探究两种水合草酸合铜（II）酸钾晶体的合成
袁秋萍+张丽霞
[摘 要]草酸根是一个具有强还原性的二齿弱场配体。运用控制变量法对水合草酸合铜（II）酸钾配合物典型的针状晶体和片状晶体的制备进行探究。实验结果表明，在冰水混合物中急速冷却母液时，溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·4H2O针状晶体；在常温下缓慢冷却母液时，溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片状晶体。并利用热重分析法测定了两种水合草酸合铜（II）酸钾晶体的 TG曲线。
[关键词]四水合草酸合铜（II）酸钾；二水合草酸合铜（II）酸钾；晶体；热重分析法
[中图分类号] O6-3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0082-03
一、前言
草酸根是一个具有强还原性的二齿弱场配体，能和许多过渡金属离子形成双或三草酸配合物（或复盐）。[1]不少研究人员对铜的配合物的制备及多种性质开展了一些研究[2][3]，很多实验教科书中都有制备水合草酸合铜（II）酸钾的实验（例如：《无机化学实验》中第三十八个实验——两种水合草酸合铜（II）酸钾晶体的制备及表征[4]），制备水合草酸合铜（II）酸钾的步骤和过程都写得比较详细。但是，按照书中“晶体的控制生长”方法进行实验并不能够从较浓的溶液中得到K2[Cu（C2O4）2]·4H2O针状晶体。因此，本实验对制备K2[Cu（C2O4）2]·4H2O针状晶体和K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片状晶体进行了研究。
本实验仍然采用氧化铜与草酸氢钾反应的方法制备草酸合铜（II）酸钾，探讨了浓度和冷却速度对析出两种晶体的影响。
二、实验
首先按照《无机化学实验》[4]第245页的步骤依次制备出氧化铜、草酸氢钾和草酸合铜（II）酸钾，然后将草酸合铜（II）酸钾溶液平均分为两份，并将两份溶液放置在热水浴（温度为85℃）中蒸发浓缩，一份浓缩至40mL（标记为A溶液），另一份浓缩至20mL（标记为B溶液）。
为了探究溶液的浓缩程度和冷却速度对配合物晶型的影响，我们将溶液进行不同程度的浓缩，并在同一溶液中各取相同的量于不同温度下冷却，观察晶型的形成。具体操作步骤如下：
（1） 从A溶液中取5mL于试管中，编号为1号，从B溶液中取5mL于试管中，编号为2号，置于室温下（室温为27℃）自然冷却，观察并记录晶体析出的时间和形状。
（2） 从A溶液中取5mL于试管中，编号为3号，从B溶液中取5mL于试管中，编号为4号，置于冰水混合物（温度为0℃）中进行冷却，观察并记录晶体析出的时间和形状。
三、实验结果与讨论
（一）溶液的浓缩程度对不同晶型配合物析出的影响
1号、2号试管在室温下自然冷却时，记录的时间、温度及实验现象如表1所示。
的数据可以看出，大约5min的时候，2号试管中片状晶体开始析出，约7min的时候，1号试管才开始有晶体析出；并且2号试管在大约5min到11min這个时间段片状晶体大量析出，而1号试管片状晶体大量析出的时间段是在大约10min到23min。由此可知2号试管中析出片状晶体的速度要快些，片状晶体析出的量也相对要多些。1号、2号试管在室温下冷却的实验对比如图1所示。
40min时，两只试管中析出的片状晶体的量就不再改变了。由此可知，虽然溶液的浓缩程度不同，但是置于室温下冷却最终得到的晶体类型是一样的，都是天蓝色的K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片状晶体。1号试管得到的晶体如图2中的a 图片，2号试管得到的晶体如图2中的b图片。
K2[Cu（C2O4）2]·4H2O晶体的热重分析曲线如图7所示。从图7可以看出，K2[Cu（C2O4）2]·4H2O在氮气中的热失重分三个阶段完成：第一阶段是在50℃左右，此过程中配合物失去2个结晶水，失重比例为7.5%，理论失重值为 9.2% ，实验值与理论值相差较大，原因可能是，由于空气干燥和室温较高，在样品保存过程中导致极少量产品失水造成；第二阶段是在80～100℃，此阶段配合物仍然失去两个结晶水，实验失重值9.2%，理论失重值为9.2%，实验值与理论值吻合；第三阶段是在270～300℃，这一阶段主要是失水后的配合物分解过程，此分解过程分解失重为22.1%，分解产物为K2O、Cu、CuO，并释放出CO2和CO。
四、结论
本文对两种水合草酸合铜（II）酸钾晶体的制备进行了探究，得到了蓝紫色K2[Cu（C2O4）2]·4H2O针状晶体和天蓝色K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片状晶体。实验结果表明当溶液浓缩程度不同时，若冷却速度相同，则溶液析出的配合物晶型一样；在冰水混合物中冷却时溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·4H2O针状晶体；在常温下冷却时溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片状晶体。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 颜小敏.二水合二草酸根络铜（II）酸钾的制取及其组成测定[J].西南民族学院学报（自然科学版），2002（1）：80-83.
[2] 魏世刚，门瑞芝，程新民.二草酸合铜酸钾中草酸根和铜离子测定方法的探讨[J].广西师范大学学报（自然科学版），2003（4）：316-317.
[3] 毕思玮，周正宇，赵斌，等.草酸铜桥氧化铜配合物的合成与表征[J].曲阜师范大学学报（自然科学报），1996（4）：69-72.
[4] 赵新华.无机化学实验（第四版）[M].北京：北京师范大学出版社，2014：7.
[责任编辑：罗 艳]
[摘 要]草酸根是一个具有强还原性的二齿弱场配体。运用控制变量法对水合草酸合铜（II）酸钾配合物典型的针状晶体和片状晶体的制备进行探究。实验结果表明，在冰水混合物中急速冷却母液时，溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·4H2O针状晶体；在常温下缓慢冷却母液时，溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片状晶体。并利用热重分析法测定了两种水合草酸合铜（II）酸钾晶体的 TG曲线。
[关键词]四水合草酸合铜（II）酸钾；二水合草酸合铜（II）酸钾；晶体；热重分析法
[中图分类号] O6-3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0082-03
一、前言
草酸根是一个具有强还原性的二齿弱场配体，能和许多过渡金属离子形成双或三草酸配合物（或复盐）。[1]不少研究人员对铜的配合物的制备及多种性质开展了一些研究[2][3]，很多实验教科书中都有制备水合草酸合铜（II）酸钾的实验（例如：《无机化学实验》中第三十八个实验——两种水合草酸合铜（II）酸钾晶体的制备及表征[4]），制备水合草酸合铜（II）酸钾的步骤和过程都写得比较详细。但是，按照书中“晶体的控制生长”方法进行实验并不能够从较浓的溶液中得到K2[Cu（C2O4）2]·4H2O针状晶体。因此，本实验对制备K2[Cu（C2O4）2]·4H2O针状晶体和K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片状晶体进行了研究。
本实验仍然采用氧化铜与草酸氢钾反应的方法制备草酸合铜（II）酸钾，探讨了浓度和冷却速度对析出两种晶体的影响。
二、实验
首先按照《无机化学实验》[4]第245页的步骤依次制备出氧化铜、草酸氢钾和草酸合铜（II）酸钾，然后将草酸合铜（II）酸钾溶液平均分为两份，并将两份溶液放置在热水浴（温度为85℃）中蒸发浓缩，一份浓缩至40mL（标记为A溶液），另一份浓缩至20mL（标记为B溶液）。
为了探究溶液的浓缩程度和冷却速度对配合物晶型的影响，我们将溶液进行不同程度的浓缩，并在同一溶液中各取相同的量于不同温度下冷却，观察晶型的形成。具体操作步骤如下：
（1） 从A溶液中取5mL于试管中，编号为1号，从B溶液中取5mL于试管中，编号为2号，置于室温下（室温为27℃）自然冷却，观察并记录晶体析出的时间和形状。
（2） 从A溶液中取5mL于试管中，编号为3号，从B溶液中取5mL于试管中，编号为4号，置于冰水混合物（温度为0℃）中进行冷却，观察并记录晶体析出的时间和形状。
三、实验结果与讨论
（一）溶液的浓缩程度对不同晶型配合物析出的影响
1号、2号试管在室温下自然冷却时，记录的时间、温度及实验现象如表1所示。
的数据可以看出，大约5min的时候，2号试管中片状晶体开始析出，约7min的时候，1号试管才开始有晶体析出；并且2号试管在大约5min到11min這个时间段片状晶体大量析出，而1号试管片状晶体大量析出的时间段是在大约10min到23min。由此可知2号试管中析出片状晶体的速度要快些，片状晶体析出的量也相对要多些。1号、2号试管在室温下冷却的实验对比如图1所示。
40min时，两只试管中析出的片状晶体的量就不再改变了。由此可知，虽然溶液的浓缩程度不同，但是置于室温下冷却最终得到的晶体类型是一样的，都是天蓝色的K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片状晶体。1号试管得到的晶体如图2中的a 图片，2号试管得到的晶体如图2中的b图片。
K2[Cu（C2O4）2]·4H2O晶体的热重分析曲线如图7所示。从图7可以看出，K2[Cu（C2O4）2]·4H2O在氮气中的热失重分三个阶段完成：第一阶段是在50℃左右，此过程中配合物失去2个结晶水，失重比例为7.5%，理论失重值为 9.2% ，实验值与理论值相差较大，原因可能是，由于空气干燥和室温较高，在样品保存过程中导致极少量产品失水造成；第二阶段是在80～100℃，此阶段配合物仍然失去两个结晶水，实验失重值9.2%，理论失重值为9.2%，实验值与理论值吻合；第三阶段是在270～300℃，这一阶段主要是失水后的配合物分解过程，此分解过程分解失重为22.1%，分解产物为K2O、Cu、CuO，并释放出CO2和CO。
四、结论
本文对两种水合草酸合铜（II）酸钾晶体的制备进行了探究，得到了蓝紫色K2[Cu（C2O4）2]·4H2O针状晶体和天蓝色K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片状晶体。实验结果表明当溶液浓缩程度不同时，若冷却速度相同，则溶液析出的配合物晶型一样；在冰水混合物中冷却时溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·4H2O针状晶体；在常温下冷却时溶液析出的是K2[Cu（C2O4）2]·2H2O片状晶体。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 颜小敏.二水合二草酸根络铜（II）酸钾的制取及其组成测定[J].西南民族学院学报（自然科学版），2002（1）：80-83.
[2] 魏世刚，门瑞芝，程新民.二草酸合铜酸钾中草酸根和铜离子测定方法的探讨[J].广西师范大学学报（自然科学版），2003（4）：316-317.
[3] 毕思玮，周正宇，赵斌，等.草酸铜桥氧化铜配合物的合成与表征[J].曲阜师范大学学报（自然科学报），1996（4）：69-72.
[4] 赵新华.无机化学实验（第四版）[M].北京：北京师范大学出版社，2014：7.
[责任编辑：罗 艳]
