三氯化六氨合钴的制备实验报告.docx

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三氯化六氨合钴的制备实验报告

一、实验目的

1.掌握三氯化六氨合钴（III）的合成及其组成测定的操作方法,通过对产品的合成和组分的测定，确定配合物的实验式和结构。

2.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。

3.通过对溶液的配制和标定、仪器的使用、处理实验结果等提高学生独立分析能力、解决问题的综合能力。

二、实验内容——三氯化六氨合钴（III）的制备及组成的测定

Ⅰ、三氯化六氨合钴（III）的制备

（1）实验原理：

钴化合物有两个重要性质：

第一，二价钴离子的盐较稳定；三价钴离子的盐一般是不稳定的，只能以固态或者配位化合物的形式存在。

显然，在制备三价钴氨配合物时，以较稳定的二价钴盐为原料，氨－氯化铵溶液为缓冲体系，先制成活性的二价钴配合物，然后以过氧化氢为氧化剂，将活性的二价钴氨配合物氧化为惰性的三价钴氨配合物。

反应需加活性炭作催化剂。

反应方程式：

2CoCl2·6H2O＋10NH3＋2NH4Cl＋H2O2====2[Co（NH3）6]Cl3＋14H2O

（橙黄色）

（2）实验仪器及试剂:

仪器：

锥形瓶（250ml）、滴管、水浴加热装置、抽滤装置、温度计、蒸发皿、量筒（10ml、25ml、100ml）

药品：

氯化铵固体、CoCl2·6H2O晶体、活性炭、浓氨水、5%H2O2、浓HCl、2mol/L的HCl溶液、乙醇溶液、冰、去离子水

（3）实验步骤:

在锥形瓶中，将4gNH4Cl溶于8.4mL水中，加热至沸（加速溶解并赶出O2），加入6g研细的CoCl2·6H2O晶体，溶解后，加0.4g活性炭（活性剂，需研细），摇动锥形瓶，使其混合均匀。

用流水冷却后（防止后来加入的浓氨水挥发），加入13.5mL浓氨水，再冷却至283K以下（若温度过高H2O2溶液分解，降低反应速率，防止反应过于激烈），用滴管逐滴加入13.5mL5%H2O2溶液（氧化剂），水浴加热至323~333K，保持20min，并不断旋摇锥形瓶。

然后用冰浴冷却至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浓盐酸（中和过量的氨）。

趁热吸滤，慢慢加入6.7ml浓盐酸（同离子效应）于滤液中，即有大量橙黄色晶体（[Co（NH3）6]Cl3）析出。

用冰浴冷却后吸滤，晶体以冷的2ml2mol/LHCl洗涤，再用少许乙醇洗涤，吸干。

晶体在水浴上干燥，称量，计算产率。

Ⅱ、三氯化六氨合钴（III）组成的测定

（1）氨的测定

（1）实验原理：

由于[Co（NH3）]6Cl3在强碱强酸作用下，基本不被分解，只有在沸热的条件下，才被强碱分解，所以式样液加NaOH溶液作用，加热至沸使其分解，并整出氨，整出的氨用过量的2%磷酸溶液吸收，以甲基橙为指示剂，用HCl标准也滴定生成的磷酸氨，可计算出氨的百分量。

[Co（NH3）6]Cl3＋3NaOH====Co（OH）3+6NH3++6NaCl

NH3+H3BO3====NH4H2BO3

NH4H2BO3+HCl====H3BO3+NH4Cl

（2）仪器与试剂：

仪器：

250ml锥形瓶、量筒、pH试纸、滴定管

试剂：

50ml2%H3BO3、HCl溶液、甲基红溴甲酚氯

（3）实验步骤：

（1）用电子天平准确称取约0.2g样品于250ml管中，加50ml去离子水溶解，另准备50ml2%H3BO3溶液于250ml锥形瓶中，

（2）在H3BO3溶液加入5-6滴甲基红溴甲酚氯指示剂，将样品溶液倒入加H3BO3的锥形瓶中，然后将锥形瓶固定在凯氏定氮仪上，开启凯氏定氮仪，氨气开始产生并被H3BO3溶液吸收，吸收过程中，H3BO3溶液颜色由浅绿色逐渐变为深黑色，当溶液体积达到100ml左右时，可认为氨气已被完全吸收（也可利用PH试纸检验氨气出口来确定氨气是否被完全蒸出）。

（3）用以用NaCO3溶液标定准确浓度的HCl溶液滴定吸收了氨气的H3BO3溶液，当溶液颜色由绿色变为浅红色时即为终点。

读取并记录数据，计算氨的含量。

（二）钴的测定

（1）实验原理：

利用三价钴离子的氧化性，通过碘量法，即利用I2的氧化性和I-的还原性进行滴定用来测定钴的含量，以淀粉作指示剂。

主要反应方程式：

[Co（NH3）6]Cl3＋3NaOH====Co（OH）3+6NH3++6NaCl

Co（OH）3+3HCl====Co3++3H2O

2Co3++2I-====2Co2++I2

I2+2S2O32-====2I-+S4O62-

⑵仪器与试剂：

仪器：

250ml锥形瓶、250ml碘量瓶、电炉、量筒、pH试纸（精密）、电子天平、

试剂：

KI固体、10％NaOH溶液、6mol/LHCl溶液、Na2S2O3溶液、2％淀粉溶液

⑶实验步骤：

用电子天平准确称取0.2g样品于250ml锥形瓶中，加入20ml去离子水，10ml10％NaOH溶液，置于电炉微沸加热至无氨气放出（用PH试纸检验）。

冷却至室温后加入20ml水，转移至碘量瓶中，再加入1gKI固体，15ml6mol/LHCl溶液，立即盖上碘量瓶瓶盖，充分摇荡后，在暗处反应10min后拿出。

用已准确标定浓度的Na2S2O3溶液滴定至浅黄色时，再加入1ml2％的淀粉溶液，继续滴至溶液为粉红色即为反应终点（滴定开始阶段应迅速滴加，防止I2挥发）。

读取并记录实验数据并计算钴的百分含量。

（三）氯的测定

⑴实验原理：

利用摩尔法测定氯的含量，即在中性或弱碱性溶液中，以K2CrO4作指示剂，用AgNO3标准溶液滴定Clˉ，由于2Ag++CrO42-=Ag2CrO4↓（砖红色）,Ksp=2.0×10-12;Ag++Cl-=AgCl↓（白色）,Ksp=1.8×10-10,由于AgCl的溶解度比AgCrO4小，根据分布沉淀原理，溶液中首先析出AgCl沉淀，化学计量点附近，由于Ag+浓度增加，与CrO42-生成砖红色Ag2CrO4沉淀指示滴定终点。

另外为了准确滴定Cl-，需控制指示剂的浓度。

根据实验数据计算氯的含量。

⑵仪器和试剂：

仪器：

100ml容量瓶，250ml锥形瓶，酸式滴定管，玻璃棒，25ml移液管

试剂：

5%的K2CrO4溶液，AgNO3溶液

⑶实验步骤：

用电子天平准确称取约0.2g的样品用去离子水溶解，然后转移至100ml的容量瓶中定容，取25ml样品溶液于锥形瓶中，加入3滴5%的K2CrO4溶液作指示剂，用已准确标定浓度的AgNO3溶液滴定，溶液由黄色变为砖红色且砖红色30秒不消失（不需摇动）即为终点，读取并记录数据，计算氯的含量。

三、实验数据处理：

（1）三氯化六氨合钴的制备

[Co（NH3）6]Cl3的制备产率

得到产品m=0.72g

称取样品6.0g，理论产品质量为M=

产率=

（2）氨的测定

氨的含量计算

m[Co（NH3）6]Cl3=0.2031gCHCl=0.3015mol/L

消耗15.56ml

根据反应方程式得HCl与NH3的计量比为1：

1

故样品中

1mol样品中所含氨的物质的量为0.3973×267.5÷17=6.25mol

（3）钴的测定

已标定Na2S2O3的浓度为0.0150mol/L

样品质量m=0.2001g

消耗Na2S2O3体积为54.95ml

根据化学反应方程式可知Co3+与Na2S2O3的计量比为1:

1

故样品中

1mol样品中所含钴的物质的量为0.2427×267.5÷58.93=1.10mol

（4）氯的测定

称取样品的质量m样品=0.1998g

已标定的AgNO3的浓度CAgNO3=0.05844mol/L

滴定用AgNO3的体积VAgNO3=10.37ml

Ag++Cl-=AgCl↓计量比为1:

1

所以

＝

1mol样品中所含氯的物质的量为0.1077×267.5÷35.5=0.81mol

[Co（NH3）6]Cl3的含量测定结果汇总

氨

钴

氯

实验结果

39.73%

24.27%

10.77%

[Co（NH3）6]Cl3的理论结果

38.13%

22.06%

39.81%

偏差

1.60%

2.21%

-29.04%

相对偏差

3.67%

7.57%

-72.04%

摩尔比

氨：

钴：

氯=6.25：

1.10：

0.81

样品的实验式

[Co（NH3）6]Cl0.8

四、结果讨论误差与分析：

（1）样品产率低，原因有：

①氯化铵加热时过度和温水浴时会释放出氨气，导致产率的下降。

②冷水浴时不够完全，有部分固体没有析出或晶体析出后再溶解。

③抽滤时滤纸会粘附一部分，导致损失

④在反应搅拌与产品烘干时，都会导致损失

⑤加入的活性炭没有充分研磨，颗粒太大，催化效果差

⑥过滤时速度太慢

（2）通过对组分测定，氨、钴的含量偏高，氯的含量比较低。

原因有：

①氨的测定中，滴定终点判断有偏差，导致实验数据的误差。

②钴的测定中，加淀粉时的黄色判断有点晚。

③钴的测定中，滴定管最后产生个小气泡，使Na2S2O3滴定的体积偏小，影响实验。

④氯的测定中，滴定终点不好把握，在没有达到终点时即停止滴定，导致误差较大。

⑤产品中可能有其他物质，比如二氯化五氨合钴。

⑥在读数时存在误差。

⑦配制标准溶液的过程中存在误差，导致滴定不准确，影响结果的计算。

五、注意事项：

（1）三氯化六氨合钴的制备：

①CoCl2·6H2O溶解后加入活性炭冷却不能太慢，因为氯化铵在溶液中加热后会有氨气放出，活性炭在使用前一定要充分研磨以提供较大的比表面积；

②加H2O2前必须降温处理，一是防止其分解，二是使反应温和的进行。

③加H2O2时要逐滴加入，不可太快，因为溶液中的物质会与H2O2反应，会使反应太剧烈，会产生爆炸。

④两次冰浴冷却要充分，有助于沉淀的析出，提高产率。

⑤趁热吸滤后加入6.7mL浓HCl是用同离子效应增加产率，若浓HCl加入过多，会因稀释作用而产生盐效应而使溶解度加大，从而降低产率

（2）三氯化六氨合钴组分的测定：

①分析天平称得质量要≥0.2g，因为分析天平的精确度为0.0001g，一次实验要称两次，误差为0.0002g，要求误差≤1‰，所以要大于0.2g；

②滴定管快滴定完时，要把悬浮的液体刮锥形瓶，减小误差；

③碘量瓶要用磨口塞子，防止碘的升华；

④碘量法测定钴，在碘量瓶中加入KI固体和HCl后应立即将碘量瓶转移至暗处；

⑤Cl的测定中，在滴定后期，不要震荡锥形瓶，加入后产生砖红色，30秒不变色就为终点；

六、思考题：

1.在[Co（NH3）6]Cl3的制备过程中氯化铵，活性炭，过氧化氢各起什么作用

答.

（1）氯化铵的作用：

在没有铵盐的情况下，氨水遇钴盐后，即生成蓝色氢氧化钴（Ⅱ）沉淀：

Co2++2OH-→Co（OH）2↓。

此沉淀易溶于过量的沉淀剂和铵盐溶液中。

当有铵盐存在时，将抑制NH3·H2O的解离，即抑制OH-的产生使[Co2+][OH-]2达不到氢氧化钴（Ⅱ）的溶度积而形成[Co（NH3）6]2+，它随后被空气中的O2氧化，生成Co（Ⅲ）配合物。

另外，氯化铵还能提供产物所需的NH3。

（2）活性炭起催化剂的作用，吸附反应物。

（3）过氧化氢起氧化剂的作用。

2.[Co（NH3）6]2+与[Co（NH3）6]3+比较，那个稳定，为什么？

答：

[Co（NH3）6]3+稳定，因为[Co（NH3）6]2+中心原子采用sp3d2杂化，即外轨成键，而[Co（NH3）6]3+中心原子采用d2sp3杂化，即内轨成键，根据配合物的价键理论，形成体与配位数相同的配合物，内轨型比外轨型稳定。

3、何为稀度？

答：

所谓稀度即溶液的稀释程度，为物质的量浓度的倒数，如稀度为128，表示128L中含有1mol溶质。