三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的合成及组成测定

1、北京石油化工学院综合性无机与分析化学实验报告题目名称：硫酸亚铁铵的制备、三草酸合铁()酸钾的合成及组成测定学生姓名： xxxxxx 学 院： 化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 年 级： xxxxxx 指导教师： xxxxxx xxxx年xxx 月 xxxx 日三草酸合铁（）酸钾的合成及组成测定Xxxx（北京石油化工学院化工系化xxxx班 ）摘要：首先将洗净的铁屑与3mol/L硫酸反应合成硫酸亚铁溶液，趁热减压过滤。然后与饱和的硫酸铵溶液混合，在pH为12的条件下，用小火加热蒸发浓缩，最后冷却得到硫酸亚铁铵晶体。其次，将制得的硫酸亚铁铵晶体加热溶解与草酸溶液反应得到草酸亚铁沉淀，接着在草酸

2、钾存在的条件下，用过氧化氢氧化为三草酸合铁（）酸钾配合物，同时有氢氧化铁生成，加入适量草酸可以使氢氧化铁转化为三草酸合铁（）酸钾，之后将混合物放在乙醇中，将析出翠绿色晶体。最后利用重量分析法，氧化还原法中的高锰酸钾法对三草酸合铁（）酸钾组成进行测定。实验数据表明：称取2.0g铁屑，制得硫酸亚铁铵的质量为11.2g其产率为80%，称取制得的硫酸亚铁铵5.0g制得三草酸合铁（）酸钾的质量为4.2g其产率为67.1%最后用0. 0.01141mol/L高锰酸钾标准溶液测定由1.1775g样品溶于250ml去离子水配制的溶液，根据实验数据，计算三草酸根合铁（）酸钾中结晶水的含量及其配阴离子中的Fe3+

3、、C2O42- 的含量，并与理论值比较。其中三草酸合铁（）酸钾中各物质的百分含量:W(C2O4-)为51.7%; W(Fe3+)为9.32% ；W(H2O)为14.68% ；W(K+)为24.29%关键词：硫酸亚铁铵晶体 三草酸合铁（）酸钾 重量分析法 高锰酸钾法前言三草酸合铁（）酸钾是制备负载活性铁催化剂的主要原料,在实验室中可用三草酸合铁（）酸钾作为感光纸和感光液，进行感光实验。另外由于它具有光的性质，能够定量进行化学反应，常用作化学光计量材料。所以制备三草酸合铁（）酸钾具有很大的意义。而三草酸合铁（）酸钾合成的工艺有很多种，例如草酸钾与无水三氯化铁制备三草酸合铁（）酸钾，称取一定量的草酸

4、钾，加水溶解，用酒精喷灯加热至微沸。称取无水三氯化铁，溶解，加入稀盐酸将pH值调至约12。将配置好的三氯化铁溶液逐滴加入草酸钾溶液中，不断搅拌至混合液变为澄清翠绿色。此时测得pH值约为4。加热浓缩，冷却结晶，抽滤 。 便得到三草酸合铁（）酸钾。又如以硫酸铁与草酸钾为原料直接合成三草酸合铁（）酸钾 。还有以硝酸铁和草酸制备三草酸合铁酸钾的工艺方法。而本文采取的方法是利用硫酸亚铁铵与草酸反应得到草酸亚铁，再在过量草酸存在的条件下被过氧化氢氧化为三草酸合铁（）酸钾配合物，加入乙醇后，便析出三草酸合铁（）酸钾。具体的化学反应为：(NH4)2FeSO4·6H2O+H2C2O4 = FeC2O4

5、·2H2O +(NH4)2 SO4+ H2 SO4+4H2O6FeC2O4·2H2O+3H2O2+6K2C2O4=4K3Fe(C2O4)3 ·3H2O+ 2Fe(OH)3+12 H2O2Fe(OH)3+3 H2C2O4+3 K2C2O4= 2K3Fe(C2O4)3 ·3H2O+6 H2O对三草酸合铁（）酸钾组成的测定分别利用了重量分析法，将定量的产物在110ºC下干燥，根据失重情况计算出结晶水的含量。根据草酸根在酸性条件中被高锰酸钾定量氧化，所以采用高锰酸钾法测定草酸根的含量。对铁含量的测定则是先将Fe3+还原为Fe2+,然后用准确浓度的高锰酸

6、钾标准溶液滴定Fe2+由消耗的高锰酸钾的量计算出铁的含量。具体的化学反应为：2MnO4- + 5C2O42-+16H+ = 2Mn2+ + 8H2O+ 10CO22Fe3+Sn2+=2Fe2+Sn4+Fe3+Ti3+H2O=Fe2+TiO2+2H+MnO4 - + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ +5Fe3+ +4H2O 1. 实验部分1.1试剂及仪器铁屑 H2SO4 :3mol/L 北京化工厂 (NH4)2 SO4:化学纯 北京化工厂 乙醇：95% 北京化工厂 K2C2O4：饱和溶液 北京化工厂 H2O2：3%北京化学试剂三厂 H2C2O4:1 mol/L北京市兴京化工厂 KMnO4:

7、0.01141 mol/L北京化工厂 SnCl2:15%北京化工厂 TiCl3:6%北京化工厂 CuSO4：0.4% 北京化工厂 Na2WO4 ： 25% 北京化工厂 电子分析天平：上海天平厂 循环水真空泵：郑州合众仪器有限公司 25ml移液管：中山市精科化仪器厂 250ml容量瓶：中山市精科化仪器厂1.2实验过程1.2.1硫酸亚铁铵的制备称取2g洗净的铁屑，放入150ml的锥形瓶中，加入25ml 3mol/LH2SO4溶液，锥形瓶放在自制的水浴加热（反应中所产生的气体经由导管被10%NaOH溶液吸收，装置如下图所示。），使铁屑与硫酸反应至不再产生气泡为止。最后得到硫酸亚铁溶液，趁热减压过滤。

8、在室温下称取4.73g的硫酸铵并配制成饱和溶液，与硫酸亚铁溶液混合均匀，用3mol/L H2SO4溶液调节pH值为12。用小火加热蒸发浓缩至表面出现晶膜为止，冷却，既可以析出硫酸亚铁晶体。抽滤，用滤纸把晶体压干，备用。1.2.2三草酸合铁（）酸钾的合成称取5g的硫酸亚铁铵固体，放入100ml烧杯中，加入15ml蒸馏水和5滴3mol/L H2SO4，加热使之溶解。然后加入25ml1mol/L草酸溶液，加热至沸，并不断搅拌、静置，便得到黄色的 FeC2O4·2H2O 沉淀。沉降后，用倾析法弃出上层清液，沉淀用去离子水洗涤23次（搅拌并温热、静置）。在上面的沉淀中，加入10ml饱和草酸钾溶

9、液，加热至约40，用滴管慢慢加入20ml/L 3%H2O2溶液不断搅拌并保持温度为40左右，此时，将有氢氧化铁沉淀产生，然后加热至沸，再加入8ml 1mol/L草酸溶液（首先一次性加入5ml,然后再慢慢地滴入剩余的草酸溶液）至沉淀溶解。此时溶液呈翠绿色，pH值为45，加热浓缩至溶液体积约为20ml，冷却，即有翠绿色三草酸合铁（）酸钾晶体析出。若三草酸合铁（）酸钾溶液未达饱和，冷却时不析出晶体，可以继续加热浓缩或加95%乙醇5ml，既可以析出晶体.2. 产品分析2.1.1水含量测定将称量瓶放在烘箱中，在110下加热、干燥1h，至恒重，称量。称取0.5641g三草酸合铁（）酸钾样品，放入恒重的称量

10、瓶中。置于烘箱中，在110下加热、干燥1h，至恒重，称量。2.1.2草酸根含量测定准确称取1.1775g三草酸合铁（）酸钾于100ml烧杯中，加入50ml去离子水使之溶解，定量转移250容量瓶中，稀释至刻度，摇匀备用。准确吸取试液25.00ml于250ml锥形瓶中，加入MnSO4溶液5ml及1mol/L H2SO4 5ml,，加热至7580，立即用高锰酸钾标准溶液滴定至浅红色并保持30s内不褪色，即为终点。重复操作，记录体积。由高锰酸钾消耗体积V1，计算样品中草酸根的含量。2.1.3铁含量测定准确移取试液25.00ml于锥形瓶中，加入10ml 6mol/LHCl,加热7580，逐滴加入SnCl

11、2至溶液浅黄色，使大部分Fe3+还原为Fe2+，加入Na2WO4 1ml,滴入TiCl3至溶液呈蓝色，并过量1滴，加入CuSO4溶液2滴，去离子水20ml，在冷水中冷却并不断振荡至蓝色褪尽，隔12min后，再加入10ml MnSO4，然后用高锰酸钾标准溶液滴定至浅红色并保持30s内不褪色，即达终点。由消耗的高锰酸钾体积V2,用逐差法计算铁的含量。2.1.4钾含量的测定由测得的铁、草酸根、结晶水的百分含量计算出钾的含量。3. 结果与讨论3.1硫酸亚铁铵的制备经过冷却、抽滤所得的硫酸亚铁铵为浅绿色晶体。原料：2.0g铁屑4.73g硫酸铵产品：11.2g（理论产量14g）产率：80.0%对产率偏低的

12、原因分析：在铁屑选择上不适，导致铁屑于硫酸没有完全反应；同时实验用的铁屑不够纯净，含有大量杂质。另一方面，冷却时间不够长，致使硫酸亚铁铵结晶不完全。3.2三草酸合铁（）酸钾的合成经过抽滤所得三草酸合铁（）酸钾为翠绿色晶体，易溶于水而难溶于乙醇。原料：5.0g硫酸亚铁铵产品：4.20 g（理论产量6.26g） 产率：67.1%对产率偏低的原因分析：在合成K3Fe(C2O4)3 ·3H2O过程中，加入H2O2的速度太快，使得Fe2+未被完全氧化，导致得到的晶体偏黄；部分过氧化氢分解，Fe2+未被完全氧化；加热FeC2O4过程中溶液暴沸，飞溅，造成部分损失；配合后溶液pH值偏低，未用K2C

13、2O4溶液调节。3.3三草酸合铁（）酸钾配离子组成测定C2O42-的测定数据M /gK3Fe(C2O4)3 ·3H2O1.1775V1末/ml24.2024.2524.32V1初/ml0.000.000.00V1/ml24.224.2524.32平均V1/ml24.26W(C2O42-)51.59%51.70%51.85%平均W(C2O42-)51.71%理论百分含量53.73%相对误差-4.0%-3.8%-3.5%Fe3+的测定数据V2末/ml27.7227.70V2初/ml0.000.00V2/ml27.7227.70W(Fe3+) 9.35%9.3%平均W(Fe3+)9.32%

14、理论值11.36%相对误差-17.7%-18.1%C2O42-%、Fe3+%的测定值与理论值比较，分析原因：C2O42-%、Fe3+%的测定值均低于理论值，原因可能是：高锰酸钾溶液颜色较深，读数时有误差； 滴定C2O42-前，加热温度可能过高，导致部分离子分解。 3.4三草酸合铁（）酸钾配离子结晶水和钾含量测定结晶水测定数据干燥后空瓶质量/g烘干前物与瓶总重/g烘干后物与瓶总重/g减少结晶水质量/g结晶水百分含量理论百分含量相对误差16.935217.499317.41650.082814.68%10.99%33.6% 钾含量测定数据根据物质的组成可以得出W(K+)=1- W(Fe3+)- W

15、(C2O42-)- W(H2O)=24.29% 而钾含量的理论值为23.92% 所以其相对误差为1.5%结晶水和钾含量的测定值与理论值比较，分析原因：结晶水含量高于理论值可能是三草酸合铁（）酸钾在进行实验的过程中暴露在空气中太久，导致与空气中的水蒸气接触。4.结论4.1 由实验结果的测定结果可得Fe3+: C2O42- = Fe3+%/55.8: C2O42-%/881：3.51:3因此，三草酸根合铁()酸钾的化学式为K3Fe(C2O4)3·3H2O与实际相符合，但是还是存在一些偏差，主要是因为在做实验的时候存在一些误差，因此，为了提高产品产率，减少实验误差，我们应该注意以下几个方面

16、的操作：（1）在加热浓缩为得到硫酸亚铁铵晶体时，温度一定要控制好，并保持溶液的酸度在pH值在12。（2）在称取硫酸亚铁铵晶体来制备三草酸根合铁()酸钾时，应选取纯度高的晶体来测量，以减小误差。(3)在测量三草酸根合铁()酸钾的组成时，在滴定样品的时候，消耗的高锰酸钾体积要读在测量三草酸根合铁()酸钾的组成时，在滴定样品的时候，消耗的高锰酸钾体积要读数准确，并做多几组平行实验取平均值，以减小误差。4.2对本实验的制备条件的选择、分析测定方法有何评价与建议本实验的制备条件选择合理，分析测定方法条理明晰。本实验将两个制备和测定两个实验合并为一个大的综合性实验，在保证精确度的同时又简化了部分操作，使其

17、对于学生而言更容易上手，对设备的要求不高，也降低了有毒害物质的使用与对环境的影响。本实验的分析测定方法科学严谨有较高的精确度与准确性，比较容易操作，本实验是面向我们大学生非常优秀的实验。但是同时也存在一定的问题，对钾含量的测定过于笼统，仅仅通过计算Fe3+， C2O42-，H2O的含量测定就确定出钾的含量使结果可信度降低，与实际情况存在较大的误差。所以对钾含量的测定仍然需要通过严谨的化学方法。4.3通过实验有何收获和提高？通过这一系列的综合实验，我进一步熟悉和掌握了滴定的步骤与流程，将理论课上学到的理论知识投入实践，更好地理解了书本上的知识，为今后的更加复杂的实验、更加深入的学习打下了良好的基础。原本我不能很好地使用移液管，通过这些实验，我也更加熟悉了移液管的使用方法和技巧。我们也学到了许多新的化学知识与技巧。在滴定的过程中需要的是耐心、平稳的心境和细致小心的实验态度，