三草酸合铁(III)酸钾制备实验的改进探索

刘冬莲，刘娅萍，刘 爽，张 宁

（唐山师范学院 化学系，河北 唐山 063000）

三草酸合铁(III)酸钾制备实验的改进探索

刘冬莲，刘娅萍，刘 爽，张 宁

（唐山师范学院 化学系，河北 唐山 063000）

根据三草酸合铁(III)酸钾K3[Fe(C2O4)3]·3H2O制备实验的实际情况，对反应温度、H2O2去除时间、Fe(OH)3溶解温度、KHC2O4加入方式进行了探究。通过优化实验过程，可得到粒度较大的翠绿色晶体，提高了产率和实验教学效果。

三草酸合铁(III)酸钾；制备；实验改进

几年来，我们通过无机化学精品课程的建设，对实验课内容和体系进行了深入的改革和探索，在整合优化实验项目的基础上，增加了综合性、设计性实验的比例，取得了较好的经验[1]。“三草酸合铁(III)酸钾的制备”是一个典型的基础无机化学综合实验，该实验涉及一系列化学合成的基本操作，如称量、水浴、控温、蒸发、浓缩、结晶、干燥、倾析、过滤等，以及较多的无机化学基本原理，如沉淀溶解、配合反应、氧化还原反应、草酸电离平衡等。因此对于培养学生进行无机化学理论和实验的能力，观察、分析、解决实际问题的能力都有着积极的促进作用，并且实验过程中会出现颜色的多种变换，有助于激发学生的学习、探究兴趣，因此，该实验被编入现行多种实验教材中[2-6]。

在我系无机化学实验中，以铁屑为原料制备硫酸亚铁铵，再制备三草酸合铁(III)酸钾是一个大的综合性实验，但教材中实验操作步骤较笼统，没有限制严格的操作条件，因此，学生往往很难得到三草酸合铁(III)酸钾的翠绿色大颗粒晶体，只得到较少的产物或仅得到较少量且含有杂质较多的黄绿色粉末，有的甚至无法得到晶体，这既会削弱学生参与实验的积极性，又会对后续的产品成分分析产生影响。

为保证实验顺利进行，经过多次对比实验的研究，我们对实验过程中涉及的操作条件（Fe(OH)3制备中水浴加热的温度、加热煮沸除H2O2的时间、KHC2O4溶液溶解Fe(OH)3的水浴温度和KHC2O4溶液溶解Fe(OH)3的加入方式等）进行了优化，改进后的实验更具有重现性，确保了学生制备实验的效果，对培养学生的基本操作能力和综合性实验的把握能力具有积极的促进作用。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

ZH-2B玻璃恒温水浴（南京多助科技发展有限公司）；DDS-IV双A循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸易有限公司）；AJF-4001-P艾科浦超纯水系统（颐洋企业发展有限公司）；TENSOR37傅立叶红外光谱仪（德国布鲁克光谱仪器公司）。

分析纯硫酸亚铁铵、草酸、无水碳酸钾、氢氧化钠、无水乙醇，30%双氧水，离子水。

1.2 实验原理

以铁屑为原料制备硫酸亚铁铵，再用硫酸亚铁铵与氢氧化钠反应制备氢氧化铁胶体，最后将氢氧化铁胶体与草酸氢钾作用制备目标产物三草酸合铁(III)酸钾。

反应的化学方程式如下：

1.3 优化后的实验方案

1.3.1 氢氧化铁制备

称取2g (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，加入约50 mL水配成溶液，在50 ℃水浴加热和搅拌下，滴加约10 mL 2 mol·L-1NaOH溶液生成沉淀，为加速反应，滴加6%的H2O2，当变成棕色后，再煮沸10 min，稍冷后用双层滤纸吸滤，用少量水洗2～3次，得Fe(OH)3。

1.3.2 草酸氢钾制备

在约20 mL水中溶解2 g H2C2O4·2H2O（小火加热）后分2次加入1.2 g K2CO3，生成KHC2O4溶液。

1.3.3 三草酸合铁(III)酸钾制备

将KHC2O4溶液80 ℃水浴加热，先加入5 mL，后改用滴管滴加KHC2O4溶液到Fe(OH)3中，80 ℃水浴加热。大部分Fe(OH)3溶解后，溶液为透明的亮绿色，稍冷吸滤，将吸滤液浓缩到原体积的1/2左右，用水彻底冷却，待大量晶体析出后吸滤，并用少量乙醇洗晶体一次，用滤纸吸干，称重，计算产率。

3 结果与讨论

3.1 三草酸合铁（III）酸钾反应制备条件的优化

3.1.1 Fe(OH)3制备中水浴加热温度的影响

在（NH4)2Fe(SO4)2·6H2O与氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁沉淀过程的中，加入H2O2将氢氧化亚铁氧化为氢氧化铁胶体，由于H2O2在高温下不稳定，且温度过高会导致Fe(OH)3逐渐分解而生成氧化铁，而温度太低则不利于Fe(OH)3胶体的生成，在不同温度下进行实验，确定制备Fe(OH)3胶体所需的温度。实验结果见表1。

表1 Fe(OH)3胶体制备中反应温度对实验结果的影响

由表1可知，温度在50 ℃时产率较高。温度过低，反应速率过慢；温度过高，过氧化氢受热易分解，这是导致产率低的主要原因。因此，控制温度在50 ℃左右较适宜。

3.1.2 过量H2O2去除时间的控制

加热煮沸时间以H2O2基本分解完全为准，加热时间过长易导致Fe(OH)3胶体团聚而使颗粒较粗大且致密，或者使氢氧化铁胶体分解成为氧化铁，影响后续的实验；而加热时间太短则不能使H2O2完全分解。

由表2可知，加热煮沸除H2O2的时间为10 min。另外，H2O2滴加速度的快慢，会影响到Fe2+的氧化过程。加入速度太慢，体系中H2O2浓度过低，氧化过程时间延长，但太快则会因H2O2局部过浓，造成部分H2O2分解，影响Fe2+的氧化率。

表2 过量H2O2去除时间对实验结果的影响

3.1.3 KHC2O4溶解Fe(OH)3水浴温度的控制

KHC2O4溶液溶解氢氧化铁胶体时水浴温度的控制以20 min内溶解尽可能多的Fe(OH)3为最佳温度，在一定温度范围内随温度的升高氢氧化铁胶体在KHC2O4溶液中的溶解度逐渐增大，温度过高则会造成资源的浪费，对实验结果不会有太大改善。由表3可知，控制KHC2O4溶液溶解Fe(OH)3水浴温度在80 ℃左右为宜。

表3 KHC2O4溶解Fe(OH)3水浴温度对实验结果的影响

3.1.4 KHC2O4溶液溶解Fe(OH)3的加入方式的影响

增大KHC2O4溶液与氢氧化铁胶体的接触面积可以使反应最大限度进行。KHC2O4溶液溶解Fe(OH)3的加入方式对实验结果的影响见表4。

由表4可知，一次性倒入KHC2O4溶液导致局部浓度过高，反应不能充分进行，产率最低。全部用胶头滴管慢慢滴加，产率最高，但操作时间较长。先加入5 mL KHC2O4溶液（边加边搅拌），后改用胶头滴管慢慢滴加，产率较高，实验操作时间适中。

表4 KHC2O4溶液溶解Fe(OH)3的加入方式的影响

3.2 产品结构的表征

3.2.1 红外谱图

合成的三草酸合铁(III)酸钾的红外谱图见图1。三草酸合铁(III)酸钾标准物及合成物的振动频率和谱带归属见表6。

图1 三草酸合铁(III)酸钾的红外谱图

表5 标准物三草酸合铁(III)酸钾及合成物的振动频率和谱带归属

由图1和表5可知，合成物红外谱图的各吸收带与标准物红外谱图的各吸收带基本一致，可以定性判断出该合成物中配位体为草酸根基团。

3.2.2 产品电导率的测定

称取制得的三草酸合铁(III)酸钾配制成浓度为1×10-3mol·L-1的样品溶液，测得其电导率κ为417 μs·cm-1，摩尔电导率Λm为417×10-4S·m2·mol-1。与表6中的数据比较可知，三草酸合铁(III)酸钾配离子的离子数为4。

表6 含不同离子数配合物的Λm

3.3 验证实验

在制备三草酸合铁(III)酸钾时，采取优化后的实验方案，制备出的三草酸根合铁(III)酸钾为翠绿色晶体，产率为83.86%，证明优化后的实验条件有效、可行。

4 结论

通过控制反应温度、H2O2去除时间、Fe(OH)3溶解温度、KHC2O4加入方式等影响因素，可以得到翠绿色大颗粒三草酸合铁(III)酸钾晶体，且产率较高，重现性好，为后续的产品成分分析实验打下了良好的基础。

[1] 刘冬莲,刘爽,张宁,等.无机化学实验教学改革的探索与实践[J].唐山师范学院学报,2011,33(2):133-135.

[2] 徐家宁,门瑞芝,张寒琦.基础化学实验[M].北京:科学出版社,2008:189-191.

[3] 蔡维平.基础化学实验(一)[M].北京:科学出版社,2004: 274-279.

[4] 古凤才,肖衍繁.基础化学实验教程[M].北京:科学出版社,2000:303-310.

[5] 北京师范大学无机化学教研组.无机化学实验(第二版)[M].北京:科学出版社,1997:214-215.

[6] 王伯康.新编中级无机化学实验[M].南京:南京大学出版社,1998:147-150.

（责任编辑、校对：琚行松）

Conditions Optimization for the Preparation of Potassium Ferrioxalate

LIU Donglian, LIU Yaping, LIU Shang, ZHANG Ning

(Department of Chemistry, Tangshan Teachers College, Tangshan 063000, China)

The experimental conditions were optimized for the preparation of potassium ferrioxalate according to the practice of experiments, and the temperature, the remove time of H2O2,the solubolity temperature of Fe(OH)3and the addition of oxalic were explored in the preparation of potassium ferrioxalate. By optimizing experimental process, we can obtain the emerald crystal grains in improved process, and the yield was increased. The effectiveness of experimental teaching was ameliorated.

potassium ferrioxalate; preparation; experimental innovation

G642.0

A

1009-9115(2013)02-0017-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2013.02.006

唐山师范学院教改项目（2012001016）

2012-09-04

刘冬莲（1971-），女，河北滦南人，硕士，教授，研究方向为无机及分析化学。