三氯化六氨合钴的制备及其组成的测定

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验

报

告

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三氯化六氨合钴的制备及其组成的测定

一、实验目的

1.掌握三氯化六氨合钴（III）的合成及其组成测定的操作方法。

2.了解Co（Ⅱ）与Co（Ⅲ）的性质，了解配合物的杂化理论和晶体场理论。

3.练习三种滴定方法（酸碱滴定，氧化还原滴定，沉淀滴定）的操作。重新熟悉四大滴定的基本原理及优缺点。

4.加深理解配合物的形成对三价钴稳定性的影响。

5.了解标准溶液的配制及其标定并熟悉基本的化学实验操作和技能 1

二、实验原理

⑴. 配合物合成原理：

三氯化六氨合钴的化学式为[Co(NH3)6]Cl3，橙黄色晶体，20℃在水中的溶解度为0.26 mol·L-1

钴的性质：

①Co3+为正三价离子，d2sp3杂化，内轨型配合物。

②在酸性溶液中，Co3+具有很强的氧化性 ，易于许多还原剂发生氧化还原反应而转变成稳定的Co2+。

③[Co(NH3)6]3+离子是很稳定的，其K(稳)＝1.6×1035，因此在强碱的作用下（冷时）或强酸作用下基本不被分解，只有加入强碱并在沸热的条件下才分解。 [Co(NH3)6]Cl3 + 6 NaOH ==== 2 Co(OH)3 + 12 NH3↑+ 6 NaCl

④本实验以活性碳为催化剂，用过氧化氢氧化有氨和氯化铵存在的氯化钴溶液制备三氯化六氨合钴(Ⅲ)。

2CoCl2·6H2O +10NH3 ＋ 2NH4Cl＋H2O2 ====2[Co(NH3)6]Cl3 ＋14H2O （橙黄色）

⑤在水溶液中，电极反应φθ（Co3+/Co2+）=1.84V，所以在一般情况下，Co(Ⅱ)在水溶液中是稳定的，不易被氧化为Co(Ⅲ)，相反，Co(Ⅲ)很不稳定，容易氧化水放出氧φθ（Co3+/Co2+）=1.84 V > φθ（O2/H2O）=1.229 V。但在有配合剂氨水存在时，由于形成相应的配合物[Co(NH3)6]2+，电极电势φθ[Co(NH3)6]3+/ [Co(NH3)6]2+=0.1 V，因此CO(Ⅱ)很容易被氧化为Co(Ⅲ)，得到较稳定的Co（Ⅲ）配合物。

⑵. NH3的测定原理。

由于三氯化六氨合钴在强酸强碱（冷时）的作用下，基本不被分解，只有在沸热的条件下，才被强碱分解。所以试样液加NaOH溶液作用，加热至沸使三氯化六氨合钴分解，并蒸出氨。蒸出的氨用过量的2%硼酸溶液吸收，以甲基橙为指示剂，用HCl标准液滴定生成的硼酸氨，可计算出氨的百分含量。

[Co(NH3)6]Cl3＋3 NaOH====Co(OH)33++6 NaCl

NH3+H3BO3 ==== NH4H2BO3

NH4 H2BO3 + HCl ==== H3BO3 + NH4Cl

⑶. 钴的测定原理

利用3价钴离子的氧化性，通过典量法测定钴的含量

[Co(NH3)6]Cl3＋3 NaOH====Co(OH)33++6NaCl

Co(OH)3+3HCl==== Co3++3H2O

2 Co3++2I-====2 Co2++I2

I2 +2 S2O32- ====2 I-+ S4O62-

⑷.氯的测定原理

利用莫尔法即在含有Clˉ的中性或弱碱性溶液中，以K2CrO4作指示剂，用AgNO3标准溶液滴定Clˉ。由于AgCl的溶解度比AgCrO4小，根据分步沉淀原理，溶液中实现析出AgCl白色沉淀。当AgCl定量沉淀完全后，稍过量的Ag+与CrO4-生成砖红色的Ag2CrO4沉淀，从而指示站点的到达。

终点前：Ag++Cl-=AgCl (白色) Ksp=1.8×10-10

终点时：2Ag++CrO42-=Ag2CrO4（砖红色）Ksp=2.0×10-12

2

⑸ [Co(NH3)6]Cl3晶体场理论确定配合物颜色原理。

①中心离子与配体阴离子之间相互作用而非形成共价键

②中心离子Co的5个d轨道由于受周围配体NH3 负电场不同程度的排斥

作用能级分裂，dx^2-y^2，dz^2轨道能量升高，dxy,dxz,dyz,较前两个轨道升

高的低些

③晶体场理论能够解释配合物的颜色。由于Co的3d轨道没有填满，在NH3

的作用下d轨道发生分裂，当Co3+ 吸收可见光区某一波长的光发生d-d跃迁，

这时需要吸收E=hc/入 的分裂能。

三、仪器和药品

1. 试验仪器

台秤，分析天平， 恒温水浴锅， 凯氏定氮仪，抽滤装置一套，250ml 锥形

瓶，容量瓶（100ml，250ml），烧杯， 酸式滴定管，碱式滴定管，25ml移液管，

胶头滴管，PH试纸，干燥箱砵，玻璃棒，滤纸，碘量瓶，研钵,量筒

2. 药品

溶液：HCl标准溶液(0.2191 mol·L-1) ，Na2S2O3标准溶液(0.015 mol·L-1)， AgNO3标准溶液 (0.05324 mol·L-1)，HCl溶液(6 mol·L-1，浓)，3%硼酸溶液， NaOH(10％)溶液，NH3.H2O(浓)盐，K2CrO4溶液（2.5%)，H2O2溶液（5％) ，铬

酸钾溶液，C2H5OH(无水)

固体物质：硝酸银固体，CoCl2.6H2O，NH4Cl，KI固体，活性炭， 无水碳

酸钠，氯化钠， 冰块，

指示剂：甲基红溴甲酚绿，酚酞，淀粉溶液（5%），

四、实验步骤

1. [Co(NH3)6]Cl3的合成

①在锥形瓶中，将4.0g NH4Cl溶于8.4mL水中，加热至沸，加入6.0g

CoCl2·6H2O晶体，溶解后，加0.4g研细的活性炭，摇动锥形瓶使其混合均

匀。

②用流水冷却后，加入13.5ml浓氨水，再冷至283K以下，用滴管逐渐加入

13.5mL 5%H2O2溶液，水浴加热至323~333K，保持20min（此过程中要不断

摇晃），并不断旋摇锥形瓶。

③用水浴冷却至273K左右，抽滤，不必洗涤沉淀，直接把沉淀溶于50mL沸

水中（水中含1.7mL浓HCl）。趁热吸滤，慢慢加入6.7mL浓HCl于滤液中，

即有大量橘黄色晶体析出。

④用冰浴冷却后过滤。晶体以冷2mL 2mol·L-1的HCl洗涤，再用少许乙醇

洗涤，吸干。晶体在水浴上干燥，称量，计算产率。

2. 氨的测定

①用电子天平准确称取约0.2g样品于250ml锥形瓶中，加50ml去离子水溶

解，另准备50ml 2% H3BO3溶液于250ml锥形瓶中，

②在H3BO3溶液加入5滴甲基红溴甲酚氯指示剂，将两溶液分别固定在凯氏

定氮仪上，开启凯氏定氮仪，氨气开始产生并被H3BO3溶液吸收，吸收过程

中，H3BO3溶液颜色由浅绿色逐渐变为深黑色，当溶液体积达到100ml左右时，

可认为氨气已被完全吸收。

3

③用Na2CO3溶液标定准确浓度为0.3187mol/L的HCl溶液滴定吸收了氨气的H3BO3溶液，当溶液颜色由绿色变为浅红色时即为终点。读取并记录数据，计算氨的含量。

3.碘量法测定钴含量

① 用电子天平准确称取约0.2g样品于250ml锥形瓶中，加20 ml 水，10ml 10％ NaOH溶液，置于电炉微沸加热至无氨气放出（用PH试纸检验）。

②冷却至室温后，加入20ml水，转移至碘量瓶中，再加入 1g KI固体，15ml 6mol/LHCl溶液。立即盖上碘量瓶瓶盖。充分摇荡后，在暗处反应10min ③用已准确标定浓度的 Na2S2O3溶液滴至浅黄色时，再加入2 ml 2％淀粉溶液，继续滴至溶液为粉红色即为终点。计算钴的百分含量，并与理论值比较。

4..氯的测定

①用电子天平准确称取约0.2g样品溶解，然后用100ml容量瓶定容

②准确移取25.00ml溶液于另一锥形瓶中，加入1ml 5%的K2CrO4 溶液作为指示剂

③用已准确标定浓度的AgNO3溶液滴定至出现砖红色不再消失为止，即为终点，读取数据，计算氯的含量。

五.实验数据处理

1. [Co(NH3)6]Cl3的制备产率

得到产品m =0.87g，称取CoCl2样品m = 6g

根据2CoCl2·6H2O+10NH3 ＋ 2NH4Cl ＋ H2O2 ====2[Co(NH3)6]Cl3 ＋14H2O

理论产品质量为M?6.0?267.46=6.7g 237.93

产率?

0.87?100%?13.0%

6.7

m[Co(NH3)6]Cl3=0.2097g

根据反应方程式 [Co(NH3)6]Cl3＋3 NaOH====Co(OH)33++6 NaCl NH3+H3BO3 ==== NH4 H2BO3

NH4 H2BO3 + HCl ==== H3BO3 + NH4Cl

得HCl与NH3的计量比为 1：1

故样品中NH3%?CHcl?VHcl?17.03 1000?样重

?

0..2190mol/L?15.31L?17.03g/mol?100%=27.23% 1000?0.2097g4

3633

3 Co(OH)3+3HCl==== Co3++3 H2O

2 Co3++2I-====2 Co2++I2

I2 +2 S2O32- ====2 I-+ S4O62-

得Co3+与Na2S2O3的计量比为 1：1

样品中Co%?

CNa2S2O3?VNa2S2O3?58.930.015?46.50?58.93

?100% ?

1000?0.20751000?样重

=19.81%

Ag++Cl-=AgCl (白色)

2Ag++CrO42-=Ag2CrO4（砖红色） 所以Cl-与AgNO3的计量比为 1：1

0.0532?11.79?35.45

CAgNO3?VAgNO3?35.45??100%

故Cl%? 1000?0.0499

1000?样重

六.结果讨论差与误分析

1.产物产率较低，原因：

（1） 活性炭研磨不充分，催化活性降低，导致产率较低。 （2） 冰浴完抽滤时速度慢,部分沉淀溶解。 （3） 抽滤时锥形瓶中有残留。未全部转移。

（4） 趁热抽滤时速度太慢，温度降低，使得少量结晶析出。 （5） 实验中总有少量产物附着在滤纸上，导致产物的遗失。 （6） 冰浴，不充分。

5

2.氨组份测定中，含量测定较低，原因：

（1）蒸馏时仪器气密性不好，使其含量测定偏低。

（2）氨气时接受不完全

（3）HCL标准溶液的浓度的确定存在误差。

（4）在滴定溶液时存在滴定误差。

3.钴组分测定含量较低，原因：

（1）Na2S2O3标准溶液的浓度的确定存在误差。

(2)加热时PH>7，样品发应不完全。

（3）滴定时，终点颜色变化判断不准确导致滴定误差的出现。

4.氯组分测定含量较高，原因：

(1) 用AgNO3标准溶液滴定样品中的Cl时，首先会产生白色沉淀，随着AgNO3标准溶液加入，溶液逐渐变成乳黄色，当出现淡红棕色沉淀时不易被察觉，即滴定终点不利于判断，即滴定误差。

（2）在使用移液管，容量瓶，滴定管时由于操作不熟练，导致误差出现。

七.注意事项

1.在使用试剂或药品前一定要确保其没有失效，对一些试剂要现用现配。

2.活性炭在使用前一定要充分研磨以提供较大的比表面积。

3.在进行一步操作之前一定要确保已经具备了反应所需要的条件。

4.注意仪器使用时的注意事项，包括滴定管，移液管，容量瓶等。

5.注意一些常规药品的保存方法，比如，硝酸银溶液要保存在棕色瓶中。

6.标定标准溶液时一定要做好准备工作，包括标定时所需的仪器，药品等，还有注意事项。

八．实验心得体会

1.通过此次实验，我看到了很多自己在实验中所面对的问题，同时也学到了很多，作为一个实验者，一个严谨的心态是必需的，做实验绝对不能人云亦云，要有自己的看法，这样就要有充分的准备，若是做了也不知道是个什么实验，那么做了也是白做。实验总是与课本知识相关的 在实验过程中，我们应该尽量减少操作的盲目性提高实验效率的保证，有的人一开始就赶着做，结果却越做越忙，主要就是这个原因。在做实验时，开始没有认真吃透实验步骤，忙着连接实验仪器、添加药品，结果实验失败，最后只好找其他同学帮忙。 特别是在做实验报告时，因为实验现象出现很多问题，如果不解决的话，将会很难的继续下去，对于思考题，有不懂的地方，可以互相讨论，请教老师。

2.做实验应该认真按照实验讲义进行， 溶液认真添加， 不能出现丝毫差错，否则前功尽弃。并且在每一次实验之后，都要认真分析误差原因，应该用什么样的方法来进一步减少误差。若是需要计算类的， 则通过不同的数学方法计算出较为准确的实验结果。学习课本上的理论之后，再通过不同的实验，更进一步了解了化学之于应用的方法。并且锻炼了动手能力，并且思考怎样才能使实验更加完善，更进一步得到更为精确的实验结果。获得了许多宝贵的实验经验，相信会对以后的学习以及工作有很大的帮助。通过失败的实验，更加从中得到教训，应该养成认真严谨的科学作风以及学习态度。

3.我们做实验不要一成不变和墨守成规，应该有改良创新的精神。实际上，在弄懂了实验原理的基础上，我们的时间是充分的，做实验应该是游刃有余的， 6

如果说创新对于我们来说是件难事，那改良总是有可能的。

4.在实验中，与同组实验者的分工协作，共同完成实验，也是决定实验成败的关键。

附：

实验分工

7

 

第二篇：三氯化六氨合钴(Ⅲ)的制备与组分含量测定

三氯化六氨合钴（Ⅲ）的制备与组分含量测定

一、 实验目的

1、 通过对产品的合成和组分的测定，确定配合物的实验式和

结构。

2、 了解如何通过文献查阅、设计实验方案、准备实验用品（包

括溶液的配制和标定、仪器的使用）、处理实验结果等全过程，提高独立分析问题、解决问题的综合能力。

3、 全面的基本操作训练的基础上，应用所学基本理论和实验

技能，独立完成设计实验方案、实验、观察实验现象、测定实验数据和总结讨论实验结果撰写实验论文这一完整过程。

二、 实验原理

在水溶液中，电对Co(Ⅲ)/Co(Ⅱ)的相应电极电势分别为 φ＝1.84V及φθ

BθA ＝0.17V ，因而在通常情况下，水溶液中Co(Ⅱ)

是稳定的。按照配位理论，六配位八面体场中，d6构型的Co3+ 在强场中的稳定化能要比d7构型的Co2+大，因而它们的六配位配合物往往是3价稳定性高于2价稳定性。或者说，生成六配位的低自旋配合物后，增加了Co2+的还原性。以钴的六氨配合物为例， ＝0.1V，说明在水合状态下不稳定的Co3+离子变为氨配合物后稳定性大为提高。事实上，空气中的氧即可将[Co(NH3)6]2+ 氧化为 [Co(NH3)6]3+ ：

2[Co(NH3)6]2+ ＋1/2O2＋H2O ＝2[Co(NH3)6]3+＋2OH- 但在实际制备中，很少用鼓空气于体系中的方法来进行氧化过程，这主要是因为氨的挥发性的缘故。常使用不致引入杂质的H2O2作氧化剂。

本实验利用活性炭的选择催化作用，在有过量氨和氯化铵存在下，以过氧化氢为氧化剂氧化Co(Ⅱ)溶液，制备标题化合物：

2[Co(H2O)]Cl2＋10NH3＋2NH4Cl＋H2O2＝2[Co(NH3)6]Cl3＋4H2O

为了除去产物中混有的催化剂，可将产物溶解在酸性溶液中，过滤除去活性炭，然后在高浓度盐酸存在下使产物结晶析出。

三氯化六氨合钴（Ⅲ）为橙黄色单斜晶体，293K下在水中饱和溶解度为0.26 mol·L-1 。在水溶液中，K不稳＝2.2×10-34；在室温下基本不为强碱或强酸所破坏，只有在煮沸的条件下，才为过量强碱以下式所分解。

2[Co(NH3)6]Cl3＋6NaOH＝2Co(OH)3＋12NH3 ＋6NaCl 本实验利用上述反应对配合物的组成进行测定：①用过量标准酸吸收反应中逸出的氨，再用标准碱反滴剩余的酸，从而测定出氨的含量；②过滤出Co(OH)3后，滤液中的Cl-与Ag+ 标准溶液作用，定量生成AgCl沉淀，由Ag+标准溶液的消耗量可以确定样品中Cl- 的含量；③滤出的钴（Ⅲ）氢氧化物，在酸

性介质中与KI作用，定量析出I2，用标准Na2S2O3溶液滴定，

由下式计算Co的含量。

Co（OH）3＋3H+＋I-＝Co2+＋1/2I2＋3H2O

I2＋2S2O32-＝2I-＋S4O62-

三、 实验步骤

1、 三氯化六氨合钴(Ⅲ)的制备

称取6gNH4Cl溶于12mL水中，加热至沸，然后加入9g CoCl2.6H2O，热溶解后加入盛有0.5g活性炭的锥形瓶中。用水冷却后加20mL浓氨水，进一步用冰水冷却到10℃以下。慢慢加入8mL 10% H2O2，在水浴上加热到60℃，恒温20min，并不断摇荡，然后用水冷却。加入含有6mL 6mol/L HCl的75 mL水，加热至沸，沉淀溶解后趁热过滤，溶液中慢慢加入20mL 6mol/L HCl，即有大量橘黄色晶体析出。用冰水冷却晶体，然后过滤，并用少量冷的稀HCl洗涤晶体。抽干后转移到表面皿上，放置。称量待用，计算产率。

2、 产物组成的测定

将所得产物置于105℃下烘干。

（1）氨含量测定 在分析天平上准确称取0.2～0.3g三氯化六氨合钴(Ⅲ)样品，置于250mL锥形瓶中，加入80～100mL的水溶解。在另一锥形瓶中用移液管准确加入40.00mL标准HCl溶液(0.5mol.L-1)，将三角瓶置于冰水浴中。安全漏斗下端固定于一盛有4mL左右NaOH (10％)溶液的小试管内，使漏斗柄浸

入试管液面下2～3mm，整个过程中漏斗柄的出口不能暴露在液面上。试管口的塞子要多钻出一个连通孔，以便试管内与锥形瓶连通。往样品溶液中加入10mL NaOH(10％)溶液，塞紧锥形瓶口。以盛有标准HCl溶液的锥形瓶为接受器，将氨导管插入该接受器其液面下20～30mm。确认装置密封性合乎要求后，加热样品溶液，初用大火，至沸后改为小火，保持微沸状态约1小时。蒸出全部氨以后，拔掉氨导管，停止加热，用少量水将导管内外可能黏附的溶液洗入锥形瓶内，以甲基红为指示剂，用0.5 mol·L-1 NaOH标准溶液滴定剩余盐酸，从而求出样品中氨的含量。

（2）氯含量测定 将本实验 2(1)总蒸出氨的样品溶液中以中速定量滤纸过滤，并用水洗涤滤纸条及沉淀数次，沉淀供本实验2(3)钴含量测定之用。滤液承接于250mL锥形瓶中并以HNO3(6 mol·L-1) 酸化至pH5～6, K2CrO4(5%)为指示剂，用标准AgNO3(0.1 mol·L-1) 溶

液滴定其中Cl- 含量，从而计算出样品中的氯含量。

(3)钴含量的测定 将本实验2(2)中得到的三价氢氧化物沉淀连同滤纸一并转移到250mL 碘量瓶中，加50mL水，用玻璃棒将滤纸尽可能的搅碎，加入1g固体KI，摇荡使其溶解，再加入12mL HCl(6 mol·L-1)酸化，置暗处约10分钟。反应如下：

2Co(OH)3＋6H+＋2I-＝2Co2+＋I2＋6H2O

用0.1 mol·L-1标准Na2S2O3滴定析出的的I2，至滴定溶液为浅黄

色时，加2mL淀粉(1%)指示剂继续滴定至蓝色刚好消失为止。依据消耗的标准硫代硫酸钠的体积和浓度，即可计算出样品中钴的含量。为清除滤纸影响，可同时作空白实验。

（4）配合物电荷的测定 测该溶液的电导率

称取产品0.02g配成50mL溶液，在电导率仪上测定溶液的电导率,求出Λm确定离子个数和外界Cl-的个数。

-

根据上述分析结果，求出产品的实验式。

（5）钴的回收

将含有钴的废液收集到一起，加入过量NaOH溶液，钴会以的Co(OH)3形式沉降下来，加过量HCl于沉淀，然后将溶液蒸干，即得

CoCl2.6H2O。

四、注意事项

1、废液和固体废弃物倒入指定容器中。

2、在制备过程中要严格控制温度，防止副反应发生。

3、防止实验内界进入水和氯离子。