胡鍇 陶海燕 劉欲文 余幼祖

(武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)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(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)經(jīng)典的綜合性實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)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(shù)的測定是廣泛開設(shè)的很重要的一部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。目前在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，常用兩種方法對配離子電荷進(jìn)行測定：一種是直接測定法，如電導(dǎo)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(jié)合來測定配離子所帶的電荷。前一種方法首先是由于實(shí)驗(yàn)方法本身的限制很難準(zhǔn)確測定配離子所帶的電荷，其次是由于儀器設(shè)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(shí)驗(yàn)基本操作和技能訓(xùn)練，同時(shí)具有對實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備要求不高和測量準(zhǔn)確度較高等特點(diǎn)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(jìn)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)溶液(0.015mol·L-1)。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

2.1 樹脂處理

2.2 離子交換和測定

1) 交換：準(zhǔn)確稱取0.10g(準(zhǔn)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(zhuǎn)移至交換柱內(nèi)，以每秒1滴的速度流經(jīng)交換柱，收集在25mL容量瓶中。

2) 淋洗：待溶液接近樹脂表面時(shí)，再繼續(xù)用約4mL洗過小燒杯的蒸餾水洗柱，如此反復(fù)，直到接收的淋洗液接近容量瓶的刻度時(shí)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(zhǔn)確吸取5.00mL淋洗液于50mL錐瓶內(nèi)，加6滴0.5%淀粉溶液，用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，溶液藍(lán)色出現(xiàn)為滴定終點(diǎn)。所涉及的化學(xué)式如下：

3 數(shù)據(jù)處理

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

一般來說，根據(jù)所稱取的配合物的質(zhì)量和碘標(biāo)液的濃度差異，滴定標(biāo)準(zhǔn)溶液液的體積在1.7～2.3 mL之間。

4 實(shí)驗(yàn)和教學(xué)成效

本改進(jìn)方法已經(jīng)進(jìn)行了5年(2007～2011)教學(xué)實(shí)踐。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合實(shí)驗(yàn)要求。下面選取2010級武漢大學(xué)化學(xué)專業(yè)2個(gè)自然班共計(jì)38名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析(表1)。其中有12人(即32%)的數(shù)據(jù)誤差小于等于1%，即測定的數(shù)據(jù)為2.97～3.03這一范圍內(nèi)。僅2名學(xué)生測定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差超過10%。絕大部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差小于5%。

表1 學(xué)生實(shí)驗(yàn)配離子電荷測定情況

造成學(xué)生實(shí)驗(yàn)測定值偏離真實(shí)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(jié)

通過對本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，學(xué)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(zhǔn)確率更高，絕大部分學(xué)生能達(dá)到實(shí)驗(yàn)誤差的要求。本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢還在于實(shí)驗(yàn)的開設(shè)成本大大降低了。另外，通過與學(xué)生討論新舊兩種方法，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新觀念和環(huán)保意識(shí)。

參 考 文 獻(xiàn)

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

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

[3] 武漢大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心.無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn).武漢:武漢大學(xué)出版社,2006

[4] 姜傳福,王彥,王孜燕.錦州師范學(xué)院學(xué)報(bào),1999(2):24

[5] 王志鏗,陳顯堂,張昇暉,等.分析試驗(yàn)室,1993,12(6):48

[6] 陶海燕,胡鍇,余幼祖.大學(xué)化學(xué),2012,27(3):56