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)實驗教學(xué)中的一個經(jīng)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(shù)的測定是廣泛開設(shè)的很重要的一部分實驗內(nèi)容。目前在學(xué)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(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(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驗基本操作和技能訓(xùn)練，同時具有對實驗儀器設(shè)備要求不高和測量準確度較高等特點，為實驗教學(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(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，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(nèi)，加6滴0.5%淀粉溶液，用碘標準溶液滴定，溶液藍色出現(xiàn)為滴定終點。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(xué)成效

本改進方法已經(jīng)進行了5年(2007～2011)教學(xué)實踐。在實驗過程中，學(xué)生均能較好地掌握微型交換柱和微型滴定管的使用，得到的實驗數(shù)據(jù)符合實驗要求。下面選取2010級武漢大學(xué)化學(xué)專業(yè)2個自然班共計38名學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)進行分析(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)生測定的實驗數(shù)據(jù)誤差超過10%。絕大部分學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)誤差小于5%。

表1 學(xué)生實驗配離子電荷測定情況

造成學(xué)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(jié)

通過對本實驗的改進，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-型交換柱方法的準確率更高，絕大部分學(xué)生能達到實驗誤差的要求。本改進實驗的優(yōu)勢還在于實驗的開設(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。

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(xué)實驗教學(xué)中心.無機化學(xué)實驗.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,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(xué)化學(xué),2012,27(3):56