复盐硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2?6H2O(浅绿色晶体)。涉及到的反应方程式为：Fe+H2SO4(稀)=FeSO4+H2↑FeSO4+(NH4)2SO4+6H2O=FeSO4·(NH4)2SO4?6H2O(NH4)2Fe(SO4)2?6H2O与H2C2O2作用生成FeC2O2，再用H2O2氧化后制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体{K3[Fe(C2O4)3]?3H2O}，为翠绿色晶体。采用重量分析法分析试样中结晶水的含量；用KMnO4作氧化剂，采用氧化还原滴定法测定试样中C2O42-和Fe3+的含量；同时再用EDTA法和分光光度法测定Fe的含量，比较不同方法的结果。最后测定电导率。1.3相关性质硫酸亚铁[FeSO4]为蓝绿色单斜结晶或颗粒，无气味，相对分子质量278.02。在干燥空气中风化，在潮湿空气中表面氧化成棕色的碱式硫酸铁，在56.6℃成为四水合物，在65℃时成为一水合物。溶于水，几乎不溶于乙醇。硫酸亚铁可用于色谱分析试剂、点滴分析测定铂、硒、亚硝酸盐和硝酸盐。硫酸亚铁还可以作为还原剂、制造铁氧体、净水、聚合催化剂、照相制版等。硫酸亚铁铵[FeSO4·(NH4)2SO4?6H2O]俗名为莫尔盐、摩尔盐，简称FAS，相对分子质量392.14，蓝绿色结晶或粉末。对光敏感。在空气中逐渐风化及氧化。溶于水，几乎不溶于乙醇。低毒，有刺激性。三草酸合铁（Ⅲ）酸钾{K3[Fe(C2O4)3]?3H2O}为翠绿色的单斜晶体，相对分子质量491.26，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制备实验2.1仪器与药品2.1.1主要仪器数显鼓风干燥箱（DGG-9070B上海森信实验仪器有限公司），分析天平(FA1004上海跃进医疗器械厂)，分光光度计(721上海精密科学仪器有限公司），电导率仪(STARTER3100C奥豪斯仪器（上海）有限公司)，恒温水浴锅，抽滤瓶，布氏漏斗，真空泵，干燥器，比色皿，吸量管（5mL），烧杯（100mL、250mL、400mL、1000mL），锥形瓶（250mL），温度计，玻璃漏斗，滤纸，移液管（25mL），洗瓶，洗耳球，容量瓶，酸式滴定管，量筒（10mL、50mL），胶头滴管，试剂瓶，称量瓶，酒精灯。2.1.2主要药品H2SO4(AR)，H2C2O4(AR)，KMnO4(AR)，（NH4)2SO4(CP)，Na2C2O4(AR)，K2C2O4(AR)，H2O2(AR)，Zn粉(AR)，ZnO(AR)，HCl(AR)，还原Fe粉(AR)，Fe3+标准溶液(100μg/ml)，NH3·H2O(1:1)，磺基水杨酸(200g/L)，铬黑T，酒精，冰。2.2硫酸亚铁铵的制备称取5.0g左右的还原铁粉，倒入100mL小烧杯中，向盛有铁粉的小烧杯中加入35mL3mol/LH2SO4溶液。盖上表面皿，在电炉上小火加热，直至不再有小气泡冒出为止，且溶液呈淡绿色，注意反应时间不宜过长，在加热过程中应不断补充失去的水。趁热抽滤，滤液立即转移至蒸发皿中。向蒸发皿中加入10.0g左右的硫酸铵固体，混合均匀，再加3mol/LH2SO4溶液调节PH为1-2，小火蒸发浓缩至表面出现微晶膜为止，注意蒸发过程中不搅拌，防止暴沸，冷却至室温后抽滤。2.3三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备称取10.0g自制的硫酸亚铁铵固体，放入250mL烧杯中，加入30mL去离子水和5-10滴3mol/LH2SO4溶液加热使之溶解。然后再加入50mL饱和草酸溶液（4.6g/46mL），加热至沸腾，并不断搅拌、静置，便得到黄色FeC2O4·2H2O沉淀，静置沉降后，用倾析分离法弃去上清液，用去离子水洗涤沉淀，沉淀中加入20mL饱和的K2C2O4溶液（8g/20mL），水浴加热至40℃，用滴管缓慢滴加20mL6%的H2O2，边加边搅拌并维持在40℃左右，溶液中有棕色氢氧化铁沉淀产生。加热至接近沸腾2-3min，冷却到80℃左右，分两批次加入16mL饱和H2C2O4（1.6g/16mL），先加入10mL，再慢慢边搅拌边滴加剩下6mL，至沉淀消失，此时体系应变为亮绿色透明溶液，用表面皿盖好，放在暗处，静置过夜。第二天自然冷却结晶析出晶体，晶体不多量的话可以用冰水浴使之降温析出更多晶体。抽滤晶体，用滤纸吸去多余水分后称量晶体重量并且计算产率。3组成分析3.1含水量分析（重量分析法）取两个洁净的称量瓶，做好标记后在110℃烘箱中干燥半小时，置于干燥器中冷却至室温，在分析天平上准确称量。在已恒重的两个称量瓶中，各准确称取0.5-0.6g产品，在110℃烘箱中干燥1小时，置于干燥器中冷却至室温，准确称量。再在110℃烘箱中干燥半小时，置于干燥器中冷却至室温，准确称量。直至质量恒重，两次称量结果相差在±1mg之间。根据称量结果，计算结晶水的质量分数。1号瓶2号瓶m010.38978.4516m110.70578.9190m210.67038.8671m310.66938.8673ω1=10.7057−10.669310.7057−10.3897=11.52%ω2=8.9190−8.86718.9190−8.4516=11.10%ω=ω1+ω22=11.31%3.2高锰酸钾法测C2O42-和Fe3+的含量3.2.1KMnO4溶液配制称取3.16g高锰酸钾固体，充分溶解于1000mL水中，转移到棕色试剂瓶中贮存。摇匀后即可标定和使用。KMnO4溶液标定3.2.2KMnO4溶液标定准确称取0.15-0.2g基准Na2C2O4三份，分别置于已编好号的250mL锥形瓶中，加入50mL蒸馏水和10mL3mol/L的硫酸溶液，加热将温度控制在70-80℃之间，趁热立即用高锰酸钾溶液滴定。开始第一滴高锰酸钾加入后，褪色很慢，不断摇动锥形瓶，待红色褪去后，再滴入第二滴，待溶液中产生了Mn2+后，反应速度加快，滴定速率可适当加快，但仍需逐滴加入，接近终点时紫红色褪去很慢，应该慢滴，同时充分摇动溶液，小心滴定至溶液出现粉红色30s不褪色为终点。记下高锰酸钾的体积，平行滴定3份，体积差不超过2‰，以其平均值计算KMnO4溶液物质的量浓度。草酸钠质量(g)V1(mL)V2(mL)ΔV(mL)浓度(mol/L)平均值(mol/L)0.16521.1826.4625.280.019510.019500.15140.2223.4123.190.019490.15481.1225.3925.390.01820C=2𝑚5𝑉?𝑀M（Na2C2O4）=134g/mol3.2.3高锰酸钾滴定C2O42-含量称取0.15-0.20g样品三份于已编好号的250mL烧杯中，加入30mL蒸馏水和10-15mL3mol/LH2SO4溶液，加热将温度控制在70-80℃之间，用已标定的高锰酸钾溶液滴定至溶液出现粉红色，30s不褪色为止。记下高锰酸钾的体积，平行滴定3份，要求极差4‰。根据KMnO4溶液的体积，计算样品中C2O42-含量。样品质量（g）V1(mL)V2(mL)ΔV(mL)W平均值0.15250.7920.0019.2154.05%54.01%0.16180.6320.9820.3553.97%0.14071.0118.7217.7154.01%ω=2.5×𝑉?𝐶?𝑀𝑚(样品)M（C2O42-）=88.019g/mol3.2.4高锰酸钾滴定Fe3+含量将上面已测定过C2O42-含量的锥形瓶加热，直至近沸，加0.2-0.3g分析纯锌粉还原，直到溶液中的黄色消失，加热溶液2min以上，使溶液中的Fe3+离子已完全转化还原成Fe2+离子。趁热过滤，除去多余的锌粉，滤液放入另一干净的锥形瓶中，用15mL温水洗涤锌粉和滤纸，使Fe2+定量转移到滤液中，并将洗涤液也一并收集在上述锥形瓶中。再加入10-15mL3mol/LH2SO4溶液，加热至70-80℃冒热气，用已标定的高锰酸钾趁热滴定锥形瓶中含Fe2+的溶液，滴定至溶液出现粉红色，30s不褪色为终点。根据消耗KMnO4溶液的体积，计算样品中铁的含量。样品质量（g）V1(mL)V2(mL)ΔV(mL)ω平均值0.15251.194.132.9410.50%10.32%0.16184.166.602.448.21%0.14076.709.322.6210.14%ω=5×V?C?Mm(样品)M（Fe）=55.845g/mol3.3EDTA法测Fe3+含量3.3.1EDTA溶液配制在250mL烧杯中称取7.4gEDTA，加入150-200mL去离子水，加热溶解，待溶液冷却后，转入试剂瓶中，稀释至1000mL，充分摇匀，备用。3.3.2EDTA溶液标定称取0.4gZnO基准物于250mL烧杯中，加数滴水润湿，盖上表面皿，逐滴加入6mol/LHCl溶液，边加边搅拌至恰好完全溶解，完全溶解后冲洗表面皿和杯壁，定量转移至250mL容量瓶中，定容，摇匀。计算锌标准溶液的准确浓度。再用移液管准确移取25.00mL锌标准溶液于250mL锥形瓶中，加约30mL去离子水，仔细滴加1︰1NH3·H2O至开始出现白色沉淀，再加10mLNH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液（配制方法：将54gNH4Cl溶于适量水中，加350mL15mol/LNH3·H2O，稀释至1L）、2-3滴铬黑T（配制方法：将0.5g铬黑T溶于20mL三乙醇胺和80mL水中）指示剂，此时溶液呈酒红色，用待标定的EDTA标准溶液滴定至溶液呈纯蓝色，记下所消耗的EDTA溶液的体积。重复平行测定三次，计算EDTA标准溶液的浓度。V1(mL)V2(mL)ΔV(mL)浓度(mol/L)平均值0.8027.3026.500.019000.019024.0030.2126.210.019210.1626.8626.700.01886C(EDTA)=m(ZnO)V(EDTA)?M(ZnO)m(ZnO)=0.4099gM(ZnO)=81.39g/mol3.3.3EDTA滴定Fe3+含量准确称取已烘干的样品0.10-0.15g于250mL烧杯中，加入25mL水使样品溶解，加入6mol/L氨水使Fe(OH)3沉淀完全，加热至70-80℃冒热气，趁热过滤，用10mL水洗涤3次，使沉淀全都转移到滤纸上，滴加3mol/LHCl溶液使沉淀溶解,加30mL去离子水,再加入磺基水杨酸（50g/L）2mL，用已标定过的EDTA标准溶液滴定至紫红色变为淡黄色为终点，记下所消耗的EDTA溶液的体积。重复平行测定三份。根据消耗的EDTA溶液的体积，计算样品中铁的含量。样品质量（g）V1(mL)V2(mL)ΔV(mL)ω平均值0.10790.6213.6213.0012.79%11.065%0.112113.7025.5111.8111.19%0.11321.7213.3811.6610.94%ω(Fe)=V(EDTA)·C(EDTA)·M(Fe)m(样品)