三草酸合鐵酸鉀中配離子電荷測定的實驗方法改進

胡鍇 陶海燕 劉欲文 余幼祖

(武漢大學化學與分子科學學院 湖北武漢 430072)

三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀(K3[Fe(C2O4)3])的制備及電荷測定是基礎化學實驗教學中的一個經典的綜合性實驗，此實驗通常包含配合物的制備及組成分析[1-4]。在組成分析測定中，配離子三草酸合鐵(Ⅲ)酸根電荷數的測定是廣泛開設的很重要的一部分實驗內容。目前在學生實驗中，常用兩種方法對配離子電荷進行測定：一種是直接測定法，如電導分析法；另一種是間接測定法，通常是將離子交換法和滴定相結合來測定配離子所帶的電荷。前一種方法首先是由于實驗方法本身的限制很難準確測定配離子所帶的電荷，其次是由于儀器設備的要求也局限了其廣泛使用。后一種方法由于涉及諸多實驗基本操作和技能訓練，同時具有對實驗儀器設備要求不高和測量準確度較高等特點，為實驗教學所廣泛采用；此方法是利用Cl-型陰離子交換柱，使配離子與Cl-在交換柱中進行充分交換，再利用滴定方法測定從交換柱中淋洗出的Cl-的總量從而間接求出[Fe(C2O4)3]n-配離子所帶的電荷數n。

1 儀器與試劑

微型離子交換柱(d=5cm,l=10cm)、微型滴定管(5mL)、容量瓶(25mL)、錐形瓶(50mL)、尖嘴洗瓶 、717型陰離子交換樹脂、淀粉溶液(6%)、K3[Fe(C2O4)]·3H2O、Na2S2O3、碘標準溶液(0.015mol·L-1)。

2 實驗步驟

2.1 樹脂處理

2.2 離子交換和測定

1) 交換：準確稱取0.10g(準至0.1mg)自制的三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀，用5mL蒸餾水將其溶解，并小心將全部溶液轉移至交換柱內，以每秒1滴的速度流經交換柱，收集在25mL容量瓶中。

2) 淋洗：待溶液接近樹脂表面時，再繼續用約4mL洗過小燒杯的蒸餾水洗柱，如此反復，直到接收的淋洗液接近容量瓶的刻度時停止淋洗，再用蒸餾水稀釋至容量瓶刻度，搖勻備用。

3) 滴定：從容量瓶中準確吸取5.00mL淋洗液于50mL錐瓶內，加6滴0.5%淀粉溶液，用碘標準溶液滴定，溶液藍色出現為滴定終點。所涉及的化學式如下：

3 數據處理

其中，c(I2)和V(I2)為所消耗碘標液的濃度和體積，M為配合物的摩爾質量，m為所稱取的配合物的準確質量。

一般來說，根據所稱取的配合物的質量和碘標液的濃度差異，滴定標準溶液液的體積在1.7～2.3 mL之間。

4 實驗和教學成效

本改進方法已經進行了5年(2007～2011)教學實踐。在實驗過程中，學生均能較好地掌握微型交換柱和微型滴定管的使用，得到的實驗數據符合實驗要求。下面選取2010級武漢大學化學專業2個自然班共計38名學生的實驗數據進行分析(表1)。其中有12人(即32%)的數據誤差小于等于1%，即測定的數據為2.97～3.03這一范圍內。僅2名學生測定的實驗數據誤差超過10%。絕大部分學生的實驗數據誤差小于5%。

表1 學生實驗配離子電荷測定情況

造成學生實驗測定值偏離真實值的主要原因有：1) 自制的三草酸合鐵酸鉀的純度；2) 離子交換柱的裝柱狀況及交換狀況；3) 對微型滴定管的操作。

此外，此方法還可代替Cl-型交換樹脂用于測定其他配合物配離子的電荷(如K3[Fe(CN)6]等)。

5 小結

通過對本實驗的改進，學生能掌握離子交換法測定配離子電荷的方法，該方法比Cl-型交換柱方法的準確率更高，絕大部分學生能達到實驗誤差的要求。本改進實驗的優勢還在于實驗的開設成本大大降低了。另外，通過與學生討論新舊兩種方法，可以培養學生的創新觀念和環保意識。

參 考 文 獻

[1] John O.JChemEduc,1984,61(12):1098

[2] Richard D F.JChemEduc,1995,72(10):936

[3] 武漢大學實驗教學中心.無機化學實驗.武漢:武漢大學出版社,2006

[4] 姜傳福,王彥,王孜燕.錦州師范學院學報,1999(2):24

[5] 王志鏗,陳顯堂,張昇暉,等.分析試驗室,1993,12(6):48

[6] 陶海燕,胡鍇,余幼祖.大學化學,2012,27(3):56