三草酸合鐵酸鉀的合成的研究畢業(yè)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。三草酸合鐵酸鉀的合成的研究畢業(yè)附件1畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課 題 名 稱 三草酸合鐵（）酸鉀的合成的研究 學(xué) 生 姓 名 尹亮 學(xué) 號(hào) 1040901006 系、年級(jí)專業(yè) 生物與化學(xué)工程系 10化學(xué) 指 導(dǎo) 教 師 唐美春 職 稱 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 2014年 5 月 18 日- 0 -3三草酸合鐵（）酸鉀的合成的研究尹亮（邵陽(yáng)學(xué)院 生物與化學(xué)工程系 2010級(jí)化學(xué) 湖南 邵陽(yáng) 422000）摘要以廢鐵屑為原料，合成硫酸亞鐵銨。用已合成的硫酸亞鐵銨與草酸在酸性溶液中先制得草酸亞鐵沉淀，然后再用草酸亞鐵在草酸鉀和草酸

2、的存在下，以過(guò)氧化氫為氧化劑，得到鐵()草酸配合物。本實(shí)驗(yàn)對(duì)三草酸合鐵() 酸鉀合成的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化，可在較短的時(shí)間內(nèi)獲得晶體產(chǎn)物，大大的縮短了實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間。對(duì)產(chǎn)物采用了化學(xué)分析、紅外光譜分析等方法，準(zhǔn)確測(cè)定晶體產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)得到的有關(guān)測(cè)定數(shù)據(jù)與理論值相吻合。 關(guān)鍵詞:三草酸合鐵（）酸鉀；合成；研究。 The synthesis research of three ferrous oxalate () acid potassiumYinliang(Grade 2010, Department of Biology and Chemistry engineering

3、, Shaoyang University,Shaoyang Hunan 422000)AbstractTo scrap as raw material, the synthesis of ammonium ferrous sulfate.Have been made with ferrous ammonium sulfate and oxalic acid in acidic solution to produce ferrous oxalate precipitation, and then with the ferrous oxalate in the presence of potas

4、sium oxalate and oxalic acid, hydrogen peroxide as oxidant, iron () oxalate complexes.The experiment of three ferrous oxalate () acid potassium synthesis experimental condition is optimized, may be achieved in a relatively short period of time, crystal products greatly shortens the time needed for t

5、he experiment.The product adopted the methods of chemical analysis, infrared spectrum analysis, accurate determination of the composition and structure of crystal products.Experimental results show that the experiment of measuring data and the theoretical value.Key words: three ferrous oxalate () ac

6、id potassium; Synthesis; Research. I目 錄中文摘要 英文摘要1 前言11.1 實(shí)驗(yàn)原理22 實(shí)驗(yàn)部分42.1 儀器和藥品52.2硫酸亞鐵銨的制備62.3三草酸合鐵（）酸鉀的制備63 結(jié)果與討論73.1合成條件的控制關(guān)鍵點(diǎn)73.2產(chǎn)物組成分析.83.3定性分析93.4 紅外光譜分析9結(jié)論11參考文獻(xiàn).13致謝14III1 前言 三草酸合鐵（）酸鉀，即 ，為綠色單斜晶體，溶于水，難溶于乙醇.110下失去三分子結(jié)晶水而成為 ，230時(shí)分解。該配合物對(duì)光敏感，光照下即發(fā)生分解。三草酸合鐵（）酸鉀是合成負(fù)載型活性鐵催化劑的重要原料，也是很好的催化劑對(duì)于一些有機(jī)反應(yīng)，因

7、而具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。目前，制備三草酸合鐵（）酸鉀的工藝路線有很多種。例如其中一種方法，廢鐵屑為原料制備硫酸亞鐵銨，加草酸鉀制備草酸亞鐵后經(jīng)氧化合成三草酸合鐵（）酸鉀；還有另一種方法，以草酸鉀與硫酸鐵為原料直接合成三草酸合鐵（）酸鉀；再如，草酸鉀與硫酸鐵或三氯化鐵直接合成三草酸合鐵（）酸鉀。 三草酸合鐵( ) 酸鉀的制備方法在無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)教材1中都是介紹采用以Fe2+ 鹽為原料, 通過(guò)氧化還原、沉淀、配合反應(yīng)等一系列過(guò)程來(lái)合成制備的。但這種方法合成步驟多, 且中間產(chǎn)物Fe( OH) 3 沉淀往往混有雜質(zhì), 再與加熱溶解后K2C2O4 作用得到配合物沉淀。其分離提純較困難, 產(chǎn)物純度不高, 直接影響對(duì)

8、其結(jié)構(gòu)組成的準(zhǔn)確測(cè)定。大一所做實(shí)驗(yàn)中，沒(méi)有嚴(yán)格限定操作條件，我們大部分同學(xué)只能得到較少的產(chǎn)物，一部分同學(xué)甚至無(wú)法得到晶體，或得到白綠色粉末，實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性也較差，影響后續(xù)的產(chǎn)品組分分析本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)產(chǎn)品合成的主要條件進(jìn)行了優(yōu)化，縮短了合成時(shí)間，僅在較短時(shí)間內(nèi)獲得晶體產(chǎn)物，同時(shí)又得到高產(chǎn)率的產(chǎn)品為了證實(shí)該方法合成的晶體產(chǎn)物即為目標(biāo)產(chǎn)物，本實(shí)驗(yàn)對(duì)產(chǎn)物采用了化學(xué)分析、紅外光譜分析等方法對(duì)其結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行測(cè)定,從測(cè)定的有關(guān)數(shù)據(jù)分析可以確定所合成制備的晶體產(chǎn)物的化學(xué)式為K3Fe( C204)3·3H2O.這些測(cè)試方法與測(cè)試結(jié)果又為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表征提供了重要的參考信息.無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是我們進(jìn)入大學(xué)學(xué)

9、習(xí)的與化學(xué)專業(yè)相關(guān)的第一門專業(yè)技能訓(xùn)練課程，不但與我們對(duì)以后無(wú)機(jī)化學(xué)甚至無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的理解和掌握程度有關(guān)，而且對(duì)我們以后的化學(xué)研究，學(xué)習(xí)和獨(dú)立操作能力有這重要影響。所以我們學(xué)校甚至其他學(xué)校的化學(xué)和相關(guān)專業(yè)的大學(xué)學(xué)生無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)的老師都在試著探索改革優(yōu)化這門課程。為了能夠讓學(xué)生們能掌握基本的實(shí)驗(yàn)技巧和操作技巧，了解基本的儀器操作和用途，充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，分析能力，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生環(huán)境保護(hù)意識(shí)。三草酸合鐵酸鉀的制備是一個(gè)典型的無(wú)機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)。基本操作多，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容廣，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變化復(fù)雜是這個(gè)實(shí)驗(yàn)的明顯特點(diǎn)。由于這些原因，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有注意相關(guān)細(xì)節(jié)，出現(xiàn)得到純度低、產(chǎn)率低的產(chǎn)品

10、，有的甚至是不能得到產(chǎn)品，嚴(yán)重影響了大家對(duì)無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)積極性和實(shí)驗(yàn)的興趣。盡管對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，但仍存在晶體析出的成功率低和晶體的顆粒度太小，產(chǎn)率低等不足. 通過(guò)查閱資料文獻(xiàn)，了解了三草酸合鐵（）酸鉀的相關(guān)性質(zhì)，綜合了以往各實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，擇其優(yōu)者而從之，擇其不優(yōu)者而改之。選擇合適的溫度，合適的酸堿度，合適的藥品滴加速度，控制好反應(yīng)的每一步條件，做出理想的產(chǎn)品。然后通過(guò)化學(xué)定量分析的方法，紅外光譜分析，化學(xué)定性分析等方法來(lái)確定晶體Fe( C204)3·3H2O的化學(xué)式。1.1 實(shí)驗(yàn)原理 1.1.1 產(chǎn)品合成原理（沉淀）(氧化配位)(酸溶配位)1.1.2 結(jié)構(gòu)組成測(cè)定原理:(l)

11、用重量分析法測(cè)定結(jié)晶水。 將一定量產(chǎn)物在110下干燥，根據(jù)失重的情況便可計(jì)算出結(jié)晶水的含量(2) 用高錳酸鉀法測(cè)定草酸根含量。 (3) 鐵含量測(cè)定。先用還原劑把鐵離子Fe 3 +,還原為亞鐵離子Fe2+,再用高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液滴Fe2+, 離子反應(yīng)反應(yīng)式如下: 由消耗KMnO4的量, 計(jì)算出Fe2 +的量, 進(jìn)而求出Fe3 +的量。（4） 定性分析 由如下離子反應(yīng)方程式所對(duì)應(yīng)的反應(yīng)現(xiàn)象結(jié)果判斷，定性說(shuō)明產(chǎn)物中K +、Fe3 +和C2O42 是處在配合物外界還是內(nèi)界： 2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 儀器和藥品2.1.1實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱公司量筒鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司錐形瓶鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司燒杯鞏義市

12、予華儀器有限責(zé)任公司溫度計(jì)鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司數(shù)顯恒溫磁力攪拌北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司水浴鍋( HH -4)瑞士METTLER TOLEDO 公司DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司循環(huán)水式真空泵鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司電子天平( BS224S)北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司iso9001分析天平北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司富里埃紅外光譜分析儀鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司 2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品 試劑名稱產(chǎn)地 純度廢鐵屑鹽酸硫酸銨NaHC4H4O6(飽和)試劑名稱產(chǎn)地純度CaCl2(0.5mol/L)FeCl3(0.2mol/L)Na2CO3(10%)KSCN(

13、1mol/L)NH4)2( SO4)2(S)天津市博迪化工有限公司分析純H2C2O4(飽和溶液)天津市大茂化學(xué)試劑有限公司分析純H2O2( 3%)天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司分析純K2C2O4( 1mol/L)天津市大茂化學(xué)試劑有限公司分析純無(wú)水乙醇長(zhǎng)沙安泰精細(xì)化工實(shí)業(yè)有限公司分析純KOH( 0.2 mol /L)天津市大茂化學(xué)試劑有限公司分析純H2SO4( 98%)長(zhǎng)沙飛海貿(mào)易有限公司分析純KCl 長(zhǎng)沙飛海貿(mào)易有限公司分析純2.2硫酸亞鐵銨的制備用臺(tái)秤稱取4.0克廢鐵屑，放入150mL燒杯中，加入10% Na2CO3溶液20mL，放在石棉網(wǎng)上加熱煮沸約10分鐘。用傾析法傾去堿液，用蒸餾水把廢

14、鐵屑洗至中性。在盛有洗凈的廢鐵屑的小燒杯中，加入25ml濃度為3mol·L-1 H2SO4溶液，置于60-70水浴中加熱以加速反應(yīng)，反應(yīng)完全趁熱過(guò)濾。按計(jì)算量稱取(NH4)2SO4晶體9.4g，將其配制成室溫下的飽和溶液，加入到FeSO4溶液中，然后在水浴中加熱蒸發(fā)至溶液表面出現(xiàn)晶膜為止(蒸發(fā)過(guò)程中不宜攪動(dòng))。從水浴中取出蒸發(fā)皿，靜置，使其自然冷卻至室溫，得到淺藍(lán)綠色的FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O晶體。用減壓抽濾的方法進(jìn)行分離，母液倒入回收瓶中，晶體再用少量95%的乙醇淋洗，以除去晶體表面所附著的水分(此時(shí)應(yīng)繼續(xù)抽濾)。將晶體取出，用濾紙吸干，稱重。

15、2.3 三草酸合鐵() 酸鉀的制備將5g(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O(s)溶20mL水中,加入5滴6mol/LH2SO4酸化(防止Fe2 + 水解),在加熱條件下溶解。邊攪拌邊加入25 mL飽和H2C2O4溶液,然后將其加熱至沸后靜置。待黃色沉淀FeC2O4沉淀完全后，倒去上層的清液，洗滌沉淀3次(每次用蒸餾水大概20mL).在上一步所得到的沉淀中加入10mL飽和K2C2O4溶液,在40左右恒溫水浴，慢慢用滴管滴加10mL 6% H2O2溶液(保持1d/s,快速攪拌),直至溶液轉(zhuǎn)變?yōu)樯钭厣?繼續(xù)加熱溶液，使溶液微沸騰2min左右(H2O2基本分解),把溶液放在20的水浴鍋里

16、水浴，然后滴加9 mL飽和H2C2O4和3mL飽和K2C2O4后,用玻璃棒不斷攪拌,直至溶液中的沉淀立即溶解，最后溶液轉(zhuǎn)化為透明的亮綠色.加入95%的乙醇15mL，混合后冷卻結(jié)晶(大約需0.5h ).結(jié)晶完全后,抽濾,用95%的乙醇淋灑濾餅，抽干混合液,在6070干燥,得到晶體產(chǎn)物，稱量計(jì)算產(chǎn)率為71.22%3 結(jié)果與討論3.1合成條件的控制關(guān)鍵點(diǎn)飽和草酸溶液加入方式、加入的量的優(yōu)化條件是: 將溶液置于20的水浴中，交替加入9 mL 飽和H2C2O4和3mL 飽和K2C2O4后,加無(wú)水乙醇15mL,如此便能得到高產(chǎn)率的翠綠色顆粒三草酸合鐵( ) 酸鉀晶體.本實(shí)驗(yàn)首次提出酸溶最佳水浴溫度為20，

17、交替加入飽和H2C2O4和飽和K2C2O4，該操作溫度比文獻(xiàn)2 -47580的最佳酸溶溫度大大降低,同時(shí)又減少了副反應(yīng)，改善了實(shí)驗(yàn)條件,節(jié)約了能源.3.2產(chǎn)物組成分析3.2.1 結(jié)晶水的測(cè)定結(jié)晶水的測(cè)定數(shù)據(jù)預(yù)處理如表3.2.1：瓶號(hào) 瓶重（g）瓶+樣品（g）樣品重 （g)烘干后瓶+樣品（g）烘干后樣品重 （g)失去水重（g)每克無(wú)水鹽所對(duì)應(yīng)的結(jié)晶水每摩爾無(wú)水鹽所對(duì)應(yīng)的結(jié)晶水1110.622711.15000.527311.09630.47360.05370.00633210.6227平均10.62272110.598811.17570.576911.09510.51630.06060.0065

18、3210.5988310.5988 表3.2.1結(jié)晶水的測(cè)定精確稱取晶體產(chǎn)物兩份，分別放入已恒重的稱量瓶中，在110下干燥l.5 h，置于干燥器中冷卻、稱量.反復(fù)上述干燥、冷卻、稱量等操作，直到恒重由表3.2.1所得數(shù)據(jù)按下式計(jì)算晶體產(chǎn)物中所含結(jié)晶水摩爾數(shù)n (1)式中m 為失去的結(jié)晶水，m' 為失水前樣品的質(zhì)量，單位g3.2.2 草酸根含量的測(cè)定表 高錳酸鉀的濃度的標(biāo)定數(shù)據(jù)Na2C2O4（g）消耗KMnO4（m1）KMnO4濃度（mol.l-1）濃度的平均值（mol.l-1）10.168225.520.01920.019220.173827.020.019230.178627.720

19、.0192表 草酸根含量的測(cè)定數(shù)據(jù)K3Fe（C2O4）3（g）消耗KMnO4（m1）每克無(wú)水化物含C2O42-的n1值每摩爾無(wú)水化物含C2O42-摩爾數(shù)10.185826.680.0069320.184625.680.0069330.181725.560.00683將晶體產(chǎn)物粉末干燥后用分析天平稱取0.180.20g 樣品三份，分別放入三個(gè)250 mL 錐形瓶中，加入25 mL蒸餾水和3 mL 6 mol /L H2SO4，加熱至7585，用標(biāo)準(zhǔn)的0 0200 mol /L KMnO4溶液滴定到微紅色( 在30s 內(nèi)不消失)由反應(yīng)了的KMnO4溶液體積，再由上述倆表所得數(shù)據(jù)算出晶體產(chǎn)物里C2O

20、42-所占百分比w1% (2) (3)V為消耗KMnO4的體積；C為消耗KMnO4的濃度；m為所稱樣品的質(zhì)量，單位g3.2.3 所含鐵的測(cè)定 把過(guò)量的還原劑鋅粉加入到面滴定完的草酸根測(cè)定液里，加熱溶液直至微微沸騰，待黃顏色逝去后再加熱3min，讓所有Fe3還原反應(yīng)成Fe ，過(guò)濾掉反應(yīng)剩余的鋅粉，使用稀H2SO4洗滌過(guò)濾下來(lái)的鋅粉，使用KMnO4溶液滴定至微紅色，由實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)算出晶體產(chǎn)物里Fe3 +所占百分比w2%。 (4) (5)V為消耗KMnO4的體積；C為消耗KMnO4的濃度。所含鐵的測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理如下表:表 3.2.3 所含鐵的測(cè)定數(shù)據(jù)上述保留液瓶號(hào)消耗KMnO4（m1）每克無(wú)水化物

21、含F(xiàn)e3+的n2值每摩爾無(wú)水化物含F(xiàn)e3+摩爾數(shù)114.120.00211224.160.00211334.060.00211由測(cè)得C2O42 ，F(xiàn)e3 + 的含量，可計(jì)算產(chǎn)物出K + 所占百分比w3%。即合成配合物的Fe3 + ，C2O42 ，K + 的摩爾數(shù)之比為:3.3 定性分析 通過(guò)以下表3.3三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，定性說(shuō)明產(chǎn)物中K +、Fe3 +和C2O42 是處在配合物外界還是內(nèi)界，結(jié)果見(jiàn)下表. 表 3.3 定性分析所加試劑 現(xiàn)象 反應(yīng)方程式 結(jié)論第一組 參照物A 1mol/L K2C2O4晶體產(chǎn)物B飽和 NaHC4H4O61mlA、B均有白色沉淀K+HC4H4O6-1= KHC4H4O6

22、K+在配合物的外層第二組參照物A 0.2mol/L FeCl3晶體產(chǎn)物B1 滴1mol/L KSCN A血紅色B無(wú)現(xiàn)象Fe3+ SCN-1= Fe( SCN)2+Fe3+在配合物的內(nèi)層第三組參照物A 1mol/L K2C2O4 晶體產(chǎn)物B2滴0.5mol/LCaCl2A有白色沉淀B無(wú)現(xiàn)象C2O42-+Ca2+= CaC2O4C2O42在配合物的內(nèi)層注：晶體產(chǎn)物配成濃度為l mol /L 進(jìn)行定性分析3.4 紅外光譜分析 在400 4000cm 1 范圍采用KCl 壓片對(duì)晶體產(chǎn)物進(jìn)行了紅外光譜分析，結(jié)果見(jiàn)圖1，振動(dòng)頻率及譜帶歸屬見(jiàn)表3.4.15 6由此可見(jiàn)，晶體3441cm 1 左右存表3.4.

23、1 K3Fe(C2O4)3·H2O標(biāo)準(zhǔn)物及合成晶體的振動(dòng)頻率和譜帶歸屬標(biāo)準(zhǔn)物振動(dòng)頻率（cm-1） 譜帶歸屬合成物（cm-1）3450OH伸縮振動(dòng)峰34411712,1677羥基C=O伸縮振動(dòng)吸收帶1713,1682 1390,1270CO伸縮及OC=O彎曲振動(dòng) 1391,1271797 OC=O彎曲振動(dòng)及MO伸縮振動(dòng) 801 528 CC伸縮振動(dòng)吸收帶 533 498環(huán)變形及OC=O彎曲振動(dòng)501 在OH 伸縮振動(dòng)峰，因此存在結(jié)晶水; 根據(jù)水的振動(dòng)峰型、峰位和強(qiáng)度，該物質(zhì)只存在結(jié)晶水7; 合成晶體測(cè)得的紅外譜圖中的吸收峰的波長(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)物的譜圖對(duì)照，可以判斷出該合成物中的配位體為草酸根基

24、團(tuán) 圖1：晶體產(chǎn)物的紅外光譜圖如下:4 結(jié)論 (1) 通過(guò)對(duì)三草酸合鐵( ) 酸鉀合成的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化，可在較短時(shí)間內(nèi)獲得晶體產(chǎn)物，而且提高了產(chǎn)物產(chǎn)率 (2)晶體產(chǎn)物化學(xué)式的確定: 由樣品所測(cè)得的紅外光譜圖與標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖對(duì)照，根據(jù)基團(tuán)的特征頻率可以確定樣品中含有C2O42 基團(tuán)和存在結(jié)晶水;通過(guò)化學(xué)定量分析，可以得到合成配合物的Fe3 + 、C2O42 、K +、H2O 的摩爾數(shù)之比為n( Fe3 + ) n( C2O42 ) n( K + ) n( H2O) 133 3; 通過(guò)無(wú)機(jī)的定性分析進(jìn)一步說(shuō)明K + 在配合物的外層，F(xiàn)e3 +、C2O42 均在配合物的內(nèi)層，所以晶體產(chǎn)物化學(xué)式為