硫酸亞鐵銨制備實(shí)驗(yàn)的綠色化研究

劉云

【摘要】近年來，綠色化學(xué)的理念和方法逐漸引入到大學(xué)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，成為當(dāng)今化學(xué)界備受關(guān)注的重要研究課題。硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn)，是目前高校無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個(gè)非常典型的綜合性實(shí)驗(yàn)。本文針對(duì)傳統(tǒng)硫酸亞鐵銨制備中存在的環(huán)境污染及產(chǎn)率低等問題，結(jié)合綠色化學(xué)的理念和原則，對(duì)傳統(tǒng)的硫酸亞鐵銨制備實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了綠色化改造研究。

【關(guān)鍵詞】硫酸亞鐵銨 制備實(shí)驗(yàn) 綠色化研究

【中圖分類號(hào)】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）04-0174-01

加強(qiáng)綠色化學(xué)教學(xué)，就是對(duì)于傳統(tǒng)的化學(xué)課程體系和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行綠色化改革，以減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的環(huán)境污染，增強(qiáng)廣大人們的環(huán)保意識(shí)。目前，綠色化學(xué)教育已經(jīng)成為當(dāng)今化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的重要研究課題，受到人們的密切關(guān)注。硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn)作為大學(xué)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)典型實(shí)驗(yàn)，其整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生不僅可以掌握稱量、水浴加熱、抽濾、溶解、結(jié)晶、常壓過濾、減壓過濾、滴定分析等一系列化學(xué)基本操作，還能夠了解硫酸亞鐵銨的一般特征和制備方法，比如氧化還原、雜質(zhì)去除、提高產(chǎn)率和純度等化學(xué)原理的應(yīng)用。傳統(tǒng)的制備方法中存在著環(huán)境污染嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量不高等問題，本文中我對(duì)于該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了符合綠色化學(xué)理念的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)減少了環(huán)境污染，降低了實(shí)驗(yàn)消耗，同時(shí)提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綠色化。以下是其實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告。

1.實(shí)驗(yàn)原理

硫酸亞鐵銨是一種復(fù)鹽，主要是由等物質(zhì)的量的硫酸亞鐵和硫酸銨形成的，其外觀為淺綠色單斜晶體，空氣中比一般的亞鐵鹽穩(wěn)定，且不易被氧化，是化學(xué)分析中常見的還原劑。硫酸亞鐵銨的制備原理是：直接采用FeSO4與（NH4）2SO4 發(fā)生反應(yīng)，來制備硫酸亞鐵銨晶體。整個(gè)實(shí)驗(yàn)制備方法是分兩步進(jìn)行的：首先是制取硫酸亞鐵，傳統(tǒng)制備實(shí)驗(yàn)中是通過廢鐵屑與稀硫酸在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)，得到硫酸亞鐵溶液，其反應(yīng)式為：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑；改進(jìn)后的制備實(shí)驗(yàn)中是采用鐵與硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng)得到硫酸亞鐵，其反應(yīng)式為：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。然后是制取硫酸亞鐵銨，主要是用硫酸亞鐵溶液與等物質(zhì)的量的硫酸銨混合，利用復(fù)鹽的溶解度比反應(yīng)物鹽的溶解度小的特征，經(jīng)過適當(dāng)?shù)募訜釢饪s結(jié)晶而制取硫酸亞鐵銨產(chǎn)品。其反應(yīng)式為：FeSO4+（NH4）2SO4+6H2O=（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置為全封閉式，只需在傳統(tǒng)的敞開式裝置中，在容器錐形瓶口插上帶有橡皮塞的導(dǎo)管，而導(dǎo)管的另一端插入裝有氫氧化鈉溶液的燒杯中。損失較少，無需補(bǔ)充水，反應(yīng)過程中廢氣經(jīng)過吸收液轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物質(zhì)，排除了酸霧對(duì)實(shí)驗(yàn)室的污染，體現(xiàn)綠色化學(xué)的原則。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）去除鐵屑表面的油污，用臺(tái)秤稱取一定量的鐵屑，放入到100 mL錐形瓶中，用30%的氫氧化鈉溶液煮沸廢鐵屑，用去離子水將鐵屑沖洗干凈，洗過的氫氧化鈉溶液留做洗氣用（體現(xiàn)環(huán)保）。

（2）制備硫酸亞鐵

取過量鐵屑加入到一定濃度的硫酸銅溶液中，且用玻璃棒不斷攪拌，當(dāng)溶液由藍(lán)色變?yōu)闇\綠色時(shí)停止反應(yīng)，減壓過濾，即得到硫酸亞鐵溶液。

（3）制備硫酸亞鐵銨

根據(jù)溶液FeSO4中的量，按關(guān)系式n[（NH4）2SO4]Bn[FeSO4]=1B1稱取所需的（NH4）2SO4，配制成（NH4）2SO4的飽和溶液。將其飽和溶液加到FeSO4的溶液中（該溶液的PH值此時(shí)接近于1或等于1，如PH值偏大，可加幾滴H2SO4進(jìn)行調(diào)節(jié)），然后進(jìn)行水浴蒸發(fā)，蒸發(fā)過程中不可攪拌，放置冷卻至室溫，得到硫酸亞鐵銨晶體，減壓過濾除去母液并盡量吸干。把晶體轉(zhuǎn)移到表面皿上晾干片刻，觀察晶體色態(tài)，稱重，計(jì)算產(chǎn)率[1]。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

傳統(tǒng)的制備方法中實(shí)驗(yàn)裝置是為敞開式的，且因?yàn)殍F屑中含有碳、硫、磷等雜質(zhì)，與稀硫酸反應(yīng)時(shí)會(huì)生成H2S和PH3等有毒氣體，嚴(yán)重污染了實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境，直接危害師生的身體健康。通過對(duì)本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，首先是把整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置封閉起來，這樣由于鐵屑不純產(chǎn)生的有毒氣體會(huì)被氫氧化鈉溶液吸收，反應(yīng)過程中水分蒸發(fā)很少，可補(bǔ)充蒸餾水，這也給實(shí)驗(yàn)操作帶來方便。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程既保證了學(xué)生基本操作的訓(xùn)練，又節(jié)約藥品消耗，還可以減少對(duì)環(huán)境的污染；在保證產(chǎn)品產(chǎn)率和純度的前提下，縮短了反應(yīng)時(shí)間，避免有毒氣體的泄露，保護(hù)了實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。

5.結(jié)束語

改進(jìn)后的硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化理念，將敞開式的實(shí)驗(yàn)裝置改為封閉式的實(shí)驗(yàn)裝置，整個(gè)反應(yīng)在密閉的容器中進(jìn)行，既起到了保溫的效果，在縮短反應(yīng)時(shí)間的前提下，還保證了產(chǎn)品的產(chǎn)率和質(zhì)量。另外，對(duì)于硫酸亞鐵的制備方法進(jìn)行了改進(jìn)，利用硫酸銅溶液代替稀硫酸與鐵屑發(fā)生反應(yīng)，首先，充分利用了實(shí)驗(yàn)室廢棄物-硫酸銅粉末，避免了藥品的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，又回收了金屬銅；其次，縮短了反應(yīng)時(shí)間，節(jié)約了電能；最后，避免了H2S和PH3等有毒氣體的排放對(duì)環(huán)境造成的污染?？傊?，硫酸亞鐵銨改進(jìn)后的制備實(shí)驗(yàn)，不僅可以大幅度降低實(shí)驗(yàn)消耗，減少環(huán)境污染，同時(shí)還能夠增強(qiáng)廣大師生環(huán)保意識(shí)，推動(dòng)綠色化學(xué)的發(fā)展[2]。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉少華，田博士.硫酸亞鐵銨制備實(shí)驗(yàn)的綠色化改進(jìn)[J].廣州化工.2011（12）

[2]鐘國清；周齊文；夏安；硫酸亞鐵銨的制備反應(yīng)條件與綠色化研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.2013（05）