三草酸合铁酸钾制备及结构表征Word格式文档下载.docx
《三草酸合铁酸钾制备及结构表征Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《三草酸合铁酸钾制备及结构表征Word格式文档下载.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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