草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备及组成测定

实验、三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备及组成测定 一、实验目的 1、初步了解配合物三草酸合铁（Ⅲ）酸钾制备的一般方法。 2、掌握用KMnO4法测定C2O42-与Fe3+的原理和方法。 3、培养综合应用基础知识的能力。 4、了解征配合物结构的方法。 二实验原理 1、制备 三草酸合铁（Ⅲ)酸钾K3[Fe(C2O4)3]·3H2O为翠绿色单斜晶体，溶于水[溶解度：4.7g/100g(0℃),117.7g/100g(100℃)]，难溶于乙醇。110℃下失去结晶水，230℃分解。该配合物对光敏感，遇光照射发生分解： 2 K3[Fe(C2O4)3] →3 K2C2O4 + 2K2C2O4+2CO2 (黄色) 三草酸合铁（Ⅲ)酸钾是制备负载型活性铁催化剂的主要原料，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。其合成工艺路线有多种。例如，可用三氯化铁或硫酸铁与草酸钾直接合成三草酸合铁（Ⅲ)酸钾，也可以铁为原料制得三草酸合铁（Ⅲ)酸钾。 本实验以硫酸亚铁铵为原料，采用后一种方法制得本产品。其反应方程式如下： (NH4)Fe(SO4)2·6H2O+H2C2O4→FeC2O4·2H2O(s,黄色)+（NH4）2SO4+H2SO4+4H20 6FeC2O4·2H2O+3H2O2+6K2C2O4→4K3[Fe(C2O4)3]·3H2O+2Fe(OH)3(s) 加入适量草酸可使Fe(OH)3转化为三草酸合铁（Ⅲ)酸钾： 2 Fe(OH)3+3 H2C2O4+3 K2C2O4→2 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O 加入乙醇，放置即可析出产物的结晶。 2、产物的定量 用KMnO4法测定产品中的Fe3+含量和C2O42-的含量，并确定Fe3+和C2O42-的配位比。在酸性介质中，用KMnO4溶液滴定试液中的C2O42-，根据KMnO4标准溶液的消耗量可直接计算出C2O42-的质量分数，其反应式为： 5C2O42-+2MnO4-+16H+=10CO2+2Mn2++8H2O 在上述测定草酸根后剩余的溶液中，用锌粉将Fe3+还原为Fe2+，再利用KMnO4标准溶 液滴定Fe2+，其反应式为： Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+ 5Fe3++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O 根据KMnO4标准溶液的消耗量，可计算出Fe3+的质量分数。 根据 n(Fe3+):n(C2O42-)=[ω(Fe3+)/55.8]:[ω(C2O42-)/88.0] 可确定Fe3+与C2O42-的配位比。 三．实验准备 仪器：托盘天平，电子分析天平，烧杯（100mL,250mL），量筒（10mL ,100mL），玻璃棒，长颈漏斗，布氏漏斗，吸滤瓶，真空泵，表面皿，称量瓶，干燥器，烘箱，锥形瓶（250 mL），酸式滴定管（50mL） 药品：H2SO4(2 mol?L-1)，HC2O4（61mol?L-1），H2O2（3%），(NH4)Fe(SO4)2·6H2O (s)，K2C2O4(饱和)，KSCN（0.1 mol?L-1），CaCl2(0.5 mol?L-1)，FeCl3(0.1 mol?L-1)，Na3[Co(NO2)6] , KMnO4标准溶液(0.2 mol?L-1，自行标定)，乙醇(95%)，丙酮 四、实验步骤 1、三草酸合铁（Ⅲ)酸钾的制备 （1）制取FeC2O4·2H2O 称取6.0g (NH4)Fe(SO4)2·6H2O放入250mL烧杯中，加入1.5mL的2 mol?L-1 H2SO4和20mL去离子水，加热使其溶解。另称取3.0gH2C2O4·2H2O放到100mL烧杯中，加30mL去离子水微热，溶解后取出22mL倒入上述250mL烧杯中，加热搅拌至沸，并维持微沸5min。静置，得到黄色FeC2O4·2H2O沉淀。用倾斜法倒出清夜，用热去离子水洗涤沉淀3次，以除去可溶性杂质。 （2）制备K3[Fe(C2O4)3]·3H2O  在上述洗涤过的沉淀中，加入15mL饱和K2C2O4溶液，水浴加热至40℃,滴加25mL3%的H2O2溶液，不断搅拌溶液并维持温度在    40℃左右。滴加完后，加热溶液至沸以除去过量的H2O2。取适量上述（1）中配制的HC2O4溶液趁热加入使沉淀溶解至呈现翠绿色为止。冷却后，加入15mL95%的乙醇水溶液，在暗处放置，结晶。减压过滤，抽干后用少量乙醇洗涤产品，继续抽干，称量，计算产率，并将晶体放在干燥器内避光保存。 2、产物组成的定量分析 （1）结晶水质量分数的测定 洗净两个称量瓶，在110℃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0.5h，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0.3mg）为止。 在电子分析天平上准确称取两份产品各0.5-0.6g,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0.5 h）-冷却-称量操作，直至质量恒定。根据称量结果计算产品结晶水的质量分数。 （2）草酸根质量分数的测量 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15mL2 mol?L-1 H2SO4和15mL去离子水，微热溶解，加热至75-85℃（即液面冒水蒸气），趁热用0.0200 mol?L-1 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。 （3）铁质量分数的测量 在上述保留的溶液中加入一小匙锌粉，加热近沸，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。继续用0.200 mol?L-1 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。 （4）钾质量分数的测量 根据（1）、（2）、（3）的实验结果，计算K+的质量分数，结合实验步骤2的结果，推断出配合物的化学式。作三次平行实验。 五、数据记录与处理 （1）结晶水质量分数的测定 m1=                m2=                        m3= 结晶水的质量分数v=（m3-m1）/（m2-m1）*100% （2）草酸根和铁质量分数的测量 项目 1 2 3 m(K3[Fe(C2O4)3]·3H2O )/g       滴定草酸根的V(KMnO4)/ml V初       V末       ΔV       W(C2O42-)/%       W(C2O42-)/%的平均值   滴定铁的V(KMnO4)/ml V初   V末   ΔV   W(Fe2+)/%       W(Fe2+)/%的平均值   W(K+)/%                   思考题 1、 合成过程中，滴完H2O2后为什么还要煮沸溶液? 2、 合成产物的最后一步，加入质量分数为0.95的乙醇，其作用是什么？能否用蒸干溶液的方法来取得产物？为什么？ 3、 产物为什么要经过多次洗涤？洗涤不充分对其组成测定会产生怎样的影响？ 4、 如何提高产率？能否用蒸干溶液的办法来提高产率？ 5、 用乙醇洗涤的作用是什么？ 6、 如果制得的三草酸合铁（Ⅲ)酸钾中含有较多的杂质离子，对三草酸合铁（Ⅲ)酸钾离子类型的测定将有何影响? 7、 氧化FeC2O4·2H2O时，氧化温度控制在40℃，不能太高。为什么？