探究兩種水合草酸合銅（II）酸鉀晶體的合成

袁秋萍+張麗霞

[摘 要]草酸根是一個具有強還原性的二齒弱場配體。運用控制變量法對水合草酸合銅（II）酸鉀配合物典型的針狀晶體和片狀晶體的制備進行探究。實驗結果表明，在冰水混合物中急速冷卻母液時，溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·4H2O針狀晶體；在常溫下緩慢冷卻母液時，溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片狀晶體。并利用熱重分析法測定了兩種水合草酸合銅（II）酸鉀晶體的 TG曲線。

[關鍵詞]四水合草酸合銅（II）酸鉀；二水合草酸合銅（II）酸鉀；晶體；熱重分析法

[中圖分類號] O6-3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0082-03

一、前言

草酸根是一個具有強還原性的二齒弱場配體，能和許多過渡金屬離子形成雙或三草酸配合物（或復鹽）。[1]不少研究人員對銅的配合物的制備及多種性質開展了一些研究[2][3]，很多實驗教科書中都有制備水合草酸合銅（II）酸鉀的實驗（例如：《無機化學實驗》中第三十八個實驗——兩種水合草酸合銅（II）酸鉀晶體的制備及表征[4]），制備水合草酸合銅（II）酸鉀的步驟和過程都寫得比較詳細。但是，按照書中“晶體的控制生長”方法進行實驗并不能夠從較濃的溶液中得到K2[Cu（C2O4）2]·4H2O針狀晶體。因此，本實驗對制備K2[Cu（C2O4）2]·4H2O針狀晶體和K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片狀晶體進行了研究。

本實驗仍然采用氧化銅與草酸氫鉀反應的方法制備草酸合銅（II）酸鉀，探討了濃度和冷卻速度對析出兩種晶體的影響。

二、實驗

首先按照《無機化學實驗》[4]第245頁的步驟依次制備出氧化銅、草酸氫鉀和草酸合銅（II）酸鉀，然后將草酸合銅（II）酸鉀溶液平均分為兩份，并將兩份溶液放置在熱水浴（溫度為85℃）中蒸發濃縮，一份濃縮至40mL（標記為A溶液），另一份濃縮至20mL（標記為B溶液）。

為了探究溶液的濃縮程度和冷卻速度對配合物晶型的影響，我們將溶液進行不同程度的濃縮，并在同一溶液中各取相同的量于不同溫度下冷卻，觀察晶型的形成。具體操作步驟如下：

（1） 從A溶液中取5mL于試管中，編號為1號，從B溶液中取5mL于試管中，編號為2號，置于室溫下（室溫為27℃）自然冷卻，觀察并記錄晶體析出的時間和形狀。

（2） 從A溶液中取5mL于試管中，編號為3號，從B溶液中取5mL于試管中，編號為4號，置于冰水混合物（溫度為0℃）中進行冷卻，觀察并記錄晶體析出的時間和形狀。

三、實驗結果與討論

（一）溶液的濃縮程度對不同晶型配合物析出的影響

1號、2號試管在室溫下自然冷卻時，記錄的時間、溫度及實驗現象如表1所示。

的數據可以看出，大約5min的時候，2號試管中片狀晶體開始析出，約7min的時候，1號試管才開始有晶體析出；并且2號試管在大約5min到11min這個時間段片狀晶體大量析出，而1號試管片狀晶體大量析出的時間段是在大約10min到23min。由此可知2號試管中析出片狀晶體的速度要快些，片狀晶體析出的量也相對要多些。1號、2號試管在室溫下冷卻的實驗對比如圖1所示。

40min時，兩只試管中析出的片狀晶體的量就不再改變了。由此可知，雖然溶液的濃縮程度不同，但是置于室溫下冷卻最終得到的晶體類型是一樣的，都是天藍色的K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片狀晶體。1號試管得到的晶體如圖2中的a 圖片，2號試管得到的晶體如圖2中的b圖片。

K2[Cu（C2O4）2]·4H2O晶體的熱重分析曲線如圖7所示。從圖7可以看出，K2[Cu（C2O4）2]·4H2O在氮氣中的熱失重分三個階段完成：第一階段是在50℃左右，此過程中配合物失去2個結晶水，失重比例為7.5%，理論失重值為 9.2% ，實驗值與理論值相差較大，原因可能是，由于空氣干燥和室溫較高，在樣品保存過程中導致極少量產品失水造成；第二階段是在80～100℃，此階段配合物仍然失去兩個結晶水，實驗失重值9.2%，理論失重值為9.2%，實驗值與理論值吻合；第三階段是在270～300℃，這一階段主要是失水后的配合物分解過程，此分解過程分解失重為22.1%，分解產物為K2O、Cu、CuO，并釋放出CO2和CO。

四、結論

本文對兩種水合草酸合銅（II）酸鉀晶體的制備進行了探究，得到了藍紫色K2[Cu（C2O4）2]·4H2O針狀晶體和天藍色K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片狀晶體。實驗結果表明當溶液濃縮程度不同時，若冷卻速度相同，則溶液析出的配合物晶型一樣；在冰水混合物中冷卻時溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·4H2O針狀晶體；在常溫下冷卻時溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片狀晶體。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 顏小敏.二水合二草酸根絡銅（II）酸鉀的制取及其組成測定[J].西南民族學院學報（自然科學版），2002（1）：80-83.

[2] 魏世剛，門瑞芝，程新民.二草酸合銅酸鉀中草酸根和銅離子測定方法的探討[J].廣西師范大學學報（自然科學版），2003（4）：316-317.

[3] 畢思瑋，周正宇，趙斌，等.草酸銅橋氧化銅配合物的合成與表征[J].曲阜師范大學學報（自然科學報），1996（4）：69-72.

[4] 趙新華.無機化學實驗（第四版）[M].北京：北京師范大學出版社，2014：7.

[責任編輯：羅 艷]