綠色低耗下高純度莫爾鹽的制備

溫艷麗，高 旭，吳靜靜，黃建國，笪賢怡

（鞍山師范學(xué)院，遼寧 鞍山 114000）

莫爾鹽又稱硫酸亞鐵銨，在實(shí)驗(yàn)室中分為以下兩步制備：第一步是使鐵和硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵；第二步是將后者與硫酸銨按照物質(zhì)的量比為1∶1反應(yīng)，利用復(fù)鹽的溶解度比生成它的正鹽都要小的原則，經(jīng)過水浴蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶得到莫爾鹽。

我們用廢鐵屑做原料來代替還原性鐵粉來鐵制備硫酸亞鐵銨，鐵資源被重復(fù)利用，體現(xiàn)低耗性。廢鐵屑中的S、P、C等雜質(zhì)和硫酸反應(yīng)時(shí)生成H2S、HP3等酸性有毒氣體，在原來的敞開式的實(shí)驗(yàn)裝置中被直接排放到空氣中，不僅造成環(huán)境污染，而且還會(huì)危害實(shí)驗(yàn)人員的健康，我們將原來的實(shí)驗(yàn)裝置改閉路回收式來吸收尾氣，并利用廢鐵屑除油后所得的碳酸鈉溶液吸收尾氣，體現(xiàn)了低耗性和綠色性。在綠色低耗的基礎(chǔ)上，我們又對(duì)得到高純度、高產(chǎn)率的莫爾鹽的條件進(jìn)行探索。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品及儀器

藥品：廢鐵屑、Na2CO3溶液 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%)、H2SO4溶液 （3mol/L）、HCl溶液 （3mol/L），KSCN溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25）、 (NH4)2SO4（分析純）、NH4Fe(SO4)2·12H2O(分析純)、無氧蒸餾水。

儀器：25mL比色管、電子分析天平、布氏漏斗、蒸發(fā)皿、表面皿、比色架、恒溫水浴鍋、蒸餾瓶、酒精燈、冷凝管、鐵架臺(tái)、廣口瓶、燒杯。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

鐵和硫酸反應(yīng)，生成硫酸亞鐵銨。

硫酸亞鐵和硫酸銨混合，生成莫爾鹽晶體。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 廢鐵屑除油

我們用廢鐵屑做原料來制備莫爾鹽，但其常帶有油污，除去油污的具體操作為：取10g鐵屑于錐形瓶中，加入一定量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的Na2CO3溶液，然后在酒精燈上加熱10min，并不斷搖晃，用傾析法除去堿液，最后，蒸餾水傾析法將除油后的鐵屑洗至中性，干燥后備用。

1.3.2 制備硫酸亞鐵

原來敞開式實(shí)驗(yàn)裝置造成環(huán)境污染，進(jìn)而改為閉路回收式吸收尾氣，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1。

取2g干燥后的鐵屑放入圓底燒瓶中，加入10ml 3mol/L的硫酸，待反應(yīng)完畢，趁熱用布氏漏斗抽濾。

用廢鐵屑凈化除油后所得的Na2CO3做廢氣吸收液，提高藥品利用率，體現(xiàn)低耗性。此實(shí)驗(yàn)裝置密閉性好，廢氣經(jīng)Na2CO3吸收液吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室再無刺激性氣味，改善了環(huán)境條件，體現(xiàn)了綠色性。加熱過程中水分幾乎不流失，不需要添加水分，同時(shí)也不會(huì)造成有硫酸亞鐵晶體析出導(dǎo)致過濾損失而影響最終產(chǎn)率。

1.3.3 制備莫爾鹽

圖1 硫酸亞鐵制備裝置

根據(jù)溶液中硫酸亞鐵的量，稱取硫酸銨，配置成硫酸銨的飽和溶液。將后者加到硫酸亞鐵溶液中 (調(diào)節(jié)溶液pH，使之接近于1)，水浴蒸發(fā)，濃縮至表面出現(xiàn)晶膜即停止加熱，緩慢冷卻，即得莫爾鹽晶體，減壓過濾除去母液，并盡可能地吸干。把晶體轉(zhuǎn)移到表面皿上晾干，稱重，計(jì)算產(chǎn)率。

1.3.4 確定產(chǎn)品純度

取1g莫爾鹽于25mL比色管，加3mol·L-1HCl溶液2mL，25%KSCN溶液1mL，待溶解后用無氧蒸餾水定容并搖勻，與標(biāo)準(zhǔn)色階比較，從而確定莫爾鹽的純度等級(jí)。

2 結(jié)果討論

在溫度高于80℃時(shí)，硫酸亞鐵的溶解度與溫度成反比，溫度越高，溶解度越低，并且，硫酸亞鐵一旦以晶體的形式析出，便不易再溶解。

通過控制反應(yīng)的水浴溫度，得到的產(chǎn)品產(chǎn)率及級(jí)別如表1所示.

表1 鐵與硫酸在不同的水浴溫度下對(duì)莫爾鹽產(chǎn)率及純度的影響

雖然隨著溫度的升高，反應(yīng)速率在不斷加快，但溫度升高更有利于二價(jià)鐵被化為三價(jià)鐵從而使產(chǎn)品純度等級(jí)降低，而且當(dāng)溫度高于80℃，硫酸亞鐵會(huì)以晶體的形式析出，從而降低莫爾鹽的產(chǎn)率，因此，為保證產(chǎn)品純度和產(chǎn)率，選擇的最佳水浴溫度為60℃。

由表2可知，但此時(shí)的晶型并不是最好的，當(dāng)投料比為1∶0.9時(shí)，雖產(chǎn)率不是最高，但晶型最好，當(dāng)投料比為1∶1時(shí)，產(chǎn)率最高。

值得注意的是，在硫酸亞鐵銨蒸發(fā)濃縮的過程中，要水浴加熱緩慢濃縮，同時(shí)盡可能不要攪拌或偶爾攪拌，這樣盡可能有利于晶膜的形成。蒸發(fā)濃縮過程中不能將溶液蒸干，因?yàn)槟獱桘}含有較多的結(jié)晶水，蒸干后便得不到淺綠色的莫爾鹽晶體。

表2 硫酸亞鐵和硫酸銨的不同投料比下莫爾鹽的產(chǎn)率

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以工業(yè)廢鐵屑為原料，以圓底燒瓶為反應(yīng)容器，水浴60℃加熱反應(yīng)制備莫爾鹽，在硫酸亞鐵和硫酸銨投料比為1∶0.9的情況下反應(yīng)，用布氏漏斗減壓抽濾，加熱濃縮，結(jié)晶，可得產(chǎn)率約為94%、純度為Ⅰ級(jí)純的晶型較好的莫爾鹽。