三氯化六氨合钴的制备

实验报告实验名称：三氯化六铵合钴(III)的制备 指导老师：翁永根 实验日期：2014.3.14 班级：应111-2 组别：13 学生姓名： 卢雪凯 / 刘帅 / 张宽 三氯化六铵合钴(III)的制备及组成测定实验目的1. 了解从二价钴盐制备三氯化六铵合钴(III)的方法。2. 训练无机合成基本操作，掌握确定组成和化学式的原理及方法。3. 掌握用沉淀滴定法测定样品中氯含量的原理和方法。4. 训练无机合成、滴定分析的基本操作，掌握确定组成和化学式的原理及方法。 实验原理 通常情况下，二价钴盐较三价钴盐稳定得多，在许多场合它们的配合状态下却正相反，三价钴反而比二价钴来的稳定。因此，通常采用空气或氧化剂氧化二价钴的方法，来制备三价钴的配合物。 由CoCl2H2O为原料在不同条件下可制得Co(NH3)6Cl3、Co(NH3)5H2OCl3、Co(NH3)5ClCl2。三种配合物分别是橙黄色晶体、砖红色晶体、紫红色晶体。三氯化六铵合钴(III)的制备条件是：以活性炭为催化剂，用氧化剂氧化有氨剂、氯化铵存在的氯化钴(II)溶液。反应如下： 钴的分析（碘量法）：钴配合物被强碱分解后产生褐色固体（Co2O3），在酸性溶液中，Co2O3可与KI定量反应，洗出的碘可用标准Na2S2O3溶液滴定。反应式为： 氨的分析（采用酸碱滴定法）：三氯化六氨合钴(III)在煮沸时可被强碱所分解，放出NH3,并生成Co2O3。逸出的氨用硼酸溶液吸收，再用标准盐酸滴定。根据所用盐酸的量，便可算出氨的含量。方程式如下： 氯的分析（采用沉淀滴定法）：将三氯化六氨合钴(III)所配制的溶液与AgNO3反应，即可析出AgCl3沉淀，这就是样品中“外界”氯的含量。根据所用AgNO3的量，即可算出氯的含量。方程式如下： 仪器试剂1. 仪器玻璃棒、滴管、洗瓶、表面皿、量筒、烧杯、滴瓶、锥形瓶、吸滤瓶、布氏漏斗、恒温水浴锅、冰箱、分析天平、普通电子天平、铁架台、药勺、移液管、容量瓶、酸式滴定管、碱式滴定管、碘量瓶、电炉、石棉网2. 试剂CoCl26H2O、NH4Cl、NH3H2O、H2O2、HCl、活性炭、乙醇、冰、去离子水、甲基橙-溴甲酚绿指示剂、2%硼酸溶液、盐酸、AgNO3、2.5%K2CrO4溶液、NaCl、NaOH、KI、硫代硫酸钠、淀粉溶液、重铬酸钾、Na2CO3 实验步骤1. 三氯化六氨合钴(III)合成：在锥形瓶中，将4gNH4Cl溶于8.4ml水中，加热至沸。加入6g研细的CoCl26H2O晶体，溶解后，加0.4g活性炭，摇动锥形瓶，使其混合均匀。用流水冷却后，加入13.5ml浓氨水，再冷却至283K以下，用滴管逐滴加入13.5ml 5%的H2O2溶液，保持10min，水浴加热至323333K，保持30min并不断旋转锥形瓶。盖上保鲜膜。然后用冰浴冷却至273K左右，吸滤，不必洗涤沉淀，直接把沉淀溶于50ml沸水中（水中含1.7ml浓HCl）。趁热吸滤，慢慢加入6.7ml浓HCl于滤液中，即有大量橘黄色晶体析出，用冰浴冷却后吸滤。晶体以冷的2ml 2mol/L HCl洗涤，再用少许乙醇洗涤，吸干。晶体在水浴上干燥，称量。计算产率。2. 钴的测定： Na2S2O3标准溶液的标定：称取0.3236g重铬酸钾用容量瓶配成250ml溶液，称取2.36g硫代硫酸钠用烧杯配成300ml溶液，用重铬酸钾溶液对硫代硫酸钠进行滴定，每次移取25mlK2Cr2O7溶液于锥形瓶中，加入0.5g碘化钾及5ml 6 molL-1HCl，用硫代硫酸钠滴定至浅黄色时加入2ml淀粉溶液，滴到蓝色消失呈亮绿色即达终点。做三组平行实验。 样品测定：准确称取0.2g左右试样两份。分别加20mL水于碘量瓶中溶解，再加入3mL10%NaOH。加热，有棕黑色沉淀产生，沸后小火加热l0min（把氨气赶跑）。使试样完全分解。然后加入0.5g碘化钾及5ml6 molL-1HCl，摇动使之溶解，在暗处放置10min，然后用标定好的Na2S2O3标准溶液进行滴定。当溶液颜色呈浅黄色时，加入2ml 0.5%的淀粉溶液，继续滴到蓝色消失呈淡红色即达终点。注：1、2均需做空白实验以消除误差3. 氨的测定：1 样品滴定：准确称取0.2g的样品，溶于20ml水中在烧杯中，转移到凯氏定氮仪的玻璃管中（仪器启动后，自动向玻璃管中加碱），取一250ml锥形瓶，加入约30ml硼酸溶液放到凯氏定氮仪中。启动仪器，待仪器自动完成工作，取下锥形瓶。加入10滴甲基橙-溴甲酚绿指示剂，开始用盐酸标准溶液滴定。待滴定至溶液颜色出现淡红色，停止滴定，将锥形瓶放到电炉上加热煮沸2min，冷至室温，再滴定，出现暗红色不消失即为终点。重复实验两次。2 盐酸标定：用5ml量筒量取3.7ml浓盐酸加入250ml烧杯中，加246.3ml水配成盐酸稀溶液。分析天平准确称取2.4101g的Na2CO3，烧杯中加水溶解，转移到250ml容量瓶定容配成Na2CO3标准溶液。用25ml移液管准确移取Na2CO3标准溶液于250ml锥形瓶中，并加入10滴甲基橙-溴甲酚绿指示剂。酸式滴定管中加入盐酸溶液，进行标定。标定方法同样品的滴定，重复实验三次。4. 氯的测定：1 样品滴定：准确称取0.45g的样品，加入烧杯中，加20ml水溶解，转移到100ml容量瓶中，定容配成样品溶液。用25ml移液管移取样品溶液于250ml锥形瓶中，加入0.5ml 2.5%K2CrO4溶液，酸式滴定管中加入AgNO3标准溶液，进行滴定。出现砖红色沉淀不消失即为终点，停止滴定。重复实验两次。2 AgNO3标定：普通电子天平称取1.72gAgNO3，加入烧杯中，加250ml水溶解配成AgNO3溶液。分析天平准确称取0.7314g的NaCl，烧杯中加水溶解，转移到250ml容量瓶定容配成NaCl标准溶液。用25ml移液管准确移取NaCl标准溶液于250ml锥形瓶中，并加入0.5ml 2.5%K2CrO4溶液。酸式滴定管中加入AgNO3溶液，进行标定。标定方法同样品的滴定，重复实验三次。数据处理三氯化六铵合钴(III)实际产量：1.3897g三氯化六铵合钴(III)理论产量： 解得m=6.72gCo含量的测定：1. 标定质量：m(K2Cr2O7)=0.3236g标定Na2S2O3的消耗量：初始读数终点读数消耗量0.2124.1423.930.0124.0124.000.0024.1024.10标定物浓度：c=n/v=0.3236/(294.19*0.25)=0.004400mol/LNa2S2O3的平均消耗量：V=(23.93+24.00+24.10)/3=24.01mLC(Na2S2O3)=（6*25.00*0.004400）/24.01=0.02749mol/L2.滴定：质量/g初始读数终点读数消耗量样品10.20640.1023.1123.01样品20.20080.1923.0822.89样品1：Co=(CNa2S2O3*VNa2S2O3*M)/m*100=（0.02749*23.01/1000*59）/0.2064*100%=18.08%样品2：Co=(CNa2S2O3*VNa2S2O3*M)/m*100=（0.02749*22.89/1000*59）/0.2064*100%=18.49%平均： Co%=(18.08%+18.49%)/2=18.29%三氯六氨合钴中钴的标准含量：58.9/（58.9+17*6+35.5*3）=22.04相对误差=（18.4922.04)/22.04=16.11mol样品中Co的摩尔数：267.5*0.1829/59=0.83氨含量的测定：1.标定质量：m(Na2CO3)= 2.4101 g标定Na2S2O3的消耗量：初始读数终点读数消耗量0.0226.0526.031.1026.8125.710.0125.8925.87标定物浓度：c=n/v=2.4101/(106*0.25)=0.09095mol/L Na2S2O3的平均消耗量：V=(26.03+25.71+25.87)/3=25.87mLC(HCl)=（2*25.00*0.009095）/25.87=0.1750mol/L2.滴定：质量/g初始读数终点读数消耗量样品10.20800.0025.6825.68样品20.20970.0125.8325.82样品1：NH3=(C HCl*V HCl*M)/m*100=（0.1750*25.68/1000*17）/0.2080*100%=36.73%样品2：NH3=(C HCl*V HCl*M)/m*100=（0.1750*25.82/1000*17）/0.2080*100%=36.63%平均：NH3 %=(36.73%+36.63%)/2=36.68%三氯六氨合钴中氨的标准含量：17*6/（58.9+17*6+35.5*3）=38.1相对误差（36.6838.1）/38.1=3.71mol样品中NH3的摩尔数：267.5*0.3668/17=5.77氯含量的测定：1.标定质量：m(NaCl)=0.7314g标定的消耗量：初始读数终点读数消耗量0.0023.3723.370.0023.4223.420.1923.5523.36标定物浓度：c=n/v=0.7314/(58.5*0.25)=0.05001mol/LNa2S2O3的平均消耗量：V=(23.37+23.42+23.36)/3=23.38mLC()=（25.00*0.05001）/23.38=0.05348mol/L2滴定： 将样品的配成100ml溶液，每次取25ml,滴定两次质量/g第一次消耗量/ml第二次消耗量/ml样品0.470027.4727.48 第一次滴定：Cl=( C*V *M)/m*100=（0.05348*27.47/1000*35.5）/(0.4700/4)*100%=44.39%第二次滴定：Cl=( C*V *M)/m*100=（0.05348*27.48/1000*35.5）/(0.4700/4)*100%=44.40%平均： Cl%=(44.39%+44.40%)/2=44.40%三氯六氨合钴中氯的标准含量：35.53（58.9+176+35.53）=39.8相对误差：（44.4039.8)39.8=11.61mol样品中Cl的摩尔数：267.5*0.4440/35.5=3.35实验数据汇总三氯化六氨合钴测定结果汇总元素钴氨氯样品的实验结果18.29%36.68%44.40%三氯化六氨合钴的理论结果22.0%38.1%39.8%相对误差16.1%3.7%11.6%摩尔比(0.83:5.77:3.35) 即1:6:3样品的实验式 Co(NH3)6Cl3 结果分析 产品的产率较低，可能原因有： 实验所用仪器本身所存在的仪器误差无法避免。 制备过程中所配制的物质的量浓度存在偏差，导致未完全反应，质量减少。 制备过程中有损失。比如晶体未完全析出或晶体析出后再溶解。 过度加热，致使样品分解。 第二次抽滤过程中为趁热抽滤，动作过慢导致试剂在容器中有残留未完全抽 导致的质量减少。通过对组分测定，氯的含量偏高，钴和氨的含量比较低。原因有： 氨的测定中，滴定终点判断有偏差，导致实验数据的误差。 钴的测定中，加淀粉时的黄色判断有点晚。 钴的测定中，滴定管最后产生个小气泡，使Na2S2O3滴定的体积偏小，影响实验。 氯的测定中，滴定终点不好把握，在达到终点时仍在滴定，导致误差较大。 产品中可能有其他物质，比如二氯化五氨合钴。 注意事项 实验中所用活性炭越细越好，否则催化效果不明显，导致实验失败。 应将1.7ml浓盐酸加入到沸水中，不能先将浓盐酸加入水中再把溶液加热。 氯离子终点判断比较困难，一般要求刚出现砖红色即结束。 思考题1. 氯化铵在制备三氯化六铵合钴中有何作用？2. 活性炭在制备过程中的作用？3. 为什么要“冷却至283K以下，用滴管逐滴加入13.5ml 5%的溶液，保持10min，水浴加热至323333K，保持30min”？可否加热煮沸？4. 为什么要用冰浴冷却至273K左右后过滤？5. 沉淀溶于50ml沸水(水中含1.7ml浓)后趁热抽滤的目的何在，此步应注意什么？6. 关于要将6.7ml浓盐酸慢慢加到滤液中，为什么要加酸；为什么慢慢加？7. 为什么需要乙醇干燥？8. 哪些步骤影响产品质量，哪些步骤影响产率？答：1. 氯化铵抑制氢氧化亚钴沉淀的生成。2. 活性炭在制备过程中作为催化剂，吸附反应物。3. “冷却至283K以下，用滴管逐滴加入13.5ml 5%的H2O2溶液”是为了若温度 过高H2O2溶液分解，降低反应速率，防止反应过于激烈；“水浴加热至323333K，保持30min”是因为该温度下H2O2溶液的活性最