基础化学实验I课程小论文题目：钴（Ⅲ）配合物的制备及表征姓名王一贺学号及专业化学**********姓名徐剑光学号及专业化学**********指导教师曾秀琼浙江大学化学系浙江大学化学实验教学中心2014年 1 月前言：在水溶液中，电极反应Eθ（Co3+/Co2+）=1.84V，所以在一般情况下，Co(Ⅱ)在水溶液中是稳定的，不易被氧化为Co(Ⅲ)，相反，Co(III)很不稳定，容易氧化水放出氧气（Eθ（Co3+/Co2+）=1.84V >E θ（O2/H2O）=1.229V）。
但在有配合剂氨水存在时，由于形成相应的配合物[Co(NH3)6]2+，电极电势E θCo[(NH3)63+/ Co(NH3)62+]=0.1V，因此Co (Ⅱ)很容易被氧化为Co(III)，得到较稳定的Co（Ⅲ）配合物。
Co（Ⅲ）可与多种配体配位，能形成多种配合物。
实验方案简述：一、实验中采用H2O2作氧化剂，在大量氨和氯化铵存在下，选择活性炭作为催化剂将Co（Ⅱ）氧化为Co（Ⅲ），来制备三氯化六氨合钴（Ⅲ）配合物，反应式为：2[Co(H2O)6]Cl2（粉红色）+ 10NH3 +2NH4Cl + H2O2 活性炭 C 2[Co(NH3)6]Cl3（橙黄色）+ 14H2O 将产物溶解在酸性溶液中以除去其中混有的催化剂，抽滤除去活性炭，然后再在浓盐酸存在下使产物晶体析出。
293K时，[Co(NH3)6]Cl3在水中的溶解度为0.26mol·L-1,K不稳=2.2×10-34，在过量强碱存在且煮沸的条件下会按下形式分解：2[Co(NH3)6]Cl3 + 6NaOH 煮沸2Co(OH)3 + 12NH3 + 6NaCl样品中的Co（Ⅲ）用碘量法测定：2Co(OH)3 + 2I- + 6H+ 2Co2+ + I2 + 6H2OI2 + 2S2O32- S4O62- + 2I-二、2[Co(en) 2 Cl2]Cl的制备：2CoCl2·6H2O+4HCl+4en trans- 2[Co(en) 2 Cl2]Cltrans- 2[Co(en) 2 Cl2]Cl•HCl•2H2O △trans- 2[Co(en) 2 Cl2]Cl↓+ HCl+2H2Otrans- 2[Co(en) 2 Cl2]Cl △cis- 2[Co(en) 2Cl2]Cl仪器：100mL锥形瓶，布氏漏斗，量筒，胶头滴管，蒸发皿，恒温水浴，抽滤泵，烘箱，分析天平，台天平，250mL碘量瓶，滴定管，红外光谱仪，烧杯。
药品：H2O2(10%),稀盐酸（3+50），浓氨水（AR），浓盐酸，CoCl2·6H2O（AR），氯化铵（AR），活性炭，冰块，3mol·L-1H2SO4,0.1mol·L-1Na2S2O3,20%的NaOH，0.5%淀粉，6mol·L-1HCl，碘化钾（AR）、、亚硝酸钠（AR）、无水乙醇（AR）、NH4Cl（AR）、乙二胺（AR）。
实验步骤：实验一：[Co(NH3)6]Cl3配合物的制备及Co含量测定1.1、[Co(NH3)6]Cl3配合物的制备：在100mL锥形瓶中6g研细的氯化亚钴CoCl2·6H2O，4g氯化铵和7mL去离子水，加热溶解后加入0.3g活性炭。
冷却，加入14mL浓氨水，冷却至283K以下，缓慢加入10mL 10%的过氧化氢，水浴加热至333K左右并恒温20min（适当摇动锥形瓶）。
取出，先用自来水冷却，后用冰水冷却。
抽滤，将沉淀溶解于60mL沸稀盐酸（3+50）中（若不溶解可适量补充稀酸），趁热过滤。
在滤液中慢慢加入10mL浓盐酸，冰水冷却。
抽滤。
在378K温度下烘干，称重。
1.2、[Co(NH3)6]Cl3中钴（Ⅲ）的测定准确称取0.5g左右三氯化六氨合钴（Ⅲ）于250mL的磨口烧瓶中，加数粒沸石，加入20mL20%的NaOH，加热煮沸25min，分解三氯化六氨合钴（Ⅲ），将氨蒸发，分解过程中适当补水。
冷却到室温，加入1.5g固体碘化钾，盖上瓶盖，摇动1min后，加入20mL 6mol·L-1HCl,在暗处放置15min。
然后加入100ml去离子水，立即用Na2S2O3标准溶液滴定至黄橙色，然后加入2mL0.5%淀粉溶液，继续滴定至终点（浅红色）。
几下消耗的Na2S2O3标准溶液的体积。
计算三氯化六氨合钴（Ⅲ）中钴（Ⅲ）质量分数。
平行测定三次。
实验二：配合物键合异构体[Co(NH3)5NO2 ]Cl2和[Co(NH3)5ONO]Cl2的制备2.1、[Co(NH3)5C1]Cl2的制备：在氯化钴(Ⅱ)的水溶液中，加入过量NH3·H20和NH4Cl，即生成可溶性的[Co(NH3)6]2+，对所组成的反应混合物进行空气氧化，[Co(NH3)6]2+被氧化成稳定的[Co(NH3)6]3+，随后用过量的盐酸酸化，生成[Co(NH3)5C1]C12。
过滤，洗涤和干燥后，得到紫红色产品。
2.2、配合物键合异构[Co(NH3)5NO2]Cl2和[Co(NH3)5ONO]Cl2的制备2.2.1 键合异构体(I)的制备：称取1.0 g[Co(NH3)5C1]Cl2(紫红色)溶于15 mL 2 mol’L 氨水中，在水浴中加热，使其溶解，过滤除去不溶物，滤液冷却后用4 mol·L 盐酸酸化至pH=3～4。
加入1.5 g 亚硝酸钠，温和加热使其全部溶解，过滤除去不溶物。
溶液冷却后，小心注入15 mL浓盐酸(在通风厨进行)，再在冰水中冷却，使结晶完全，抽滤，用无水乙醇洗涤两次，风干，产品为黄色。
2.2.2 键合异构体(II)的制备：称取1.0 g[Co(NH3)5Cl]Cl2溶于20 mL水和7 mL浓氨水混合液中，在水裕中加热使其溶解，过滤除去不溶物。
以4mol·L-1 HCl中和，冷却后加入1.0 g亚硝酸钠，搅拌使其溶解。
加入0.5 mL1：1HC1，使溶液pH=5，逐渐生成橙红色沉淀在冰水中冷却，抽滤，晶体用冰冷的去离子水洗涤两次，无水乙醇洗涤两次，在室温干燥，晶体为橙红色。
2.3、配合物键合异构体的红外光谱(IR)测定:将两种异构体在4000~400cm-1范围内测定红外光谱(KBr压片)，在同一张图纸上打印对比。
上面的红外光谱为异构体(I)，下面的红外光谱为异构体(II)。
实验三：[Co(en) 2 Cl2]Cl的制备称取4.0g CoCl2·6H2O于150mL烧杯中，加入25.0mL去离子水，搅拌溶解完全后，滴加1.7mL乙二胺，摇匀。
再缓慢加入3.0mL10% H2O2 （反应放热），稍冷却逐滴滴加8.8mL浓盐酸，溶液颜色加深,调节PH至3—4，得溶液A。
转入100mL蒸发皿中，蒸气浴加热。
取下后稍冷却，再用冰水浴30min。
减压抽滤，干燥。
取一份制得溶液A，用氢氧化钠溶液调节PH至中性。
蒸发至表面出现晶膜，冷却结晶，抽滤，干燥。
实验结果：实验一：[Co(NH3)6]Cl3配合物的制备及Co含量测定1、[Co(NH3)6]Cl3配合物的制备2、Co含量测定实验二：实验三：分析与讨论：实验一：[Co(NH3)6]Cl3配合物的制备及Co含量测定本实验制备终产率较低，主要由于[Co(NH3)6]Cl3 在水溶液中溶解度较高（293K，6.9g/100ml），溶液量较大，因此残留在溶液中的产品较多；Co含量测定中，相对平均偏差符合要求，而结果大于理论值，可能是方案存在系统误差。
可能原因有：1、加入纯净水中的溶解O2 将I- 氧化导致测定结果偏高；2、滴定终点判定存在误差；3、硫代硫酸钠溶液放置时间较长，可能存在少量变质，导致结果偏高。
实验二：配合物键合异构体[Co(NH3)5NO2 ]Cl2和[Co(NH3)5ONO]Cl2的制备本实验需制备[Co(NH3)5 Cl]Cl2 作为中间原料，相比与制备[Co(NH3)6]Cl3 两者条件存在一定差异，通过实验可以发现，在没有活性炭存在时，由氯化亚钴与过量的氨、氯化铵反应的主要产物是二氯化一氯五氨合钴（Ⅲ），有活性炭存在时的主要产物是三氯化六氨合钴（Ⅲ）。
制备键连异构体时主要制备条件差异在于溶液PH的控制。
当溶液呈酸性时，产物为棕黄色粉末，为[Co(NH3)5NO2 ]，而在中性或弱碱性条件下产物为橙红色粉末。
可能的原因是由于在酸性体系中，亚硝酸多以分子形态存在，氧上连有氢，因此此时N与Co配位更容易；而在中性或弱碱性体系中，氧的配位能力增强，且氧个数多于N，因此在此时O配位更具优势。
红外测定结果表明：实验三：[Co(en) 2 Cl2]Cl的制备实验结果表明在酸性条件下制得的产物为trans- [Co(en) 2Cl2]Cl，而在中性条件下生成的为cis- 2[Co(en) 2 Cl2]Cl。
由文献可知，cis- 2[Co(en) 2 Cl2]Cl在中性条件下溶解度小于trans- 2[Co(en) 2 Cl2]Cl，而在酸性条件下恰好相反，故而在酸性条件下，反式产物先析出，由于两种产物的络合平衡的存在，使最终平衡往生成反式产物方向移动，因此最终析出的为反式产物。
中性条件下同理。
感想：每次的探究实验都是一次拓展，一次合作。
不论个人技能如何了得，团队合作都是必不可少。
实验需要出色的个人技能，更需要默契的团队合作。
自主设计实验更是告诉我们实验不是照着书本将步骤完成，更应有自己的想法，敢于质疑，积极思考。
——徐剑光自主设计试验中充满了许多的不确定，每一步的实验现象和结果都有可能会偏离或者与预计的相悖，更多的不确定性，使实验就要求更多的查阅资料、了解相关性质，不断地去改变探索，并通过变量实验结果相互比较，最终得到一个更为有说服力的结果。
——王一贺。