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1、三草酸合铁(|)酸钾的制备及结构表征摘要:本次实验用三氯化铁与草酸钾在一定条件下直接配合制备亮绿色晶体三草 酸合铁(I)酸钾，合成方法简便，反应条件易控制，产物纯度高，用热分析和 磁化率测定方法对所合成的配合物结构组成进行测定，得有关测定数据与理论 值相吻合。1 关键词：三草酸合铁(I)酸钾；结晶；配合物；配体；磁化率Third Oxalate Fe(ffl) Preparation and Nature ofSructureAbstract：In this experiment the bright green crystal of potassium ferrioxalate synthe
2、sized under certain surroundings with ferric chloride and potassium oxalate is of high pureness.The method is simple and the conditions are easy to control.From the results of potassium permanganate and magnetize,we get figures accorded exactly with the theoretical ones.Keywords:Third Oxalate Fe(III
3、);crystal;compound;consort;magnetize1. 引言1.1三草酸合铁（III）酸钾的性质、制备及用途三草酸合铁（I）酸钾（含三个结晶水）为翠绿色的单斜晶体，易溶于水（溶 解度0C, 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（I）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。1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K2C2O4 作用
4、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（I）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（I）酸钾；或以硫酸铁与草酸钾为原料直接合成三草酸合铁（I） 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（I）酸钾。 综观以上本实验改用FeC为起始原料，在一定条件下直接与K2C2O4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
5、有一定的应用价值。2 1.2三氯化铁的性质氯化铁化学式：FeCl。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
6、、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。41.3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
7、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
8、）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 = B0 + B, = 0 H + B式中B0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；*为真空磁导率，K=4n*10-7NA-2。和的单位为T，1T=1N A-1 m-i=
9、1Wb m-2=1V s m-2o 外磁场强度 H 的单位为 NA-i。物质的磁化可用磁化强度M来表述，磁化强度M的单为Am-1。M也是一个矢量，它与磁场强度成正比：M = x H式中x称为磁化率，是物质的一种宏观磁性质，磁化率x的单位为1。B与M的 关系为：Bf= % M = XPo H由此得：B = （1 + X 川 H = % pH = %H式中p称为物质的相对磁导率，相对磁导率p的单位为1。p =p / p，其中p rrr0称为物质的磁导率，磁导率p的单位为NA-2。化学上常用单位质量磁化率p g或摩尔磁化率Xm来表示物质的磁性质，它的 定义为：pg =X / Pp 广 MX / P式
10、中P为物质的体积质量，体积质量P的单位为kgm-3； M为物质的摩尔质量，摩尔质量M的单位为kgmol-i。X的单位是m3mol-i。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p 1, x | X |,故顺磁性物质的日1, X 0，可近似的把X当做X，艮口四 0m|1mXm f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
11、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XP 和永久磁矩七之间的定量关系：卬2旦3kT 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x0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x m与磁矩间的关系为:=XLu 2 口+m03kTLu 2 U牝m03kT该式将物质的宏观物理性质Xm与微观
12、物理性质um联系起来，因此只要实验测得 Xm，代入上式就可算出永久磁矩Um。永久磁矩Um的单位是Am2。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。物质的永久磁矩七和它所包含的未成对电子数n的关系可用下式表示：U = (n(n + 2) UmBu B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：日=_ = 9.
13、274 x10-24 A m 2B 4兀m e式中h为普朗克常数；m为电子质量。由实验测定物质的Xm求出rm，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X = M X，P=岩，则有P h 2 烦m- Am ）ghMm r mH 20 式中h为样品的实际高度；m为无外加磁场时样品的质量；M为样品的摩尔质量。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。3 2. 仪器和药品2.1仪器量筒（100ml）,烧杯（50ml,250ml）,
14、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-FMA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184.23562.127溶三氯化铁162.53153062.898易溶盐酸36.5-85.0-114.21.19易溶丙酮58.158.5-940.788不溶3. 实验步骤3.1三草酸合铁（III）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
