当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

三草酸论文


三草酸合铁酸钾的制备及性质表征
摘要:合成三草酸合铁酸钾的工艺路线有多种,本实验是采用最简便的方法来合成 三草酸合铁酸钾,实验使用三氯化铁为起始原料,在一定条件下直接与草酸钾反应 合成产物,其合成过程比较简单,易操作,产品经过重结晶后,纯度较高。在合成 了产物之后,在通过测定它的磁化率,分析气热分解的产物来分析其性质和组成结 构。 关键字:三草酸合铁酸钾;磁化率;热分析

;旋光性;结晶;

Three oxalate-iron (Ⅲ) Preparation and Characterization of potassium
Abstract: This experiment is to use the most convenient method for synthesis of three oxalic acid and iron acid potassium, experimental use chloride-ferric chloride as the starting material, in certain conditions and oxalic acid potassium reaction synthesis direct product, the synthesis process is simple, easy to operate, the product after heavy crystallization, high purity. In the synthesis of the product after, on through the determination of its magnetism, the product of gas analysis to analyze the thermal decomposition properties and structure. Key words: Third Oxalate Fe(Ⅲ); Magnetized rate; Thermal analysis; Crystallization; compound; consort

1 前言
1.1 开题依据
三草酸合铁酸钾晶体 K3 [Fe(C3O4)3]·3H2O 可用于摄影和蓝色印刷,三草酸合铁 (Ⅲ)酸钾,为翠绿色晶体,易溶于水(0℃时,4.7g 每 100g 水;100℃时 117.7g 每 100g 水) ,难溶于乙醇。其晶体在 110℃下会先失去三分子结晶水,而在 230℃时 会分解。该配合物对光敏感,光照下即发生分解。 光解方程式:2K3·[Fe(C2O4)3]·3H2O=3K2C2O4+2FeC2O4+2CO2↑+6H2O 其主要用途有很多最主要的是:1、三草酸合铁(Ⅲ)酸钾是制备负载型活性铁 催化剂的主要原料,也是一些有机反应很好的催化剂,因而具有工业生产价值。2、 三草酸合铁酸钾晶体 K3 [Fe(C3O4)3]·3H2O 可用于摄影和蓝色印刷。

1.2 文献综述
如今的三草酸合铁酸钾的制备方法有很多。
1、三草酸合铁(Ⅱ)酸钾的制备方法在无机实验教材中以铁盐为原料, 通过氧化

还原、沉淀、配合反应等一系列过程来合成制各的。 但这种方法合成步骤多,且 中间产物 Fe(oH)3 沉淀往往混有杂质,再与加热溶解后碳酸钾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。所以在本 次制备产物时不推荐采用此法。 2、还有一种比较具有教学意义的方法,那就是向(NH4)2Fe(SO4)2 溶液加入草酸 合成 FeC204·2H2O 晶体并倾析洗涤杂质;再加入 K2C2O4 溶液在弱碱介质中用 H2O2 氧化 草酸亚铁,反应为: 18FeC2O4+9H202+9K2C204=4Fe(OH)3+5Fe2(C2O4)3+4K3[Fe(C2O4)3]+6KOH; 然后加热至沸腾除去过量的 H202 ,并分两次加入 8mL 饱和 H2C2O4 溶液溶解 Fe(OH)3。第一次加 5mL,第二次慢慢加入 3mL,得 K3[Fe(C2O4)3]溶液;趁热过滤.滤 液中加入乙醇使其结晶,抽滤后即得产品。该法虽然合成路线长,成本较高,但富 有教学意义。然而,从在教学实践中反映出来的问题及无机合成技术看,该法的酸 溶条件很难控制,易发生副反应: 2Fe(OH)3+Fe2(C2O4)3+H2C2O4+2H2O=4FeC2O4·2H2O+2CO2

[1]

生成黄色杂质 4FeC2O4·2H2O,影响产物质量,使产品颜色发黄,晶粒变小。 3、后来有发现了一种更加简便的方法, 实验改用三氯化铁为起始原料, 在一定 条件下直接与草酸钾反应合成产物【2】 ,其合成过程比较简单,易操作,产品经过重 结晶后,纯度较高。其结构组成,可以通过测定产物的磁化率,然后在推算其不成 对电子数,判断这些分子的配对类型。 4、三草酸合铁酸钾的合成路线还有很多, 例如可以硫酸铁与草酸钾为原料直接 合成三草酸合铁(Ⅲ)酸钾,亦可以采用硫酸亚铁加草酸钾形成草酸亚铁经氧化结 晶得三草酸合铁(Ⅲ)酸钾。

2 实验部分
2.1 仪器与药品
2.1.1 仪器 托盘天平;电炉;古埃磁天平;旋光仪;热分析仪;研钵; 2.1.2 药品 无水三氯化铁;草酸钾;稀盐酸;冰水;醋酸;丙酮;莫尔氏盐;
主要试剂物理常数 名称 三氯化铁 草酸钾 分子量 270.30 184.23 沸点℃ 315 365.1 熔点℃ 282 356 密度 g/mL 2.90 2.17 溶解度 g/mL 易溶于水 可溶于水

2.2 实验步骤
2.2.1 三草酸合铁酸钾的制备 用托盘天平称取6.1克FeCI3.6H20放入100毫升烧杯中.用l6毫升蒸馏水溶解配 制成(约)0.4克FeCI3 溶液,加入数滴稀盐酸调节溶液的pH=1—2;用托盘天平称取 2l.8克草酸钾放入250毫升烧杯中,加入60毫升蒸馏水并加热至85—95oC,逐滴加入 三氯化铁溶液并不断搅拌,至溶液变成橙清翠绿色,测定此时溶液pH值为4左右,再 将此溶液放到冰水混合物中冷却.保持此温度直到结晶完全倾出母液,然后倒去母 液,再将晶体溶于60毫升热水中,再在冰水混合物中重新冷却结晶,待其晶体完全 析出,然后吸滤,用l0%醋酸溶液洗涤晶体一次,再用丙酮洗涤两次,吸滤干晶体, 将合成的三草酸合铁酸钾晶体在110oC下干燥(1.5-2.0)h,然后放在干燥器中冷却 称其质量,将所得产物用研钵研成粉末,用黑布包裹储存待用。 2.2.2晶体磁化率的测定 1、取一支洁净、 干燥的空样品管悬挂在磁天平的挂钩上, 使样品底部正好与磁 极中心线齐平,准确称量空管质量;然后讲励磁电流开关接通,由小到大调节励磁 电流至I1=2.00A,迅速准确的称取此时空样品管的质量,继续由小至大调节励磁电

流至I2=3.00A,再称质量;继续将电流缓慢升至I3=3.50A,称空样品管的质量;接 着又将励磁电流缓降至I2,再称空样品管的质量,又将电流降至I1,再称质量,称 毕,讲励磁电流将至为零,断开电源开关,此时磁场无励磁电流,再次称取空样品 管质量。 2、取下样品管, 将事先研细的莫尔氏盐通过小漏斗装入样品管, 在装填时必须 不断将样品底部敲击木垫,务必使粉末样品均匀填实,直至装满为止(约15cm高) 。 用直尺准确测量样品高度。同上法,将装有莫尔氏盐的样品管置于古埃磁天平中, 在相应的励磁电流I1、I2、I3下进行测量,并将两次测定数据取平均值。测定完毕, 将样品管中的莫尔氏盐倒入回收瓶中。 3、将制备好, 以研细的三草酸合铁酸钾在标定磁场强度的同意样品管中, 装入 待测样品,重复上诉2的实验步骤,测定其磁化率。 2.2.3 晶体旋光率的测定 称取4.37g所制得的样品,溶解于100mL水中,配制成0.1%的三草酸和铁酸钾的 溶液,装入旋光仪中测定其旋光率。 2.2.4 晶体的热分解分析 将32.3020mg晶体放入热分析仪中,对其进行热分解分析。

3 数据记录与讨论
3.1 合成数据
本次试验合成获得产物的质量为9.0493g,理论产量为17.5g,收率为51.71%。

3.2 三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的磁化率数据记录表如下:
表 1 空管与莫尔氏盐(9℃)

I/A 0.0 2.0 3.0 3.5 3.0 2.0 0.0 2.0 3.0 3.5 3.0 2.0 0.0 H/mT 0 109 164 190 164 111 0 108 164 190 164 111 0

空管 A m/g 13.446 13.447 13.448 13.448 13.448 13.447 13.446 13.447 13.447 13.448 13.448 13.447 13.447 空管 A
m /g 13.446 13.447 13.448 13.448

空管 A+莫尔氏盐 H/mT 0 109 164 191 165 111 0 109 164 191 165 111 0 m/g 23.162 23.207 23.266 23.297 23.263 23.209 23.162 23.207 23.262 23.298 23.264 23.209 23.162

空管 A+莫尔氏盐 ? m I /g 0.000 0.001 0.001 0.000
m /g 23.162 23.208 23.267 23.298

I/A 0.0 2.0 3.0 3.5

? m I /g 0.000 0.046 0.059 0.031

高度 h=14.5cm=0.1445m
表 2 空管与样品(9℃)

I/A 0.0 H/mT 0

空管 A m/g 14.460 H/mT 0

空管 A+样品 m/g 22.662

2.0 3.0 3.5 3.0 2.0 0.0 2.0 3.0 3.5 3.0 2.0 0.0

110 164 192 165 112 0 109 164 191 165 111 0 空管 A
m /g 14.461 14.460 14.459 14.458

14.459 14.458 14.458 14.459 14.460 14.461 14.460 14.459 14.459 14.459 14.460 14.461

109 164 191 165 112 0 109 164 191 165 112 0

22.703 22.752 22.784 22.753 22.704 22.662 22.703 22.751 22.783 22.753 22.704 22.662 空管 A+样品

I/A 0.0 2.0 3.0 3.5

? m I /g 0.000 -0.001 -0.001 -0.001

m /g 22.662 22.703 22.752 22.783

? m I /g 0.000 0.041 0.049 0.031

h=14.5cm=0.145m

3.3 热分析法数据记录
三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的热重分析数据处理表

温度℃

重量 mg

a 0.0694668 8 0.1841680 1 0.2907916 0 0.4620355 4 0.6009693 1 0.7269790 0

1/T 0.0027999 4 0.0027666 3 0.0027416 0 0.0027059 9 0.0026798 9 0.0026528 7

1/(T*T) 0.0000078 4 0.0000076 5 0.0000075 2 0.0000073 2 0.0000071 8 0.0000070 4

LN(1-a) 0.0719976 1 0.2035468 4 0.3436058 6 0.6199627 8 0.9187169 4 1.2982065 6

84 88.3 91.6 96.4 100 103.8

7.469 7.398 7.332 7.226 7.14 7.062

107.6 111.6 119.8 127.7 [1/(T*T)] *LN(1-a) 0.0000005 6 0.0000015 6 0.0000025 8 0.0000045 4 0.0000066 0 0.0000091 4 0.0000121 1 0.0000151 2 0.0000213 2 0.0000250 8

7 6.959 6.916 6.904 LN(G) 当 n=1 -14.38743 405 -13.37210 655 -12.86668 441 -12.30266 793 -11.92873 818 -11.60324 136 -11.32165 962 -11.09940 365 -10.75568 387 -10.59335 610

0.8271405 5 0.8933764 1 0.9628433 0 0.9822294 0 a/(T*T)

0.0026264 0 0.0025990 9 0.0025448 5 0.0024947 0 ln(X) n=0 时, -14.42321 688 -13.47215 426 -13.03357 280 -12.59668 556 -12.35317 239 -12.18308 280 -12.07406 663 -12.01793 482 -11.98522 936 -12.00510 498

0.0000069 0 0.0000067 6 0.0000064 8 0.0000062 2 ln(X) n=0 时, -14.35121 927 -13.26860 742 -12.68996 694 -11.97672 278 -11.43445 545 -10.88487 624 -10.31879 019 -9.779484 29 -8.692618 30 -7.974894 98

1.7552764 4 2.2384505 3 3.2926110 6 4.0302100 0 ln(X) -14.31457 265 -13.16166 400 -12.50347 792 -11.61944 741 -10.87310 606 -10.03842 404 -9.097216 19 -8.132867 37 -6.056671 40 -4.620217 61

0.0000005 4 0.0000014 1 0.0000021 9 0.0000033 8 0.0000043 2 0.0000051 2 0.0000057 1 0.0000060 3 0.0000062 4 0.0000061 1

4 产物分析
4.1 产率计算及分析
4.1.1理论产量:

FeCl3+3K2C2O4→K3[Fe(C2O4)3]+3KCl 162.2
10.6 理论产量为:

437.2
X

??

10.6 ? 437 .2 ? 28.571 g 162 .2

本次试验合成获得产物的质量为9.0493g,理论产量为17.5g,收率为51.71%。 讨论:由上表很明显的可以看出,实验的产率并不是很高,产率<70%,因为, 本来这个实验的合成过程就是把沸腾的热溶液,马上放入冰水之中,使之冷却结晶 而析出晶体, 因为本来反应的介质就是在溶液中, 是饱和溶液由于温度的突然下降, 溶液由于在各个温度下的溶解度不同,所以降温之后就会有晶体析出,而本身就是 在溶液中,无论在何种温度下,溶液总是会具有一定的溶解度,所以有部分的溶质 在结晶的溶液中, 不可能析出, 所以可能导致实验的产率比较低<70%,而第一次的产 率比第二次更加的低,可能是因为,第一次结晶的时间还不够,使有些可以结晶出 来的溶质没有结晶,所以在实验时要注意,结晶的时间尽可能的稍微长一点,使溶 液中能结晶出的溶质全部以晶体结晶出来。

4.2 产物磁化率的计算及分析:
4.2.1 莫尔氏盐的标定计算:

?g ?
I=2.00A

4? * 9500 *10 ?9 4? * 9500 *10 ?9 ? ? 4.2162 ? 10 ? 7 T ?1 282 .15 ? 1

?m ?

2( ?m样品?空管 - ?m 空管 ) ghM ? 0 mH 2

?

2(0.046 ? 0.001) ? 9.81 ? 0.145 ? 2.4754 ?1010 4? ?10 ?7 ? 9.761 ? 4.2162 ?10 ?7
2( ?m样品?空管 - ?m 空管 ) ghM ? 0 mH 2

I=3.00A

?m ?

?

2(0.059 ? 0.001) ? 9.81 ? 0.145 ? 3.1717 ?1010 ?7 ?7 4? ?10 ? 9.819 ? 4.2162 ?10

4.2.2 计算三草酸合铁酸钾的磁化率: I=2.00A
2( ?m样品?空管 - ?m 空管 ) ghM ? 0 mH 2

?m ?

2(0.0625 ? 0.0002 ) * 9.81 * 0.144 * 0.4372 ? 1.884 ?10 ?7 4? ?10 ?7 *12.9403 * 2.528 ? 10 ?10 L? 2 ? ?m ? m 0 3kT 3kT ? m 3 *1.381 ?10 ? 23 * 282 .15 *1.884 ? 10 ?7 2 ? ?m ? ? ? 2.91 ?10 ? 45 23 ?7 L? 0 6.02 ? 10 * 4? ?10

?m ?

? ? m ? 5.396?10?23 ? ? m ? n(n ? 2) * ? B ? n(n ? 2) ?

? m 5.396?10?23 ? ? 5.818 ? B 9.274?10?24

n(n ? 2) ? 33.85 ? n ? 4.9 ? 5
I=3.00A
2( ?m样品?空管 - ?m 空管 ) ghM ? 0 mH 2

?m ?

2(0.0748 ? 0.0009 ) * 9.81 * 0.144 * 0.4372 ? 1.972 ? 10 ?7 ?7 ?10 4? ?10 *12.9403 * 2.9158 ? 10 2 L? ? ?m ? m 0 3kT 3kT ? m 3 *1.381 ?10 ? 23 * 282 .15 *1.972 ?10 ?7 2 ? ?m ? ? ? 3.05 ?10 ? 45 23 ?7 L? 0 6.02 ? 10 * 4? ? 10

?m ?

? ? m ? 5.52?10?23 ? ? m ? n(n ? 2) * ? B ? n(n ? 2) ?

? m 1.70622?10?23 ? ? 5.952 ?B 9.274?10? 24

n(n ? 2) ? 35.43 ? n ? 5.035 ? 5
综上所述,列出下表 H2/(A/m2) I=2.00A I=3.00A 2.528*1010 2.9158*1010

?m /(m3 / mol?1 )
1.884*10-7 1.972*10-7

?m /( A ? m2 )
5.396*10-23 5.552*10-23

n(未成对电子数) 5 5

讨论:由上表很明显的可以看出三草酸合铁酸钾中的铁元素,无论在励磁电流 是2.00A,还是3.00A时,都是有5个不成对的电子,原本二价铁的核外电子排布是:
1S 2 2S 2 2P6 3S 2 3P6 4S 2 3d6 ,而在我们的三草酸合铁酸钾的产物晶体中,配体原子团
2?

草酸根是双配体结构,在其作用下, Fe 就可以只与3个 [C2O4 ] 配体结合,生成
Fe(C2O4) 3
3-

3?

配体,在此配体中, Fe 的1个4s、3个4p和2个4d轨道进行杂化,组成
2?

3?

sp3d2的杂化轨道,接受3个双配位体的 [C2O4 ] ,所提供的6对孤电子对,而形成6个 配位键,本来所形成的配体应该是正八面体型,可是由于草酸根是双配位,所以形 成的配体结构是螺旋桨型的。在其中,中心离子铁的核外电子排布是:
1S 2 2S 2 2P6 3S 2 3P6 4S 2 4P1 3d 5 ,也符合上标所示的中心离子铁还有5个未成对电子,

它是sp3d2杂化的。它是外轨型配合物,也是高自旋配合物。 下图为铁的能级图:

4.3 热分析的数据处理与分析:
4.3.1 有表格所得数据作图:

Parameter Value Error ------------------------------------------------------------

A 8.77503 0.82253 B -16186.06029 544.80431 -----------------------------------------------------------R SD N P ------------------------------------------------------------0.99662 0.04023 8 <0.0001 ------------------------------------------------------------

Parameter Value Error -----------------------------------------------------------A 9.89191 0.9548 B -16899.28696 632.41493 -----------------------------------------------------------R SD N P ------------------------------------------------------------0.99582 0.0467 8 <0.0001 ------------------------------------------------------------

Parameter Value Error -----------------------------------------------------------A 11.0426 1.09443 B -17634.45457 724.89933 -----------------------------------------------------------R SD N P ------------------------------------------------------------0.99497 0.05353 8 <0.0001 ------------------------------------------------------------

4.3.2 对图所得数据进行分析: n=0 时,直线为:y=8.77-16186.06x,R=-0.99662 n=1 时,直线为:y=9.89-16899.29x,R=-0.99582 n=2 时,直线为:y=11.04-17634.45x,R=-0.99497 n=0 时,

Ea ? 1618606 . R Ea ? 1345709028 .
n=1 时,

Ea ? 1689929 . R Ea ? 1405006971 / m ol . J
n=2 时,

Ea ? 1763445 . R Ea ? 1466128173J / m ol .
由此可见,线型相关性是 n=0 是最好。所以该热分解反应极有可能为 0 级反应。 在反应 400°C 时,发生分解反应:

2 K 3 [ Fe(C2O4 ) 3 ] ? 2 Fe(C2O4 ) 3 ? 3K 2C2O4 2 Fe(C2O4 ) 3 ? Fe2 (CO3 ) 3 ? 9CO ? 3O2 Fe2 (CO3 ) 3 ? Fe2O3 ? 3CO2 K 2C2O4 ? K 2CO3 ? CO K 2CO3 ? K 2O ? CO2
4.4 旋光性: 实验表明无论是和浓度的液体溶液都没有旋光性。 4.5 讨论:
综上所述,先用冷却结晶的方法制备三草酸合铁酸钾,然后用一系列的手段对 其进行结构进行测定: 1、磁化率的测定:分别在 I=2.00A 和 I=3.00A 测定及计算它的不成对电子数, 中心离子的不成对电子数均为 5,可清楚得知他是 sp3d2 杂化的高自旋配合物。 2、热分析: 由热分析法的数据, 以及对它的处理作图等可判断该三草酸和铁酸 钾在高温下的分解反应极有可能是零级反应。零级反应的线性相关系数比一级和二 ( 级更加的接近于 1)然后又由高温下的分解反应方程式,可以得知,分解反应最后 的产物是 Fe2O3 、 CO2 、 CO 、 K2O ,或许还有还有少量的氧气存在。 3、旋光率:有实验结构表明,三草酸合铁酸钾没有旋光性。

参考文献
[1]北京师范大学,等.无机化学实验[M].北京:高等教育出版社,1991. [2]王伯康,等.中坡无机化学实验[M].北京:高等教育出版社,1984. [3]复旦大学等编物理化学宴验(上册) 北京:^民教育出版杜.1979.54—57 [4]清华大学化学系物理化学实验编写组.物理化学实验.北京:清华大学出版 社.1991 38—44 [5] Olmstld John 111+J.Chem.Educ.1984.61,1098 [6] C C Hatch d^lld C A Parker.Proc,Roy Soc(London),A.1956.235。 518 [7] 中 山 大 学 等 校 编 . 无 机 化 学 实 验 ( 第 三 舨 ) 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 , 1994.124~125 [8] 曹隶忱攀化学试剂与精细化学品合成基础.北京 }高等教育出版社, 1991.253


相关文章:
三草酸论文
三草酸论文_能源/化工_工程科技_专业资料。三草酸合铁酸钾的制备及性质表征摘要:合成三草酸合铁酸钾的工艺路线有多种,本实验是采用最简便的方法来合成 三草酸合铁...
三草酸
三草酸 11页 免费 三草酸 OK 13页 2财富值 三草酸论文 17页 2财富值 三草酸 暂无评价 2页 免费 三草酸合铁酸钾 9页 10财富值 ...
实验二十六 三草酸合铁(3)酸
实验二十六 三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备、组成测定及表征 一.实验目的 1.了解配合物制备的一般方法; 2.掌握用 KMnO4 法测定 C2O2-4 与 Fe3+的原理和方法...
三草酸
三草酸根合铁(III)酸钾的制备、性质和组成分析 1.方案一 三草酸根合铁(III)...三草酸论文 17页 1下载券 三草酸合铁()酸钾配离子... 3页 免费©...
三草酸合铁酸钾合成研究
毕业设计(论文) 课题名称学生姓名学号 三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的合成的研究 尹亮 1040901006 生物与化学工程系 10 化学 唐美春 高级实验师 系、年级专业 指导教师职称...
草酸铜论文
草酸论文_工学_高等教育_教育专区。中文摘要 摘 要 本实验采用液相法,氯化铜...第三章 结果与讨论 样品 10 样品 11 样品 12 70 mL 70 mL 70 mL 0.7...
三草酸合铁酸钾综合实验报告
三草酸合铁酸钾综合实验报告_能源/化工_工程科技_专业资料。华东理工大学三草酸合铁酸钾综合实验报告 综合实验报告要求一. 综述 产品应用介绍,其他制备与分析方法汇总...
三草酸合铁
三草酸合铁酸钾综合实验 46页 免费如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 三草酸合铁 实验实验隐藏>> 三草酸合...
三草酸合铁酸钾综合实验报告
三草酸合铁酸钾综合实验报告_化学_自然科学_专业资料。三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的合成实验报告一、本实验的制备方法 三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的合成 1. 称取 4.0g FeSO...
三草酸合铁酸钾的制备
三草酸合铁酸钾的制备_化学_自然科学_专业资料。“三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备”...硕士毕业论文范本 计算机专业毕业论文范文 毕业论文答辩通用性模板60...
更多相关标签:
三草酸合铁酸钾 | 甘草酸三钾盐用途 | 三草酸合铁酸钾的制备 | 甘草酸三钾 | 草酸三氢钾 | 三草酸合铁酸钾晶体 | 三草酸合铁 | 三草酸根合铁酸钾 |