硫酸亚铁铵的制备、三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的合成、组成测定及配离子电荷数的测定

1、硫酸亚铁铵的制备、三草酸合铁()酸钾的合成、组成测定及配离子电荷数的测定北京石油化工学院化学工程学院 化XXX班XXX二XX年 五月硫酸亚铁铵的制备、三草酸合铁()酸钾的合成、组成测定及配离子电荷数的测定XXX（北京石油化工学院化学工程学院，北京102600）摘要：实验首先以铁屑、硫酸及硫酸铵为原料，利用同温度下复盐的溶解度比组成它的简单盐的溶解度小的特点制备硫酸亚铁铵。再用硫酸亚铁铵及草酸和草酸钾为原料合成三草酸合铁()酸钾。最后用重量分析法、氧化还原滴定法及离子选择性电极对三草酸合铁()酸钾进行组成分析，配离子电荷数测定。实验结果表明：称取2.0g铁屑制得硫酸亚铁铵10.5g，理论产量14

2、.00g，产率75.00%；再用制备的硫酸亚铁铵5.0g制得三草酸合铁()酸钾5.2g，理论产量6.26g，产率83.06%。最后用0.01134mol/L的高锰酸钾标准溶液测定由1.1475g样品溶于250mL去离子水配制的试液，测得C2O42-与Fe3+的摩尔比为3.851，与理论值31比较并分析误差；用离子交换法处理0.5002g样品并用离子选择性电极间接测得样品中三草酸合铁()配离子电荷数为2.48，与理论值3比较并分析误差。关键词：硫酸亚铁铵，三草酸合铁()酸钾，合成，组成分析硫酸亚铁铵，俗称莫尔盐（Mohr salt），化学式为（NH4）2SO4·FeSO4·6

3、H2O，浅绿色单斜晶体，溶于水，不溶于乙醇。在空气中比较稳定，不像一般亚铁盐易被氧化，因此在分析化学中常被用作还原试剂，可以用来测定高锰酸钾、重铬酸钾等溶液的浓度，广泛的应用于医药、冶金及电镀等方面。本实验用（NH4）2SO4和FeSO4等物质的量混合制得：（NH4）2SO4+FeSO4+6H2O =（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O三草酸合铁()酸钾，化学式为K3Fe(C2O4)3·3H2O，翠绿色晶体，溶于水，难溶于乙醇。是制备负载活性催化剂的主要原料。加热至110时失去结晶水，230时分解。极易感光，室温下光照变为黄色：2Fe（C2O4）33-FeC2

4、O4+C2O42-+CO2分解生成的FeC2O4遇六氰合铁（）酸钾生成蓝色KFeFe（CN）6：FeC2O4+K3Fe（CN）6=KFeFe（CN）6+K2C2O4因此，实验室中K3Fe(C2O4)3可制成感光纸，进行感光实验。本实验用硫酸亚铁铵、草酸及草酸钾为原料制得：（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O+H2C2O4=FeC2O4·2H2O（）+（NH4）2SO4+H2SO4+4H2O6FeC2O4·2H2O+3H2O2+6K2C2O4=4K3Fe（C2O4）3+2Fe（OH）3+12H2O2Fe（OH）3+3H2C2O4+3K2C2O4=2K3Fe（C2O

5、4）3+6H2O1 试剂及仪器硫酸铵：分析纯，北京化学试剂公司；硫酸：分析纯，北京化学试剂公司；草酸：分析纯，北京化学试剂公司；草酸钾：分析纯，北京化学试剂公司；双氧水：分析纯，北京化学试剂公司；高锰酸钾：分析纯，北京化学试剂公司；硫酸锰：分析纯，北京化学试剂公司；盐酸：分析纯，北京化学试剂公司；氯化亚锡：分析纯，北京化学试剂公司；三氯化钛：分析纯，北京化学试剂公司；钨酸钠：分析纯，北京化学试剂公司；硫酸铜：分析纯，北京化学试剂公司JT6001型电子天平：上海精天电子仪器有限公司；FA1004型上皿电子天平：上海精科天平厂；PHS-2F型数字pH计：上海精密科学仪器有限公司；pCl-1型氯离子

6、选择性电极：上海精密科学仪器有限公司；217型双液接甘汞电极：上海精密科学仪器有限公司；SHZ-型循环水真空泵：上海亚荣生化仪器厂2 实验方法2.1 硫酸亚铁铵的制备称取2.0g铁屑放入150mL锥形瓶中，加入25mL3mol/L H2SO4溶液，锥形瓶放在自制水浴上加热。由于铁屑不纯，反应中会有硫化氢、磷化氢等有毒气体生成，故用碱液吸收尾气防止污染大气。生成的硫酸亚铁易与空气中氧结合氧化，实验中尽量避免过多空气进入锥形瓶。充分反应后趁热常压快速过滤反应溶液。称取4.7g（NH4）2SO4放入约8mL去离子水中，配成其饱和溶液。将滤液与饱和硫酸铵溶液混合倒入100mL烧杯中，用3mol/L H

7、2SO4溶液调节pH至12。小火加热蒸发，温度应维持在70以下，防止FeSO4·7H2O变为溶解度较小的FeSO4·H2O。表面出现晶膜时停止加热，冷却，即可析出硫酸亚铁铵结晶。抽滤，用滤纸把晶体压干。2.2 三草酸合铁()酸钾的合成称取5.0g自制的（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O固体，放入100mL烧杯中，加入15mL去离子水和5滴3mol/L H2SO4 ,加热使之溶解。然后加入25.0mL1mol/L草酸溶液，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，用去离子水洗涤23次

8、，待用。将上述沉淀转移到约40的10.0mL饱和K2C2O4溶液中，用滴管慢慢加入20mL3%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8mL1mol/L的草酸溶液至沉淀溶解。用草酸或草酸钾调节溶液pH为45。小火加热浓缩至溶液体积约为20mL，冷却结晶，抽滤，即得到翠绿色三草酸合铁()酸钾晶体。2.3 三草酸合铁()配离子组成的测定2.3.1草酸根含量测定本实验用高锰酸钾法测定草酸根含量，草酸根在酸性介质中可被高锰酸钾定量氧化：5C2O42-+2MnO4-+16H+10CO2+2Mn2+8H2O准确称取1.01.2g样品于100mL烧杯中，

9、加入50mL蒸馏水使之溶解，定量转移至250mL容量瓶中稀释至刻度，摇匀备用。准确移取试液25.00mL于250mL锥形瓶中，加入MnSO4溶液5.0ml及1mol/L H2SO4 5.0mL，加热至7580，立即用KMnO4标准溶液滴定。重复操作三次，记录数据。2.3.2 Fe3+含量测定本实验先用SnCl2将Fe3+大部分还原，再用Na2WO4作指示剂，用TiCl3还原剩余Fe3+，全还原为Fe2+后用高锰酸钾法滴定：2Fe3+Sn2+=2Fe2+Sn4+Fe3+Ti3+H20=Fe2+TiO2+2H+5Fe2+MnO4-+8H+=Mn2+5Fe3+4H2O准确移取试液25.00mL于25

10、0mL锥形瓶中，加入10.0mL6mol/L HCl，加热至7580，加5滴SnCl2溶液变为浅黄色，加入Na2WO41.0mL，逐滴加TiCl3至溶液呈蓝色并过量1滴，加入CuSO4溶液2滴，去离子水20mL，在冷水中冷却至蓝色褪尽。隔12min后，再加入10.0mL MnSO4溶液，加热溶液至7580，立即用KMnO4标准溶液滴定。重复操作三次，记录数据。2.4 三草酸合铁()配离子电荷数的测定本实验用三草酸合铁()配阴离子把氯型阴离子交换树脂中的Cl-置换出来，再用氯离子选择性电极测定Cl-含量，间接测得三草酸合铁()配阴离子的电荷数：nRN+Cl-+Xn-=（RN+）nXn-+nCl-

11、配制一系列不同浓度的Cl-标准溶液，用甘汞电极作参比电极分别测其电动势，以标准浓度为横坐标，电动势为纵坐标绘制标准曲线。测定交换后溶液的电位Ex，在标准曲线上找出与Ex值相应的pCl值，求出Cl-物质的量，从而确定三草酸合铁()配阴离子的电荷数。3 结果与讨论3.1 硫酸亚铁铵的制备原料：2.0g铁屑，4.7g硫酸铵产品：10.5g硫酸亚铁铵，浅绿色晶体产率：75.00%（理论产量14.00g）3.2 三草酸合铁()酸钾的合成原料：5.0g硫酸亚铁铵产品：5.2g三草酸合铁()酸钾，翠绿色晶体产率：83.06%（理论产量6.26g）3.3 三草酸合铁()配离子组成的测定样品质量：1.1475g

12、KMnO4标准溶液浓度：0.01134mol/L表1 三草酸合铁()配离子中C2O42-的测定KMnO4体积1(mL)KMnO4体积2(mL)称取试样中C2O42-的摩尔数1mol试样中C2O42-的摩尔数实验值1mol试样中C2O42-的摩尔数理论值相对误差(%)C2O42-百分含量(%)实验值C2O42-的含量误差(%)25.0925.110.007123.043.001.4954.571.49表2 三草酸合铁()配离子中Fe3+的测定KMnO4体积1(mL)KMnO4体积2(mL)试样中Fe3+的摩尔数1mol试样中Fe3+的摩尔数实验值1mol试样中Fe3+的摩尔数理论值相对误差(%)

13、Fe3+的百分含量(%)实验值Fe3+的含量误差(%)28.3528.370.001840.7911.0020.919.0220.94试样C2O42-与Fe3+的摩尔比为：3.851（理论值：31）分析可能为合成实验中草酸钾加入过多，导致产品中有过量的草酸钾，造成组成分析实验中测定的C2O42-含量大于理论值。3.4 三草酸合铁()配离子电荷数的测定表3 氯离子标准溶液电极电势pCl1234E（mV）-49-97-161-208 样品质量：0.5002g，物质的量：0.00102mol试液电动势Ex：-134mV试液pCl：2.60试液Cl-浓度：0.00253mol/L交换出Cl-的物质的量

14、：0.00253mol试样配离子电荷数：2.48（理论值：3）分析可能为离子交换时洗涤小烧杯及交换柱的次数偏少导致损失了部分Cl-，从而使实验值小于理论值。4 结论（1） 以铁为原料与硫酸反应生成硫酸亚铁，将硫酸亚铁与硫酸铵等物质的量混合制得硫酸亚铁铵。再以硫酸亚铁铵为原料，与草酸、草酸钾反应制得三草酸合铁()酸钾，最后对三草酸合铁()酸钾进行组成分析，配离子电荷数测定。Fe2+易被空气中的氧氧化，控制反应的温度很关键。制备三草酸合铁()酸钾时要注意草酸及草酸钾的用量，防止产品中有过量草酸或草酸钾。实验中硫酸亚铁铵的产率75.00%，三草酸合铁()酸钾产率83.06%。产品产率高。实验测得试样C2O42-与Fe3+的摩尔比