草酸根合鐵(Ⅲ)酸鉀的制備及表征

1、草酸根合鐵（）酸鉀的制備及表征醫(yī)藥化工學院 化學教育專業(yè) 學生： xxx 指導老師：xxx1前言 草酸根合鐵（）酸鉀最簡單的制備方法是由三氯化鐵和草酸鉀反應(yīng)制得。要確定所得配合物的組成，必須綜合應(yīng)用各種方法。化學分析可以確定各組分的質(zhì)量分數(shù)，從而確定化學式。草酸根合鐵（）酸鉀比重2.138。加熱至100時失去全部結(jié)晶水，230時分解。溶于水，不溶于乙醇。性狀：亮綠色單斜晶體，易溶于水，難溶于醇，對光敏感，加熱至100開始失去結(jié)晶水，溫度更高開始分解，水溶液中光照能釋放出氧氣。將光照射其水溶液，生成相應(yīng)的亞鐵離子和碳酸。由鐵鹽與草酸鉀溶液作用而得。用途：攝影、電鍍業(yè)、化學試劑、有機合成、科研。用

2、于測定光量。2實驗部分2.1 實驗?zāi)康?通過本實驗達到以下目的：了解配合物組成分析和性質(zhì)表征的方法和手段；用化學分析、熱分析、電荷測定、磁化率測定、紅外光譜等方法確定草酸根合鐵（）酸鉀組成，掌握某些性質(zhì)與有關(guān)結(jié)構(gòu)測試的物理方法。2.2 實驗原理 草酸根合鐵（）酸鉀最簡單的制備方法是由三氯化鐵和草酸鉀反應(yīng)制得。草酸根合鐵（）酸鉀為綠色單斜晶體，水中溶解度0時為4.7g100g-1，100時為118g100g-1，難溶于C2H5OH。100時脫去結(jié)晶水，230時分解。要確定所得配合物的組成，必須綜合應(yīng)用各種方法?；瘜W分析可以確定各組分的質(zhì)量分數(shù)，從而確定化學式。 配合物中的金屬離子的含量一般可通過

3、容量滴定、比色分析或原子吸收光譜法確定，本實驗配合物中的鐵含量采用磺基水楊酸比色法測定。 配體草酸根的含量分析一般采用氧化還原滴定法確定（高錳酸鉀法滴定分析）；也可用熱分析法確定。紅外光譜可定性鑒定配合物中所含有的結(jié)晶水和草酸根。用熱分析法可定量測定結(jié)晶水和草酸根的含量，也可用氣相色譜法測定不同溫度時熱分解產(chǎn)物中逸出氣體的組分及其相對含量來確定。 對于一種新的配合物的確認還需做有關(guān)結(jié)構(gòu)方面的測試，對配合物磁學性質(zhì)的測試就是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本方法之一，常用的測試手段有核磁共振譜、順磁共振譜和磁化率的測定。草酸根合鐵（）酸鉀配合物中心離子Fe3+的d電子組態(tài)及配合物是高自旋還是低自旋，可以由磁化率

4、測定來確定。 配離子電荷的測定可進一步確定配合物組成及在溶液中的狀態(tài)2.3 實驗儀器和試劑2.3.1 主要儀器 722型分光光度計，磁天平，紅外光譜儀，差熱天平（熱分析儀），電導率儀，常用玻璃儀器，電磁攪拌器2.3.2實驗試劑 草酸鉀（K2C2O4H2O）（A.R.），三氯化鐵（FeCl36H2O）（A.R.），氯化鉀(A.R.)， Fe3+標準溶液（0.1mgmL-1），氨水（A.R.），磺基水楊酸（25）（A.R.）2.4 實驗方法2.4.1草酸根合鐵()酸鉀的制備 稱取12g草酸鉀放入100mL燒杯中，加20mL蒸餾水，加熱使草酸鉀全部溶解。在溶液近沸時邊攪動邊加入8mL三氯化鐵溶液（0

5、.4gmL-1），將此溶液在冰水中冷卻即有綠色晶體析出，用布氏漏斗過濾得粗產(chǎn)品。將粗產(chǎn)品溶解在約20mL熱水中，趁熱過濾。將濾液在冰水中冷卻，待結(jié)晶完全后過濾。晶體產(chǎn)物用少量無水乙醇洗滌，在空氣中干燥。2.4.2化學分析（1）配合物中鐵含量的測定稱取1.964 g經(jīng)重結(jié)晶后干燥的的配合物晶體，溶于80 mL水中，注入1mL體積比為11鹽酸后，在100mL容量瓶中稀釋到刻度。準確吸取上述溶液5mL于500mL容量瓶中，稀釋到刻度，此溶液為樣品溶液（溶液須保存在暗處，以避免草酸根合鐵配離子見光會分解）。用吸量管分別吸取0，2.5 mL，5.0 mL， 10.0mL，12.5mL鐵標準溶液和25mL

6、樣品于100mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋到約50mL，加入5mL 25的磺基水楊酸，用11氨水中和到溶液呈黃色，再加入1mL氨水，然后用蒸餾水稀釋到刻度，搖勻。在分光光度計上，用1cm比色皿在450nm處進行比色，測定各鐵標準溶液和樣品溶液的吸光度。亦可用還原劑把Fe3+還原為Fe2+然后用KMnO4標準溶液滴定Fe2+，計算出Fe2+含量。或可選擇其它合適的方法來測定鐵含量。（2）草酸根含量的測定把制得的草酸根合鐵()酸鉀在5060于恒溫干燥箱中干燥1h，在干燥器中冷卻至室溫，精確稱取樣品約0.10.15g（做兩組平行實驗取平均值）。，放入250mL錐形瓶中，加入25mL水和5mL 1molL

7、1 H2SO4，用標準0.02000 molL1 KMnO4溶液滴定。滴定時先滴入8mL左右的 KMnO4標準溶液，然后加熱到343358K（不高于358K）直至紫紅色消失。再用KMnO4滴定熱溶液，直至微紅色在30s內(nèi)不消失。記下消耗KMnO4標準溶液的總體積，計算草酸根合鐵()酸鉀中草酸根的質(zhì)量分數(shù)。+16H+ =10CO2+2Mn2+ + 8H2O（3）熱重分析在瓷坩堝中，稱取一定量磨細的配合物樣品，按規(guī)定的操作步驟在熱天平上進行熱分解測定，升溫到550為止。記錄不同溫度時的樣品質(zhì)量。熱分解產(chǎn)物中是否有碳酸鹽可用鹽酸來鑒定。亦可用氣相色譜測定不同溫度時熱分解產(chǎn)物中逸出氣的組分及其相對含量

8、。（4）紅外光譜測定將重結(jié)晶的配合物和550的熱分解產(chǎn)物分別測定其紅外光譜。（5）配合物的磁化率測定某些物質(zhì)本身不呈現(xiàn)磁性，但在外磁場作用下會誘導出磁性，表現(xiàn)為一個微觀磁矩，其方向與外磁場方向相反。這種物質(zhì)稱為反磁性物質(zhì)。有的物質(zhì)本身就具有磁性，表現(xiàn)為一個微觀的永久磁矩。由于熱運動，排列雜亂無章，其磁性在各個方向上互相抵消，但在外磁場作用下，會順著外磁場方向排列，其磁化方向與外磁場相同，產(chǎn)生一個附加磁場，使總的磁場得到加強。這種物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)。順磁性物質(zhì)在外磁場作用下也會產(chǎn)生誘導磁矩，但其數(shù)值比永久磁矩小得多。離子若具有一個或更多個未成對電子，則像一個小磁體，具有永久磁矩，在外磁場作用下會

9、產(chǎn)生順磁性。又因順磁效應(yīng)大于反磁效應(yīng)，故具有未成對電子的物質(zhì)都是順磁性物質(zhì)。其有效磁矩eff可近似表示為：n表示未成對電子數(shù)目。如能通過實驗求出eff，推算出未成對電子數(shù)目，便可確定離子的電子排列情況。eff為微觀物理量，無法直接由實驗測得，須將它與宏觀物理量磁化率聯(lián)系起來。有效磁矩與磁化率的關(guān)系為：式中：x磁化率；M相對分子質(zhì)量；T熱力學溫度，K。物質(zhì)的磁化率可用古埃磁天平測量。古埃法測量磁化率的原理如下：順磁性物質(zhì)會被不均勻外磁場一端所吸引，而反磁性物質(zhì)會被排斥，因此，將順磁性物質(zhì)或反磁性物質(zhì)放在磁場中稱量，其質(zhì)量會與不加磁場時不同。順磁性物質(zhì)被吸引，其質(zhì)量增加；反磁性物質(zhì)被磁場排斥，其質(zhì)

10、量減少。求物質(zhì)的磁化率較簡便的方法是以順磁性莫爾鹽(NH4)2SO4FeSO46H2O的磁化率為標準，控制莫爾鹽與樣品實驗條件相同，此時待求物質(zhì)的磁化率與莫爾鹽的磁化率的關(guān)系如下式所示：式中：ms裝入樣品管中的莫爾鹽的質(zhì)量，g；m裝入樣品管中的待測樣品的質(zhì)量，g；m3莫爾鹽加磁場前后質(zhì)量的變化，g；m待測樣品加磁場前后質(zhì)量的變化，g。代入（2）式便可求得eff。將其代入（1）式，可求出n。以硫酸亞鐵銨（俗稱摩爾鹽）為標定物，用磁天平測定草酸根合鐵（）酸鉀的磁化率。具體操作如下：莫爾鹽與待測樣品研細過篩備用。取一只干燥樣品管掛在天平掛鉤上, 調(diào)節(jié)樣品管的高度, 使樣品管的底部對準磁鐵的中心線。在

11、不加磁場的情況下, 稱空樣品管的質(zhì)量m , 取下樣品管, 將研細的莫爾鹽裝入管中, 樣品的高度約15 cm (準確到0. 5 mm ) , 置于天平的掛鉤上, 在不加磁場的情況下稱得m 1, 接通電磁鐵的電源, 電流調(diào)(24) A 在該磁場強度下稱得質(zhì)量m 2, 并記錄樣品周圍的溫度。在相同磁場強度下, 用草酸根合鐵（）酸鉀取代莫爾鹽重復上述步驟。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求出草酸根合鐵（）酸鉀的Ueff由Ueff 確定Fe3+ 的最外層電子結(jié)構(gòu)。 3結(jié)果與討論1 配合物中的鐵含量測定編號V(Fe3+)/mLc(Fe3+)/(gmL-1)吸光度A12平均10022.52.50.0960.0990.09753

12、550.1970.1970.19747.57.50.4040.4050.4045510100.5140.5150.5145樣品25x0.3810.380.3805y=0.3805帶人y = 0.0583x - 0.0612得x=7.576gmL-125 mL樣品鐵含量=7.576*100g=757.6gFe3+的百分含量=0.0007576/（1.9641*0.05*0.05）=15.43%2草酸根含量的測定根據(jù)高錳酸鉀溶液的用量計算草酸根的質(zhì)量分數(shù)。編號M樣品的重量（g）V高錳酸鉀（ml）(C2O42-)%(C2O42-)%平均值10.133216.9055.8358.3620.137617

13、.5056.68平均0.135417.2056.26以編號1為例：+16H+ =10CO2+2Mn2+ + 8H2On(高錳酸鉀)=0.02*0.01690=0.000338 moln(C2O42)=5*0.000338/2=0.000845 molm(C2O42)= 0.000845*88=0.07436g(C2O42-)%= (0.07436/0.1332)*100%=55.83%3. 配合物的熱重分析 由熱重曲線計算樣品的失重率，根據(jù)失重率可計算配合物中所含的結(jié)晶水：如下根據(jù)DSC-TGA圖可知： 第一階段：21.88oC至167.94oC，失重8.961%m=491.25*8.961%

14、=44.02g/mol,此時與一分子CO2的摩爾質(zhì)量較接近，可能失去一分子CO2，也有可能是一分子水和一分子CO，從DSC-TGA圖上的曲線中沒出現(xiàn)一個較小坡度的階梯，我認為此過程最終失去的是CO2。K3Fe(C2O4)3.3H2O K2C2O4+ K3Fe(C2O4)2.3H2O +CO2 8.961% 第二階段：167.94OC至314.00OC,失重14.03%m=491.25*14.03%=68.92g/mol,此時與二分子H2O和一分子CO的摩爾質(zhì)量之和較接近， 從DSC-TGA圖上的曲線中出現(xiàn)一個較小坡度的階梯，我認為此過程是二分子H2O和一分子CO。K2C2O4+ K3Fe(C2

15、O4)2.3H2OFeCO3.H2O +3K2CO3+CO2 + 2H2O 14.03% 第三階段：314.00OC至468.39OC,失重12.38%m=491.25*12.38%=60.82g/mol,此時與一分子CO2和H2O的摩爾質(zhì)量之和較接近，從DSC-TGA圖上曲線中也出現(xiàn)小坡度的階梯，我認為此過程最終失去的是一分子CO2和一分子H2O。FeCO3.H2O +3/2K2CO33/2K2CO3+1/4Fe3O4+1/4Fe+CO2 + H2O 12.38% 從此曲線趨于平緩，此物品將不再分解4.配合物分子式的確定n(Fe3+):n(C2O42-)=(Fe3+)/55.8:(C2O42

16、-)/88.0=15.43/55.8:55.83/88=1:2水的質(zhì)量分數(shù)：10.99%推測其化學式：KFe(C2O4)2 .3H2O5.紅外光譜解析結(jié)合紅外光譜譜圖，與上表進行比較，可知樣品含有的基團為C=O, O-C=O,CO,C-C熱分解的產(chǎn)物含有的產(chǎn)物為：K2CO36.樣品磁化率測定T=302.65K Xs=31.286*10-6管重（g）管+樣品（g）放入磁場重（g）質(zhì)量變化m（g）質(zhì)量磁化率（x）eff（B.M）未成對電子數(shù)n摩爾鹽13.397021.644521.74070.096231.286*10-6/草酸根合鐵酸鉀13.397022.169322.24520.075923.207*10-65.274x=Xs*(0.0759*8.2475)/(0.0962*8.7723)=23.207*10-6eff=2.84*(X*M*T)-2=5.27eff2=n*