三草酸合鐵酸鉀的合成與組成測定(王靖翔)

1、三草酸合鐵()酸鉀合成與組成測定實驗報告實驗員：王靖翔 班級：環(huán)工1401 學號：1100314128同組成員： 解昊，陸海亮2016年6月13日2016年6月17日三草酸合鐵()酸鉀合成與組成測定1、 前言1.1實驗原理1本實驗用Fe與H2SO4反應生成Fe SO4，加入(NH4)2SO4,使之形成較穩(wěn)定的復鹽硫酸亞鐵銨(NH4)2 Fe (SO4)2·6H2O。Fe + H2SO4(稀) = Fe SO4 + H2Fe SO4 + (NH4)2SO4 + 6H2O = (NH4)2 Fe (SO4)2·6H2O(淺綠色晶體)用(NH4)2 Fe (SO4)2·

2、 6H2O與H2C2O2作用生成Fe C2O2，再用H2O2氧化后制備三草酸合鐵()酸鉀晶體。采用重量分析法分析試樣中結(jié)晶水的含量；用KMnO4作氧化劑，采用氧化還原滴定法測定試樣中C2O22-和Fe3+的含量；并用分光光度法測定Fe的含量，比較不同方法的結(jié)果。采用電導率法測定三草酸合鐵()酸鉀的解離類型。1.2物質(zhì)性質(zhì)硫酸亞鐵銨(NH4)2 Fe (SO4)2·6H2O：俗名為莫爾鹽、摩爾鹽，簡稱FAS，相對分子質(zhì)量392.14，藍綠色結(jié)晶或粉末。對光敏感。在空氣中逐漸風化及氧化。溶于水，幾乎不溶于乙醇。低毒，有刺激性。草酸亞鐵Fe C2O2·H2O：是一種淺黃色固體，難

3、溶于水，受熱易分解。三草酸合鐵()酸鉀K3Fe（C2O4）3·3H2O: 為翠綠色單斜晶體，溶于水，（0時，4.7g-100g水；100時117.7-100g水），難溶于乙醇。110下失去三分子結(jié)晶水而成為 ，230時分解。該配合物對光敏感，光照下即發(fā)生分解。2、 實驗內(nèi)容2.1儀器與藥品2.1.1儀器1：電熱恒溫鼓風干燥箱（DGG-9070B型 上海森信實驗儀器有限公司），冰箱，抽濾瓶，布氏漏斗，真空泵（SHBIII 鄭州長城科工貿(mào)有限公司），分析天平(FA1004 上海精科天平)，電子天平（SPS202F 奧豪斯國際貿(mào)易有限公司），恒溫水浴鍋（HH·S 1-2S 上海躍

4、進醫(yī)療機械廠），紅外燈，分光光度計(721 上海精密科學儀器有限公司），干燥器，電導率儀(STARTER 3100C 奧豪斯儀器有限公司)，比色皿，吸量管，燒杯，錐形瓶，溫度計，玻璃漏斗，移液管，洗瓶，洗耳球，容量瓶，酸式滴定管，量筒，滴瓶，試劑瓶，稱量瓶。2.1.2試劑1：H2SO4(AR)，H2C2O4(AR)，KMnO4(AR)，（NH4)2SO4(CP)，Na2C2O4(AR)，K2C2O4(AR)，H2O2(AR)，Zn粉(AR)，ZnO(AR)，HCl(AR)，還原Fe粉(AR)，F(xiàn)e3+標準溶液(100g/ml)，NH3· H2O(1:1)，磺基水楊酸(200g/L)，

5、乙醇（CP），鉻黑T，酒精，冰。2.2制備2.2.1 FeSO4和(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的制備1反應方程式：Fe + H2SO4（?。?Fe(SO4)2 + H2FeSO4 + (NH4)2·SO4 + 6H2O=（NH4)2SO4·FeSO4·6H2O實驗步驟： 硫酸亞鐵的制備稱取5.0g的還原鐵粉，倒入250ml小燒杯中，向盛有鐵粉的小燒杯中加入37.5mL 3mol/L H2SO4溶液。蓋上表面皿，在遠紅外加熱儀上小火加熱20-30min，直至固體表面不再有小氣泡冒出為止，注意反應時間不宜過長，加入15ml水后加熱至再沸騰，趁熱過濾

6、，濾液立即轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，此時濾液的PH在1左右。 硫酸亞鐵銨的制備根據(jù)FeSO4的理論產(chǎn)量，在反應式計算所需(NH4)2·SO4固體的量（考慮FeSO4在過濾過程中的損失，(NH4)2·SO4的用量可按FeSO4理論產(chǎn)量的80%85%計算）。在室溫下稱12.0g (NH4)2·SO4固體，加到硫酸亞鐵溶液中，混合均勻。滴加3mol/L H2SO4調(diào)溶液的PH=1-2。用酒精燈小火蒸發(fā)濃縮至表面出現(xiàn)微晶膜為止（蒸發(fā)過程中切勿攪拌），冷卻至室溫，析出淺綠色硫酸亞鐵銨晶體。抽濾，用濾紙吸干晶體，觀察晶體的形狀，顏色，稱量并計算產(chǎn)率。2.2.2 FeC2O4和三草酸合鐵

7、()酸鉀的制備3-4反應方程式：（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O+H2C2O4=FeC2O4·2H2O（）（黃色沉淀）+（NH4）2SO4+H2SO4+4H2O6FeC2O4·2H2O+3H2O2+6K2C2O4=4K3Fe（C2O4）3+2Fe（OH）3+12H2O2Fe（OH）3+3H2C2O4+3K2C2O4=2K3Fe（C2O4）3+6H2O實驗步驟： 稱取10.0g自制的（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O固體于廣口瓶中，放入250mL燒杯中，加入30mL去離子水和1.5ml 3mol/L H2SO4 ,加熱使之溶解。然后加

8、入3.3g草酸和33ml水，加熱至沸騰，并不斷攪拌、靜置，便得到黃色FeC2O4·2H2O沉淀。沉降后，用傾析分離法將沉淀分離，用20ml去離子水洗滌1次，待用。 將上述沉淀轉(zhuǎn)移到22.0mL水和8g K2C2O4 配置的溶液中（加熱溶解），用滴管慢慢加入20mL6%H2O2溶液，不斷攪拌并保持溫度在40左右。充分反應后，沉淀轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵。加熱至沸騰，再滴加16-17 mL1mol/L的草酸溶液至沉淀溶解。用草酸或草酸鉀調(diào)節(jié)溶液pH為45。加熱濃縮，冷卻結(jié)晶，抽濾，即得到翠綠色三草酸合鐵()酸鉀晶體。2.3含量分析2.3.1 結(jié)晶水質(zhì)量分數(shù)的測定3洗凈兩個稱量瓶，在105電烘箱中干

9、燥1h，置于干燥器中冷卻，至室溫時在電子分析天平上稱量。然后再放到110電烘箱中干燥10min，即重復上述干燥-冷卻-稱量操作，直至質(zhì)量恒定（兩次稱量相差不超過1mg）為止。在電子分析天平上準確稱取兩份產(chǎn)品各0.5g左右，分別放入上述已質(zhì)量恒定的兩個稱量瓶中。在110電烘箱中干燥1h，然后置于干燥器中冷卻，至室溫后，稱量。重復上述干燥（改為10min）-冷卻-稱量操作，直至質(zhì)量恒定,記錄重量。根據(jù)稱量結(jié)果計算產(chǎn)品結(jié)晶水的質(zhì)量分數(shù)。2.3.2 高錳酸鉀標準溶液的配制和標定1稱取2.3g KMnO4，加入棕色瓶中，加700ml去離子水溶解。用分析天平準確稱取已烘干至恒重的基準Na2C2O40.15

10、-0.2克(準確至0.0002克)放入250ml錐形瓶中，加入40ml蒸餾水溶解后，再加入C(H2SO4)=3mol/L硫酸溶液10ml，搖勻。加熱到75-80(此時溶液剛冒水蒸汽)，趁熱用配制的KMnO4溶液滴定至終點(溶液由無色變?yōu)榈t色并保持30s不褪色) 。滴定時加入的第一滴KMnO4溶液褪色很慢，在沒有完全褪色前不要滴第二滴，此后可以加快滴加速度。記錄KMnO4溶液的用量。平行標定3次。2.3.3 草酸根質(zhì)量分數(shù)的測定4在電子分析天平上追卻稱取兩份產(chǎn)物（約0.15-0.20g）分別放入兩個錐形瓶中，均加入15mL3 molL-1 H2SO4和30mL去離子水，微熱溶解，加熱至75-8

11、5（即液面冒水蒸氣），趁熱用已經(jīng)標定的KMnO4標準溶液滴定至粉紅色為終點（保留溶液待下一步分析使用）。根據(jù)消耗KMnO4溶液的體積，計算產(chǎn)物中C2O42-的質(zhì)量分數(shù)。2.3.4 鐵質(zhì)量分數(shù)的測定4在上述保留的溶液中加入一小匙鋅粉，加熱近沸（75-80），直到黃色消失，將Fe3+還原為Fe2+即可。趁熱過濾除去多余的鋅粉，濾液收集到另一錐形瓶中，加入2-3ml H2SO4。繼續(xù)用已經(jīng)標定的 KMnO4標準溶液進行滴定，至溶液呈粉紅色。根據(jù)消耗 KMnO4溶液的體積，計算Fe3+的質(zhì)量分數(shù)。2.3.5 EDTA標準溶液的配制和標定1在250ml燒杯中稱取3.72gNa2H2Y·2H2O

12、(摩爾質(zhì)量372.2g/mol)，加入300-400ml去離子水，加熱溶解，待溶液冷卻后，轉(zhuǎn)入試劑瓶中，稀釋至1000ml，充分搖勻，備用。準確稱取ZnO 0.2-0.25g于250ml燒杯中，一滴一滴加入5mol/L HCl溶液，邊加邊攪拌至恰好完全溶解，定量轉(zhuǎn)移至250ml容量瓶中，定容，搖勻。用移液管準確移取25.00ml鋅標準溶液于250ml錐形瓶中，加約30ml去離子水，仔細滴加1:1氨水至開始出現(xiàn)白色沉淀，再加入10mlNH3·H2O-NH4Cl緩沖溶液、20ml去離子水、4滴鉻黑T指示劑，此時溶液呈酒紅色，用待標定的EDTA標準溶液滴定至溶液呈純藍色，記下所消耗的EDT

13、A溶液的體積。重復平行測定3次。計算EDTA標準溶液的濃度。2.3.6 EDTA測定鐵含量2稱取0.15g樣品，加入25ml去離子水，加入1:1氨水10ml，加熱煮沸，生成棕紅色沉淀，過濾，取沉淀，加入1-2滴6mol/L鹽酸，調(diào)節(jié)PH約為1-2，加入1-2滴磺基水楊酸，溶液呈紫紅色，用EDTA標定至顏色突然變化。2.3.7 分光光度法測鐵含量1空白溶液和系列標準溶液的配制取6只50ml的容量瓶，編號。用吸量管分別移取0.00mL、0.5mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL、2.50mL Fe3+標準溶液，依次加入1-6號容量瓶，再往每個容量瓶中加入2.5mL 200g/L磺基水楊酸

14、，然后滴加1:1氨水，使得溶液由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的黃色后再過量1ml，定容，搖勻。吸收曲線的繪制用1cm比色皿，以1號空白溶液做參比，以4號標準溶液做待測液，在波長400-500nm的范圍內(nèi)，每隔10nm測定一次吸光度。繪制A-吸光曲線，并找出最大吸收波長max。標準曲線的繪制在分光光度計上，選定最大吸收波長max（大約420nm），用1cm比色皿，以1號空白溶液作參比，分別測定2-6號標準系列溶液的吸光度。重復測定一次后取平均值。繪制A-c標準曲線。待測液中鐵含量的測定稱取樣品0.14g，加水溶解，用去離子水定容至250ml，取2.5ml，定容至50ml。按以上方法顯色并測定其吸光度。然后在標

15、準曲線上查出相應的濃度，求得樣品的鐵含量。2.3.8電導率的測定稱取0.5449g樣品，用100ml去離子水定容，用電導儀測定電導率。3、 數(shù)據(jù)處理3.1結(jié)晶水含量分析樣品質(zhì)量含水質(zhì)量1號瓶/g0.53260.08172號瓶/g0.52400.0795樣品中含水百分數(shù)：=12×（0.08170.5326+0.07950.5240）×100%=15.26%樣品中含水摩爾比：n（結(jié)晶水）/n(樣品)=4.14/1數(shù)據(jù)分析：實驗結(jié)果比符合理論值大，樣品合成時加熱時間不夠沒有完全去除非結(jié)晶水3.2高錳酸鉀的標定C(KMnO4)=2m(Na2C2O4)5V(KMnO4)M(Na2C2

16、O4)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高錳酸鉀滴定樣品3.3.1滴定C2O42- =2.5×V(KMnO4)C(KMnO4)M(C2O4)m(樣品)樣品質(zhì)量V初（KMnO4）V末（KMnO4）V（KMnO4）（C2O42-）平均（C2O42-）0.1837g22.1ml39.3ml17.2ml60.46830.1625g20.5ml39.7ml19.2ml48.56數(shù)據(jù)分

17、析：實驗測得草酸根離子的含量偏大，可能是因為標定的高錳酸鉀濃度偏高。3.3.2滴定Fe3+ = 5×V(KMnO4)C(KMnO4)M(Fe)m(樣品)樣品質(zhì)量V（KMnO4）（Fe3+）平均（Fe3+）0.1837g3.7ml16.515.700.1625g3.1ml15.60.1825g 3.6ml 16.2%數(shù)據(jù)分析：實驗測得鐵離子的含量偏大，其原因可能是標定的高錳酸鉀濃度偏高，同時過濾時可能操作不當，損失了部分溶液。3.4 EDTA標定 C(EDTA)=m(ZnO)V(EDTA)M(ZnO)V初（EDTA）V末（EDTA）V（EDTA）C（EDTA）C平均（EDTA）0.40

18、ml30.38ml29.98ml0.0199mol/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(樣品)樣品質(zhì)量V（EDTA）（Fe3+）0.1432g22.70ml12.12數(shù)據(jù)分析：實驗數(shù)據(jù)基本符合事實。3.6分光光度法測定鐵含量C(g/ml)012345A00.0870.1760.2810.3740.475根據(jù)方程y = 0.0486x + 0.0121，將A=0.182代入方程得此

19、時C=3.50g/ml,則m(Fe3+)=3.50×50×100×10-6=0.0175g樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)為=0.0175/0.1498=11.68數(shù)據(jù)分析：實驗數(shù)據(jù)基本符合事實。3.7電導率的測定樣品質(zhì)量m=0.3109g T=27.7 電導率=428s/cm1024=428×1.024=437.944 S·m2·mol-1 電離類型為M3A4、 結(jié)論 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知得到的三草酸合鐵() 酸鉀中結(jié)晶水的含量稍微高于3:1，實驗測得其化學式為K3Fe0.98(C2O4)2.72·3.14H2O。 滴定操作和趁熱過濾操作中溫度的控制很關(guān)鍵。