三草酸合铁酸钾制备及结构表征Word格式文档下载.docx

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三草酸合铁（川）酸钾（含三个结晶水）为翠绿色的单斜晶体，易溶于水（溶解度oc,4.7g/100g;

100C,117.7g/100g）,难溶于乙醇。

100C下可失去全部结晶水，230C时分解。

此配合物对光敏感，受光照射分解变成黄色。

三草酸合铁（川）酸钾的制备方法在无机实验教材中都是介绍采用以Fe2+盐为

原料，通过氧化还原、沉淀、配合反应等一系列过程来合成制备的。

⑴但这种方

法合成步骤多，且中间产物Fe（OH）n沉淀,往往混有杂质，再与加热溶解后&

C2O作用得到配合物沉淀。

其分离提纯较困难，产物纯度不高，直接影响对其结构组成的准确测定。

目前，合成三草酸合铁（川）酸钾的工艺路线有多种。

例如

可以铁为原料制得硫酸亚铁胺，加草酸钾制得草酸亚铁后经氧化制得三草酸合铁（川）酸钾；

或以硫酸铁与草酸钾为原料直接合成三草酸合铁（川）

酸钾，亦可以三氯化铁或硫酸铁与草酸钾直接合成三草酸合铁（川）酸钾。

综观以上本实验改用FeCb为起始原料，在一定条件下直接与K2C2O反应合成。

用途：

摄影、电镀业、化学试剂、有机合成、科研。

用于测定光量。

因其具有光敏性，所以常用来作为化学光量计。

另外它是制备某些活性铁催化剂的主要原料，也是一些有机反应良好的催化剂，在工业上具有一定的应用价值。

[2]

1.2三氯化铁的性质

氯化铁化学式：

FeCb。

又名三氯化铁，是黑棕色晶体，也有薄片状，熔点282C、沸点315C，易溶于水并且有强烈的吸水性，能吸收空气里的水分而潮解。

易与水混溶，水溶液呈酸性，对金属有氧化腐蚀作用。

三氯化铁水溶稀释时，水解后生成氢氧化铁沉淀，有极强凝聚力。

[3]

三氯化铁用做污水处理剂，以去除水中的重金属和磷酸盐。

三氯化铁还可以用作印刷制版和电子线路板的蚀刻剂、染料工业的氧化剂和媒染剂、有机合成工业的催化剂和氧化剂以及制造其他铁盐等。

液体三氯化铁是饮用水、工业用水、工业废水、城市污水及游泳池循环水处理的高效廉价絮凝剂，具有显著的沉淀重金属及硫化物、脱色、脱臭、除油、杀菌、除磷、降低出水COD及BOD等功

效。

三氯化铁是一种很重要铁盐。

我们本次实验中所使用的是无水三氯化铁。

[4]

1.3热分析

热分析是在程序控制温度的条件下，测量物质的性质随温度变化关系的技术，它包括质量、温度、焓、声、光、电、磁以及膨胀和机械性质等。

按照第五届国际热分析会议提出热分析的定义：

热分析在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术。

常用热分析法有：

（1）热重法（TG）:

在程序控制温度下，测量物质的质量与温度的关系的技术。

（2）微商热重法（DTG）是热重曲线对时间或温度的一阶微商的方法。

（3）差热分析（DTA：

在程序控温下，测量物质和参比物的温差与温度的关系的技术。

（4）差示扫描量热法（DSC：

在程序控温下，测量输入到物质和参比物的功率差与温度的关系的技术。

（5）热机械分析（TMA:

在程序控温下，测量物质在非振动负荷下的形变与温度的关系的技术。

（6）动态热机械分析（DMA：

在程序控温下，测量物质在振动负荷下的动态模量和（或）力学损耗与温度的关系的技术。

另外还有：

热膨胀法、逸出气检测（EGA）逸出气检测（EGD）热电学法、热光学法、热发生法、热传声法等。

随着热分析技术的发展，常常采用多种技术的联用。

其中以差热分析（DTA和热重分析（TG的历史最长，使用也最广泛；

微分热重分析（DTG和差示扫描量热法（DSC近年来也得到较迅速的发展。

热分析技术是一种动态测量方法，有快速、简便和连续等优点，而且不少仪器已商品化。

热分析方法属仪器分析法，它既与其他仪器分析法并驾齐驱，又与它们互相补充和印证。

热分析技术在无机、有机、物化、催化、高分子材料、制药、生化、冶金、矿物、环保、地球化学等方面都有广泛应用。

[5]

1.4磁化率

在外磁场的作用下，物质会被磁化产生附加磁感应强度，则物质内部的磁感应强度B为：

B=B0B-」0HB

式中Bo外磁场的磁感应强度；

B■为物质磁化产生的附加磁感应强度；

H为外磁

场强度；

叫为真空磁导率，％=4n*10-7N・A。

和的单位为T，

仃=1N・A-1•ni1=1Wbnf=1V・s•m-2。

外磁场强度h的单位为N・A1。

物质的磁化可用磁化强度M来表述，磁化强度M的单为A・n1。

M也是一

个矢量，它与磁场强度成正比：

M=；

；

：

H

式中称为磁化率，是物质的一种宏观磁性质，磁化率的单位为1。

B•与M的关系为：

B--'

0H

由此得：

B=（1：

■；

）.pH二

式中〜称为物质的相对磁导率，相对磁导率的单位为1。

」―亠/叽，其中」

称为物质的磁导率，磁导率」的单位为N・A-2。

化学上常用单位质量磁化率叮或摩尔磁化率m来表示物质的磁性质，它的定义为：

^m=M/T

式中t为物质的体积质量，体积质量r的单位为kg・m3；

M为物质的摩尔质量，

摩尔质量m的单位为kg•mol-1。

m的单位是m•mol-1。

物质的原子、分子或离子在外磁场作用下的磁化现象有3种情况。

一种是物质本身并不呈现磁性，但由于它内部的电子轨道运动，在外磁场作用下会感应出一个诱导磁矩来，表现为一个附加磁场，磁矩的方向与外电场相反，气磁化强度与外磁场强度成正比，并随着外磁场的消失而消失，这类物质称为逆磁性物质，其―：

1,m<

0。

第二种情况是物质的原子、分子或离子本身具有永久磁矩：

m，由于热运动，永久磁矩的指向各个方向的机会相同，所以该磁矩的统计值等于零。

但它在外磁场作用下，一方面永久磁矩会顺着外磁场方向排列，其磁化方向与外磁场相同，其磁化强度与外磁场强度成正比；

另一方面物质内部的电子轨道运动也会产生拉摩运动，其磁化方向与外磁场相反，因此这类物质在外磁场下表现的附加磁场是上述两种作用的总结果，我们称具有永久磁矩的物质为顺磁性物质。

显然，此类物质的摩尔磁化率m是摩尔顺磁磁化率和摩尔逆磁磁化率0两部分之和：

三草酸合铁（山）酸钾的制备及结构表征

但由于」>

>

|0|,故顺磁性物质的」.1,m0，可近似的把」当做m，即

第三种情况是物质被磁化的强度与外磁场强度之间不存在正比关系，而是随

着外磁场强度的增加而剧烈地增加，当外磁场消失后这种物质的磁性并不消失，呈现出滞后的现象。

这种物质称为铁磁性物质。

假定分子间无相互作用，应用统计力学的方法，可以导出摩尔顺次磁化率」

和永久磁矩」m之间的定量关系:

式中L为阿伏伽德罗常数，k为玻尔兹曼常数，T为热力学温度。

物质的摩尔顺磁磁化率与热力学温度成反比这一关系，是居里在实验中首先发现的，所以该式称为局里定律，C称为局里常数。

分子的摩尔逆磁磁化率°

是由诱导磁矩产生的，它与温度的依赖关系很小

因此具有永久磁矩的物质的摩尔磁化率m与磁矩间的关系为:

m»

3kT3kT

该式将物质的宏观物理性质m与微观物理性质％联系起来，因此只要实验测得

2

m,代入上式就可算出永久磁矩。

永久磁矩Jm的单位是A'

口。

物质的顺磁性来自与电子的自旋相联系的磁矩。

电子有两个自旋状态。

如果

原子分子或离子中两个自旋状态的电子数不相等，则该物质在外磁场中就呈现顺磁性。

这是由于每一轨道上不能存在两个自旋状态相同的电子，因而各个轨道上

成对电子自旋所产生的磁矩是相互抵消的，所以只有存在未成对电子的物质才具有永久磁矩，它在外磁场中表现出顺磁性。

物质的永久磁矩Jm和它所包含的未成对电子数n的关系可用下式表示：

n（n-2）%

JB称为玻尔磁子，其物理意义是单个自由电子自旋所产生的磁矩：

气=©

山=9.274汉10?

A・m2

4Jime

式中h为普朗克常数；

me为电子质量。

由实验测定物质的m求出心，在算出未成对电子数n,这对于研究某些原

子或离子的子组态，以及判断络合物分子的配键类型是很有意义的。

本实验采用古埃磁天平法物质的摩尔磁化率。

由于M=-

M为样品的摩尔质量

式中h为样品的实际高度；

m为无外加磁场时样品的质量;

由于右边的各项都可通过实验测量，因此样品的摩尔磁化率可以算得，代入和式即可最后推算出样品物质的未成对电子数n。

[6]

2.仪器和药品

2.1仪器

量筒（100ml），烧杯（50ml,250ml），玻璃棒，胶头滴管，玻璃研钵，煤气喷灯，铁架台，表面皿，布氏漏斗，抽虑瓶，FD-FM—A磁天平，SDTQ-600型热

分析仪，PH试纸。

2.2药品

草酸钾（A.R），无水三氯化铁，盐酸，丙酮，莫尔氏盐

主要试剂物理常数

名称

分子量

沸点C

熔点C

密度g/mL

溶解度

草酸钾

184.2

一

356

2.127

溶

三氯化铁

162.5

315

306

2.898

易溶

盐酸

36.5

-85.0

-114.2

1.19

丙酮

58.1

58.5

-94

0.788

不溶

3.实验步骤

3.1三草酸合铁（皿）酸钾的制备

用电子天平称取22.1g草酸钾放入250ml烧杯中，加入70-80ml蒸馏水，在酒精喷灯上加热至微沸。

然后再用电子天平称取6.1g无水三氯化铁放入50ml

烧杯中，用16ml蒸馏水溶解，加入数滴稀盐酸调节溶液的PH值约为1-2。

将配制好的三氯化铁溶液逐滴滴入微沸的草酸钾溶液中，并且不断搅拌至溶液变成澄

清翠绿色，测定此时溶液的PH值约为4,再将此溶液放到冰水混合物当中冷却，保持此温度直到结晶完全倾出母液。

然后再将晶体溶于50毫升热水中，再冷却

到0C,待其晶体完全析出，用布氏漏斗进行抽滤，再用丙酮洗涤数次，抽滤干晶体，将合成好的Ks[Fe（C2Q）3]•3H2O粉末在空气中干燥。

主要反应方程式如下：

FeCl3+3K2QQ—K3[Fe（C2Q）3〕+3KCI

3.2三草酸合铁（皿）酸钾的热重分析

打开工作界面，称取20mg