實驗六　一種鈷(Ⅲ)配合物的制備

一、實驗?zāi)康?/p>

掌握制備金屬配合物最常用的方法——水溶液中的取代反應(yīng)和氧化還原反應(yīng),了解其基本原理和方法。對配合物組成進行初步推斷。學(xué)習(xí)使用電導(dǎo)儀。

二、實驗原理

運用水溶液中的取代反應(yīng)來制取金屬配合物,是在水溶液中的一種金屬鹽和一種配體之間的反應(yīng)。實際上是用適當?shù)呐潴w來取代水合配離子中的水分子。氧化還原反應(yīng)是將不同氧化態(tài)的金屬化合物,在配體存在下使其適當?shù)匮趸蜻€原以制得該金屬配合物。

Co(Ⅱ)的配合物能很快地進行取代反應(yīng)(是活性的),而Co(Ⅲ)配合物的取代反應(yīng)則很慢(是惰性的)。Co(Ⅲ)的配合物制備過程一般是,通過Co(Ⅲ)(實際上是它的水合配合物)和配體之間的一種快速反應(yīng)生成Co(Ⅲ)的配合物,然后使它被氧化成為相應(yīng)的Co(Ⅲ)配合物(配位數(shù)均為6)。

常見的Co(Ⅲ)配合物有:

(黃色)、(粉紅色)、(紫紅色)、(紫紅色)、(黃色)、(紫色)、(黃色)等。

用化學(xué)分析方法確定某配合物的組成,通常先確定配合物的外界,然后將配離子破壞再來看其內(nèi)界。配離子的穩(wěn)定性受很多因素影響,通常可用加熱或改變?nèi)芤核釅A性來破壞它。本實驗是初步推斷,一般用定性、半定量甚至估量的分析方法。推定配合物的化學(xué)式后,可用電導(dǎo)儀來測定一定濃度配合物溶液的導(dǎo)電性,與已知電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性進行對比,可確定該配合物化學(xué)式中含有幾個離子,進一步確定該化學(xué)式。

游離的Co2+離子在酸性溶液中可與硫氰化鉀作用生成藍色配合物。因其在水中離解度大,故常加入硫氰化鉀濃溶液或固體,并加入戊醇和乙醚以提高穩(wěn)定性。由此可用來鑒定Co2+離子的存在。其反應(yīng)如下:

Co2++4SCN-[Co(SCN)₄]2-

游離的N離子可由奈氏試劑來檢定,其反應(yīng)如下:

N+2[HgI₄]2-+4OH-[Hg₂ONH₂]I↓+7I-+2H₂O

　　　　　　(奈氏試劑)　　　　　　　　　　(紅褐色)

三、實驗用品

1.儀器

臺秤,錐形瓶,量筒,漏斗(?=6cm),鐵架臺,酒精燈,藥匙,試管夾,漏斗架,石棉網(wǎng),普通溫度計,電導(dǎo)儀,干燥箱等。

2.試劑

固體藥品:氯化銨,氯化鈷,硫氰化鉀。

液體藥品:濃氨水,硝酸(濃),鹽酸(6mol·L-1),H₂O₂(30%),AgNO₃(2mol·L-1),SnCl₂(0.5mol·L-1、新配),奈氏試劑,乙醚,戊醇等。

3.材料

pH試紙,濾紙。

四、實驗步驟

1.制備Co(Ⅲ)配合物

在100mL錐形瓶中將1.0g氯化銨溶于6mL濃氨水中,待完全溶解后手持錐形瓶頸不斷振搖,使溶液均勻。分數(shù)次加入2.0g氯化鈷粉末,邊加邊搖動,加完后繼續(xù)搖動使溶液成棕色稀漿。再往其中滴加2~3mL 30% H₂O₂,邊加邊搖動,加完后再搖動。當固體完全溶解溶液中停止起泡時,慢慢加入6mL濃鹽酸,邊加邊搖動,并在水浴上微熱,溫度不要超過85℃,邊搖邊加熱10~15min,然后在室溫下冷卻混合物并搖動,待完全冷卻后過濾出沉淀。用5mL冷水分數(shù)次洗滌沉淀,接著用5mL冷的6mol·L-1鹽酸洗滌,產(chǎn)物在105℃左右烘干并稱量。

2.組成的初步推斷

① 用小燒杯取0.3g所制得的產(chǎn)物,加入35mL蒸餾水,混勻后用pH試紙檢驗其酸堿性。

② 用燒杯取15mL上述實驗①中所得混合液,慢慢滴加2mol·L-1 AgNO₃溶液并攪動,直至加一滴AgNO₃溶液后上部清液沒有沉淀生成。然后過濾,往濾液中加1~2mL濃硝酸并攪動,再往溶液中滴加AgNO₃溶液,看有無沉淀,若有,比較一下與前面沉淀的量的多少。

③ 取2~3mL實驗①中所得的混合液于試管中,加幾滴0.5mol·L-1 SnCl₂溶液(為什么?),振蕩后加入一粒綠豆大小的硫氰化鉀固體,振搖后再加入1mL戊醇、1mL乙醚,振蕩后觀察上層溶液中的顏色(為什么?)。

④ 取2mL實驗①中所得的混合液于試管中,加入少量蒸餾水,得清亮溶液后,加2滴奈氏試劑并觀察變化。

⑤ 將實驗①中剩下的混合液加熱,觀察溶液變化,直至其完全變成棕黑色后停止加熱,冷卻后用pH試紙檢驗溶液的酸堿性,然后過濾(必要時用雙層濾紙)。取所得清液,分別做一次③、④實驗。觀察現(xiàn)象與原來的有什么不同。

通過這些實驗?zāi)隳芡茢喑龃伺浜衔锏慕M成嗎?能寫出其化學(xué)式嗎?

⑥由上述自己初步推斷的化學(xué)式來配制100mL 0.01 mol·L-1該配合物的溶液,用電導(dǎo)儀測量其電導(dǎo)率,然后稀釋10倍后再測其電導(dǎo)率并與表2?2對比,來確定其化學(xué)式中所含離子數(shù)。?

　　① 電導(dǎo)的SI制單位為西門子,符號為S,1S=1Ω-1。

五、注意事項

① 臺秤的使用,左物右碼,砝碼用鑷子夾取,用后歸位。

② 對于固體試劑的取用,不要灑落,放入試管中要借助紙條送入。

③ 水浴鍋的使用,要注意水位的合適高度及溫度范圍的控制。

④ 減壓過濾,注意正確選擇或剪裁濾紙的大小,布氏漏斗與抽濾瓶的正確連接。本實驗抽濾時可用雙層濾紙,以防穿孔。轉(zhuǎn)移沉淀時只能用5mL水并分成幾次洗滌錐形瓶殘留物。洗滌沉淀時應(yīng)拔掉管子停止抽濾,洗滌劑使用要少量多次,抽濾完畢先拔管后關(guān)電。

⑤ 使用干燥箱注意正確開關(guān)門,濾紙、試劑不得直接放在干燥箱內(nèi),注意箱內(nèi)的清潔。

⑥ 電導(dǎo)儀的使用,正確使用電極;注意選擇合適的量程進行測量,正確讀數(shù)。

六、思考題

① 將氯化鈷加入氯化銨與濃氨水的混合液中,發(fā)生什么反應(yīng),生成何種配合物?

② 上述實驗中加過氧化氫起何作用,如不用過氧化氫還可以用哪些物質(zhì)?用這些物質(zhì)有什么不好?上述實驗中加濃鹽酸的作用是什么?