草酸根合鐵(ⅲ)酸鉀的制備及表征

1、<p>　　草酸根合鐵（Ⅲ）酸鉀的制備及表征</p><p>　　醫(yī)藥化工學(xué)院 化學(xué)教育專業(yè) 學(xué)生： xxx 指導(dǎo)老師：xxx</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　草酸根合鐵（Ⅲ）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?；瘜W(xué)分析可

2、以確定各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而確定化學(xué)式。草酸根合鐵（Ⅲ）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(xué)試劑、有機(jī)合成、科研。用于測定光量。</p><p&g

3、t;<b>　　2實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p><b>　　2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　通過本實(shí)驗(yàn)達(dá)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(xué)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（Ⅲ）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。</p><p><

4、;b>　　2.2 實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　草酸根合鐵（Ⅲ）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（Ⅲ）酸鉀為綠色單斜晶體，水中溶解度0℃時為4.7g·100g-1，100℃時為118g·100g-1，難溶于C2H5OH。100℃時脫去結(jié)晶水，230℃時分解。 </p><p>　　要確定所得配合物的組成，必

5、須綜合應(yīng)用各種方法?；瘜W(xué)分析可以確定各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而確定化學(xué)式。 </p><p>　　配合物中的金屬離子的含量一般可通過容量滴定、比色分析或原子吸收光譜法確定，本實(shí)驗(yàn)配合物中的鐵含量采用磺基水楊酸比色法測定。  </p><p>　　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

6、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。 </p><p>　　對于一種新的配合物的確認(rèn)還需做有關(guān)結(jié)構(gòu)方面的測試，對配合物磁學(xué)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（Ⅲ）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

7、由磁化率測定來確定。 </p><p>　　配離子電荷的測定可進(jìn)一步確定配合物組成及在溶液中的狀態(tài)</p><p>　　2.3 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑</p><p>　　2.3.1 主要儀器 </p><p>　　722型分光光度計(jì)，磁天平，紅外光譜儀，差熱天平（熱分析儀），電導(dǎo)率儀，常用玻璃儀器，電磁攪拌器</p><

8、;p><b>　　2.3.2實(shí)驗(yàn)試劑</b></p><p>　　草酸鉀（K2C2O4·H2O）（A.R.），三氯化鐵（FeCl3·6H2O）（A.R.），氯化鉀(A.R.)， Fe3+標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.1mg·mL-1），氨水（A.R.），磺基水楊酸（25％）（A.R.）</p><p><b>　　2.4 實(shí)驗(yàn)方法<

9、/b></p><p>　　2.4.1草酸根合鐵(Ⅲ)酸鉀的制備</p><p>　　稱取 12 g草酸鉀放入 100 mL燒杯中，加20 mL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（0.4 g·mL-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。

10、 </p><p>　　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。</p><p><b>　　2.4.2化學(xué)分析</b></p><p>　?。?）配合物中鐵含量的測定</p><p>　　稱取1.964 g經(jīng)重結(jié)晶后干燥的的配合

11、物晶體，溶于80 mL水中，注入1mL體積比為1∶1鹽酸后，在100mL容量瓶中稀釋到刻度。準(zhǔn)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）。</p><p>　　用吸量管分別吸取0，2.5 mL，5.0 mL， 10.0mL，12.5mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液和25mL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

12、楊酸，用1∶1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(jì)上，用1cm比色皿在450nm處進(jìn)行比色，測定各鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液的吸光度。</p><p>　　亦可用還原劑把Fe3+還原為Fe2+然后用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Fe2+，計(jì)算出Fe2+含量?；蚩蛇x擇其它合適的方法來測定鐵含量。</p><p>　?。?）草酸根含量的測定</p>

13、<p>　　把制得的草酸根合鐵(Ⅲ)酸鉀在50～60℃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0.1～0.15g（做兩組平行實(shí)驗(yàn)取平均值）。，放入250mL錐形瓶中，加入25mL水和5mL 1mol·L－1 H2SO4，用標(biāo)準(zhǔn)0.02000 mol·L－1 KMnO4溶液滴定。滴定時先滴入8mL左右的 KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后加熱到343~358K（不高于358K）直至紫紅色消失。再用

14、KMnO4滴定熱溶液，直至微紅色在30s內(nèi)不消失。記下消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的總體積，計(jì)算草酸根合鐵(Ⅲ)酸鉀中草酸根的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。</p><p>　　++16H+ ===10CO2↑+2Mn2+ + 8H2O</p><p><b>　?。?）熱重分析</b></p><p>　　在瓷坩堝中，稱取一定量磨細(xì)的配合物樣品，按規(guī)定的操作步驟在熱天

15、平上進(jìn)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。</p><p>　　熱分解產(chǎn)物中是否有碳酸鹽可用鹽酸來鑒定。</p><p>　　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。</p><p><b>　?。?）紅外光譜測定</b></p><p>　　將重結(jié)晶的配合物和550℃的

16、熱分解產(chǎn)物分別測定其紅外光譜。</p><p>　　（5）配合物的磁化率測定</p><p>　　某些物質(zhì)本身不呈現(xiàn)磁性，但在外磁場作用下會誘導(dǎo)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)。</p><p>　　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(yùn)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

17、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(qiáng)。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(dǎo)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μeff可近似表示為：</p><p>　　n′表示未成對電子數(shù)目。如能通過實(shí)

18、驗(yàn)求出μeff，推算出未成對電子數(shù)目，便可確定離子的電子排列情況。μeff為微觀物理量，無法直接由實(shí)驗(yàn)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：</p><p>　　式中：x——磁化率；</p><p>　　M——相對分子質(zhì)量；</p><p>　　T——熱力學(xué)溫度，K。</p><p>　　物質(zhì)的磁化率可用古埃磁天平

19、測量。古埃法測量磁化率的原理如下：</p><p>　　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)量減少。</p><p>　　求物質(zhì)的磁化率較簡便的方法是以順磁性莫爾鹽(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O的磁化率為標(biāo)準(zhǔn)，

20、控制莫爾鹽與樣品實(shí)驗(yàn)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：</p><p>　　式中：ms——裝入樣品管中的莫爾鹽的質(zhì)量，g；</p><p>　　m——裝入樣品管中的待測樣品的質(zhì)量，g；</p><p>　　△m3——莫爾鹽加磁場前后質(zhì)量的變化，g；</p><p>　　△m——待測樣品加磁場前后質(zhì)量的變化，g。&

21、lt;/p><p>　　代入（2）式便可求得μeff。將其代入（1）式，可求出n′。　</p><p>　　以硫酸亞鐵銨（俗稱摩爾鹽）為標(biāo)定物，用磁天平測定草酸根合鐵（Ⅲ）酸鉀的磁化率。</p><p>　　具體操作如下：莫爾鹽與待測樣品研細(xì)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(zhǔn)磁鐵的中心線。在不加磁場的情況下, 稱空樣品管的

22、質(zhì)量m , 取下樣品管, 將研細(xì)的莫爾鹽裝入管中, 樣品的高度約15 cm (準(zhǔn)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)(2—4) A 在該磁場強(qiáng)度下稱得質(zhì)量m 2, 并記</p><p>　　錄樣品周圍的溫度。在相同磁場強(qiáng)度下, 用草酸根合鐵（Ⅲ）酸鉀取代莫爾鹽重復(fù)上述步驟。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出草酸根合鐵（Ⅲ）酸鉀的Ueff由Ueff 確定Fe3+

23、的最外層電子結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　3結(jié)果與討論</b></p><p>　　配合物中的鐵含量測定</p><p>　　y=0.3805帶人y = 0.0583x - 0.0612得x=7.576μg·mL-1</p><p>　　25 mL樣品鐵含量=7.576*100μg=757.6μg<

24、/p><p>　　Fe3+的百分含量=0.0007576/（1.9641*0.05*0.05）=15.43%</p><p>　　2．草酸根含量的測定</p><p>　　根據(jù)高錳酸鉀溶液的用量計(jì)算草酸根的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。</p><p><b>　　以編號1為例：</b></p><p>　　++16H+

25、 ===10CO2↑+2Mn2+ + 8H2O</p><p>　　n(高錳酸鉀)=0.02*0.01690=0.000338 mol</p><p>　　n(C2O42)=5*0.000338/2=0.000845 mol</p><p>　　m(C2O42)= 0.000845*88=0.07436g</p><p>　　(C2O42-)

26、%= (0.07436/0.1332)*100%=55.83%</p><p><b>　　配合物的熱重分析</b></p><p>　　由熱重曲線計(jì)算樣品的失重率，根據(jù)失重率可計(jì)算配合物中所含的結(jié)晶水：如下</p><p>　　根據(jù)DSC-TGA圖可知：</p><p>　　第一階段：21.88oC至167.94oC，

27、失重8.961%</p><p>　　m=491.25*8.961%=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(rèn)為此過程最終失去的是CO2。</p><p>　　K3[Fe(C2O4)3].3H2O →K2C2O4+ K3[Fe(C2O4)2].3H2O +CO2

28、 8.961%</p><p>　　第二階段：167.94OC至314.00OC,失重14.03%</p><p>　　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(rèn)為此過程是二分子H2O和一分子CO。</p><p>　　K2C2O4+

29、 K3[Fe(C2O4)2].3H2O→FeCO3.H2O +3K2CO3+CO2 + 2H2O 14.03%</p><p>　　第三階段：314.00OC至468.39OC,失重12.38%</p><p>　　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(rèn)為此過程最終失去的是

30、一分子CO2和一分子H2O。</p><p>　　FeCO3.H2O +3/2K2CO3→3/2K2CO3+1/4Fe3O4+1/4Fe+CO2 + H2O 12.38%</p><p>　　從此曲線趨于平緩，此物品將不再分解</p><p>　　4.配合物分子式的確定</p><p>　　n(Fe3+):n(C2O42-)=[ω(Fe3+)

31、/55.8]:[ω(C2O42-)/88.0]=15.43/55.8:55.83/88=1:2</p><p>　　水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：10.99%</p><p>　　推測其化學(xué)式：K[Fe(C2O4)2] .3H2O</p><p><b>　　5.紅外光譜解析</b></p><p>　　結(jié)合紅外光譜譜圖，與上表進(jìn)行比較

32、，可知樣品含有的基團(tuán)為C=O, O-C=O,CO,C-C</p><p>　　熱分解的產(chǎn)物含有的產(chǎn)物為：K2CO3</p><p><b>　　6.樣品磁化率測定</b></p><p>　　T=302.65K Xs=31.286*10-6</p><p>　　x=Xs*(0.0759*8.2475)/(0.096

33、2*8.7723)=23.207*10-6</p><p>　　µeff=2.84*(X*M*T)^-2=5.27</p><p>　　µeff^2=n*(n+2)-------n=4.36=4</p><p>　　根據(jù)以上三價鐵離子電子的排布為：—↑—↑ 屬于高自旋，弱場配體</p><p><b

34、>　　↑↓—↑—↑— </b></p><p><b>　　4結(jié)束語</b></p><p>　　通過這個實(shí)驗(yàn)，學(xué)會了用化學(xué)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（Ⅲ）酸鉀組成，也掌握某些性質(zhì)與有關(guān)結(jié)構(gòu)測試的物理方法。這個實(shí)驗(yàn)含金量挺高的，順利完成這個實(shí)驗(yàn)，相當(dāng)重拾了一些之前的實(shí)驗(yàn)知識和相關(guān)的一些理論知識。</p&g