毛 娜，孫軍朋

(1.渭南師范學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)院，陜西 渭南 714099；2.乾縣第一中學(xué)，陜西 咸陽 713300)

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)及與化學(xué)相關(guān)專業(yè)(生物、農(nóng)資、高分子、材料類等)開設(shè)的一門的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，對(duì)大學(xué)一年級(jí)新生相當(dāng)重要，為以后其他相關(guān)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)打下良好的基本操作基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)技能習(xí)慣，尤其是對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)和自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。綜合性化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的體現(xiàn)，也是為以后為企業(yè)培養(yǎng)新型創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵。綜合實(shí)驗(yàn)不僅有助于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，而且也利于提高學(xué)生的興趣[1]。

三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀是大一學(xué)生第二學(xué)期開設(shè)的一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O 為翠綠色單斜晶體，加熱至110℃失去全部結(jié)晶水，230℃分解，550℃時(shí)分解產(chǎn)物為三氧化二鐵與碳酸鉀。易溶于水，難溶于丙酮和乙醇。對(duì)光敏感，其強(qiáng)光照射分解產(chǎn)物為草酸鉀和草酸亞鐵及二氧化碳。主要用于攝影、電鍍業(yè)、化學(xué)試劑、測(cè)定光量、催化劑等，是制備負(fù)載型活性鐵催化劑的主要原料。該實(shí)驗(yàn)涉及許多無機(jī)實(shí)驗(yàn)基本操作和化學(xué)原理，如蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶、干燥、減壓過濾等以及絡(luò)合平衡和電離平衡[1]。制備K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的方法目前文獻(xiàn)和無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教科書上有四種：

(1)以硫酸亞鐵銨為原料[2]。此方法用前面實(shí)驗(yàn)合成的硫酸亞鐵銨為原料，和草酸溶液反應(yīng)，傾析去除和洗滌得到黃色的草酸亞鐵晶體，再用過量的H2O2把草酸亞鐵氧化成三草酸合鐵離子，再加入一定量的草酸，加入乙醇放置黑暗處48 h得到三草酸合鐵酸鉀晶體。

許多學(xué)者[3-4]用此方法對(duì)許多實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和原料用量及溫度做了改善，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果有所改善。但是通過筆者這些年在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課上所遇到的問題，總結(jié)出一些缺點(diǎn)，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)過程中把握不準(zhǔn)確H2O2氧化亞鐵離子成為鐵離子，由于在水浴鍋中鐵離子水解成棕紅色的氫氧化鐵，觀察不到亞鐵離子是否完全氧化，等加入草酸溶液后發(fā)現(xiàn)有亞鐵離子沒有被氧化。過濾后濃度降低導(dǎo)致難以析出晶體。即使前面的氧化完全，也有一部分學(xué)生難以析出晶體。影響后面性能測(cè)定。此方法的實(shí)驗(yàn)?zāi)芸疾閷W(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能和掌握一定的化學(xué)原理，但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象多變，影響晶體析出和產(chǎn)率。筆者所在學(xué)校的此實(shí)驗(yàn)以硫酸亞鐵銨為原料為主。

(2)以鐵屑為原料。無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教科書上用鐵屑為原料，先把鐵屑有氫氧化鈉煮沸除掉油漬，再加入硫酸反應(yīng)變出硫酸亞鐵，繼續(xù)反應(yīng)生成硫酸亞鐵銨，后續(xù)實(shí)驗(yàn)和上述實(shí)驗(yàn)相同。用此方法增加了實(shí)驗(yàn)的步驟，也增加實(shí)驗(yàn)的可變性，在一定程度上實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的綠色合成，更貼近工業(yè)生產(chǎn)[5]。筆者所在學(xué)校也用這種方法做過合成三草酸合鐵酸鉀晶體，此實(shí)驗(yàn)存在的問題是鐵屑的純度，和硫酸反應(yīng)完后要過濾掉殘?jiān)?，影響硫酸亞鐵的濃度，以至于到后面影響硫酸亞鐵銨的純度，后面同樣存在上面的問題。

(3)以三氯化鐵為原料[6]。將三氯化鐵和一定量的沸騰的草酸鉀溶液反應(yīng)，反應(yīng)液在冰水中冷卻，制得三草酸合鐵酸鉀晶體。此方法合成的實(shí)驗(yàn)去掉氧化劑的使用，沒有黃色固體草酸亞鐵的生成，更適用于工業(yè)生產(chǎn)。但是原料易吸水潮解，不易保存。

(4)以草酸鐵為原料[7]。以氫氧化鉀和草酸制備草酸鉀，再加入草酸鐵固體和硫酸水浴加熱，得到三草酸合鐵酸鉀溶液，在溶液中加入乙醇，攪拌均勻用KOH調(diào)節(jié)pH，暗處?kù)o置即得到三草酸合鐵酸鉀晶體。此方法可以合理有效的利用實(shí)驗(yàn)室資源高效的制備產(chǎn)物。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

ZH恒溫水浴鍋，循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)易有限公司)，艾科浦超純水系統(tǒng)。

硝酸鐵，草酸鉀，無水乙醇。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

硝酸鐵溶液滴加到熱的草酸鉀溶液中，用冰水急速冷卻，析出三草酸合鐵酸鉀晶體。

2 結(jié)果與討論

2.1 草酸鉀濃度對(duì)產(chǎn)物的影響

稱取3份10.5 g Fe(NO3)3·9H2O分別溶解于10 mL H2O中，再分別稱取15 g、18 g、20 g草酸鉀溶解于水浴加熱40 mLH2O中，把每份Fe(NO3)3·9H2O溶液分別逐滴加入到熱的草酸鉀溶液中。分別記為①、②、③號(hào)。把三份熱溶液放入到冰水溶液中急速冷卻，長(zhǎng)時(shí)間保持冰浴，大約40 min后抽濾，用少量乙醇洗滌，50℃下烘干1 h。得到固體產(chǎn)物三草酸合鐵酸鉀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 草酸鉀質(zhì)量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響

從表1 中可以看出，草酸鉀質(zhì)量 15 g時(shí)，產(chǎn)率雖然不高，但是晶型和顏色比較好，草酸鉀的理論質(zhì)量是14.5 g；當(dāng)質(zhì)量為18 g時(shí)，產(chǎn)率提高了，但是晶型不太好并且顏色發(fā)白；當(dāng)質(zhì)量為20 g時(shí)，產(chǎn)率雖然很高，但是晶體幾乎為粉末狀顏色淡綠色發(fā)白，并且肉眼能觀察到草酸鉀白色晶體，所以產(chǎn)物里一部分為草酸鉀，純度不高。這可能是由于草酸鉀質(zhì)量太多，用無水乙醇洗滌時(shí)有草酸鉀析出來，影響結(jié)晶品質(zhì)。

2.2 草酸鉀溶解方式對(duì)產(chǎn)物的影響

表2 草酸鉀溶解方式對(duì)產(chǎn)物的影響

稱取2份10.5 g Fe(NO3)3·9H2O分別溶解于10 mL H2O中，再分別稱取15 g草酸鉀溶于40 mLH2O中，一份用90℃電爐加熱溶解，一份用90℃水浴鍋加熱溶解把每份Fe(NO3)3·9H2O溶液分別逐滴加入到熱的草酸鉀溶液中。分別記為④、⑤號(hào)。把兩份熱溶液放入到冰水溶液中急速冷卻，長(zhǎng)時(shí)間保持冰浴，大約40 min后抽濾，用少量乙醇洗滌，50℃下烘干1 h。得到固體產(chǎn)物三草酸合鐵酸鉀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2可以看出，溶解方式對(duì)產(chǎn)物的產(chǎn)率和晶型顏色有一定的影響。當(dāng)把草酸鉀在電爐上溶解時(shí)，前期升溫比較慢，但是后期溫度升高溶解比較快，注意不要讓草酸鉀溶液沸騰容易分解。同時(shí)滴加Fe(NO3)3·9H2O也在電爐上，產(chǎn)物為翠綠色晶體，晶型好。把草酸鉀放到水浴鍋中加熱時(shí)，溶解也比較快，但是晶體析出時(shí)間較長(zhǎng)，且析出的是淡綠色晶體，粉末狀固體。這可能是由于在同樣溫度的水浴鍋中時(shí)，溶液的溫度達(dá)不到90℃，同樣滴加Fe(NO3)3·9H2O時(shí)，溫度不夠，影響形成配合物的時(shí)間和晶型。

2.3 晶體析出時(shí)間對(duì)產(chǎn)物的影響

取上面的④溶液兩份，分別放入冰浴中冷卻20 min和60 min后抽濾，記為⑥、⑦，用少量乙醇洗滌，50℃下烘干1 h。得到固體產(chǎn)物三草酸合鐵酸鉀。見表3。

表3 晶體析出時(shí)間對(duì)產(chǎn)物的影響

從表3可以看出，晶體析出時(shí)間對(duì)產(chǎn)物有很大的影響，當(dāng)快速冷卻20 min時(shí)，產(chǎn)率只有50.1 %，40 min 和60 min時(shí)產(chǎn)率幾乎沒有變化，說明在40 min左右產(chǎn)物已經(jīng)基本析出，和無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教科書上相比(48 h)，大大節(jié)省了時(shí)間，性價(jià)比比較高，適用于實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽或者考試時(shí)使用此方法。

3 結(jié)論

通過控制草酸鉀的質(zhì)量、草酸鉀的溶解溫度、結(jié)晶析出時(shí)間等影響因素，可以得到翠綠色有規(guī)則晶型的顆粒狀三草酸合鐵酸鉀晶體，析出時(shí)間短，且產(chǎn)率高，實(shí)驗(yàn)過程容易控制，為后續(xù)產(chǎn)品性能分析坐好良好鋪墊。