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:

2 K3[Fe(C2O4)3] →3 K2C2O4+ 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)+(NH42SO4+H2SO4+4H20

6FeC2O4·2H2O+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:

2 Fe(OH)3+3 H2C2O4+3 K2C2O4→2 K3[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(250 mL),酸式滴定管(50mL)

药品:H2SO4(2 mol?L-1),HC2O4(61mol?L-1),H2O2(3%),(NH4)Fe(SO4)2·6H2O (s),K2C2O4(饱和),KSCN(0.1 mol?L-1),CaCl2(0.5 mol?L-1),FeCl3(0.1 mol?L-1),Na3[Co(NO2)6] , KMnO4标准溶液(0.02 mol?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1.5mL

2 mol?L-1 H2SO4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1mL Na3[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0.1 mol?L-1 KSCN,观察现象。在装有产物溶液的试管中加入3滴2 mol?L-1 H2SO4,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0.5 mol?L-1 CaCl2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0.5 h)-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15mL2 mol?L-1 H2SO4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0.0200 mol?L-1 KMnO4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0.0200 mol?L-1 KMnO4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

2、产物定量分析

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?

 

第二篇:实验 三草酸合铁合铁酸钾的合成和组成分析

实验  三草酸合铁(III)酸钾的合成和组成分析

一、实验目的:

  1、了解三草酸合铁(III)酸钾的合成方法。

  2、掌握确定化合物化学式的基本原理和方法。

  3、巩固无机合成、滴定分析和重量分析的基本操作。

二、原理

  三草酸合铁(III)酸钾K3[Fe(C2O4)3] ·3H2O为亮绿色单斜晶体,易溶于水而难溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。受热时,在110℃下可失去结晶水,到230℃即分解。本实验首先利用(NH4)2Fe(SO4)2与H2C2O4反应制取FeC2O4

(NH4)2Fe(SO4)2 + H2C2O4 =FeC2O4 + (NH4)2SO4 + H2SO4

在过量K2C2O4 存在下,用H2O2氧化FeC2O4即可制得产物

FeC2O4  + 3 K2C2O4 + 3 H2O2 =4 K3[Fe(C2O4)3] + 2Fe(OH)3 (s)

反应中同时产生的Fe(OH)3 可加入适量的H2C2O4 也将其转化为产物

2Fe(OH)3 + 3 K2C2O4 + 3 H2C2O4 = 2 K3[Fe(C2O4)3] + 6H2O

利用如下的分析方法可测定该配合物各组分的含量,通过推算便可确定其化学式。

1、用重量分析法测定结晶水含量

   将一定量产物在110℃下干燥,根据失重的情况即可计算出结晶水的含量。

2、用高锰酸钾法测定草酸根含量

   C2O42-在酸性介质中可被MnO4-定量氧化:

     5 C2O42- + 2 MnO4- + 16H+ = 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O

用已知浓度的KMnO4标准溶液滴定C2O42-,由消耗KMnO4的量,便可计算出C2O42-的含量。

3、用高锰酸钾法测定铁含量

   先用Zn粉将Fe3+还原为Fe2+ ,然后用KMnO4标准溶液滴定Fe2+

   由消耗KMnO4的量,便可计算出Fe3+的含量。

4、确定钾含量

   配合物减去结晶水、C2O42-、Fe3+的含量即为K+的含量。

三、实验用品

仪器 分析天平 、烘箱

试剂  H2SO4(6mol·L-1),H2C2O4(饱和),K2C2O4(饱和),H2O2(w为0.05),C2H5OH(w为0.95和0.5),KMnO4标准溶液(0.02mol·L-1),(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O(s),Zn粉,丙酮

四、实验步骤

(一)三草酸合铁(III)酸钾的合成

  将5g(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O(s)溶于20mL水中,加入5滴6 mol·L-1 H2SO4酸化,加热使其溶解。在不断搅拌下再加入25mL饱和H2C2O4溶液,然后将其加热至沸,静置。待黄色的FeC2O4沉淀完全沉降后,倾去上层清液,再用倾析法洗涤沉淀2~3次,每次用水约15mL。

  在上述沉淀中加入10mL饱和K2C2O4溶液,在水浴上加热至40℃,用滴管缓慢地滴加12mL质量分数为0.05H2O2溶液,边加边搅拌并维持温度在40℃左右,此时溶液中有棕色的Fe(OH)3沉淀产生。加完H2O2后将溶液加热至沸,分两批共加入8mL饱和H2C2O4溶液(先加入5mL,然后慢慢滴加3mL),这时体系应该变成亮绿色透明溶液(体积控制在30mL左右)。如果体系浑浊可趁热过滤。在滤液中加入10mL质量分数为0.95的乙醇,这时溶液如果浑浊,微热使其变清。放置暗处,让其冷却结晶。抽滤,用质量分数为0.5的乙醇溶液洗涤晶体,再用少量的丙酮淋洗晶体两次,抽干,在空气中干燥。称量,计算产率。产物应避光保存。

(二)组成分析

1、结晶水含量的测定

自行设计分析方案测定产物中结晶水含量。

提示:(1)产物在110℃下烘1h,结晶水才能全部失去。

     (2)有关操作可参考“五水硫酸铜结晶水的测定”

2、草酸根含量的测定

自行设计分析方案测定产物中C2O42-含量。

提示:(1)用高锰酸钾滴定C2O42-时,为了加快反应速率需升温至75~85℃,但不能超过85℃,否则H2C2O4易分解。H2C2O4=H2O + CO2+ CO

     (2)滴定完成后保留滴定液,用来测定铁含量。

3、铁含量测定

自行设计分析方案测定保留液中的铁含量。

提示:(1)加入的还原剂Zn粉需过量。为了保证Zn能把Fe3+完全还原为Fe2+,反应体系需加热。Zn粉除与Fe3+反应外,也与溶液中H+反应,因此溶液必须保持足够的酸度,以免Fe3+、Fe2+等水解而析出。

     (2)滴定前过量的Zn粉应过滤除去。过滤时要做到使Fe2+定量地转移到滤液中,因此过滤后要对漏斗中的Zn粉进行洗涤。洗涤液与滤液合并用来滴定。另外,洗涤不能用水而要用稀H2SO4(为什么?)

4、钾含量确定

由测得H2O,C2O42-含量,Fe3+的含量可计算出K+的含量,并由此确定配合物的化学式。

五、思考题

1、合成过程中,滴完H2O2后为什么还要煮沸溶液?

2、合成产物的最后一步,加入质量分数为0.95的乙醇,其作用是什么?能否用蒸干溶液的方法来取得产物?为什么?

3、产物为什么要经过多次洗涤?洗涤不充分对其组成测定会产生怎样的影响?

4、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O可用加热脱水法测定其结晶水含量,含结晶水的物质能否都可用这种方法进行测定?为什么?

 

相关推荐