三草酸合铁酸钾的合成与组成测定(王靖翔).doc

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(NH4)2SO4,使之形成较稳定的复盐硫酸亚铁铵(NH4)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(NH4)2 Fe (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(NH4)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：是一种浅黄色固体，难溶于水，受热易分解。三草酸合铁()酸钾K3Fe（C2O4）33H2O: 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)，H2C2O4(AR)，KMnO4(AR)，（NH4)2SO4(CP)，Na2C2O4(AR)，K2C2O4(AR)，H2O2(AR)，Zn粉(AR)，ZnO(AR)，HCl(AR)，还原Fe粉(AR)，Fe3+标准溶液(100g/ml)，NH3 H2O(1:1)，磺基水杨酸(200g/L)，乙醇（CP），铬黑T，酒精，冰。2.2制备2.2.1 FeSO4和(NH4)2Fe(SO4)26H2O的制备1反应方程式：Fe + H2SO4（稀）=Fe(SO4)2 + H2FeSO4 + (NH4)2SO4 + 6H2O=（NH4)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(NH4)2SO4固体的量（考虑FeSO4在过滤过程中的损失，(NH4)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，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：（NH4）2Fe（SO4）26H2O+H2C2O4=FeC2O42H2O（）（黄色沉淀）+（NH4）2SO4+H2SO4+4H2O6FeC2O42H2O+3H2O2+6K2C2O4=4K3Fe（C2O4）3+2Fe（OH）3+12H2O2Fe（OH）3+3H2C2O4+3K2C2O4=2K3Fe（C2O4）3+6H2O实验步骤： 称取10.0g自制的（NH4）2SO4FeSO46H2O固体于广口瓶中，放入250mL烧杯中，加入30mL去离子水和1.5ml 3mol/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%H2O2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 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10min，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0.15-0.20g）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4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。2.3.7 分光光度法测铁含量1空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 Fe3+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。3、 数据处理3.1结晶水含量分析样品质量含水质量1号瓶/g0.53260.08172号瓶/g0.52400.0795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)=2m(Na2C2O4)5V(KMnO4)M(Na2C2O4)m(Na2C2O4)V（KMnO4）C（KMnO4）C平均（KMnO4）0.1964g19.99ml0.0293mol/L0.0293mol/L0.1786g17.88ml00293mol/L0.1503g15.30ml0.0293mol/L3.3高锰酸钾滴定样品3.3.1滴定C2O42- =2.5V(KMnO4)C(KMnO4)M(C2O4)m(样品)样品质量V初（KMnO4）V末（KMnO4）V（KMnO4）（C2O42-）平均（C2O42-）0.1837g22.1ml39.3ml17.2ml60.46830.1625g20.5ml39.7ml19.2ml48.56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+ = 5V(KMnO4)C(KMnO4)M(Fe)m(样品)样品质量V（KMnO4）（Fe3+）平均（Fe3+）0.1837g3.7ml16.515.700.1625g3.1ml15.60.1825g 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)=m(ZnO)V(EDTA)M(ZnO)V初（EDTA）V末（EDTA）V（EDTA）C（EDTA）C平均（EDTA）0.40ml30.38ml29.98ml0.0199mol/L0.0099mol/L0.29ml30.08ml29.79ml0.0200mol/L0.24ml30.05ml29.81ml0.0199mol/L3.5 EDTA滴定Fe3+ (Fe)=V(EDTA)C(EDTA)M(Fe)m(样品)样品质量V（EDTA）（Fe3+）0.1432g22.70ml12.12数据分析：实验数据基本符合事实。3.6分光光度法测定铁含量C(g/ml)012345A00.0870.1760.2810.3740.475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+)=3.505010010-6=0.0175g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=428s/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。 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。