1、1三草酸合铁( )酸钾合成与组成测定实验报告实验员:王靖翔 班级:环工 1401 学号:1100314128同组成员: 解昊,陆海亮2016 年 6 月 13 日2016 年 6 月 17 日2三草酸合铁()酸钾合成与组成测定1、 前言1.1 实验原理 1本实验用 Fe 与 H2SO4 反应生成 Fe SO4,加入(NH 4)2SO4,使之形成较稳定的复盐硫酸亚铁铵(NH 4)2 Fe (SO4)26H2O。Fe + H2SO4(稀) = Fe SO4 + H2Fe SO4 + (NH4)2SO4 + 6H2O = (NH4)2 Fe (SO4)26H2O(浅绿色晶体)用(NH 4)2 Fe
2、(SO4)2 6H2O 与 H2C2O2 作用生成 Fe C2O2,再用H2O2 氧化后制备三草酸合铁()酸钾晶体。采用重量分析法分析试样中结晶水的含量;用 KMnO4 作氧化剂,采用氧化还原滴定法测定试样中 C2O22-和 Fe3+的含量;并用分光光度法测定 Fe 的含量,比较不同方法的结果。采用电导率法测定三草酸合铁()酸钾的解离类型。1.2 物质性质硫酸亚铁铵(NH 4)2 Fe (SO4)26H2O:俗名为莫尔盐、摩尔盐,简称 FAS,相对分子质量 392.14,蓝绿色结晶或粉末。对光敏感。在空气中逐渐风化及氧化。溶于水,几乎不溶于乙醇。低毒,有刺激性。草酸亚铁 Fe C2O2H2O:
3、是一种浅黄色固体,难溶于水,受热3易分解。三草酸合铁()酸钾 K3Fe(C 2O4) 3 3H2O: 为翠绿色单斜晶体,溶于水, (0时,4.7g-100g 水;100 时 117.7-100g 水) ,难溶于乙醇。110下失去三分子结晶水而成为 ,230时分解。该配合物对光敏感,光照下即发生分解。2、 实验内容2.1 仪器与药品2.1.1 仪器 1:电热恒温鼓风干燥箱(DGG-9070B 型 上海森信实验仪器有限公司) ,冰箱,抽滤瓶,布氏漏斗,真空泵(SHBIII 郑州长城科工贸有限公司) ,分析天平(FA1004 上海精科天平 ),电子天平(SPS202F 奥豪斯国际贸易有限公司) ,恒
4、温水浴锅( HHS 1-2S 上海跃进医疗机械厂) ,红外灯,分光光度计(721 上海精密科学仪器有限公司) ,干燥器,电导率仪(STARTER 3100C 奥豪斯仪器有限公司) ,比色皿,吸量管,烧杯,锥形瓶,温度计,玻璃漏斗,移液管,洗瓶,洗耳球,容量瓶,酸式滴定管,量筒,滴瓶,试剂瓶,称量瓶。2.1.2 试剂 1:H2SO4(AR),H 2C2O4(AR),KMnO 4(AR), (NH 4)2SO4(CP),Na2C2O4(AR),K 2C2O4(AR),H 2O2(AR),Zn 粉(AR),ZnO(AR),HCl(AR),还原 Fe 粉(AR),Fe 3+标准溶液(100g/ml),
5、NH 3 H2O(1:1),磺基水杨酸(200g/L),乙醇( CP) ,铬黑 T,酒精,冰。42.2 制备2.2.1 FeSO4 和(NH 4)2Fe(SO4)26H2O 的制备 1反应方程式:Fe + H2SO4(稀)=Fe(SO 4)2 + H2FeSO4 + (NH4)2SO4 + 6H2O=(NH 4)2SO4FeSO46H2O实验步骤: 硫酸亚铁的制备称取 5.0g 的还原铁粉,倒入 250ml 小烧杯中,向盛有铁粉的小烧杯中加入 37.5mL 3mol/L H2SO4 溶液。盖上表面皿,在远红外加热仪上小火加热 20-30min,直至固体表面不再有小气泡冒出为止,注意反应时间不宜
6、过长,加入 15ml 水后加热至再沸腾,趁热过滤,滤液立即转移至蒸发皿中,此时滤液的 PH 在 1 左右。 硫酸亚铁铵的制备根据 FeSO4 的理论产量,在反应式计算所需(NH 4)2SO4 固体的量(考虑 FeSO4 在过滤过程中的损失,(NH 4)2SO4 的用量可按 FeSO4理论产量的 80%85%计算) 。在室温下称 12.0g (NH4)2SO4 固体,加到硫酸亚铁溶液中,混合均匀。滴加 3mol/L H2SO4 调溶液的PH=1-2。用酒精灯小火蒸发浓缩至表面出现微晶膜为止(蒸发过程中切勿搅拌) ,冷却至室温,析出浅绿色硫酸亚铁铵晶体。抽滤,用滤纸吸干晶体,观察晶体的形状,颜色,
7、称量并计算产率。2.2.2 FeC2O4 和三草酸合铁 ()酸钾的制备 3-4反应方程式:5(NH 4) 2Fe(SO 4) 26H2O+H2C2O4=FeC2O42H2O() (黄色沉淀)+(NH 4) 2SO4+H2SO4+4H2O6FeC2O42H2O+3H2O2+6K2C2O4=4K3Fe(C 2O4) 3+2Fe(OH )3+12H2O2Fe(OH ) 3+3H2C2O4+3K2C2O4=2K3Fe(C 2O4) 3+6H 2O实验步骤: 称取10.0g 自制的(NH 4) 2SO4FeSO46H2O 固体于广口瓶中,放入250mL 烧杯中,加入 30mL 去离子水和 1.5ml 3
8、mol/L H2SO4 ,加热使之溶解。然后加入3.3g 草酸和33ml 水,加热至沸腾,并不断搅拌、静置,便得到黄色 FeC2O42H2O 沉淀。沉降后,用倾析分离法将沉淀分离,用20ml 去离子水洗涤1次,待用。 将上述沉淀转移到22.0mL 水和8g K2C2O4 配置的溶液中(加热溶解) ,用滴管慢慢加入20mL6%H 2O2溶液,不断搅拌并保持温度在40左右。充分反应后,沉淀转化为氢氧化铁。加热至沸腾,再滴加16-17 mL1mol/L 的草酸溶液至沉淀溶解。用草酸或草酸钾调节溶液 pH 为45。加热浓缩,冷却结晶,抽滤,即得到翠绿色三草酸合铁() 酸钾晶体。2.3含量分析2.3.1
9、 结晶水质量分数的测定 3洗净两个称量瓶,在105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610min,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1mg)为止。在电子分析天平上准确称取两份产品各0.5g左右,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10min)-冷却-称量操作,直至质量恒定,记录重量。根据称量结果计算产品结晶水的质量分数。2.3.2 高锰酸钾标准溶液的配制和标定 1称取 2.3g KMnO4,加入棕色瓶中,加 700ml
10、去离子水溶解。用分析天平准确称取已烘干至恒重的基准 Na2C2O40.15-0.2 克( 准确至0.0002 克)放入 250ml 锥形瓶中,加入 40ml 蒸馏水溶解后,再加入C(H2SO4)=3mol/L 硫酸溶液 10ml,摇匀。加热到 75-80(此时溶液刚冒水蒸汽) ,趁热用配制的 KMnO4 溶液滴定至终点( 溶液由无色变为淡红色并保持 30s 不褪色) 。滴定时加入的第一滴 KMnO4 溶液褪色很慢,在没有完全褪色前不要滴第二滴,此后可以加快滴加速度。记录 KMnO4 溶液的用量。平行标定 3 次。2.3.3 草酸根质量分数的测定 4在电子分析天平上追却称取两份产物(约 0.15
11、-0.20g)分别放入两个锥形瓶中,均加入 15mL3 molL-1 H2SO4 和 30mL 去离子水,微热溶解,加热至 75-85(即液面冒水蒸气) ,趁热用已经标定的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。2.3.4 铁质量分数的测定 47在上述保留的溶液中加入一小匙锌粉,加热近沸(75-80) ,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,加入 2-3ml H2SO4。继续用已经标定的 KMnO4 标准溶液进行滴定,至溶液呈粉红色。根据消
12、耗 KMnO4 溶液的体积,计算 Fe3+的质量分数。2.3.5 EDTA 标准溶液的配制和标定 1在 250ml 烧杯中称取 3.72gNa2H2Y2H2O(摩尔质量 372.2g/mol),加入 300-400ml 去离子水,加热溶解,待溶液冷却后,转入试剂瓶中,稀释至 1000ml,充分摇匀,备用。准确称取 ZnO 0.2-0.25g 于 250ml 烧杯中,一滴一滴加入5mol/L HCl 溶液,边加边搅拌至恰好完全溶解,定量转移至 250ml容量瓶中,定容,摇匀。用移液管准确移取 25.00ml 锌标准溶液于250ml 锥形瓶中,加约 30ml 去离子水,仔细滴加 1:1 氨水至开始
13、出现白色沉淀,再加入 10mlNH3H2O-NH4Cl 缓冲溶液、20ml 去离子水、4 滴铬黑 T 指示剂,此时溶液呈酒红色,用待标定的 EDTA 标准溶液滴定至溶液呈纯蓝色,记下所消耗的 EDTA 溶液的体积。重复平行测定 3 次。计算 EDTA 标准溶液的浓度。2.3.6 EDTA 测定铁含量 2称取 0.15g 样品,加入 25ml 去离子水,加入 1:1 氨水 10ml,加热煮沸,生成棕红色沉淀,过滤,取沉淀,加入 1-2 滴 6mol/L 盐酸,调节 PH 约为 1-2,加入 1-2 滴磺基水杨酸,溶液呈紫红色,用EDTA 标定至颜色突然变化。82.3.7 分光光度法测铁含量 1空
14、白溶液和系列标准溶液的配制取 6 只 50ml 的容量瓶,编号。用吸量管分别移取0.00mL、0.5mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL 、2.50mL Fe 3+标准溶液,依次加入 1-6 号容量瓶,再往每个容量瓶中加入 2.5mL 200g/L 磺基水杨酸,然后滴加 1:1 氨水,使得溶液由红色转变为稳定的黄色后再过量 1ml,定容,摇匀。吸收曲线的绘制用 1cm 比色皿,以 1 号空白溶液做参比,以 4 号标准溶液做待测液,在波长 400-500nm 的范围内,每隔 10nm 测定一次吸光度。绘制 A- 吸光曲线,并找出最大吸收波长 max。标准曲线的绘制在分光光度计上,选定最
15、大吸收波长 max(大约 420nm) ,用 1cm比色皿,以 1 号空白溶液作参比,分别测定 2-6 号标准系列溶液的吸光度。重复测定一次后取平均值。绘制 A-c 标准曲线。待测液中铁含量的测定称取样品 0.14g,加水溶解,用去离子水定容至 250ml,取 2.5ml,定容至 50ml。按以上方法显色并测定其吸光度。然后在标准曲线上查出相应的浓度,求得样品的铁含量。2.3.8 电导率的测定称取 0.5449g 样品,用 100ml 去离子水定容,用电导仪测定电导率。93、 数据处理3.1 结晶水含量分析样品质量 含水质量1 号瓶/g 0.5326 0.08172 号瓶/g 0.5240 0
16、.0795样品中含水百分数: =12( 0.08170.5326+0.07950.5240) 100%=15.26%样品中含水摩尔比:n (结晶水) /n(样品) =4.14/1数据分析:实验结果比符合理论值大,样品合成时加热时间不够没有完全去除非结晶水3.2 高锰酸钾的标定 C(KMnO4)=2(224)5(4)(224)m(Na2C2O4) V(KMnO4) C(KMnO4) C 平均(KMnO4)0.1964g 19.99ml 0.0293mol/L0.1786g 17.88ml 00293mol/L0.1503g 15.30ml 0.0293mol/L0.0293mol/L3.3 高锰
17、酸钾滴定样品3.3.1 滴定 C2O42- =2.5(4)(4)(24)(样 品 )样品质量 V 初(KMnO4)V 末(KMnO4)V(KMnO4)(C 2O42-) 平均(C 2O42-)0.1837g 22.1ml 39.3ml 17.2ml 60.40.1625g 20.5ml 39.7ml 19.2ml 48.5668310数据分析:实验测得草酸根离子的含量偏大,可能是因为标定的高锰酸钾浓度偏高。3.3.2 滴定 Fe3+ = 5(4)(4)()(样 品 )样品质量 V(KMnO4) (Fe 3+) 平均(Fe 3+)0.1837g 3.7ml 16.50.1625g 3.1ml 1
18、5.615.700.1825g 3.6ml 16.2%数据分析:实验测得铁离子的含量偏大,其原因可能是标定的高锰酸钾浓度偏高,同时过滤时可能操作不当,损失了部分溶液。3.4 EDTA 标定 C(EDTA)=()()()V 初( EDTA) V 末( EDTA) V(EDTA ) C(EDTA) C 平均(EDTA)0.40ml 30.38ml 29.98ml 0.0199mol/L0.29ml 30.08ml 29.79ml 0.0200mol/L0.24ml 30.05ml 29.81ml 0.0199mol/L0.0099mol/L3.5 EDTA 滴定 Fe3+ (Fe)=()()()(
19、样 品 )样品质量 V(EDTA ) (Fe 3+)0.1432g 22.70ml 12.12数据分析:实验数据基本符合事实。113.6 分光光度法测定铁含量C(g/ml) 0 1 2 3 4 5A 0 0.087 0.176 0.281 0.374 0.475根据方程 y = 0.0486x + 0.0121,将 A=0.182 代入方程得此时C=3.50g/ml,则 m(Fe3+)=3.5050100106=0.0175样品中铁的质量分数为 =0.0175/0.1498=11.68数据分析:实验数据基本符合事实。3.7 电导率的测定样品质量 m=0.3109g T=27.7 电导率=428
20、s/cm1024=4281.024=437.944 Sm2mol-1 电离类型为 M3A4、 结论 根据实验数据可知得到的三草酸合铁() 酸钾中结晶水的含量稍微高于 3:1,实验测得其化学式为 K3Fe0.98(C2O4)2.723.14H2O。12 滴定操作和趁热过滤操作中温度的控制很关键。 高锰酸钾滴定的时候,务必要让第一滴褪色后再滴下一滴,滴定过程中要注意溶液的温度不能过低。 制取产品时应当严格控制在 40中滴加双氧水,之后微沸。5、 参考文献1 倪静安,高世萍,李运涛,郭敏杰.无机及分析化学实验M.北京:高等教育出版社,2007.22 陈烨璞,杨丽萍,商少明. 无机及分析化学实验M.北
21、京:化学工业出版社,1998.43 曹小霞, 蒋晓瑜.三草酸合铁酸钾的合成与表征J. 佳木斯大学学报(自然科学版),2007.074 凌必文, 刁海生.三草酸合铁( ) 酸钾的合成及结构组成测定J. 安庆师范学院学报(自然科学版),2001.116、体会和建议本次综合实验让我学会了如何更好地去和他人合作,在实验之前我们必须亲自查找详细资料,学会使用图书馆系统,清楚的了解实验步骤,尤其是对于实验原理和目的必须了熟于心,这样才能在实验中得心应手;实验前,要认真检查实验仪器的好坏,在实验仪器不够的情况下要学会与其他组共享和协调;在实验过程中我们应当善于根据具体的实验现象来改变后续的实验步骤以及试剂用量,而不是一味地根据书的用量来做;我们也应当对实验要有足够的理13解,适当的对实验步骤和试剂用量做出增减;而且,在试验时应当保持耐心,不能有浮躁的心理,尤其是在滴定这种需要详细数据和操作的实验,我们组出现了两次滴定操作不当导致实验失败的经历,加热时不能分心,必须要个控制加热的温度和时间。在实验中要合理安排时间和任务规划,每人各司其职。合作室要有耐心,不要与组员争执。