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一、草酸亚铁溶解性核心特征
草酸亚铁(化学式:FeC₂O₄)是一种典型的难溶性金属草酸盐,其核心溶解性特征为:常温下微溶于水,难溶于多数有机溶剂,易溶于强酸及含配位剂的溶液。根据化学手册数据,25℃时草酸亚铁在水中的溶解度仅为 0.0067 g/L(约 4.8×10⁻⁵ mol/L),对应的溶度积常数(Ksp)为 2.1×10⁻⁷,属于低溶解度化合物。
二、溶解性的化学原理
晶格能与水合能平衡:草酸亚铁的晶体结构中,Fe²⁺与 C₂O₄²⁻通过强烈的离子键结合,晶格能较高;而 Fe²⁺的水合能(-48.6 kJ/mol)不足以抵消晶格能,导致其在水中难以解离为自由离子,仅能通过溶解 - 沉淀平衡少量溶解。
草酸根的质子化效应:C₂O₄²⁻是二元弱酸根(H₂C₂O₄的 Ka₁=5.9×10⁻²,Ka₂=6.4×10⁻⁵),在水中会发生质子化反应:C₂O₄²⁻ + H₂O ⇌ HC₂O₄⁻ + OH⁻,使溶液中 C₂O₄²⁻浓度降低,促进 FeC₂O₄的溶解平衡正向移动,但该效应较弱,不足以显著提高溶解度。
三、影响溶解性的关键因素
溶液 pH 值:
酸性条件下:H⁺与 C₂O₄²⁻结合生成 HC₂O₄⁻或 H₂C₂O₄,显著降低 C₂O₄²⁻浓度,使溶解平衡大幅正向移动。例如,在 0.1 mol/L 盐酸中,草酸亚铁的溶解度可达 0.12 g/L,较纯水提高近 18 倍;在浓硫酸中可完全溶解,生成 Fe²⁺和 H₂C₂O₄。
碱性条件下:OH⁻与 Fe²⁺结合生成 Fe (OH)₂沉淀(Ksp=4.87×10⁻¹⁷),会抑制草酸亚铁的溶解,甚至导致其转化为氢氧化亚铁。
配位剂的存在:
当溶液中存在强配位剂(如 EDTA、氨水、氰化物等)时,Fe²⁺会与配位剂形成稳定的配合物(如 [Fe (EDTA)]²⁻、[Fe (NH₃)₆]²⁺),使溶液中游离 Fe²⁺浓度降低,推动草酸亚铁持续溶解。例如,在 0.05 mol/L EDTA 溶液中,草酸亚铁的溶解度可提升至 0.5 g/L 以上。
温度:
草酸亚铁的溶解度随温度升高略有增大,但变化幅度较小。100℃时,其在水中的溶解度约为 0.015 g/L,仅为常温的 2.2 倍,远低于多数易溶盐的温度敏感性。这是因为溶解过程的焓变(ΔH)较小(约 8.6 kJ/mol),温度对溶解平衡的影响有限。
溶剂类型:
有机溶剂中:草酸亚铁在乙醇、乙醚、丙酮等极性有机溶剂中溶解度极低(<0.001 g/L),在非极性溶剂(如苯、四氯化碳)中几乎不溶,这是由于有机溶剂难以破坏其离子晶体结构,且无法有效水合 Fe²⁺和 C₂O₄²⁻。
混合溶剂中:向水中加入少量极性有机溶剂(如甲醇),会降低溶剂的介电常数,反而使草酸亚铁的溶解度略有下降。
四、溶解性的实际应用
材料制备领域:利用草酸亚铁难溶于水的特性,可通过水溶液沉淀法制备高纯度草酸亚铁晶体(常用作锂电池正极材料前驱体),反应中通过控制 pH 值(通常为 4-5)避免 Fe (OH)₂生成,确保产物纯度。
分析化学领域:在定量分析中,可利用草酸亚铁在强酸中的溶解性,通过氧化还原滴定(如 KMnO₄滴定法)测定 Fe²⁺或 C₂O₄²⁻的含量;也可通过调节 pH 值实现草酸亚铁与其他离子的分离提纯。
环境工程领域:草酸亚铁的难溶性使其在水体中稳定性强,不易迁移扩散,可用于处理含重金属离子的废水(如通过共沉淀去除水中的 Pb²⁺、Cd²⁺)。
五、总结
草酸亚铁的溶解性本质由其离子晶体结构和离子相互作用决定,核心表现为 “水难溶、酸易溶、配位剂促溶” 的特征。pH 值和配位剂是调控其溶解性的关键因素,这一特性不仅是其化学性质的重要体现,也为其在材料、分析、环保等领域的应用提供了理论基础。
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