硫酸亞鐵銨制備材料的選擇及反應(yīng)時間的優(yōu)化

張曄 曾云斌 李可新

摘要：硫酸亞鐵銨的制備和質(zhì)量檢驗(yàn)，是大學(xué)實(shí)驗(yàn)中一個重要的無機(jī)綜合實(shí)驗(yàn).其中，制備硫酸亞鐵這一步極為重要，對所得產(chǎn)品的產(chǎn)量和純度有著直接的影響.因此，本文分別用鐵屑和鐵粉做原料，在反應(yīng)時間不同的情況下，分析了產(chǎn)物的產(chǎn)量和質(zhì)量.探索結(jié)果表明：鐵屑是制備硫酸亞鐵銨的最佳材料，最佳反應(yīng)時間為50min.在此反應(yīng)時間下制備的產(chǎn)物顏色為淺綠色，產(chǎn)率為87.52%，純度為98.08%.

關(guān)鍵詞：鐵屑;鐵粉;時間;硫酸亞鐵;硫酸亞鐵銨;純度

中圖分類號：O6-3? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2020）02-0048-03

1 前言

硫酸亞鐵銨（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O，在空氣中比一般亞鐵鹽穩(wěn)定，不容易被氧化，常用于定量化學(xué)分析[1]和廢水處理的混凝劑，染料的媒染劑，農(nóng)業(yè)殺蟲劑等.

在硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn)中涉及很多化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作.在本科化學(xué)實(shí)驗(yàn)中是一個必不可少的無機(jī)綜合實(shí)驗(yàn).通常根據(jù)觀察氣泡來判斷鐵與酸反應(yīng)進(jìn)行的程度，依據(jù)產(chǎn)品的產(chǎn)率和純度來判斷制備是否成功.而制備中的準(zhǔn)確稱量，直接影響硫酸銨的加入量，進(jìn)一步影響產(chǎn)品的純度.為此本文分別選取了鐵屑和鐵粉作為制備硫酸亞鐵銨的原材料，控制鐵與硫酸反應(yīng)的時間.最后利用蒸餾后滴定法和沉淀重量法測定產(chǎn)品中NH4+和SO42-的含量.通過對制備產(chǎn)物的產(chǎn)率、純度、含量測定等，綜合比較分析找出了反應(yīng)的最佳時間和原材料.

加入過量BaCl2使樣品中SO42-沉淀完全，加入適量鹽酸以除去多余的碳酸鋇沉淀，避免對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾，至無氣泡為止.將沉淀過濾，洗滌，烘干，稱量.測定樣品中SO42-含量.

3 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

實(shí)驗(yàn)用到的試劑均為分析純.除了一些簡單常用的儀器外，還有北京普析通用儀器有限責(zé)任公司制造的722N可見分光光度計和TU-1810型紫外-可見分光光度計.

4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

4.1 硫酸亞鐵的制備

向六個盛有洗凈鐵屑的燒杯中加入15mL3 mol/L硫酸溶液，蓋上表面皿，放在恒溫水浴鍋上加熱，溫度控制在70-80℃[5].反應(yīng)時間分別控制在20min、30min、40min、50min、60min和至無氣泡為止.同樣方法，做鐵粉與硫酸的反應(yīng).反應(yīng)過程中適當(dāng)添加蒸餾水，以補(bǔ)充蒸發(fā)掉的水分，始終保持15mL溶液.趁熱用短頸漏斗過濾[6].濾液濾入50mL蒸發(fā)皿中.

殘?jiān)谜麴s水洗滌，用濾紙吸干后稱量，計算溶液中FeSO4的物質(zhì)的量.

4.2 （NH4）2Fe（SO4）2·6H2O的制備

根據(jù)FeSO4的量，按照反應(yīng)方程式原理，準(zhǔn)確計算所需固體（NH4）2SO4的量.

按計算值準(zhǔn)確稱取（NH4）SO4的固體，加入上述所制得的FeSO4溶液中，加熱使硫酸銨全部溶解，并用3mol/L H2SO4溶液調(diào)節(jié)pH為1-2，繼續(xù)蒸發(fā)濃縮至液面出現(xiàn)一層晶膜為止.靜置，使之緩慢冷卻，結(jié)晶.將布氏漏斗放在60 -70℃的烘箱中烘10-20min再減壓抽濾.用少量無水乙醇洗去晶體表面所附著的水分，轉(zhuǎn)移至表面皿上，晾干后稱量.[7-9]

4.3 產(chǎn)品檢驗(yàn)

4.3.1 （NH4）2Fe（SO4）2·6H2O含量的測定

準(zhǔn)確稱取1.0000g產(chǎn)品于250mL錐形瓶中，加50mL除氧的蒸餾水、15mL 3 mol/L H2SO4、2mL濃H3PO4，使試樣溶解.加熱至70-80℃，用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn).

根據(jù)KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，按照反應(yīng)方程式計算產(chǎn)品中（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

4.3.2 Fe3+的含量分析

（1）[Fe（SCN）6]3-最大吸收峰的確定

準(zhǔn)確移取1.0000mL 0.01 mol/L Fe3+標(biāo)準(zhǔn)溶液于50mL容量瓶中，加4滴2mol/L HCl和2mL1mol/L KSCN溶液加水至50mL刻度，混勻，以空白液為參比液，在可見光區(qū)內(nèi)（400-600nm），用TU-1810型紫外-可見分光光度計測其吸光度.

如圖1所示，[Fe（SCN）6]3標(biāo)準(zhǔn)溶液最大吸收峰波長為480nm.

（2）Fe3+標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[10]

準(zhǔn)確移取一定體積的0.01mol/L Fe3+標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加入50mL容量瓶中，各加4滴2mol/LHCl和2mL1mol/L KSCN溶液，加水至刻度混勻.配制成一系列Fe3+標(biāo)準(zhǔn)溶液，以空白液為參比液，測其在最大吸收峰的吸光度.繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2.

曲線線性回歸方程為：y=1.002x+0.0016.R2=0.9976，線性關(guān)系良好.

（3）準(zhǔn)確稱取2.0000g產(chǎn)品，置于小燒杯中，加少量除氧的蒸餾水使之溶解，再加入3mL 2 mol/L HCl溶液和1mL mol/L KSCN溶液，轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，最后用除氧的蒸餾水稀釋到50.0mL，搖勻.用722N型分光光度計，在最大吸收峰波長480nm下測其吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線公式計算Fe3+的體積，進(jìn)而算出Fe3+質(zhì)量分?jǐn)?shù)W%，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)W%×100后與表對照以確定產(chǎn)品等級.

4.3.3 NH4+含量的分析

稱取產(chǎn)物1.0000g于干燥的50mL蒸餾燒瓶中，然后取11mL 4mol/L NaOH于其中，用玻璃導(dǎo)管將產(chǎn)生的氨氣導(dǎo)入盛有10mL 3mol/L HCl的250mL錐形瓶中，用酒精燈加熱蒸餾燒瓶底部，直至無氣泡產(chǎn)生為止.終止反應(yīng)后，以酚酞為指示劑，用4.0000mol/L NaOH滴點(diǎn)多余的酸.

4.3.4 SO42-含量的測定

準(zhǔn)確稱取產(chǎn)物0.5000g于150mL燒杯中，用5mL蒸餾水充分將其溶解，向其中加入5mL 0.6 mol/L的BaCl2，使其充分沉淀后，再向其中加入過量鹽酸，至無氣泡為止，以除去多余的碳酸鋇沉淀.將沉淀過濾，用蒸餾水洗滌沉淀.最后，烘干，稱量.

改用鐵粉為原料，重復(fù)4.1，4.2，4.3.2（3），4.3.3，4.3.4的操作.鐵粉不用洗滌.

為了避免偶然性，我們每個實(shí)驗(yàn)都做了重復(fù).成分的檢測，以分析純做了對照.

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

5.1 硫酸亞鐵銨產(chǎn)率

以鐵粉做原料的，反應(yīng)到45分鐘，幾乎沒有氣泡.以鐵屑作原料的，反應(yīng)到60分鐘幾乎沒有氣泡.從表2看出，鐵粉和鐵屑做原料的最高產(chǎn)率分別為92.76%和88.58%.

5.2 （NH4）2Fe（SO4）2·6H2O含量的測定

通過表3數(shù)據(jù)可看出，鐵屑做原料所得產(chǎn)品純度都比較高.反應(yīng)50min時純度最高，達(dá)到98.08%.

5.3 Fe3+的含量分析及產(chǎn)品等級

通過測定Fe3+的含量，又經(jīng)過換算對比得到產(chǎn)品等級.所制得的產(chǎn)品中多為二級產(chǎn)品.只有一組鐵屑反應(yīng)50min制得的產(chǎn)品三價鐵含量最低，為一級產(chǎn)品.

5.4 NH4+含量的分析

從表4數(shù)據(jù)看出，所得產(chǎn)物中的NH4+含量都高于分析純試劑中的.但用鐵屑做原料，相對來說，更接近分析純試劑中的NH4+含量.各個時間段的NH4+含量相差不大，以50min中所得產(chǎn)物中的NH4+含量最接近分析純試劑中的NH4+含量.這是因?yàn)閷Ψ磻?yīng)剩余物質(zhì)稱量有誤差，導(dǎo)致加入過多（NH4）2Fe（SO4）2的緣故.鐵粉粒徑很小，易于在濾紙上沾附，容易出現(xiàn)稱量偏差.

5.5 SO42-含量的分析

根據(jù)表5分析，鐵屑作原料，反應(yīng)20min、30min、40min的產(chǎn)物中，SO42-含量都接近分析純試劑中的SO42-含量，50min的最接近分析純的SO42-含量.但反應(yīng)60min的產(chǎn)物中，SO42-高于分析純試劑中的SO42-含量.用鐵粉做原料的，SO42-均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于分析純試劑中的SO42-含量，和NH4+分析的結(jié)果一致.

在以鐵屑制備硫酸亞鐵銨的實(shí)驗(yàn)中，將鐵屑反應(yīng)時間控制在50min時反應(yīng)已無大量氣泡，產(chǎn)品為淺綠色晶體.若反應(yīng)時間超過50min，繼續(xù)加長反應(yīng)時間直至無氣泡，雖然可以提高產(chǎn)量，但會導(dǎo)致加入過量的硫酸銨，使產(chǎn)品純度降低.

以鐵粉做原料的實(shí)驗(yàn)中，將鐵粉反應(yīng)時間控制為40min時，反應(yīng)已無大量氣泡.且硫酸亞鐵銨產(chǎn)量僅次于反應(yīng)時間為45min時的產(chǎn)量.通過NH4+含量的分析和SO42-含量的分析發(fā)現(xiàn)，以鐵粉制備硫酸亞鐵銨，無論制備硫酸亞鐵反應(yīng)時間控制在多少，都存在加入過量硫酸銨的問題.最終使硫酸亞鐵銨純度下降.

6 總結(jié)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明，分別以鐵屑和鐵粉制備硫酸亞鐵銨的實(shí)驗(yàn)中，在制備硫酸亞鐵時，鐵屑的最佳反應(yīng)時間為50min，在此反應(yīng)時間下制備的產(chǎn)物顏色為淺綠色、最高產(chǎn)率為87.52%、最優(yōu)等級為1級、最高純度為98.08%.產(chǎn)物中所含雜質(zhì)硫酸銨較少.而鐵粉的最佳反應(yīng)時間為40min，在此反應(yīng)時間下制備的產(chǎn)物顏色為淺綠色（略帶點(diǎn)白色）、最高產(chǎn)率為91.85%、最優(yōu)等級為2級、最高純度為90.65%.但產(chǎn)物中所含的硫酸銨較多.綜合二者比較，鐵粉雖反應(yīng)要快一些，產(chǎn)率要高一些.但伴隨著的是純度下降，等級降低，硫酸銨加入過量，產(chǎn)品色澤差.所以，綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)的最佳條件為以鐵屑制備硫酸亞鐵銨，鐵屑最佳反應(yīng)時間為50min.

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