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三草酸合铁(Ⅲ)酸钾K3[Fe(C2O4)3]•3H2O是翠绿色单斜晶体,常温下溶解度为4.7g/100g水,难溶于乙醇,是制备负载型活性铁催化剂的主要原料.实验室制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾K3[Fe(C2O4)3
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问题描述:

三草酸合铁(Ⅲ)酸钾K3[Fe(C2O4)3]•3H2O是翠绿色单斜晶体,常温下溶解度为4.7g/100g水,难溶于乙醇,是制备负载型活性铁催化剂的主要原料.实验室制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾K3[Fe(C2O4)3]•3H2O的相关反应为:

(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O+H2C2O4═FeC2O4•2H2O↓+(NH4)2SO4+H2SO4+4H2O

2FeC2O4•2H2O+H2O2+3K2C2O4+H2C2O4═2K3[Fe(C2O4)3]•3H2O↓

实验步骤如下:I.称取5.0g(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O(s)置于150mL烧杯中,加入15mL去离子水和数滴3mol•L-1的H2SO4 溶液,加热溶解.

Ⅱ.在步骤I制备的溶液中加入25mL饱和H2C2O4溶液,搅拌并加热煮沸,形成黄色FeC2O4•2H2O沉淀.倾析法弃去上层清液并用去离子水洗涤沉淀2~3次.

Ⅲ.在上述沉淀中加入10mL饱和K2C2O4溶液,水浴加热至40°C,慢慢加进20mL3%H2O2溶液,不断搅拌并维持温度在40°C左右,使Fe(Ⅱ)充分氧化为Fe(Ⅲ).滴加完毕后,加热溶液至沸以除去过量的H2O2.IV.保持上述沉淀近沸状态,先加入饱和H2C2O4溶液7mL,然后趁热再滴加饱和H2C2O4溶液1~2mL使沉淀溶解.控制溶液的pH=4~5,此时溶液为翠绿色,趁热过滤,并使滤液控制在30mL左右(若体积太大,可水浴加热浓缩),滤液中加入10mL95%乙醇.用表面皿将烧杯盖好,在暗处放置1~2h冷却结晶、抽滤,用95%乙醇洗涤晶体2次,以除去晶体表面附着的水分,缩短干燥时间.将产品避光保存.

回答下列问题:

(1)步骤Ⅰ中加入数滴3mol•L-1的H2SO4溶液,其目的是___;

(2)步骤Ⅱ中弃去上层清液和洗涤时都采用倾析法.适用倾析法分离的沉淀应具备的条件是___,该步骤中沉淀洗净的标准是在最后一次洗涤液中检测不到___;

(3)步骤Ⅲ中需维持温度在40°C左右的原因是___,为了监控反应进度,吸取1滴所得的黄色悬浊液于白色点滴板中,加酸酸化后加少许K3[Fe(CN)6]固体,如出现绿色证明Fe2+___(填“已经”或“还没有”)完全氧化;

(4)步骤IV中的有关问题:

①加入饱和H2C2O4溶液的目的是为了溶解___(填化学式)沉淀,H2C2O4溶液应逐滴加入,控制溶液的pH=4~5,pH过高,沉淀溶解不完全,pH过低,会发生副反应,使产品中混有黄色的FeC2O4•2H2O,而且若H2C2O4过量太多容易形成H2C2O4晶体析出,导致产率___(填“偏高”、“偏低”或“无影响”);

②趁热过滤时,可将滤纸折叠成菊花形(如图),其目的是___,滤液中加入10mL95%乙醇的目的是___;

(5)K3[Fe(C2O4)3]•3H2O对光敏感,进行下列光化学反应:2[Fe(C2O4)3]3-光照

FeC2O4+3C2O42-+2CO2↑简要说明这一性质在工程设计中的应用___.

曹锦章回答:
  (1)步骤Ⅰ中:亚铁离子在水溶液中水Fe2++2H2O⇌Fe(OH)2+2H+,溶解的过程中要加入几滴稀硫酸,目的是抑制Fe2+水解,   故答案为:抑制Fe2+水解;   (2)步骤Ⅱ中:在步骤I制备的溶液中加入25mL饱和H2C2O4溶液,搅拌并加热煮沸,晶体颗粒长大形成黄色FeC2O4•2H2O沉淀,沉淀的结晶颗粒较大易沉降至容器底部,适用于采用倾析法分离或洗涤沉淀,所以弃去上层清液和洗涤时都采用倾析法,倒出液体时并用玻璃棒引流,防止溅出液体,生成的FeC2O4•2H2O晶体表面容易粘着硫酸盐,要用少量H2O洗涤,洗净的标准是洗涤液中检不到SO42-,所以该步骤中沉淀洗净的标准是在最后一次洗涤液中检测不到SO42-,   故答案为:沉淀的颗粒较大,静置后容易沉降至容器底部;SO42-;   (3)步骤Ⅲ中:温度太高双氧水容易分解,温度太低Fe2+氧化反应速率太慢,所以在不断搅拌下慢慢滴加H2O2且需水浴保持恒温40℃,吸取1滴所得的黄色的悬浊液于白色点滴板中,加酸酸化后加少许K3[Fe(CN)6]固体,如出现蓝色和黄色混合色绿色,证明还有Fe(II),需再加H2O2至检测不到Fe(II),   故答案为:温度太低,Fe2+氧化速度太慢,温度太高容易导致H2O2分解,影响Fe2+氧化;还没有;   (4)①步骤IV中:在过量草酸根存在下,用过氧化氢氧化草酸亚铁即可得到三草酸合铁(Ⅲ)酸钾,同时有氢氧化铁生成,①加入饱和H2C2O4溶液的目的是为了溶解Fe(OH)3,若H2C2O4过量太多容易形成H2C2O4晶体析出,H2C2O4晶体误认为产物,导致产率偏高,   故答案为:Fe(OH)3;偏高;   ②将滤纸折叠成菊花形待过滤的容积增大,可加快过滤速度,三草酸合铁(Ⅲ)酸钾难溶于乙醇,滤液中加入10mL95%乙醇的目的是降低三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的溶解度,促使析出,   故答案为:加快过滤速度;降低三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的溶解度,促使析出;   (5)K3[Fe(C2O4)3]•3H2O对光敏感,这一性质在工程设计中的应用中可摄影、晒图、印刷等,   故答案为:摄影、晒图、印刷等.
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