化学基础实验教学资料 综合化学实验综合化学实验 东 北 师 范 大 学 化 学 实 验 中 心 1 三草酸合铁三草酸合铁()酸钾的制备、表征酸钾的制备、表征 及性质研究及性质研究 【实验目的】【实验目的】 1学习三草酸合铁学习三草酸合铁()酸钾的制备及表征方法。酸钾的制备及表征方法。 2学习配合物的制备、表征到性质研究的全过程。学习配合物的制备、表征到性质研究的全过程。 【知识介绍】【知识介绍】 三草酸合铁三草酸合铁()酸钾酸钾 K3Fe(C2O4)33H2O （分子量（分子量 491.2）为翠绿 色单斜晶系晶体，易溶于水（ ）为翠绿 色单斜晶系晶体，易溶于水（0时，时，4.7g/100g 水；水；100时，时， 117.7g/100g 水） ，难溶于乙醇等有机溶剂。水） ，难溶于乙醇等有机溶剂。110下可失去全部结晶 水， 下可失去全部结晶 水，230时分解，时分解，550时的分解产物为时的分解产物为 Fe2O3和和 K2CO3。 三草酸合铁三草酸合铁()酸钾的制备方法较多，常用硫酸亚铁铵与草酸反 应制得草酸亚铁， 然后在草酸钾溶液中用双氧水氧化草酸亚铁， 得到 三草酸合铁 酸钾的制备方法较多，常用硫酸亚铁铵与草酸反 应制得草酸亚铁， 然后在草酸钾溶液中用双氧水氧化草酸亚铁， 得到 三草酸合铁()酸钾， 这个路线制备的产品质量较好， 但实验步骤多。酸钾， 这个路线制备的产品质量较好， 但实验步骤多。 本实验以三氯化铁为起始原料， 在一定条件下直接与草酸钾反应 制备三草酸合铁 本实验以三氯化铁为起始原料， 在一定条件下直接与草酸钾反应 制备三草酸合铁()酸钾，过程比较简单，易操作，产品经过重结晶 后，纯度较高。主要反应式如下： 酸钾，过程比较简单，易操作，产品经过重结晶 后，纯度较高。主要反应式如下： FeCl3 + 3K2C2O4 + 3H2O = K3Fe(C2O4)3 3H2O + 3KCl 测定三草酸合铁测定三草酸合铁()酸钾的各组分含量时，铁含量可选用磺基水 杨酸比色法、 高锰酸钾滴定法以及原子吸收分光光度法来确定； 钾含 量可采用原子吸收分光光度法、 离子选择电极法及四苯硼钠重量分析 酸钾的各组分含量时，铁含量可选用磺基水 杨酸比色法、 高锰酸钾滴定法以及原子吸收分光光度法来确定； 钾含 量可采用原子吸收分光光度法、 离子选择电极法及四苯硼钠重量分析 化学基础实验教学资料 综合化学实验综合化学实验 东 北 师 范 大 学 化 学 实 验 中 心 2 来测定， 本实验选用四苯硼钠法； 草酸根含量由高锰酸钾氧化还原滴 定法测定；结晶水含量由热重分析法确定。 来测定， 本实验选用四苯硼钠法； 草酸根含量由高锰酸钾氧化还原滴 定法测定；结晶水含量由热重分析法确定。 通过电导法可确定配离子的电荷数， 进一步确定配合物的组成及 在溶液中的状态。 通过电导法可确定配离子的电荷数， 进一步确定配合物的组成及 在溶液中的状态。 三草酸合铁三草酸合铁()酸钾对光敏感，易发生光化学反应，见光分解变 为黄色： 酸钾对光敏感，易发生光化学反应，见光分解变 为黄色： 2K3Fe(C2O4)3= 2FeC2O4(淡黄色淡黄色)+3K2C2O4+2CO2 光化学反应是指在紫外光、 可见光作用下发生的化学反应， 也就 是说光化学反应是由物质分子吸收光子后所引发的化学反应。 分子吸 收光子后，内部电子发生能级跃迁，形成不稳定激发态，然后进一步 发生解离或其它反应。 光化学反应是指在紫外光、 可见光作用下发生的化学反应， 也就 是说光化学反应是由物质分子吸收光子后所引发的化学反应。 分子吸 收光子后，内部电子发生能级跃迁，形成不稳定激发态，然后进一步 发生解离或其它反应。 Fe(C2O4)33-配离子发生光化学反应的过程如下：在紫外光的照 射下，一个 配离子发生光化学反应的过程如下：在紫外光的照 射下，一个Fe(C2O4)33-配离子吸收一个光量子后，就产生一个活化 的 配离子吸收一个光量子后，就产生一个活化 的Fe(C2O4)33-* 配离子，该活化配离子进一步完成离子内的电子转 移，结果使中心离子 配离子，该活化配离子进一步完成离子内的电子转 移，结果使中心离子 Fe3+ 还原为还原为 Fe2+ ，配位体，配位体 C2O42-氧化为氧化为 CO2： 2Fe(C2O4)33- + 2h 2Fe(C2O4)33-* 2Fe2+ + 2CO2 + 5C2O42- 在水溶液中，在水溶液中，Fe2+可再迅速氧化，反应式：可再迅速氧化，反应式： 4Fe2+ + O2 + 4H+4Fe3+ (aq) + 2H2O Fe3+离子具有离子具有 d5电子构型， 在形成配合物后， 由于配位体的静电 场作用， 电子构型， 在形成配合物后， 由于配位体的静电 场作用，5 个简并的个简并的 d 轨道发生分裂。视配位环境和配位体性质改 变， 轨道发生分裂。视配位环境和配位体性质改 变，d 轨道的分裂情况也要变，轨道的分裂情况也要变，5 个电子在这些分裂后的个电子在这些分裂后的 d 轨道上 的分布也就不会相同， 所以会有完全不同的电子结构。 配合物最终采 轨道上 的分布也就不会相同， 所以会有完全不同的电子结构。 配合物最终采 化学基础实验教学资料 综合化学实验综合化学实验 东 北 师 范 大 学 化 学 实 验 中 心 3 取怎样的电子结构和立体结构，则决定于取怎样的电子结构和立体结构，则决定于 d 轨道分裂能和整个配合 物的配位场稳定化能的大小，也就是决定于配位体的配位场的强弱。 轨道分裂能和整个配合 物的配位场稳定化能的大小，也就是决定于配位体的配位场的强弱。 八面体型的八面体型的Fe(C2O4)33-配离子属于高自旋，因为配离子属于高自旋，因为 C2O42-离子是 弱场配位体， 离子是 弱场配位体，o较小，较小， d 电子将尽可能分占电子将尽可能分占 t2g和和 eg轨道且自旋平 行，即中心离子 轨道且自旋平 行，即中心离子 Fe3+的的 5 个个 d 电子排布采取电子排布采取 t2g3eg2的结构，以使能 量最低。 由此， 的结构，以使能 量最低。 由此， Fe(C2O4)33-配离子中未成对电子数和自由离子一样， 成为高自旋配合物，具有顺磁性。 配离子中未成对电子数和自由离子一样， 成为高自旋配合物，具有顺磁性。 由于多数第一过渡系的金属离子磁矩只与未成对的电子数相关， 而金属离子所含的未成对电子数的多少， 又可判断配合物中金属离子 的最外层电子结构及配合物是高自旋还是低自旋。 因此， 三草酸合铁 由于多数第一过渡系的金属离子磁矩只与未成对的电子数相关， 而金属离子所含的未成对电子数的多少， 又可判断配合物中金属离子 的最外层电子结构及配合物是高自旋还是低自旋。 因此， 三草酸合铁 ()酸钾的中心离子酸钾的中心离子 Fe3+的的 d 电子结构及配合物是高自旋还是低自 旋，可以由磁化率测定来确定。 电子结构及配合物是高自旋还是低自 旋，可以由磁化率测定来确定。 【仪器与试剂】【仪器与试剂】 酸式滴定管，酸式滴定管，100mL 容量瓶，容量瓶，500mL 容量瓶（每实验室容量瓶（每实验室 1 个） ， 吸量管， 个） ， 吸量管， 500mL 试剂瓶 （试剂瓶 （1 个） ， 可见分光光度计， 电导率仪，个） ， 可见分光光度计， 电导率仪， TG-DTA 分析仪，红外光谱仪，原子吸收分光光度计，电子天平，紫外灯，坩 埚，滤纸，广泛 分析仪，红外光谱仪，原子吸收分光光度计，电子天平，紫外灯，坩 埚，滤纸，广泛 pH 试纸。试纸。 K2C2O4H2O(CP)，Na2C2O4 (AR)，KMnO4(CP)，FeCl3(CP)， 硫酸铁铵 ， 硫酸铁铵(AR)， 磺基水杨酸， 磺基水杨酸， 95%乙醇乙醇(CP)， 浓硫酸， 浓硫酸(CP)， 浓盐酸， 浓盐酸(CP)， 浓氨水 ， 浓氨水(CP)， 锌粉， 锌粉(AR)， 1NaB(C6H5)4溶液，溶液， KB(C6H5)4饱和溶液，饱和溶液， 0.1%甲基红指示剂。甲基红指示剂。 化学基础实验教学资料 综合化学实验综合化学实验 东 北 师 范 大 学 化 学 实 验 中 心 4 【实验内容】【实验内容】 一三草酸合铁一三草酸合铁()酸钾的制备酸钾的制备 在在 100 mL 烧杯中，加入烧杯中，加入 3.5g FeCl3和和 10 mL 去离子水，搅拌溶 解。 去离子水，搅拌溶 解。 称取称取 12g K2C2O4H2O 于另一只于另一只 100 mL 烧杯中，加入烧杯中，加入 30mL 去 离子水，加热，在溶液近沸腾时逐滴加入所配制的 去 离子水，加热，在溶液近沸腾时逐滴加入所配制的 FeCl3溶液并不断 搅拌，直至溶液变成澄清翠绿色，冷却至室温后再用冰水浴冷却，析 出翠绿色晶体，抽滤，得粗产品。 溶液并不断 搅拌，直至溶液变成澄清翠绿色，冷却至室温后再用冰水浴冷却，析 出翠绿色晶体，抽滤，得粗产品。 将粗产品用去离子水重结晶， 趁热过滤， 将滤液冷却至室温后再 用冰水浴冷却，待析晶完全后抽滤，将晶体先用少量冰水洗涤，再用 将粗产品用去离子水重结晶， 趁热过滤， 将滤液冷却至室温后再 用冰水浴冷却，待析晶完全后抽滤，将晶体先用少量冰水洗涤，再用 10mL 95%乙醇洗涤，尽量用滤纸吸干，室温下避光晾干后，称重， 计算产率。 乙醇洗涤，尽量用滤纸吸干，室温下避光晾干后，称重， 计算产率。 二配合物的红外光谱测定二配合物的红外光谱测定 KBr 压片法测定合配合物的压片法测定合配合物的 IR 谱图，并对相关的特征峰加以分 析说明。 谱图，并对相关的特征峰加以分 析说明。 三配合物的热性质分析三配合物的热性质分析 使用使用 TD-DTA 热分析仪，按照操作规程，测定配合物样品的热分析仪，按照操作规程，测定配合物样品的 TG-DTA 曲线，升温速率：曲线，升温速率：20C/min；温度范围：室温；温度范围：室温600。由。由 TG 曲线计算样品的失重率，结合曲线计算样品的失重率，结合 DTA 曲线，与各种可能的热分解 反应的理论失重率相比较， 分析产物的热性质并确定配合物中草酸根 及结晶水的含量（ 曲线，与各种可能的热分解 反应的理论失重率相比较， 分析产物的热性质并确定配合物中草酸根 及结晶水的含量（550的热分解产物是的热分解产物是 Fe2O3和和 K2CO3） 。） 。 四配合物中结晶水含量分析四配合物中结晶水含量分析 化学基础实验教学资料 综合化学实验综合化学实验 东 北 师 范 大 学 化 学 实 验 中 心 5 将洗净后的坩埚放烘箱中将洗净后的坩埚放烘箱中 110干燥干燥 1h， 然后放入干燥器中冷却 至室温， 称量。 再在 ， 然后放入干燥器中冷却 至室温， 称量。 再在 110干燥干燥 20min， 再放入干燥器中冷却至室温， 称量，直至恒重。 ， 再放入干燥器中冷却至室温， 称量，直至恒重。 称取称取 1g 左右配合物样品（称准至左右配合物样品（称准至 0.0001g） ，放入已恒重的坩埚 中， ） ，放入已恒重的坩埚 中， 110干燥干燥 1h， 然后放入干燥器中冷却至室温， 称量。 再在， 然后放入干燥器中冷却至室温， 称量。 再在 110 干燥 干燥 20min，再冷却，称量，直至恒重。根据称量结果，计算配合物 样品的结晶水含量。 ，再冷却，称量，直至恒重。根据称量结果，计算配合物 样品的结晶水含量。 五五0.05 molL-1 KMnO4溶液的配制和标定（自拟实验方案）溶液的配制和标定（自拟实验方案） 配制配制 300mL 0.05 molL-1 KMnO4溶液，贮存于棕色瓶中，用溶液，贮存于棕色瓶中，用 Na2C2O4标定，备用。标定，备用。 六配合物中草酸根含量的