亚铁氰化钾

二价铁离子和氰根形成的配位化合物

亚铁氰[qíng]化钾( 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。需密封避光储存,避免粉尘扩散,操作后需及时清洗。

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 的 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℃时完全失去结晶水而变为具有吸湿性的白色粉末。高温下发生分解,放出氮气,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 氯 、 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 和 亚铁氰化钙 与 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 或 硫 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 羟醛缩合 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 的 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 为 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 和 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 氯 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。

参考资料

  1. LC19055 LabChem 2023-03-15