大学化学实验G实验八三草酸合铁酸钾的制备2014.9三草酸合铁(III)酸钾的制备一实验目的1.了解利用沉淀、氧化还原、配位反应等制取三草酸合铁(II)酸钾的方法。2.进一步掌握无机制备实验的基本操作技能。二实验原理三草酸合铁(II)酸钾K[Fe(C204)]-3H20是翠绿色单斜晶体，100g水中溶解度为4.7g,难溶于乙醇。本实验以FeSO4为原料，通过沉淀、氧化还原、配位等多步反应，最后制得K[Fe(C204)3]-3H20，主要反应为：FeSO4+H2C204+2H20→FeC204-2H20/黄色+H2SO46FeC204.2H20+H202+3K2C204→4K;[Fe(C204);]-3H20↓翠绿色+2Fe(OH);砖红色2Fe(OH)+3K2C204+3H2C204-→2K:[Fe(C204);]-3H20↓翠绿色或2FeC204-2H20+H202+3K2C204+H2C204→2K:[Fe(C204);]-3H20↓翠绿色溶液中加入乙醇（降低无机盐的溶解度，从而使无机盐结晶析出）后，便析出三草酸合铁(III)酸钾晶体。除上述工艺处，也可以Fe(NH4)2(SO4)2和FeCl3为原料，以Fe(NH4)2(SO4)2为原料，实验步骤与FeSO4为原料相同；以FeCl3为原料，不需要氧化，实验步骤更简单。K3[Fe(C2O4)3]-3H20对光敏感，见光易分解，进行下列光化学反应2[Fe(C204);]3-hv→FeC204+ 3C2042-+2C02三实验步骤1.硫酸亚铁的溶解称取4.0gFeSO4·7H20（不采用铁粉）于100mL烧杯中，加15mL水，加入5滴3molL-的H2SO4溶液（防止Fe2+水解，但酸性太强不利于草酸亚铁的沉淀生成），加热溶解。（烧杯直接放在电炉上加热搅拌溶解，为浅绿色溶液）。2.三草酸合铁酸钾的制备（1)草酸亚铁沉淀的生成：在上述溶液中加入20mL饱和H2C2O4，搅拌，并加热煮沸，形成鲜艳的柠檬黄色的FeC2042H20沉淀。【100mL烧杯套上水浴圈放入250mL烧杯中水浴到沸。如果在电炉上直接加热，沉淀聚集在烧杯底部，底部易过热，要防止暴沸沉淀溅出。如果煮沸3～5分钟，静置时沉淀和溶液很易分层：不煮沸，静置时不易分层，且液面飘浮较多细小的沉淀颗粒1。倾析法弃去上层清液，同样方法用纯净水洗涤该沉淀2次，每次加入25mL纯净水，搅拌并在沸水浴中温热，静置，弃去上清夜，除去可溶性杂质。【倾析法：浊液静置片刻后，沉淀可自行沉积烧杯底部，与溶液分层，直接倒去上层清夜，不必过滤。静置时玻棒不要放在烧杯中，以免倾析时带动底部的沉淀流失。】(2)草酸亚铁氧化(为高铁)：在上述沉淀中加入10mL饱和K2C204溶液，水浴加热至40℃【手感温热，温度太高会加快双氧水的分解1，用10mL量筒量取8～10mL10%H202溶液，用滴管慢慢滴加入上述沉淀中【约5分钟加完，氧化时双氧水要慢加，如果加得太快，双氧水有部分自行分解，Fe2+没完全氧化为Fe3+，在草酸铁中加草酸时会形成FeC2O4黄色沉淀，呈现的是黄绿色的浊1实验类型：无机物制备
大学化学实验 G 实验八 三草酸合铁酸钾的制备 2014.9 实验类型：无机物制备 1 三草酸合铁(III)酸钾的制备 一 实验目的 1． 了解利用沉淀、氧化还原、配位反应等制取三草酸合铁(III)酸钾的方法。 2． 进一步掌握无机制备实验的基本操作技能。 二 实验原理 三草酸合铁(III)酸钾 K3[Fe (C2O4)3]3H2O 是翠绿色单斜晶体，100g 水中溶解度为 4.7g， 难溶于乙醇。本实验以 FeSO4为原料，通过沉淀、氧化还原、配位等多步反应，最后制得 K3[Fe (C2O4)3]3H2O，主要反应为： FeSO4 + H2C2O4 + 2H2O FeC2O42H2O黄色 + H2SO4 6FeC2O42H2O +H2O2 + 3K2C2O4 4K3[Fe(C2O4)3]3H2O翠绿色+2Fe(OH)3砖红色 2Fe(OH)3+3K2C2O4 +3H2C2O42K3[Fe(C2O4)3]3H2O翠绿色 或 2FeC2O42H2O +H2O2 + 3K2C2O4 + H2C2O4 2K3[Fe(C2O4)3]3H2O翠绿色 溶液中加入乙醇（降低无机盐的溶解度，从而使无机盐结晶析出）后，便析出三草酸合 铁(Ⅲ)酸钾晶体。 除上述工艺处，也可以 Fe(NH4)2(SO4)2 和 FeCl3 为原料，以 Fe(NH4)2(SO4)2 为原料，实 验步骤与 FeSO4 为原料相同；以 FeCl3为原料，不需要氧化，实验步骤更简单。 K3[Fe (C2O4)3]3H2O 对光敏感，见光易分解，进行下列光化学反应 2[Fe(C2O4)3] 3 h FeC2O4 + 3C2O4 2 + 2CO2 三 实验步骤 1．硫酸亚铁的溶解 称取 4.0g FeSO4·7 H2O（不采用铁粉）于 100mL 烧杯中，加 15mL 水，加入 5 滴 3molL 1 的 H2SO4溶液（防止 Fe2+水解，但酸性太强不利于草酸亚铁的沉淀生成），加热溶解。（烧杯直接 放在电炉上加热搅拌溶解，为浅绿色溶液）。 2．三草酸合铁酸钾的制备 (1)草酸亚铁沉淀的生成：在上述溶液中加入 20mL 饱和 H2C2O4，搅拌，并加热煮沸，形成鲜 艳的柠檬黄色的 FeC2O4·2H2O 沉淀。【100mL 烧杯套上水浴圈放入 250mL 烧杯中水浴到沸。如果 在电炉上直接加热，沉淀聚集在烧杯底部，底部易过热，要防止暴沸沉淀溅出。如果煮沸 3～5 分钟，静置时沉淀和溶液很易分层；不煮沸，静置时不易分层，且液面飘浮较多细小的沉淀颗粒】。 倾析法弃去上层清液，同样方法用纯净水洗涤该沉淀 2 次，每次加入 25mL 纯净水，搅拌并在沸 水浴中温热，静置，弃去上清夜，除去可溶性杂质。【倾析法：浊液静置片刻后，沉淀可自行沉 积烧杯底部，与溶液分层，直接倒去上层清夜，不必过滤。静置时玻棒不要放在烧杯中，以免倾 析时带动底部的沉淀流失。】 (2)草酸亚铁氧化(为高铁)：在上述沉淀中加入 10mL 饱和 K2C2O4溶液，水浴加热至 40℃【手 感温热，温度太高会加快双氧水的分解】，用 10mL 量筒量取 8～10 mL 10% H2O2溶液，用滴管慢 慢滴加入上述沉淀中【约 5 分钟加完，氧化时双氧水要慢加,如果加得太快，双氧水有部分自行分 解，Fe2+没完全氧化为 Fe3+，在草酸铁中加草酸时会形成 FeC2O4黄色沉淀，呈现的是黄绿色的浊
大学化学实验G实验八三草酸合铁酸钾的制备2014.9液，加过量的草酸也不会透明】，边加边搅拌，并维持温度在40℃左右，使Fe(II)充分氧化为Fe(III)(沉淀转为红棕色Fe(OH)3沉淀和草酸铁。滴加完毕后，加热溶液至沸以除去过量的H2O2【最终总体积控制在20~25mL左右，可以在电炉上直接加热至近沸，若总体积太大，可在电炉上直接加热浓缩，但要搅拌防止暴沸，此时为棕色浊液】。(3)生成配合物三草酸合铁酸钾：保持上述浊液近沸状态，先加入饱和H2C2O47mL，继续加热，溶液会渐渐的变清，然后趁热【80℃左右，加热可加快转化】再滴加饱和H2C2042-3mL使沉淀溶解，棕色Fe(OH)3沉淀慢慢溶解，此配位过程中，H2C2O4应逐滴加入【要测试pH值，pH值太低，加适量的K,C2O4调整pH值到4左右，或交替加入H2C2O4和K2C2O4，pH值高一点有利于三草酸合铁酸钾的形成和稳定，更易变成透明的翠绿色溶液。草酸不能过量太多，否则在K?[Fe(C2O4)3]-3H2O晶体中会混有草酸晶体，结晶的颜色会偏浅。此时溶液为翠绿色。】如有浑浊可趁热抽滤，不混浊不用过滤。【形成K[Fe(C2O4)3]-3H2O配合物后，不能再加热浓缩，长时间加热配合物会分解，有亚铁生成，溶液变黄绿色，最终产品中混有分解产物FeC2O4，颜色不是纯净的翠绿色，不可逆】。用10mL量筒量取10mL95%乙醇，趁热往滤液中加入【可先加5mL，然后慢加乙醇，直到溶液中有极少量结晶析出，不再加乙醇】，此时如有较多沉淀可稍加热溶解。用表面皿将烧杯盖好，静置冷却、结晶、抽滤，【不要将乙醇加入烧杯中转移沉淀，可用第一次抽滤的母液转移剩在烧杯中的沉淀。如果将乙醇加入剩有母液的烧杯中转移沉淀，母液中的草酸、草酸钾等会析出，如果再转移到漏斗中抽滤，得到的是混合物，乙醇洗沉淀后的滤液中会有草酸、草酸钾和三草酸合铁酸钾析出，是混合物，不要再转入漏斗】用10mL95%乙醇分3次洗涤结晶。得三草酸合铁(III)酸钾K3[Fe(C2O4)]-3H2O晶体。称重、计算产率。关键点：形成草酸亚铁沉淀时要煮沸：加双氧水氧化时要慢慢滴加：形成配合物时要用草酸钾调整pH；变翠绿色溶液即形成配合物后不能再加热浓缩。四、数据记录与处理记下质量，观察产品结晶形状。学生做好后，教师马上评价结晶和颜色，打分，并记录产品的质量，不要等到全部学生做好再评分。K3[Fe(C2O4)3]-3H2O见光易分解，做此实验时，实验室最好不开灯，制备好的产品，见光时间长会分解，颜色变得暗淡不如刚做出的那么翠绿。五、安全与环保1.加热时溶液易暴沸溅出，要戴防护眼镜：取加热仪器要戴手套。2.H202的浓度10～15%，用量为8～10mL。提醒学生使用时注意安全，不要溅在皮肤上，溅上后马上用水冲洗。六。学生出现的错误1.浊液暴沸溅出：或由手烧杯加热后太烫，手直接拿烧杯，不小心打翻溶液，重做，2.错将K2C204当H2C204加，或将H2C204当K2C204加。3.用量筒直接加H2O2，一次加入量太多，部分分解，有大量气泡产生，Fe2+氧化不完全。2实验类型：无机物制备
大学化学实验 G 实验八 三草酸合铁酸钾的制备 2014.9 实验类型：无机物制备 2 液，加过量的草酸也不会透明】，边加边搅拌，并维持温度在 40℃左右，使 Fe(II)充分氧化为 Fe(III){沉淀转为红棕色 Fe(OH)3沉淀和草酸铁}。滴加完毕后，加热溶液至沸以除去过量的 H2O2 【最终总体积控制在 20~25mL 左右，可以在电炉上直接加热至近沸，若总体积太大，可在电炉上 直接加热浓缩，但要搅拌防止暴沸，此时为棕色浊液】。 (3)生成配合物三草酸合铁酸钾：保持上述浊液近沸状态，先加入饱和 H2C2O4 7mL，继续加 热，溶液会渐渐的变清，然后趁热【80℃左右，加热可加快转化】再滴加饱和 H2C2O4 2-3mL 使 沉淀溶解，棕色 Fe(OH)3 沉淀慢慢溶解，此配位过程中，H2C2O4应逐滴加入【要测试 pH 值，pH 值太低，加适量的 K2C2O4调整 pH 值到 4 左右，或交替加入 H2C2O4和 K2C2O4，pH 值高一点有利 于三草酸合铁酸钾的形成和稳定，更易变成透明的翠绿色溶液。草酸不能过量太多，否则在 K3[Fe(C2O4)3]3H2O 晶体中会混有草酸晶体，结晶的颜色会偏浅。此时溶液为翠绿色。】如有浑浊 可趁热抽滤，不混浊不用过滤。【形成 K3[Fe(C2O4)3]3H2O 配合物后，不能再加热浓缩，长时间加 热配合物会分解，有亚铁生成，溶液变黄绿色，最终产品中混有分解产物 FeC2O4，颜色不是纯净 的翠绿色，不可逆】。用 10mL 量筒量取 10mL95%乙醇，趁热往滤液中加入【可先加 5mL，然后 慢加乙醇，直到溶液中有极少量结晶析出，不再加乙醇】，此时如有较多沉淀可稍加热溶解。用表 面皿将烧杯盖好，静置冷却、结晶、抽滤，【不要将乙醇加入烧杯中转移沉淀，可用第一次抽滤的 母液转移剩在烧杯中的沉淀。如果将乙醇加入剩有母液的烧杯中转移沉淀，母液中的草酸、草酸 钾等会析出，如果再转移到漏斗中抽滤，得到的是混合物，乙醇洗沉淀后的滤液中会有草酸、草 酸钾和三草酸合铁酸钾析出，是混合物，不要再转入漏斗】用 10mL 95%乙醇分 3 次洗涤结晶。 得三草酸合铁(III)酸钾 K3[Fe(C2O4)3]3H2O 晶体。称重、计算产率。 关键点：形成草酸亚铁沉淀时要煮沸；加双氧水氧化时要慢慢滴加；形成配合物时要用草酸 钾调整 pH；变翠绿色溶液即形成配合物后不能再加热浓缩。 四、数据记录与处理 记下质量，观察产品结晶形状。学生做好后，教师马上评价结晶和颜色，打分，并记录产品 的质量，不要等到全部学生做好再评分。 K3[Fe(C2O4)3]3H2O 见光易分解，做此实验时，实验室最好不开灯，制备好的产品，见光时 间长会分解，颜色变得暗淡不如刚做出的那么翠绿。 五、安全与环保 1. 加热时溶液易暴沸溅出，要戴防护眼镜；取加热仪器要戴手套。 2． H2O2的浓度 10～15%，用量为 8～10mL。提醒学生使用时注意安全，不要溅在皮肤上， 溅上后马上用水冲洗。 六．学生出现的错误 1.浊液暴沸溅出；或由于烧杯加热后太烫，手直接拿烧杯，不小心打翻溶液，重做。 2.错将 K2C2O4当 H2C2O4加，或将 H2C2O4当 K2C2O4加。 3.用量筒直接加 H2O2，一次加入量太多，部分分解，有大量气泡产生，Fe2+氧化不完全
大学化学实验G实验八三草酸合铁酸钾的制备2014.94.形成配后物时，不用K2C2O4调整pH，加入H2C2O4太多，最后产物是混合物，颜色偏浅。5.形成配合物后再浓缩，配合物溶液变混变黄6.用乙醇转移剩在烧杯中的晶体，少量残留母液中的草酸、草酸钾等析出，再转移到漏斗中抽滤，得到的是混合物。或为了增加产率，把滤液中的沉淀转入漏斗中，得到的是混合物。七思考题1.请你设计一实验，验证K:[Fe(C2O4);]-3H2O是光敏物质。这一性质有何实用意义?答：上述化合物在光照的条件下会发生以下反应：2[Fe(C204)3]3-→FeC204+3C2042-+2C02]在反应瓶中加入一定量的K3[Fe(C2O4)3]-3H20晶体，用导管将反应瓶和一个装有澄清石灰水的烧杯相连，将反应体系放在黑暗的环境中一段时间之后观察烧杯中石灰水溶液的变化；再将反应体系放置在有光照的环境中一段时间，观察石灰水的变化，并作记录。若烧杯中澄清石灰水在黑暗条件下未变浑浊，而在光照条件下导管口出现起泡，并且澄清石灰水变浑浊，则可证明以上反应的进行，从而证明K3[Fe(C2O4)3]-3H20是一种光敏材料。这一反应可以用于制备负载型活性铁催化剂，也可以利用光敏性来检测黑暗环境中的微弱光源，还可以制成感光纸进行感光检测，还能定量进行光化学反应，用作化学光量剂。2.制得的K3[Fe(C204);]-3H20应如何保存?答：由于K?[Fe(C2O4)]-3H20O晶体具有结晶水，在散口环境中容易失去结晶水而变质；又因为其具有光敏性，见光易分解，故应在室温下密封保存在阴暗处。3.第一步中，FeC2042H20沉淀时，为何要用水冲洗生成的FeC204-2H20沉淀？答：因刚生成的FeC2O4·2H2O沉淀为比较细小的晶体，用水洗掉粘着的硫酸盐以及多余的H2C20404.如何提高产率？能否用蒸干溶液的办法来提高产率？答：（1)关键是严格进行每一步操作，尤其是第一步加H2O2氧化时，要边加入边搅拌，使Fe2+氧化完全。同时严格控制溶液体积。(2)不能用蒸干溶液的办法来提高产率，因母液中含未反应的C2042-、K+等杂质。5.把Fe2+氧化为Fe3+时可否用HNO3代替H2O2作氧化剂？写出用HNO3作氧化剂的主要反应式。你认为用哪个作氧化剂较好？为什么？答：能。FeC204-2H2O+HNO3+K2C204+H2C2O4-→K3[Fe(C2O4)3]-3H2O+NO1+KNOH2O2作氧化剂好，因为还原产物为H20O，不会引入杂质。6.试比较讨论4种制备三草酸合铁（IⅢI）酸钾工艺路线的优点。答：合成三草酸合铁（Ⅲ）酸钟的工艺路线有多种。除本实验的方案外，例如可以铁为原料制得硫酸亚铁胺，加草酸钾制得草酸亚铁后经氧化制得三草酸合铁（IⅢ）酸钾；或以硫酸铁与草酸钾为原料直接合成三草酸合铁（IⅢ）酸钾，亦可以三氯化铁或硫酸铁与草酸钾直接合成三草酸合铁（IⅢI）酸钾。后两种工艺路线短，在工业是可行的更好的途径，但不利于化学实验制备中基本操作技能的掌握3实验类型：无机物制备
大学化学实验 G 实验八 三草酸合铁酸钾的制备 2014.9 实验类型：无机物制备 3 4.形成配后物时，不用 K2C2O4调整 pH，加入 H2C2O4太多，最后产物是混合物，颜色偏浅。 5.形成配合物后再浓缩，配合物溶液变混变黄。 6.用乙醇转移剩在烧杯中的晶体，少量残留母液中的草酸、草酸钾等析出，再转移到漏斗中 抽滤，得到的是混合物。或为了增加产率，把滤液中的沉淀转入漏斗中，得到的是混合物。 七 思考题 1.请你设计一实验，验证 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O 是光敏物质。这一性质有何实用意义？ 答：上述化合物在光照的条件下会发生以下反应： 2[Fe(C2O4)3] 3- → FeC2O4 + 3C2O4 2- + 2CO2↑ 在反应瓶中加入一定量的 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O 晶体，用导管将反应瓶和一个装有澄清石 灰水的烧杯相连，将反应体系放在黑暗的环境中一段时间之后观察烧杯中石灰水溶液的变 化；再将反应体系放置在有光照的环境中一段时间，观察石灰水的变化，并作记录。 若烧杯中澄清石灰水在黑暗条件下未变浑浊，而在光照条件下导管口出现起泡，并且澄 清石灰水变浑浊，则可证明以上反应的进行，从而证明 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O 是一种光敏材料。 这一反应可以用于制备负载型活性铁催化剂，也可以利用光敏性来检测黑暗环境中的微 弱光源，还可以制成感光纸进行感光检测，还能定量进行光化学反应，用作化学光量剂。 2.制得的 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O 应如何保存？ 答：由于 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O 晶体具有结晶水，在敞口环境中容易失去结晶水而变质；又 因为其具有光敏性，见光易分解，故应在室温下密封保存在阴暗处。 3．第一步中，FeC2O4•2H2O 沉淀时，为何要用水冲洗生成的 FeC2O4•2H2O 沉淀？ 答: 因刚生成的 FeC2O4•2H2O 沉淀为比较细小的晶体，用水洗掉粘着的硫酸盐以及多余的 H2C2O4。 4. 如何提高产率？能否用蒸干溶液的办法来提高产率？ 答: (1)关键是严格进行每一步操作，尤其是第一步加 H2O2氧化时，要边加入边搅拌，使 Fe2+ 氧化完全。同时严格控制溶液体积。(2)不能用蒸干溶液的办法来提高产率，因母液中含未 反应的 C2O4 2、K+ 等杂质。 5．把Fe2+氧化为Fe3+时可否用HNO3代替H2O2作氧化剂？写出用HNO3作氧化剂的主要 反应式。你认为用哪个作氧化剂较好？为什么？ 答：能。 FeC2O4•2H2O + HNO3 + K2C2O4 + H2C2O4 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O + NO↑+ KNO3 H2O2作氧化剂好，因为还原产物为H2O，不会引入杂质。 6.试比较讨论 4 种制备三草酸合铁（Ⅲ）酸钾工艺路线的优点。 答：合成三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的工艺路线有多种。除本实验的方案外，例如可以铁为原料 制得硫酸亚铁胺，加草酸钾制得草酸亚铁后经氧化制得三草酸合铁（Ⅲ）酸钾；或以硫酸铁与草 酸钾为原料直接合成三草酸合铁（Ⅲ）酸钾，亦可以三氯化铁或硫酸铁与草酸钾直接合成三草酸 合铁（Ⅲ）酸钾。后两种工艺路线短，在工业是可行的更好的途径，但不利于化学实验制备中基 本操作技能的掌握
2014.9大学化学实验G实验八三草酸合铁酸钾的制备7.冷却结晶时，怎样控制条件得到好的结晶？答：结晶的溶液浓度不能太大，或饱和度不能太大：冷却结晶时要静置，不能搅拌：冷却的速度不能太快，缓慢冷却。通常配制成浓度略大于饱和溶液的溶液使其自然结晶。八参考资料三草酸合铁（川I）酸钾，即，为绿色单斜晶体，溶于水，难溶于乙醇。110℃下失去三分子结晶水，230℃时分解。该配合物对光敏感，光照下即发生分解。三草酸合铁（ⅢI）酸钾是制备负载型活性铁催化剂的主要原料，也是一些有机反应很好的催化剂，因而具有工业生产价值。目前，合成三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的工艺路线有多种。例如可以铁为原料制得硫酸亚铁胺，加草酸钾制得草酸亚铁后经氧化制得三草酸合铁（Ⅲ）酸钾；或以硫酸铁与草酸钾为原料直接合成三草酸合铁（川）酸钾，亦可以三氯化铁或硫酸铁与草酸钾直接合成三草酸合铁（ⅢI）酸钾。4实验类型：无机物制备
大学化学实验 G 实验八 三草酸合铁酸钾的制备 2014.9 实验类型：无机物制备 4 7.冷却结晶时，怎样控制条件得到好的结晶？ 答：结晶的溶液浓度不能太大，或饱和度不能太大；冷却结晶时要静置，不能搅拌；冷却的速度 不能太快，缓慢冷却。通常配制成浓度略大于饱和溶液的溶液使其自然结晶。 八．参考资料 三草酸合铁（Ⅲ）酸钾，即 ，为绿色单斜晶体，溶于水，难溶于乙醇。110℃下失去 三分子结晶水，230℃时分解。该配合物对光敏感，光照下即发生分解。 三草酸合铁（Ⅲ）酸钾是制备负载型活性铁催化剂的主要原料，也是一些有机反应很 好的催化剂，因而具有工业生产价值。 目前，合成三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的工艺路线有多种。例如可以铁为原料制得硫酸亚 铁胺，加草酸钾制得草酸亚铁后经氧化制得三草酸合铁（Ⅲ）酸钾；或以硫酸铁与草酸钾 为原料直接合成三草酸合铁（Ⅲ）酸钾，亦可以三氯化铁或硫酸铁与草酸钾直接合成三草 酸合铁（Ⅲ）酸钾