三草酸合铁酸钾的合成与组成测定(王靖翔)

1三草酸合铁(Ⅲ)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2三草酸合铁(Ⅲ)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FeSO4，加入(NH4)2SO4,使之形成较稳定的复盐硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O。Fe+H2SO4(稀)===FeSO4+H2↑FeSO4+(NH4)2SO4+6H2O===(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O(浅绿色晶体)用(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O与H2C2O2作用生成FeC2O2，再用H2O2氧化后制备三草酸合铁(Ⅲ)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(Ⅲ)酸钾的解离类型。1.2物质性质硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O：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FeC2O2·H2O：是一种浅黄色固体，难溶于水，受热易分解。3三草酸合铁(Ⅲ)酸钾K3［Fe（C2O4）3］·3H2O: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（SHB—III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（HH·S1-2S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(STARTER3100C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(100μg/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2.2.1FeSO4和(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的制备[1]4反应方程式：Fe+H2SO4（稀）=Fe(SO4)2+H2↑FeSO4+(NH4)2·SO4+6H2O=（NH4)2SO4·FeSO4·6H2O实验步骤：①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37.5mL3mol/LH2SO4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。②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)2·SO4固体的量（考虑FeSO4在过滤过程中的损失，(NH4)2·SO4的用量可按FeSO4理论产量的80%—85%计算）。在室温下称12.0g(NH4)2·SO4固体，加到硫酸亚铁溶液中，混合均匀。滴加3mol/LH2SO4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。2.2.2FeC2O4和三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备[3-4]反应方程式：（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O+H2C2O4=FeC2O4·2H2O（↓）（黄色沉淀）+（NH4）2SO4+H2SO4+4H2O56FeC2O4·2H2O+3H2O2+6K2C2O4=4K3［Fe（C2O4）3］+2Fe（OH）3+12H2O2Fe（OH）3+3H2C2O4+3K2C2O4=2K3［Fe（C2O4）3］+6H2O实验步骤：①称取10.0g自制的（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O固体于广口瓶中，放入250mL烧杯中，加入30mL去离子水和1.5ml3mol/LH2SO4,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FeC2O4·2H2O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。②将上述沉淀转移到22.0mL水和8gK2C2O4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16-17mL1mol/L的草酸溶液至沉淀溶解。用草酸或草酸钾调节溶液pH为4～5。加热浓缩，冷却结晶，抽滤，即得到翠绿色三草酸合铁(Ⅲ)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6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2.3gKMnO4，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15mL3mol•L-1H2SO4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2-3mlH2SO4。继续用已经标定的7KMnO4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。2.3.5EDTA标准溶液的配制和标定[1]在250ml烧杯中称取3.72gNa2H2Y·2H2O(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ZnO0.2-0.25g于250ml烧杯中，一滴一滴加入5mol/LHCl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10mlNH3·H2O-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。2.3.6EDTA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]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、81.00mL、1.50mL、2.00mL、2.50mLFe3+标准溶液，依次加入1-6号容量瓶，再往每个容量瓶中加入2.5mL200g/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。②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-λ吸光曲线，并找出最大吸收波长λmax。③标准曲线的绘制在分光光度计上，选定最大吸收波长λmax（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。④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91号瓶/g0.53260.08172号瓶/g0.52400.0795样品中含水百分数：ω=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/L0.1786g17.88ml0．0293mol/L0.1503g15.30ml0.0293mol/L3.3高锰酸钾滴定样品3.3.1滴定C2O42-ω=𝟐.𝟓×𝑽(𝑲𝑴𝒏𝑶𝟒)∙𝑪(𝑲𝑴𝒏𝑶𝟒)∙𝑴(𝑪𝟐𝑶𝟒)𝒎(样品)样品质量V初（KMnO4）V末（KMnO4）V（KMnO4）ω（C2O42-）ω平均（C2O42-）0.1837g22.1ml39.3ml17.2ml60.4％68．3％0.1625g20.5ml39.7ml19.2ml48.56％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+ω=𝟓×𝑽(𝑲𝑴𝒏𝑶𝟒)∙𝑪(𝑲𝑴𝒏𝑶𝟒)∙𝑴(𝑭𝒆)𝒎(样品)10样品质量V（KMnO4）ω（Fe3+）ω平均（Fe3+）0.1837g3.7ml16.5％15.70％0.1625g3.1ml15.6％0.1825g3.6ml16.2%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。3.4EDTA标定C(EDTA)=𝒎(𝒁𝒏𝑶)𝑽(𝑬𝑫𝑻𝑨)∙�