大学化学实验合成三草酸合铁(III)酸钾的教改与探索

毛 娜，孙军朋

(1.渭南师范学院 化学与材料学院，陕西 渭南 714099；2.乾县第一中学，陕西 咸阳 713300)

无机化学实验是化学及与化学相关专业(生物、农资、高分子、材料类等)开设的一门的基础实验课，对大学一年级新生相当重要，为以后其他相关的化学实验打下良好的基本操作基础和实验技能习惯，尤其是对综合性实验和自主设计实验设计能力的培养。综合性化学实验是学生综合实验素质的体现，也是为以后为企业培养新型创新型人才的关键。综合实验不仅有助于提高学生的实验能力，而且也利于提高学生的兴趣[1]。

三草酸合铁(Ⅲ)酸钾是大一学生第二学期开设的一个综合性实验。三草酸合铁(Ⅲ)酸钾 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O 为翠绿色单斜晶体，加热至110℃失去全部结晶水，230℃分解，550℃时分解产物为三氧化二铁与碳酸钾。易溶于水，难溶于丙酮和乙醇。对光敏感，其强光照射分解产物为草酸钾和草酸亚铁及二氧化碳。主要用于摄影、电镀业、化学试剂、测定光量、催化剂等，是制备负载型活性铁催化剂的主要原料。该实验涉及许多无机实验基本操作和化学原理，如蒸发、浓缩、结晶、干燥、减压过滤等以及络合平衡和电离平衡[1]。制备K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的方法目前文献和无机化学实验教科书上有四种：

(1)以硫酸亚铁铵为原料[2]。此方法用前面实验合成的硫酸亚铁铵为原料，和草酸溶液反应，倾析去除和洗涤得到黄色的草酸亚铁晶体，再用过量的H2O2把草酸亚铁氧化成三草酸合铁离子，再加入一定量的草酸，加入乙醇放置黑暗处48 h得到三草酸合铁酸钾晶体。

许多学者[3-4]用此方法对许多实验细节和原料用量及温度做了改善，使实验结果有所改善。但是通过笔者这些年在无机化学实验课上所遇到的问题，总结出一些缺点，学生做实验过程中把握不准确H2O2氧化亚铁离子成为铁离子，由于在水浴锅中铁离子水解成棕红色的氢氧化铁，观察不到亚铁离子是否完全氧化，等加入草酸溶液后发现有亚铁离子没有被氧化。过滤后浓度降低导致难以析出晶体。即使前面的氧化完全，也有一部分学生难以析出晶体。影响后面性能测定。此方法的实验能考查学生的基本实验技能和掌握一定的化学原理，但是实验现象多变，影响晶体析出和产率。笔者所在学校的此实验以硫酸亚铁铵为原料为主。

(2)以铁屑为原料。无机化学实验教科书上用铁屑为原料，先把铁屑有氢氧化钠煮沸除掉油渍，再加入硫酸反应变出硫酸亚铁，继续反应生成硫酸亚铁铵，后续实验和上述实验相同。用此方法增加了实验的步骤，也增加实验的可变性，在一定程度上实现实验的绿色合成，更贴近工业生产[5]。笔者所在学校也用这种方法做过合成三草酸合铁酸钾晶体，此实验存在的问题是铁屑的纯度，和硫酸反应完后要过滤掉残渣，影响硫酸亚铁的浓度，以至于到后面影响硫酸亚铁铵的纯度，后面同样存在上面的问题。

(3)以三氯化铁为原料[6]。将三氯化铁和一定量的沸腾的草酸钾溶液反应，反应液在冰水中冷却，制得三草酸合铁酸钾晶体。此方法合成的实验去掉氧化剂的使用，没有黄色固体草酸亚铁的生成，更适用于工业生产。但是原料易吸水潮解，不易保存。

(4)以草酸铁为原料[7]。以氢氧化钾和草酸制备草酸钾，再加入草酸铁固体和硫酸水浴加热，得到三草酸合铁酸钾溶液，在溶液中加入乙醇，搅拌均匀用KOH调节pH，暗处静置即得到三草酸合铁酸钾晶体。此方法可以合理有效的利用实验室资源高效的制备产物。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

ZH恒温水浴锅，循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸易有限公司)，艾科浦超纯水系统。

硝酸铁，草酸钾，无水乙醇。

1.2 实验原理

硝酸铁溶液滴加到热的草酸钾溶液中，用冰水急速冷却，析出三草酸合铁酸钾晶体。

2 结果与讨论

2.1 草酸钾浓度对产物的影响

称取3份10.5 g Fe(NO3)3·9H2O分别溶解于10 mL H2O中，再分别称取15 g、18 g、20 g草酸钾溶解于水浴加热40 mLH2O中，把每份Fe(NO3)3·9H2O溶液分别逐滴加入到热的草酸钾溶液中。分别记为①、②、③号。把三份热溶液放入到冰水溶液中急速冷却，长时间保持冰浴，大约40 min后抽滤，用少量乙醇洗涤，50℃下烘干1 h。得到固体产物三草酸合铁酸钾。实验结果见表1。

表1 草酸钾质量对实验结果影响

从表1 中可以看出，草酸钾质量 15 g时，产率虽然不高，但是晶型和颜色比较好，草酸钾的理论质量是14.5 g；当质量为18 g时，产率提高了，但是晶型不太好并且颜色发白；当质量为20 g时，产率虽然很高，但是晶体几乎为粉末状颜色淡绿色发白，并且肉眼能观察到草酸钾白色晶体，所以产物里一部分为草酸钾，纯度不高。这可能是由于草酸钾质量太多，用无水乙醇洗涤时有草酸钾析出来，影响结晶品质。

2.2 草酸钾溶解方式对产物的影响

表2 草酸钾溶解方式对产物的影响

称取2份10.5 g Fe(NO3)3·9H2O分别溶解于10 mL H2O中，再分别称取15 g草酸钾溶于40 mLH2O中，一份用90℃电炉加热溶解，一份用90℃水浴锅加热溶解把每份Fe(NO3)3·9H2O溶液分别逐滴加入到热的草酸钾溶液中。分别记为④、⑤号。把两份热溶液放入到冰水溶液中急速冷却，长时间保持冰浴，大约40 min后抽滤，用少量乙醇洗涤，50℃下烘干1 h。得到固体产物三草酸合铁酸钾。实验结果见表2。

表2可以看出，溶解方式对产物的产率和晶型颜色有一定的影响。当把草酸钾在电炉上溶解时，前期升温比较慢，但是后期温度升高溶解比较快，注意不要让草酸钾溶液沸腾容易分解。同时滴加Fe(NO3)3·9H2O也在电炉上，产物为翠绿色晶体，晶型好。把草酸钾放到水浴锅中加热时，溶解也比较快，但是晶体析出时间较长，且析出的是淡绿色晶体，粉末状固体。这可能是由于在同样温度的水浴锅中时，溶液的温度达不到90℃，同样滴加Fe(NO3)3·9H2O时，温度不够，影响形成配合物的时间和晶型。

2.3 晶体析出时间对产物的影响

取上面的④溶液两份，分别放入冰浴中冷却20 min和60 min后抽滤，记为⑥、⑦，用少量乙醇洗涤，50℃下烘干1 h。得到固体产物三草酸合铁酸钾。见表3。

表3 晶体析出时间对产物的影响

从表3可以看出，晶体析出时间对产物有很大的影响，当快速冷却20 min时，产率只有50.1 %，40 min 和60 min时产率几乎没有变化，说明在40 min左右产物已经基本析出，和无机化学实验教科书上相比(48 h)，大大节省了时间，性价比比较高，适用于实验竞赛或者考试时使用此方法。

3 结论

通过控制草酸钾的质量、草酸钾的溶解温度、结晶析出时间等影响因素，可以得到翠绿色有规则晶型的颗粒状三草酸合铁酸钾晶体，析出时间短，且产率高，实验过程容易控制，为后续产品性能分析坐好良好铺垫。