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无机化学综合实验内容2010-07-05.doc
教 学 做 内 容 备 注 实验八 三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备、
组成测定及表征
一、教学要求
1. 加深对Fe2+, Fe3+化合物性质的了解。
2. 掌握配合物的制备,定性,定量化学分析的基本操作。
3*. 熟悉热重,差热分析,磁化率测定,红外光谱分析,X射线粉末衍射分析的操作技术。
4. 掌握确定化合物化学式的基本原理和方法。
5. 通过综合实验的基本训练,培养学生分析与解决较复杂问题的能力。
二、实验注意事项
1. KOH称取必须用玻璃器皿。
2. Fe(OH)3过滤用快速滤纸。
3. 重结晶注意溶剂量。
三、实验原理
1、制备
三草酸合铁(Ⅲ)酸钾为翠绿色单斜晶系晶体,溶于水(溶解度为:0℃时,4.7g/100 g水;100℃时,117.7g/100 g水),难溶于乙醇。110℃时失去结晶水,230℃时分解,该配合物对光敏感,室温光照变黄色,进行下列光化学反应:
它在日光直射或强光下分解生成的草酸亚铁遇六氰合铁(Ⅲ)酸钾生成藤氏蓝,反应为:
因此,在实验室中可作成感光纸,进行感光实验。另外,由于它的光化学活性,能定量进行光化学反应,常用作化学光量计。
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硫酸亚铁铵,加草酸制得草酸亚铁后,在过量草酸根存在下用过氧化氢氧化制得三草酸合铁(Ⅲ)酸钾。
方法⑴:以硫酸亚铁铵为原料,加草酸制得草酸亚铁后,在过量草酸根存在下用过氧化氢氧化制得三草酸合铁(Ⅲ)酸钾。其反应方程式如下:
(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O+H2C2O4→FeC2O4·2H2O(s,黄色)+(NH4)2SO4+H2SO4+4H2O
6FeC2O4··2H2O+3H2O2+6K2C2O4→4K3[Fe(C2O4)3]·3 H2O+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。
方法⑵:由铁(II)盐为起始原料,通过氧化还原、沉淀、酸碱、配位反应多步转化,最后制得三草酸合铁(Ⅲ)酸钾K3[Fe(C2O4)3]·3H2O 配合物。主要反应为:
Fe(OH)3+3KHC2O4=K3[Fe(C2O4)3]+3H2O
三草酸合铁(Ⅲ)配离子是较稳定的, K稳=1.58×1020。
2.产物的定性分析
产物组成的定性分析,有化学分析和红外吸收光谱两种方法。
⑴ 外界离子的确定: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)
⑵ 内界离子的确定:Fe3+与KSCN反应生成血红色的Fe(NCS)3-nn ;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。
⑶ 结晶水的确定:结晶水的吸收带在3550~3200 cm-1之间,一般在3450 cm-1附近。通过红外谱图的对照,不难得出定性分析的结果。
⑷ 草酸根和结晶水可通过红外光谱分析确定其存在:草酸根形成配合物,红外吸收的振动频率和谱带归属为:
频率(/cm-1
谱带归属
1712,1677,1649
羰基C=O的伸缩振动吸收带
1390,1270,1255,885
C-O伸缩及-O-C=O弯曲振动
797,785
O-C=O弯曲及M-O键的伸缩振动
528
C-C的伸缩振动吸收带
498
环变形O-C=O弯曲振动
366
M-O伸缩振动吸收带
3. 产物的定量分析
用KMnO4法测定产品中Fe3+含量和C2O42-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标准液的消耗量可直接计算出C2O42-的质量分数, 其反应为:
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+, 再用KMnO4标准溶液滴定Fe2+, 其反应为:
Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+
5Fe2+ + MnO4-+8H+=5 Fe3++ Mn2++4 H2O
根据KMnO4标准溶液的消耗量,可计算出Fe3+的质量分数。
根据
可确定Fe3+与C2O42-的配位比。
4. 产物的表征
通过对配合物磁化率的测定,可推算出配合物中心离子的未成对电子数,进而推断出中心离子外层电子的结构,
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