亚铁氰化钾 :二价铁离子和氰根形成的配位化合物

更新时间:2023-03-14 11:38

亚铁化钾( Ferrocyanide)是亚铁离子的氰化盐,为无机物,又名黄血盐、黄血盐钾或六氰合铁酸四钾,于1752年由法国化学家皮埃尔·约瑟夫·麦克尔(Pierre Joseph Macquer)发现。亚铁氰化钾通常以三水合物的形式存在,化学式为K₄[Fe(CN)₆]或K₄[Fe(CN)₆]·3H₂O。其外观呈浅黄色颗粒或结晶性粉末,具有咸味,溶于水,不溶于乙醇和醚。无水亚铁氰化钾分子量为368.34,三水亚铁氰化钾分子量为422.39,密度为1.85 g/cm³。

亚铁氰化钾受热会分解,可被氧化生成铁氰化钾,与三价铁离子反应可生成普鲁士蓝,还可与酸、卤族元素碱金属和金属盐等反应。亚铁氰化钾可在食品工业领域用作抗结剂等;在有机化学领域用作氰化物反应的氰源;在分析化学或医学检验领域用作分析试剂;在化工领域用作生成其他物质的原料等。亚铁氰化钾毒性很低,但其遇酸或碱会生成剧毒物质如氢氰酸、氰化钾等,因此在运输或使用亚铁氰化钾时仍需注意安全。

发现历史

1752年,法国化学家皮埃尔·约瑟夫·麦克尔(Pierre Joseph Macquer)在用碱与普鲁士蓝反应时发现了亚铁氰化钾。他在铸铁容器中融合碳酸钾,并向其中加入含氮有机化合物混合物,如头发、血液、动物的角及羊毛和皮革废料,再加入铁粉等,熔体冷却后,其中含有氰化钾碳酸根硫化物、硫化铁、金属铁和分离出的碳等,再将其在一定温度下分解,当出现细小的黄色裂口时,既有亚铁氰化钾生成。

分子结构

在室温下,亚铁氰化钾通常以单斜晶系C₂/c(a=9.379Å, b=16.844Å, c=9.392Å,β=90.07°)形式结晶,当冷却到﹣25 ℃以下时,不可逆地转变为单斜Cc(a=9.353Å, b =16.755Å, c =9.359Å, β=90.08°)形式,晶体结构图如下图所示。 亚铁氰化钾晶体中[Fe(CN)₆]⁴⁻为中心,其以轻微扭曲的八面体形式排列,它与两层K⁺相邻,而两层K⁺被一层水分子隔开。

物理性质

亚铁氰化钾外观呈浅黄色颗粒或结晶性粉末,具有咸味。无水亚铁氰化钾分子量为368.34,三水亚铁氰化钾分子量为422.39。亚铁氰化钾溶于水,不溶于乙醇和醚,其在水中的溶解度为28.2 g/100g(20 ℃)。亚铁氰化钾密度为1.85 g/cm³,熔点为70 ℃。

化学性质

热分解

亚铁氰化钾加热至70℃时失去结晶水并变成白色,100℃时完全脱水,放出氮气并生成氰化钾和碳化铁。反应方程式如下:

氧化反应

亚铁氰化钾可被氧化剂氧化,如高锰酸钾等,生成铁氰化钾。反应方程式如下:

与臭氧反应

亚铁氰化钾与臭氧和水共同反应,放出氧气并生成氢氧化钾和铁氰化钾。反应方程式如下:

与酸反应

亚铁氰化钾能被强酸分解,如盐酸硫酸等。所生成的Fe²⁺在酸性溶液中被氧化为Fe³⁺,再与亚铁氰化钾,生成普鲁士蓝沉淀。反应过程方程式如下:

亚铁氰化钾与稀盐酸共沸反应,产生剧毒物质氰化氢。反应方程式如下:

亚铁氰化钾可与六氰合铁酸共沸反应,也可放出剧毒物质氢氰酸。反应方程式如下:

与卤素反应

亚铁氰化钾可与卤素单质反应,生成相应的卤化钾和铁氰化钾。反应方程式如下:

与碱金属反应

亚铁氰化钾可与碱金属反应,如钠、钾等,生成氰化钾和铁单质。反应方程式如下:

与金属盐反应

亚铁氰化钾可与许多常见金属盐反应,生成沉淀及中性盐。反应方程式如下:

制备方法

氰熔体法

亚铁氰化钾可由氰熔体法制得。将氰熔体加水萃取后,再加入硫酸亚铁,使之生成配位化合物,经压滤除杂,滤液中的亚铁氰化钠亚铁氰化钙氯化钾反应,生成亚铁氰化钾钙复盐沉淀,再进行压滤并加上适量纯碱使其脱钙,排除脱钙后的沉淀泥渣,加热滤液并加入过量的氯化钾,将滤液中的亚铁氰化钠全部转化成亚铁氰化钾。再经冷却结晶、离心分离和干燥,即制得亚铁氰化钾成品。其反应过程方程式及工艺流程图如下:

氰化钠废液回收法

亚铁氰化钾可由氰化钠废液回收法制得。将回收的氰化钠废液与氯化钙、硫酸亚铁进行初步反应,过滤除去硫酸钙沉淀,将滤液与适量纯碱反应使其脱钙完全,除去碳酸钙渣,然后与氯化钾反应转化生成亚铁氰化钾。经过滤、冷却结晶,离心分离和气流干燥,即制得亚铁氰化钾成品。反应过程方程式及工艺流程图如下:

含氰废水回收法

亚铁氰化钾可由含氰废水回收法制得。含氰废水经蒸汽加热,使氢氰酸气体逸出,再用碳酸钾溶液在充填了铁刨花的吸收塔内循环吸收氰化氢气体,使其反应转化为亚铁氰化钾。反应方程式及工艺流程图如下:

硫酸亚铁法

亚铁离子溶液,可用硫酸亚铁也可用氯化亚铁,与氰化钠溶液进行反应得到亚铁氰化钠溶液,再加入氯化钾,加热后得到黄血盐钾溶液,最后通过蒸发浓缩结晶,可过滤处粗黄血盐钾,再经重结晶、分离制得产品,具体反应式如下:

煤气化精制废氧化铁回收法

亚铁氰化钾可由煤气化精制废氧化铁回收法制得。首先将废氧化铁用二硫化碳水处理,除去可溶性盐、硫氰酸铵,再加入氢氧化钙用水浸取得亚铁氰化钙溶液。将氯化钾加入到亚铁氰化钙溶液中,生成亚铁氰化钾钙复盐,通入碳酸钾将其分解为成碳酸钙沉淀和亚铁氰化钾溶液,再经蒸发浓缩,冷却结晶、过滤分离和干燥,即制得亚铁氰化钾产品。反应过程方程式如下:

石灰氮法

亚铁氰化钾可由石灰氮法制得。以石灰氮、氯化钠、炭和硫酸亚铁、氯化钙、氢氧化钾为原料。首先将干燥后的石灰氮与食盐、木炭混合,放入电炉中熔融制得氰化钠,经热水浸出后加入硫酸亚铁溶液,除去其不溶物杂质并生成亚铁氰化钠,再依次加入氯化钙、氯化钾和氢氧化钾,得到氢氧化钙沉淀和亚铁氰化钾溶液,经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离和干燥,即制得亚铁氰化钾产品。反应过程方程式如下:

氢氰酸法

亚铁氰化钾可由氢氰酸法制得。以氰化氢、石灰乳、硫酸亚铁、氯化钾和碳酸钾为原料,在反应器中加入石灰乳和硫酸亚铁溶液,边搅拌边加热的同时,通入氰化氢气体,反应生成亚铁氰化钙,然后加入氯化钾,反应生成亚铁氰化钾钙复盐,过滤后再加入碳酸钾溶液使亚铁氰化钾钙转化成亚铁氰化钾,过滤后再进行真空蒸发、结晶、过滤和干燥,即制得亚铁氰化钾产品。反应过程方程式如下:

检测方法

比色-分光光度法

亚铁氰化钾可由比色法或分光光度法进行检测。亚铁氰化钾在酸性条件可与硫酸亚铁反应,生成亚铁氰化亚铁白色沉淀,之后立即被空气中氧氧化成普鲁士蓝色配位化合物。将试样加水溶解后,过滤并弃去初滤液,然后吸取滤液于比色管中,加入硫酸亚铁溶液及硫酸,静置后于波长670 nm处测量其吸光度,由标准曲线可得亚铁氰化钾含量,或与标准色列目测比较。反应原理方程式如下:

滴定法

锌滴定

亚铁氰化钾可由锌标准溶液滴定进行检测。将样品加水溶解并稀释至刻度,摇匀,移取少量于烧杯中,加入硫酸和硫酸钾饱和溶液,在剧烈搅拌下用锌标准溶液缓慢滴定,在接近终点时,滴加二苯胺指示液和氰化钾溶液,继续滴定至呈现浅灰﹣紫色为终点,沉淀上方溶液应为紫色。计算得亚铁氰化钾含量。反应原理方程式如下:

高锰酸钾滴定

亚铁氰化钾可由高锰酸钾标准溶液滴定进行检测。将试样加水溶解,加入硫酸,再滴加羊毛罂粟蓝或二苯胺磺酸钠指示剂,用高锰酸钾标准溶液滴定至棕橙色或红色,且在半分钟内不褪色即为终点。计算得亚铁氰化钾含量。反应原理方程式如下:

离子选择电极法

亚铁氰化钾可由离子选择电极法进行检测。将样品用水溶解后加入酒石酸溶液进行蒸馏,收集样品馏出液,向样品馏出液中加入银氰指示溶液,插入硫化银指示电极及饱和甘汞参比电极,在均匀搅拌下,读取稳定的电势值,然后逐次准确加入不同浓度的氰化钾标准溶液,分别读取稳定的电位值。将测得的电位值经计算并由图解法求出亚铁氰化钾的含量。

吡啶﹣吡唑琳酮法

亚铁氰化钾可由吡啶﹣吡唑琳法进行检测。在一定pH值的水溶液中,亚铁氰化钾可被氯胺-T氧化生成氯化氰,氯化氰可使吡开环生成戊烯二醛,戊烯二醛再同1﹣苯基﹣3﹣甲基﹣5﹣吡唑琳酮作用,发生缩合反应生成蓝色染料。将试样加水溶解后进行蒸馏,吸取蒸馏液于比色管中,加入氯胺T和吡啶并测量其吸光度,根据标准曲线可得亚铁氰化钾含量。反应原理方程式式如下:

应用领域

食品工业领域

亚铁氰化钾可应用于食品工业领域。亚铁氰化钾具有抗结性能,可用于防止细粉、结晶性添加剂原料板结。如在食盐中加入亚铁氰化钾,能使食盐的正六面体结晶转变成星状结晶而避免发生结块。中国《食品安全国家标准﹣﹣食品添加剂使用标准》(GB2760-2014)规定:亚铁氰化钾可作为食盐的抗结剂,最大使用量为0.01 g/kg。此外,亚铁氰化钾还可用于处理葡萄酒酿造中的铁、铜破败病,其最早在德国于1918年投入使用,并于1955年在法国被准许用于处理白葡萄酒或玫瑰葡萄酒等。

有机化学领域

亚铁氰化钾可应用于有机化学领域,其可作氰源用于氰化反应中。如亚铁氰化钾用于溴苯的氰化反应时,亚铁氰化钾的6个CN⁻都可以参与反应,提高了氰源的利用率。亚铁氰化钾可作氰源用于卤代芳烃取代反应,也可用于芳香酰氯的氰化反应、芳基磺酸酯类化合物的氰化反应及吲哚衍生物的氰化反应等。反应方程式如下:

分析化学、医学检验领域

亚铁氰化钾可应用于分析化学、医学检验领域。亚铁氰化钾可以二苯胺指示剂检测氧化锌的含量,向样品中加入硫酸铵磷酸二氢钠溶液使其溶解,加热至沸腾,以二苯胺为指示剂,用亚铁氰化钾标准溶液滴定至紫蓝色突然消失并呈现黄绿色即为终点,反应原理方程式如下;亚铁氰化钾可用于检测尿蛋白的含量,在尿液中加入食用醋酸使其酸化,再加入亚铁氰化钾使蛋白沉淀,由沉淀量计算得尿蛋白的含量;亚铁氰化钾可建立鲁米诺化学发光体系,用于测定钒、亚硝酸盐酚磺乙胺等;亚铁氰化钾可制作成分析试纸,用于Fe²⁺的检测。此外,亚铁氰化钾还可用于检测含铁血黄素、还原糖,定位骨髓铁等。

化工领域

亚铁氰化钾可用于化工领域,作为生产其他物质的原料,如铁氰化钾、氰化钾等。生产氰化钾时,将亚铁氰化钾用氧化后,用高锰酸钾调节其氧化度及盐酸调pH ,然后经过滤、减压蒸发、结晶、离心和干燥,即得氰化钾产品,工艺流程图如下。此外,亚铁氰化钾还可用于生产各种蓝色颜料、炸药、油墨和油漆等。

其他应用

除上述应用外,亚铁氰化钾还可在制药工业中用作凝聚剂,提高药品质量,也可直接作原料生产药品亚铁氰化银脱敏剂,用于治疗牙本质过敏;可在机械加工中用于钢铁氧化、银电解抛光、铝及铝合金阳极氧化膜染色等;在钢铁工业中用作渗碳剂,以提高钢铁制件的表面硬度;在印染工业中用作氧化助剂,保持染色质量;在胶片摄影中用作彩色反转材料的漂白液;在畜牧业中用作饲料添加剂等。

安全事宜

毒理学数据

LD₅₀ 大鼠 1.6-3.2 g/kg

毒性

亚铁氰化钾中,Fe³⁺和中心的CN⁻紧密成键所以毒性很低。但其遇酸会生成剧毒物质氢氰酸,遇碱生成剧毒物质氰化钾,因此在运输或使用亚铁氰化钾时仍需注意安全。

急救措施

预防措施

储存与贮运

亚铁氰化钾应密封存放于阴凉通风处,防晒、防潮。避免与酸、碱、铁盐强氧化剂和食用物品类共贮混运。包装必须严密,避免日光曝晒。搬运时需戴口罩、手套、穿工作服。

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