三草酸合铁酸钾的合成.doc

综合实验报告的书写要求 三草酸合铁()酸钾的合成及组成的测定 xxxx (北京石油化工学院化工系化134班 北京102617) 摘要：本实验先以铁与硫酸作用得到硫酸亚铁，使其与硫酸铵溶液混合得到硫酸亚铁铵，再利用硫酸亚铁铵与草酸反应，制备草酸亚铁，再将其用过氧化氢氧化为三草酸合铁()酸钾，本实验过程中使用了结晶，抽滤，减压过滤等实验操作，进一步规范实验操作，并练习了无机合成中氧化、还原、配位，并根据实验数据准确计算配合物的组成。经实验测定K3Fe(C2O4)3配离子的组成为Fe3+: C2O42-:K+:H2O约为1:3:3:3.关键词：三草酸合铁()酸钾，组成测定，结晶，氧化还原滴定法。 前言 三草酸合铁()酸钾为翠绿色的单斜晶体，因其具有光敏性，所以常用来作为化学光量计。另外它是制备负载型活性铁催化剂的主要原材料，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。可以FeSO4(NH4)2SO46H2O为原料制取，FeSO4(NH4)2SO46H2O先与草酸反应生成 FeC2O42H2O沉淀，此沉淀在K2C2O4与H2C2O4的综合作用下生成K3Fe(C2O4)33H2O，其测定配离子组成及所带电荷数方法为离子交换法 。 1 实验部分 1.1试剂及仪器 试剂：H2SO4，（NH42SO4）(化学纯，北京化工厂），K2C2O4(化学纯，北京化工厂），H2C2O4(分析纯，北京化工厂），H2O2(30%) (分析纯，北京化工厂），KMnO4(分析纯，北京化工厂）。仪器：电子天平（5J600型，上海市精天电子仪器有限公司),循环水式真空泵（上海市英峪予华仪器厂），数显恒温水浴锅H11-4（同华电器有限公司）。1.2 实验过程1.2.1 硫酸亚铁铵的制备 称取1克铁屑放在小烧杯内，加入适量饱和碳酸钠溶液，在石棉网上加热10分钟。用倾析法除去碱溶液，并用水将铁屑洗净。把洗净的铁屑转入150ml锥形瓶中，往锥形瓶中加入25ml 3mol/L 和H2SO4溶液，把锥形瓶水浴加热（反应中所产生的气体经由导管被10%NaOH（或Na2CO3）溶液所吸收），使铁屑与硫酸反应至不再有气泡冒出为止。最后得到硫酸亚铁溶液，趁热减压过滤。根据FeSO4的理论产量，按照反应方程式，计算出所需（NH4）2SO4的质量。在室温下称出（NH4）2SO4并将其配制成饱和溶液，与FeSO4溶液混合均匀，用3mol/L H2SO4溶液调节PH值为1-2.用小火加热蒸发浓缩至表面出现晶膜为止，冷却，即可析出硫酸亚铁铵晶体。抽虑，用滤纸把晶体压干，观察晶体的形状和颜色。称量并计算产率。 Fe+H2SO4=FeSO4+H2， FeSO4+(NH4)2SO4+6H2O=FeSO4(NH4)2SO46H2O1.2.2三草酸合铁()酸钾的合成 称取5克的FeSO4(NH4)2SO46H2O固体，放入烧杯中，加15ml蒸馏水和5滴3mol/L硫酸，加热，然后加入20ml 1mol/L草酸溶液，加热至沸，不断搅拌，静置，得到黄色沉淀。降解，用倾析法弃出上层清液，沉淀用20ml去离子水洗涤23次。在上面的沉淀中，加入10ml饱和K2C2O4溶液,滤纸，加热至40，用滴管慢慢加入, 20ml 33%H2O2溶液，不断搅拌并保温在40，加热至沸不断搅拌，静置，得到黄色沉淀。降解，用倾析法弃出上层清液，沉淀用20ml去离子水洗涤23次。在上面的沉淀中，加入10mL3%K2C2O4饱和溶液，加热至40，用滴管慢慢加入, 20ml 3%H2O2溶液，不断搅拌并保温在40，此时，含有氢氧化铁沉淀产生。此时加热至沸，再加入8ml 1mol/L草酸溶液（首先一次性加入5ml,然后再慢慢地加入3ml）至沉淀溶剂溶解。此时溶液呈翠绿色，PH=45，加热浓缩至溶液体积为20ml，冷却，即有翠绿色K3Fe(C2O4)33H2O晶体析出。抽氯，称量，计算收率，将产物避光保存。若K3Fe(C2O4)33H2O溶液未达到饱和，冷却时不析出晶体，可以继续加热浓缩或加95%乙醇5ml，即可以析出晶体。FeSO4(NH4)2SO46H2O+H2C2O4=FeC2O42H2O+(NH4)2SO4+H2SO4+4H2O6FeC2O42H2O+3H2O2+6K2C2O4=4K3Fe(C2O4)3+2Fe(OH)3+12H2O2Fe(OH)3+3H2C2O4+3K3Fe(C2O4)3+6H2O2 产品分析 2.1三草酸合铁()配离子组成的测定 2.1.1 水含量测定 将两个称量瓶放入烘箱中,在110C，干燥1小时，至恒重。准确称取0.50.6g样品两份，分别放入已恒重的称量瓶中。至于烘箱中，在110C下加热、干燥1小时，至恒重，称重。 根据称重结果，计算结晶水的含量（以质量分数计）。2.1.2 草酸根含量测定 K3Fe(C2O4)33H2O中C2O42-的测定准确称取1.11.2g自制样品于100 ml烧杯中，加入50 ml蒸馏水使之溶解，定量转移至250ml容量瓶中，稀释至刻度，摇匀备用。准确吸取试液25ml于250ml锥形瓶中，加入MnSO4 50ml及1 mol/ml H2SO4 5ml，加热至7580C，立即用KMnO4标准溶液滴定至浅红色并保持30s内不退色，即为终点。记KMnO4消耗的体积为V1,重复操作，计算样品中含量。（滴定完的溶液的保留，用于Zn粉做还原剂时测定铁含量用）。 5C2O42-+2Mn04-+16H+=10CO2+2Mn2+8H2O2.1.3 Fe3+含量测定选用SnCl2、TiCl3为混合还原剂： 准确称取试液25.00ml于锥形瓶中，加入10ml 6 mol/ml 盐酸，加热7580C，逐滴加入SnCl2至溶液浅黄色，使大部分Fe3+还原为Fe2+，加入Na2WO41ml，滴入TiCl3至溶液呈蓝色，并过量1滴，加入CuSO4溶液2滴，去离子水20ml，在冷水中冷却并震荡至蓝色褪尽，隔12min后，再加入10ml MnSO4溶液，继续加热，然后用MnSO4标准溶液滴定至浅红色并保持30s内不褪色，即达终点。由消耗的KMnO4体积V2，用差减法计算Fe3+的含量。 2Fe3+Sn2+=Fe2+Sn4+ Fe3。+Ti3+H2O=Fe2+TiO2+2H+ MnO4-+5Fe3+8H+=Mn2+5Fe2+4H2O2.1.4 钾含量的计算 由测得的铁、草酸根、结晶水的百分含量计算出钾的含量。 3 结果与讨论 3.1硫酸亚铁铵的制备 硫酸亚铁铵理论产值：13.96g,硫酸亚铁铵实际产值：8.59g,硫酸亚铁铵的产率：61.53%,分析：产品外观符合标准，呈浅绿色，但实验结果产率偏低，可能是铁未完全反应，在蒸发过程中加热过量,并在结晶时有一部分晶体附着在容器内壁上， 这些因素造成产率不高。 3.2三草酸合铁()酸钾的合成 三草酸合铁()酸钾的实际产量：5.70g,三草酸合铁()酸钾的理论产量：6.26g,三草酸合铁()酸钾的产率：91%,分析：产品外观呈苹果翠绿色，产率较高。未达到理论产量原因可能为，在静置时，不能充分静置就会损失一部分原料，清洗FeC2O42H2O沉淀时，有一部分流失，在冷却结晶时有一部分附着在烧杯内壁上，无形中又增大了损失量，最终使许多原料不能生成产品。实际产量较高，可能因为最后晶体用滤纸干燥时，水分未能较好除去。3.3三草酸合铁()配离子组成的测定 1.C2O42- ： m克试样中C2O42- 的物质的量：=0.00678mol 1mol试样中C2O42- 的物质的量：=2.972mol 组成相对误差：=0.93% m克试样中C2O42- 的百分含量：=53.26% 试样中C2O42- 的理论百分含量：2. Fe3+ ： m克试样中Fe3+ 的物质的量：=0.001662 1mol试样中的Fe3+ 的物质的量：=0.7284 组成相对误差：=27.16% m克试样中Fe3+ 的百分含量：=8.278% 试样中Fe3+ 的理论百分含量：C2O42-的测定Fe3+的测定样品的质量/gKMnO4浓度mg试样中C2O42-的摩尔数1mol试样中C2O42-的摩尔数实验值1mol试样中C2O42-的摩尔数理论值相对误差（%）KMnO4体积1KMnO4体积2KMnO4体积1KMnO4体积221.6021.7026.6526.401.12030.012530.06782.97230.93%3. 试样中，Fe3+与C2O42-物质的量的比：=0.2451 实验数据及处理结果C2O42-百分含量（%)（实验值）C2O42-的含量分析误差（%）mg试样中Fe3+的摩尔数1mol试样中Fe3+的摩尔数实验值1mol试样中Fe3+的摩尔数理论值相对误差（%）Fe3+的百分含量（%）实验值Fe3+的含量误差（%）试样中C2O42-与Fe3+的摩尔比53.73%0.93%0.0016620.7284127.16%8.278%3.082%0.2451= 0.2451与理论值相接近。结果分析：实验值与理论值有较大偏差，C2O42-的误差不大，基本符合实际情况。Fe3+%的误差较大，有很大一部分的Fe3+流失，可能是SnCl2的量太少，或者是TiCl3的量太少，没有使Fe3+完全转化为Fe2+，也可能是由于没有达到滴定终点。3.4 三草酸合铁（）配合物结晶水含量的测定数据记录：失水前质量为17.6854g。失水后质量为17.6370g。mg试样中H2O的百分含量：H2O%=0.2737%试样中H2O的理论百分量：10.99%3.5 三草酸合铁()配合物钾含量的测定钾离子的百分含量为37.32%。实际值为37.64%3 结果分析实验值与理论值较为接近，其中水含量误差较大。实验操作不够精准。定容时液面未与刻度线完全对齐，导致标准溶液的浓度偏高或偏低，PH的值偏大或偏小，在绘制标准曲线时，斜率增大或减小。定容时，颜色变化把握不住等，导致误差较大。4 结论 本实验以铁为原料，一步制取最终产物K3Fe(C2O4)3，并测定其配阴离子的组成，三草酸合铁()酸钾翠绿色单斜晶体，溶于水，难溶于乙醇。往该化合物的水溶液中加入乙醇后，可析出 K3Fe(C2O4)33H2O结晶。它是光敏物质，见光易分解，变为黄色，其配阴离子由Fe3+ 和C2O42- 组成，且物质的量的比约为1：3。在K3Fe(C2O4)33H2O合成过程中，当草酸加入H2O2 氧化FeC2O42H2O 产物制备K3Fe(C2O4)33H2O溶液时，原实验条件控制不严格，易发生草酸还原高铁的副反应而导致产品不纯。可以改进草酸加入方式和酸溶液的pH值的