三氯化六氨合钴的制备及其组成的测定

实验报告［三氯化六氨合钴的制备及其组成的测定］专 业：［应用化学］学生姓名：孟倩200921501328指导教师：［翁永根］完成时间：2013年3月31日三氯化六氨合钴的三制备及其组成的测定【实验目的】:掌握三氯化六氨合钻(III)的合成及其组成测定的操作方法练习三种滴定方法(酸碱滴定，氧化还原滴定，沉淀滴定)的操作练习电子分光光度计的使用加深理解配合物的形成对三价钻稳定性的影响。了解配体对配合物中心离子d轨道能级分裂的影响【实验仪器与药品】:仪器：电子秤1台、分析天平1台、研钵1只、电子分光光度计1台、水浴加热装置、冷却装置、布氏漏斗、吸滤瓶(一套)、凯氏定氮仪、电磁炉1台、锥形瓶(100ml、250ml)各2个、量筒(10ml、25ml、100ml)各1个、胶头滴管2根、烧杯(250ml、500ml)各1个、容量瓶(100ml)1个、碘量瓶1个、酸、碱式滴定管各1根、蒸发皿、玻璃棒数根、滤纸。药品：CoCl2・6H2O(s)、NH4Cl(s)、HCl(浓)5%H2O2、活性炭、氨水(浓)10%Na0H、6mol・L-1HCl、KI固体、NaSO标准溶液、、二次蒸馏水、99.8%的硼酸粉末2 2 3 、1g、甲基红、0.5mol/LNa0H、乙醇95%、K2CrO4溶液0.0223mol/LAgNO3、参比溶液、PH试纸、冰块(用来冷却用)。【实验原理】：1•制备 钻的氨配合物三氯化六氨合钻化学式为：[Co(NH)]Cl3 6 3物理性质：[Co(NH)]Cl为橙黄色晶体，20°C在水中的溶解度为3 6 30.26mol・L-1。相对密度2.096(250。加热至215C时失去1分子氨。不溶于乙醇、氨水，稍溶于水，溶于浓氨水。也溶于盐酸用途：焦磷酸试剂。磷酸盐测定。有机合成。钻盐制造。结构特征:Co为正三价离子,d2sp3杂化，内轨型配合物。配离子Co(NH3)63+中心离子有6个d电子，通过配离子的分裂能厶的测定并与其成对能P(21000cm-1)相比较，可以确定6个d电子在八面体场中属于低自旋排布还是高自旋排布。在可见光区由配离子的A—入(吸光度一波长)曲线上能量最低的吸收峰所对应的波长入可求得分裂能△:1/(入*10=7)(cm-1)，式中入为波长，单位是nm。化学性质：将粗产品溶于稀HCl溶液后，通过过滤将活性碳除去，然后在高浓度的HCl溶液中析出结晶：[Co(NH4)]3++3Cl-===[Co(NH3)6]Cl36[Co(NH3)6]Cl3+6NaOH=△=2Co(OH)3+12NH3+6NaCl挥发出的氨用过量盐酸标准溶液吸收，再用标准碱滴定过量的盐酸，来测定配体氨的个数(配位数)。在酸性溶液中，Co3+具有很强的氧化性，Co2将粗产品溶于稀HCl溶液后，通过过滤将活性碳除去，然后在高浓度的HCl溶液中析出结晶：[Co(NH3)6]3+离子是很稳定的，其K(稳)=1.6X1035,因此在强碱的作用下(冷时)或强酸作用下基本不被分解，只有加入强碱并在沸热的条件下才分解。与水长时间共沸分解为氨气和氢氧化钻(III)沉淀。根据标准电极电势可知，在通常情况下，三价钻盐不如二价钻盐稳定；相反，在生成稳定配合物后，三价钻又比二价钻稳定。因此，常采用空气或H2O2氧化二价钻配合物的方法来制备三价钻的配合物。氯化钻(III)的氨配合物有多种，主要是三氯化六氨合钻(III),[Co(NH3)6]Cl3,橙黄色晶体；三氯化五氨•水合钻(III),[Co(NH3)5(H2O)]Cl3,砖红色晶体；二氯化氯•五氨合钻(III),[Co(NH3)5Cl]Cl2,紫红色晶体，等等。它们的制备条件各不相同。在有活性碳为催化剂时，主要生成三氯化六氨合钻(III)；在没有活性碳存在时，主要生成二氯化氯•五氨合钻(III)。本实验以活性碳为催化剂，用过氧化氢氧化有氨和氯化铵存在的氯化钻溶液制备三氯化六氨合钻(III)。其反应式为：2CoCl2+2NH4C1+10NH3+H2O2二活性炭二2[Co(NH3)6)]Cl3+2H2O 三氯化六氨合钻(III)是橙黄色单斜晶体，20°C时在水中的溶解度为0.26mol・L-1。将粗产品溶于稀HCl溶液后，通过过滤将活性碳除去，然后在高浓度的HCl溶液中析出结晶：[Co(NH4)6]3++3C1-===[Co(NH3)6]Cl3氨的测定由于[Co(NH)]Cl在强碱溶液(冷时)作用下，基本不被分解，只有在沸热的条TOC\o"1-5"\h\z3 6 3 .件下才被强碱分解，所以试样液加NaOH溶液作用，加热至沸使[Co(NH)]Cl分3 6 3解，并蒸出氨。蒸出的氨用过量的2%硼酸溶液吸收，以甲基红为指示剂，用HCl标准液滴定生成的硼酸铵，可计算氨的百分含量.[Co(NH)]Cl+NaOH=Co(OH)!+6NH+6NaCl3 6 3 3 3NH+HBO=NHHBO3 3 3 42 3NHHBO+HCl二HBO+NHCl\o"CurrentDocument"钻的测定33 氯的测定 _利用莫尔法即在含有C厂的中性或弱碱性溶液中，以K2CrO4作指示剂，用AgNO3标准溶液滴定 氯的测定 _利用莫尔法即在含有C厂的中性或弱碱性溶液中，以K2CrO4作指示剂，用AgNO3标准溶液滴定Cl_,由于AgCl的溶解度比Ag2CrO4小,根据分布沉淀原理，溶液中实现析出AgCl白色沉淀，当AgCl定量沉淀完全后，稍过量的Ag+与CrO2_ 4生成砖红色的Ag2CrO4沉淀，从而指示站点的到达。终点前：Ag++C厂二AgCl(白色)Ksp=1.8*10一16终点时：2Ag++CrO2—二Ag2CrO4(砖红色)Ksp=2.0*10 12 分裂能的测定4配合物的晶体场理论认为在配合物中，中心原子d轨道发生分裂，从而引起

d-d跃迁。晶体场理论很好的解释了颜色与物质对光的吸收的关系，离子的颜色三氯化六氨合钻在热碱中被分解，利用Co3+的氧化性，通过碘量法可测定的含量[Co(NH)]Cl+NaOH=Co(OH)!+6NH+6NaCl3 6 3 3 3Co(OH)+3H+=Co3++3HO3 22Co3++2I-=Co2++I2I+2SO2-=2I-+SO22 2 3 46是吸收光的补色。离子显色原因之一是d-d轨道跃迁中心原子的电子从较低能量的d轨道跃迁到较高能量的d轨道所致。一个电子从低能级的d轨道跃迁到较高能级的d轨道所需能量叫做d轨道的分裂能。实验表明，分裂能与吸收光谱的吸收峰最大值相等。由此得分裂能的计算方法E二he/入【实验装置】:【实验步骤】制备1） 在锥形瓶中，将4gNHCl溶于8.4ml水中，加热至沸腾，加入6g4研细了的CoCl・6HO晶体，溶解后，加入0.4g提前研细的活性炭，摇动锥形瓶，使其混合均匀。2） 用流动的水冷却后，加入13.5ml浓氨水，再冷却至283K以下，用胶头滴管逐滴加入13.5ml5%的HO溶液，水浴加热至323~333K，保持20min，22并不断摇动锥形瓶。（在通风柜内进行）3） 再以冰水冷却至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）。4） 趁热吸滤，慢慢加入6.7ml浓HCl于滤液中，即有大量橘红色晶体析出，用冰水冷却后，再次抽滤。5） 晶体以冷的2ml2mol/LHCl洗涤，再用少量乙醇洗涤，吸干。6） 晶体放在蒸发皿上，水浴上干燥，称量，计算产率。氨的测定1） 称取0.2034g的试样放入250ml锥形瓶中，加入30ml去离子水。2） 称取硼酸粉末10g于500ml大烧杯中，加水溶解，若有粉末颗粒不溶解可适当加热。移取硼酸溶液50ml与250ml锥形瓶中。3） 用凯氏定氮仪蒸馏，将试样倒入定氮仪的大试管中，在锥形瓶中加入三滴甲基红指示剂，按要求装回大试管，锥形瓶，按下加碱按钮三次，开始蒸馏，至250ml锥形瓶中溶液为100ml时停止蒸馏，用抹布包裹取下大烧瓶将溶液倒入废液瓶中，取下锥形瓶，用HCl滴定至浅粉色时即为滴定终点，记录数据，计算氨的产量。钻的测定1） 准确称量0.2g左右[Co（NH）]Cl样品于锥形瓶中3 6 32） 加20ml水于锥形瓶中将样品溶解，再加3ml10%NaOH，加热，有黑色沉淀产生3） 待试样完全分解，即没有NH产生（PH试纸检验）停止加热34） 稍冷却后加入10ml6mol・L"HCl后将溶液转至碘量瓶中加1gKI固体后将碘

量瓶放置黑暗处lOmin5） 将溶液转入锥形瓶中，滴加几滴煮沸后的淀粉溶液后用NaSO滴定2 2 36） 待锥形瓶中溶液出现粉红色时停止滴定，记下NaSO的用量2 2 3氯的测定1） 准确称取样品0.2g左右2） 用去离子水溶解于烧杯中，移入容量瓶，定容，摇匀3） 取25ml溶液于烧杯中，加入5滴K2CrO4指示剂，用0.0223mol/LAgN03标准溶液滴定至出现砖红色不再消失为止，即为终点4） 读取数值，计算氯的含量。分裂能的测定1） 准确称量O.lg左右样品，加20ml去离子水，用玻璃棒搅拌使其溶解2） 取两个洁净的样品槽一个用参比溶液润洗，装入约3/4体积的参比溶液，另一个槽用配制的溶液润洗后装入约3/4体积的样液3） 打开分光光度计，选择400~700nm，每隔20nm测一次吸光度，最大吸光度附近每隔5nm测一次（每改变一个波长都要用参比溶液调零）4） 记录数据产物质量【数据记录与处理】产物质量亠* S土 产物质量X反应物摩尔质量"（=幕蘿尹右 =轨^量X产物摩尔质量X吨物质的摩尔质量、实际产量、计算出的理论产量和产率如下表5—1所示:表：各物质的摩尔质量、实际产量、计算出的理论产量和产率摩尔质量理论产量（g）产物质量（g）产率[Co(NH3)6]Cl3267.286.742.334.2%参考数据相对原子质量：Co=58.93O=16N=14Cl=35.45=1.0相对分子质量：M(CoCl2・6H2O)=237.83M([Co(NH3)6]Cl3)=267.28钴的测定样品质量（g）NaSO消耗量(ml)2 2 3钻的含量（％）0.198332.15°29.04[Co(NH3)6]CI3+NaOH=Co(OH)3J+6NH3+6NaCICo(OH)3+3H+=Co3++3H2O2Co3++2I-=C02++I2I2+2S2O32-=21-+S4O622Co3+~2I-~2S2O32-n(Co3+)=n(S2O32-)=CV=0.0304X32.15X10-3mol=9.774X10-4mol2 3 标标a=(m/m)X100%=(9.774X10-4X58.93/0.1983)X100%=28.14%钴样0#=MCo/M[Co(NH3)6]Cl3X100%=58.93/(58.93+17X6+35.5X3)X100%=22.04%0=(a-a)/aX1OO%=29.04-22.04/22.04xiOO%=31.76%标 标•氨的测定HCL浓度0.1734mol/L用量24.12mlCHC1*VHC1*17nh3%=iooo*样品重量—=35.14%•氯的测定AgN03浓度0.0223mol/L用量23.20mlCAgNO3*VAgNO3*35.5ci%= 1000*样品重量 *4=35.56%由以上的数据处理可知:含量CoClNw%28.0435.5635.14通过这些数值可得该样品中各原子的个数比：Co:Cl:N=l:2.14:5.28•三氯化六氨合钻分裂能的测定样品质量0.1032g波长入(nm)400420440460465470475480485490495吸光度0.1800.1850.5980.8990.9540.9870.9990.9870.9900.9090.839波长入(nm)500520540560580600620640660680700吸光度0.7680.4240.1820.0870.0520.0370.0300.0260.0230.0220.021由上图可知，当波长入是475nm时，三氯化六氨合钻的吸光度最大。代入公式得：分裂能E=hc/入=6.63*10-34*3*lOs/475*10-9J=4.2*10-J【实验结果分析】• [Co(NH3)6]Cl3产率不高，滤液的颜色为橘黄色，可以认为主要有两方面原因导致产率不高：一是[Co(NH3)6]Cl3没有完全结晶，有部分产物还残留在滤液中。由于[Co(NH)NO]Cl的溶解度随温度的升高而增大，若尽可能的冷却原液，再过35 2 2滤，则其产率会高些。二是橙黄色配合物[Co(NH)]Cl生成后，在加入HO时，HO加入过快，且摇动不充分，致使Co(II)3