陳煜

（南京師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院江蘇南京210046）

《硫酸亞鐵銨的制備》實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容探討

陳煜

（南京師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院江蘇南京210046）

硫酸亞鐵銨又稱摩爾鹽，是淺藍(lán)綠色單斜晶體。作為復(fù)鹽在空氣中比一般亞鐵鹽穩(wěn)定，不易被氧化，易溶于水，難溶于乙醇。硫酸亞鐵銨價(jià)格低，制造工藝簡單，容易得到較純凈的晶體，因此應(yīng)用廣泛。在定量分析中用來標(biāo)定重鉻酸鉀或高錳酸鉀溶液的濃度，也選用它配制Fe(II)溶液。

實(shí)驗(yàn)室制備硫酸亞鐵銨原理如下：

Fe+H2SO4(稀)=FeSO4+H2↑

然后利用復(fù)鹽硫酸亞鐵銨的溶解度比組成它的簡單鹽的溶解度都小的性質(zhì)，由等物質(zhì)的量硫酸亞鐵和硫酸銨在水溶液中相互作用，生成溶解度較小的復(fù)鹽硫酸亞鐵銨。

FeSO4+(NH4)2SO4+6H2O=(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O

硫酸亞鐵銨的制備在中學(xué)或大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)常是一個(gè)必做實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗谧寣W(xué)生了解復(fù)鹽的一般特征和制備方法的同時(shí)，還能綜合訓(xùn)練學(xué)生水浴加熱、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶、過濾等基本操作。但學(xué)生在按照教材介紹的方法實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往出現(xiàn)一些問題。筆者根據(jù)多年教學(xué)實(shí)踐，對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些探討。

一、出現(xiàn)的問題

1.鐵粉與稀硫酸反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生出刺鼻、嗆人的氣體。

2.反應(yīng)出現(xiàn)了黃色溶液、黑色塊狀物或白色結(jié)晶。

3.硫酸亞鐵溶液過濾時(shí)出現(xiàn)大量結(jié)晶。

4.混合液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮時(shí)，又出現(xiàn)黃色溶液或黃色晶體。.

二、問題分析與解決

1.由于鐵屑中含有雜質(zhì)，反應(yīng)中會(huì)有少量有毒氣體(如H2S、PH3)產(chǎn)生，因此制備反應(yīng)應(yīng)在帶有通風(fēng)廚的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。如果沒有條件，應(yīng)加上尾氣回收裝置，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體經(jīng)安全瓶(務(wù)必強(qiáng)調(diào))后可用0.1moI·L-1高錳酸鉀的酸性溶液或1moI·L-1氫氧化銅溶液直接吸收。

2.鐵粉與稀硫酸利用水浴加熱進(jìn)行反應(yīng)，其重點(diǎn)在于溫度控制、水量控制、酸度控制、反應(yīng)終點(diǎn)控制。

鐵粉與稀硫酸反應(yīng)，溫度不宜過低，否則反應(yīng)太慢，但溫度也不宜太高，否則反應(yīng)過于激烈，同時(shí)生成了溶解度較小的白色一水硫酸亞鐵。如圖所示：

圖1 硫酸亞鐵的溶解度曲線

很明顯，為了盡可能避免白色一水硫酸亞鐵，最佳的反應(yīng)溫度在329.7～337.1 K之間。一般來講，反應(yīng)溫度控制在60℃為宜。

反應(yīng)出現(xiàn)的黃色溶液與酸度不夠有關(guān)，使得二價(jià)鐵離子被氧化生成黃色的Fe(OH)SO4。硫酸亞鐵制備步驟中，無論控制酸過量還是鐵過量，均能得到硫酸亞鐵銨產(chǎn)品。但無論酸過量還是鐵過量，反應(yīng)時(shí)間均不能過長，否則很容易生成黃色的膠態(tài)Fe(OH)SO4，導(dǎo)致最終的產(chǎn)品帶有黃顏色。解決此問題的方法很簡單：補(bǔ)加適量的硫酸，將膠態(tài)Fe(OH)SO4轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+留在母液中即可。

黑色塊狀物的形成主要是由于水量控制不好，導(dǎo)致大量FeSO4析出，同時(shí)夾帶著未反應(yīng)的黑色鐵粉，形成黑色塊狀物。有關(guān)水量控制的討論見下節(jié)。

3.硫酸亞鐵溶液過濾時(shí)出現(xiàn)大量結(jié)晶，這與水量控制不好有關(guān)。為了保證反應(yīng)過程中FeSO4不析出，反應(yīng)時(shí)應(yīng)不斷補(bǔ)充水分?？紤]到實(shí)驗(yàn)后期需水浴濃縮蒸發(fā)，因此水量也不宜過多。以1g鐵粉為例。理論生成2.7g FeSO4，初期水量控制應(yīng)該在10～15 mL；最終生成7g (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，考慮到溶解度與溫度，合適的水量應(yīng)該在20mL左右。

4.混合液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮時(shí)又出現(xiàn)黃色溶液或黃色晶體。將濾液與飽和硫酸銨溶液混合時(shí)，有時(shí)溶液很快變黃，可能的原因有兩個(gè)：一是混合液的pH值較高，鐵發(fā)生了水解氧化；二是在配制硫酸銨溶液時(shí)，蒸餾水中的氧未除盡或含有氧化性物質(zhì)。解決方法為：補(bǔ)加適量硫酸；采用煮沸除氧的蒸餾水配制飽和硫酸銨溶液。

通過以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的討論，我們能夠清楚硫酸亞鐵銨制備過程中可能存在的問題及其解決辦法。很明顯，實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在于溫度控制、水量控制、酸度控制和反應(yīng)終點(diǎn)控制。目的是盡可能避免二價(jià)鐵的氧化和析出。多次實(shí)驗(yàn)表明，控制反應(yīng)溫度60℃，硫酸適當(dāng)過量，水量控制在15～20 mL H2O/gFe，制得的硫酸亞鐵銨產(chǎn)率可達(dá)65%以上，產(chǎn)品純度可達(dá)到95%以上。

［1］北京師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、南京師范大學(xué)、東北師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室.無機(jī)化學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2001：74～76

［2］姜述芹，馬荔，梁竹梅，楊濤，陳虹錦.硫酸亞鐵銨制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)探索實(shí)驗(yàn)室研究與探索［J］.2005，24（7）：19

［3］王銳.對(duì)硫酸亞鐵按制備實(shí)驗(yàn)的探討［J］.固原師專學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2005，26（3）：73

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