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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 () Preparation and Characterization of potassiumAbstract: 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(); 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)33H2O可用于摄影和蓝色印刷，三草酸合铁（）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：2K3Fe(C2O4)33H2O=3K2C2O4+2FeC2O4+2CO2+6H2O其主要用途有很多最主要的是：1、三草酸合铁（）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)33H2O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()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。1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FeC2042H2O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+4K3Fe(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K3Fe(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=4FeC2O42H2O+2CO2生成黄色杂质4FeC2O42H2O，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（）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（）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分子量沸点熔点密度g/mL溶解度g/mL三氯化铁270.303152822.90易溶于水草酸钾184.23365.13562.17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FeCI36H20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=12；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8595oC，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(1.5-20)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()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空管A 空管A+莫尔氏盐H/mTm/gH/mTm/g0.0013.446023.1622.010913.44710923.2073.016413.44816423.2663.519013.44819123.2973.016413.44816523.2632.011113.44711123.2090.0013.446023.1622.010813.44710923.2073.016413.44716423.2623.519013.44819123.2983.016413.44816523.2642.011113.44711123.2090.0013.447023.162I/A空管A 空管A+莫尔氏盐/gI /g/gI /g0.013.4460.00023.1620.0002.013.4470.00123.2080.0463.013.4480.00123.2670.0593.513.4480.00023.2980.031高度h=14.5cm=0.1445m表2 空管与样品（9）I/A空管A 空管A+样品H/mTm/gH/mTm/g0.0014.460022.6622.011014.45910922.7033.016414.45816422.7523.519214.45819122.7843.016514.45916522.7532.011214.46011222.7040.0014.461022.6622.010914.46010922.7033.016414.45916422.7513.519114.45919122.7833.016514.45916522.7532.011114.46011222.7040.0014.461022.662I/A空管A 空管A+样品/gI /g/gI /g0.014.4610.00022.6620.0002.014.460-0.00122.7030.0413.014.459-0.00122.7520.0493.514.458-0.00122.7830.031h=14.5cm=0.145m3.3 热分析法数据记录三草酸合铁()酸钾的热重分析数据处理表温度重量mga1/T1/(T*T)LN(1-a)847.4690.06946688 0.00279994 0.00000784 0.07199761 88.37.3980.18416801 0.00276663 0.00000765 0.20354684 91.67.3320.29079160 0.00274160 0.00000752 0.34360586 96.47.2260.46203554 0.00270599 0.00000732 0.61996278 1007.140.60096931 0.00267989 0.00000718 0.91871694 103.87.0620.72697900 0.00265287 0.00000704 1.29820656 107.670.82714055 0.00262640 0.00000690 1.75527644 111.66.9590.89337641 0.00259909 0.00000676 2.23845053 119.86.9160.96284330 0.00254485 0.00000648 3.29261106 127.76.9040.98222940 0.00249470 0.00000622 4.03021000 1/(T*T)*LN(1-a)LN(G)当n=1a/(T*T)ln(X)n=0时，ln(X)n=0时，ln(X)0.00000056 -14.38743405 0.00000054 -14.42321688 -14.35121927 -14.31457265 0.00000156 -13.37210655 0.00000141 -13.47215426 -13.26860742 -13.16166400 0.00000258 -12.86668441 0.00000219 -13.03357280 -12.68996694 -12.50347792 0.00000454 -12.30266793 0.00000338 -12.59668556 -11.97672278 -11.61944741 0.00000660 -11.92873818 0.00000432 -12.35317239 -11.43445545 -10.87310606 0.00000914 -11.60324136 0.00000512 -12.18308280 -10.88487624 -10.03842404 0.00001211 -11.32165962 0.00000571 -12.07406663 -10.31879019 -9.09721619 0.00001512 -11.09940365 0.00000603 -12.01793482 -9.77948429 -8.13286737 0.00002132 -10.75568387 0.00000624 -11.98522936 -8.69261830 -6.05667140 0.00002508 -10.59335610 0.00000611 -12.00510498 -7.97489498 -4.62021761 4 产物分析4.1 产率计算及分析4.1.1理论产量： FeCl3+3K2C2O4K3Fe(C2O4)3+3KCl 162.2 437.2 10.6 X理论产量为：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：I=2.00AI=3.00A4.2.2 计算三草酸合铁酸钾的磁化率：I=2.00AI=3.00A综上所述，列出下表H2/(A/m2)n(未成对电子数）I=2.00A2.528*10101.884*10-75.396*10-235I=3.00A2.9158*10101.972*10-75.552*10-235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：，而在我们的三草酸合铁酸钾的产物晶体中，配体原子团草酸根是双配体结构，在其作用下，就可以只与3个配体结合，生成配体，在此配体中，的1个4s、3个4p和2个4d轨道进行杂化，组成sp3d2的杂化轨道，接受3个双配位体的，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：，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：ParameterValueError-A8.775030.82253B-16186.06029544.80431-RSDNP-0.996620.0402380.0001-ParameterValueError-A9.891910.9548B-16899.28696632.41493-RSDNP-0.995820.046780.0001-ParameterValueError-A11.04261.09443B-17634.45457724.89933-RSDNP-0.994970.0535380.0001-4.3.2 对图所得数据进行分析：n=0时，直线为：y=8.77-16186.06x，R=-0.99662n=1时，直线为：y=9.89-16