三氯化六氨合钴(Ⅲ)制备实验的绿色化改进

房川琳，李俊玲，邹 清，李 静，宋红杰

(四川大学 基础化学实验教学中心，四川 成都 610064)

三氯化六氨合钴(Ⅲ)的制备等基础无机化学实验不仅涵盖了对学生基本化学 “思维能力”和化学 “实践动手能力”的培养，而且对学生实验综合与创新能力的提升也大有裨益[1－2]。然而，该实验中用到的试剂，如浓盐酸、浓氨水等大多具有挥发性与刺激性气味，因此对实验方案的改进及实验试剂的减量迫在眉睫[3－5]。

1 实验部分

1.1 实验原理

三氯化六氨合钴在日常生活中常被用作合成其他一些Co(Ⅲ)配合物的原料。在实验中，通常采用Co(Ⅱ)与氯化铵和氨水作用，利用活性炭做催化剂，经过氧化后得:

2CoCl2＋10NH3＋2NH4Cl＋H2O2=2[Co(NH3)6]Cl3＋2H2O式中，[Co(NH3)6]Cl3为橙黄色晶体，20℃时在水中的溶解度为0.26 mol/L。

1.2 主要仪器与试剂

1.2.1 主要仪器

包含电子天平(LT502E，常熟市天量仪器有限责任公司)；电热恒温鼓风干燥箱(101－2A，北京中兴伟业仪器有限公司)；水循环式真空泵(SHB－3，郑州江城科工贸有限公司)；加热型磁力搅拌器(isotem1110249sh，fisher scientific)；制冰机(SIM－F140AY65－PC，panasonic)和紫外分光光度计(U－2910， hitachi)。

1.2.2 主要试剂

包含CoCl2·6H2O(天津市致远化学试剂有限公司)、NH4Cl、粉末状活性炭、浓氨水、30%的H2O2、浓盐酸和乙醇。试剂除CoCl2·6H2O外，其余均为成都市科龙化工试剂厂生产，所有试剂均为分析纯，合成用水均为去离子水。

1.3 实验步骤

1.3.1 三氯化六氨合钴的制备

目前，三氯化六氨合钴制备的学生实验按照大学化学实验教材中的方案[6]进行，起始原料的用量分别为6 g CoCl2·6H2O和4 g NH4Cl。在实验试剂减量改进的过程中，先将起始原料用量降至原用量的二分之一(如图1中方案Ⅰ所示)。在实验试剂减量的同时，进行实验步骤的简化，将产品重结晶的步骤省去(如图1中方案Ⅱ所示)。在确保实验步骤简化方案可行的基础上，实践了进一步试剂减量(起始原料用量将至原用量的四分之一)及实验步骤简化的实验方案(如图2中方案Ⅲ所示)。

图1 方案Ⅰ和方案Ⅱ流程图

图2 方案Ⅲ流程图

1.3.2 产品鉴定

1)产品外观。

2)产品紫外分析。

方案Ⅰ～方案Ⅲ的产品进行紫外分光光度计(U－2910，hitachi)检测，配置各产品待测液，浓度均为1.71 mmol/L，通过检测各产品待测液紫外最大吸收值均在467 nm，详见结果与讨论。

2 结果与讨论

2.1 产品鉴定

2.1.1 产品外观

钴(Ⅱ)与氯化铵和氨水作用，经氧化后一般可生成紫红色的二氯化一氯五氨合钴、砖红色的三氯化五氨一水合钴和橘黄色的三氯化六氨合钴[7]三种产物。合成产品的过程中，由于反应试剂计量、反应时间、反应温度的控制不同，均可能得到不同的化合物。本文中方案Ⅰ～方案Ⅲ实验产品外观如图3所示。

图3 方案Ⅰ～方案Ⅲ产品外观图

方案Ⅰ～方案Ⅲ产品外观均为橘黄色晶体，可初步判断产物为三氯化六氨合钴([Co(NH3)6]Cl3)。

2.1.2 产品紫外吸收

如图4所示，从产品的紫外吸收检测结果可知，三个方案所得产品的紫外最大吸收值均在476 nm，结合产品外观，可确认各方案合成的产品均为三氯化六氨合钴([Co(NH3)6]Cl3)。

图4 方案Ⅰ～方案Ⅲ产品紫外吸收图谱

2.2 产率

如表1所示，给出了三种方案的产率对比。

表1 方案Ⅰ～方案Ⅲ产率

三名实验人员(表中编号为1，2，3)分别独自完成了方案Ⅰ～方案Ⅲ的三个实验。实验结果显示，方案Ⅰ与方案Ⅱ实验产率进行对比，当起始原料用量一致时，方案Ⅱ简化产品结晶(省略重结晶)的步骤，使得产率升高。其中，组1由55.49%升至59.64%；组2由50.15%升至57.27%；组3由56.38%升至63.50%。该结论符合重结晶会损失产率的一般规律。方案Ⅱ与方案Ⅲ实验产率进行对比，当方案均简化产品结晶(省略重结晶)的步骤时，方案Ⅲ将起始原料用量进一步减半，产率均略有降低(但均高于方案I中的产率)，这主要是因为原料起始用量越少，各项误差对产率的影响越大。综上所述，方案Ⅲ中实验步骤的简化与起始原料用量的减少，不仅实现了实验的环保性与绿色化，同时也保障了实验的产率。

2.3 实验改进方案的可行性分析

实验改进方案Ⅲ在四川大学化学专业的无机化学实验中首先展开，本年度春季学期共计220名学生在实验中采用了新方案。除极个别同学由于自身操作等问题导致实验失败外，大多数同学均能顺利完成实验，所得橘黄色产品质量从0.69～1.15 g(产率从40.83%～68.04%)。然而，实验中省略的重结晶步骤在大学化学实验中无疑是学生需要掌握的一项重要实验操作技能。为此，在无机化学实验技能训练中设有重结晶的专项操作练习，此外在有机制备实验乙酰苯胺的合成中也涉及有对学生重结晶操作技能的训练。

3 结束语

本文三氯化六氨合钴的无机合成实验省略了重结晶步骤，减少了挥发性浓盐酸试剂的使用，在其他试剂用量上也减至原有方案的1/4。从而大大降低了学生实验中对环境造成的污染，为化学实验室建成绿色实践平台提供了保障[8－10]。

[1]景志红，孙敏，凌宝萍，等.实施开放实验培养学生综合、创新能力[J].实验室研究与探索，2016，35(2):152－154.

[2]樊海梅，周美珍.在无机化学实验中培养学生自主学习与动手能力[J].赤峰学院学报，2016，32(1):234－235.

[3]王丽辉，徐玲，段莉梅，等.无机微型化实验教学现状分析及对策[J].中国现代教育装备，2015(227):46－48.

[4]贾忠明，史根生.对三氯化六氨合钴 (Ⅲ)制备实验的微型化改进[J].内蒙古名族大学学报，2009，15(4):128－129.

[5]马有良，毕吉利.关于微型化学实验在化学教学中的应用探究[J].广州化工，2014，42(24):207－208.

[6]蒲雪梅，陈华，寇兴明，等.大学化学实验[M].北京:化学工业出版社，2015:116

[7]卢怡，刘金库，徐志珍，等.应用化学综合性实验的设计及探索[J].化工高等教育，2012(1):30－32.

[8]房川琳，李静，邹清，等.构建安全、绿色、科学的基础化学实验室[J].实验科学与技术，2013，11(6):340－342.

[9]刘媛，邹清，房川琳，等.无机化学实验教学改革与创新[J].实验科学与技术，2016，14(1):140－145.

[10]魏玉娟.绿色化学与化学教学[J].现代教育，2012(23):112.