实验5
硫酸亚铁铵的制备与分析

一、实验目的

（1）了解制备硫酸亚铁铵的原理和方法；

（2）学习水浴加热、减压过滤、蒸发浓缩等实验操作；

（3）用目视比色法检验产品中的杂质Fe ³⁺ 。

二、实验原理

复盐是指由两种或两种以上的简单盐组成的同晶型化合物。复盐在水中的溶解度比其组成的每一种简单盐的溶解度都小。硫酸亚铁铵[(NH ₄ ） ₂ SO ₄ ·FeSO ₄ ·6H ₂ O]为浅绿色单斜晶体，是一种复盐，又称为莫尔盐。和一般的铁盐相比，其性质稳定，不容易被氧化，常用作废水处理的混凝剂、农药及肥料等。另外，在定量分析方面，它还可以作为氧化还原滴定的基准物质。

硫酸亚铁铵在水溶液中的溶解度比（NH ₄ ） ₂ SO ₄ 和FeSO ₄ 的小，如表3-4所示。实验时，铁屑与稀硫酸发生反应，生成FeSO ₄ 。当制得的FeSO ₄ 溶液与等物质的量的（NH ₄ ） ₂ SO ₄ 混合后，经加热浓缩、冷却，得到浅蓝色硫酸亚铁铵晶体。反应方程式如下：

在空气中，亚铁盐都易被氧化，而形成性质稳定的复盐后则不易被氧化。

产品中所含杂质主要是Fe ³⁺ ，杂质含量可以评定产品质量的等级。本实验采用目视比色法比较溶液颜色的深浅，从而确定杂质含量。在比色时，若待测试液与标准溶液中某一浓度的颜色相同，可以判断两支比色管中的溶液浓度相同。若待测试液的颜色在某两个标准溶液颜色之间，可以得出待测试液的浓度处于两个标准溶液的浓度之间。另外，Fe ³⁺ 与SCN-可以发生反应生成[Fe(SCN）] ²⁺ ，该物质呈红色，当红色较深时，表明产品中含Fe ³⁺ 较多；当红色较浅时，表明产品中含Fe ³⁺ 较少，化学反应式如下：

三、主要仪器与试剂

仪器：锥形瓶，蒸发皿，玻璃棒，抽滤瓶，布氏漏斗，循环水真空泵，移液管（1 mL），移液管（2 mL），比色管，烧杯，量筒。

试剂：铁屑，硫酸铵，H ₂ SO ₄ (3 mol/L），HCl(3 mol/L),KSCN(250 g/L）。

四、实验步骤

1.铁屑的预处理

首先将铁屑表面的油污去除（若不除油污，将影响铁屑与硫酸的反应）。称取2 g铁屑置于洁净的锥形瓶中，然后移取15 mL 10%的Na ₂ CO ₃ 溶液，经小火加热煮沸约10 min，直至铁屑表面的油污去除干净。倒出碱液，用蒸馏水将铁屑表面反复冲洗干净，备用。

2.制备硫酸亚铁

将10 mL 3 mol/L H ₂ SO ₄ 溶液加入至盛有洗净铁屑的锥形瓶中，保证所有铁屑浸没在溶液中，然后水浴加热（此操作在通风橱中进行），水浴温度控制在70~80℃，稍微摇动锥形瓶。为使铁屑与硫酸完全反应，应不时地往锥形瓶中加水（不能加水过多）及少量H ₂ SO ₄ 溶液，以补充被蒸发掉的水分、保持溶液的酸碱度（始终保持反应溶液的pH值在2以下，如pH值太高，Fe ²⁺ 易水解，且易氧化成Fe ³⁺ ）。待无气泡产生时，反应基本完成（注意观察瓶中液体体积，补充水至原体积）。趁热减压过滤，抽干，保留滤液。

将滤液倒入蒸发皿中待用。收集滤纸上的残渣，用滤纸吸干后进行称量，并记录其质量。由反应的铁屑的质量，算出生成的FeSO ₄ 的质量。

3.制备硫酸亚铁铵

根据2中计算得到的FeSO ₄ 的理论产量，按照反应方程式计算所需（NH ₄ ） ₂ SO ₄ 固体的质量。为保证硫酸亚铁铵的纯度（FeSO ₄ 的产量要比理论上的少），建议FeSO ₄ 与（NH ₄ ） ₂ SO ₄ 按质量比1∶0.9对应。将对应的适量（NH ₄ ） ₂ SO ₄ 配成饱和溶液加入2中所制得的FeSO ₄ 溶液中，水浴加热并搅拌至混合均匀，用3 mol/L H ₂ SO ₄ 调节酸碱度，使pH值为1~2，蒸发浓缩至晶膜出现。然后放置冷却至室温，（NH ₄ ） ₂ SO ₄ ·FeSO ₄ ·6H ₂ O晶体析出。采用布氏漏斗进行减压过滤，除去母液。用少量无水乙醇除去晶体表面附着的水分，然后抽干。取出晶体，用滤纸将水分充分吸干。观察晶体颜色和形状。

4.计算产率

（1）理论产量：_________g

5.产品检验

（1）不含氧的去离子水的准备

每人准备100 mL无氧水。加热去离子水至煮沸，保持10~20 min，冷却待用。煮沸和冷却时都不要塞瓶塞，冷却时，可在瓶口套一只小烧杯。

（2）Fe ³⁺ 标准溶液的配制

称取0.863 4 g(NH ₄ ）Fe(SO ₄ )2·12H ₂ O溶于少量水中，加2.5 mL浓硫酸，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度线。此溶液的Fe ³⁺ 浓度为0.100 0 g/L。

（3）标准色阶的配制

取0.50 mL Fe ³⁺ 标准溶液于25 mL比色管中，加1 mL 6 mol/L HCl和1 mL 25%KSCN溶液，用不含氧的去离子水稀释至刻度线，摇匀，配制成Fe ³⁺ 浓度为0.05 g/L的标准溶液。

同样，取1.00 mL和2.00 mL Fe ³⁺ 标准溶液，配制成Fe ³⁺ 浓度为0.10 g/L、0.20 g/L的标准溶液。

产品级别划分：Ⅰ级———0.05 mg;Ⅱ级———0.10 mg;Ⅲ级———0.20 mg。

（4）限量分析

称取1.0 g样品于25 mL比色管中，用15 mL不含氧的水溶解，再加1 mL 6 mol/L HCl和1 mL 25%KSCN，然后用不含氧的去离子水将溶液稀释至刻度线。最后将待测液与标准溶液的颜色进行比较，观察待测液的颜色与哪种浓度的标准溶液颜色相近，从而确定产品级别。

五、注意事项

（1）用Na ₂ CO ₃ 溶液清洗铁屑油污的过程中，一定要不断地搅拌以免暴沸烫伤，并及时补充适量水。

（2）Fe2SO ₄ 溶液要趁热过滤，以免出现晶体。

（3）由于铁屑中可能含有As、P、S等杂质，以至于可能有剧毒气体AsH ₃ 、PH ₃ 、H ₂ S放出，它们能刺激和麻痹神经系统，所以本实验要在通风条件下进行。

（4）浓缩蒸发时不要搅拌，以免加速氧化。

（5）加热浓缩的时间不宜过长，浓缩到一定体积后，需在室温下放置一段时间，以待晶体析出。

（6）趁热减压过滤时，为防止透滤可同时用两层滤纸，并将滤液迅速转移至事先溶解好的（NH ₄ ） ₂ SO ₄ 溶液中，以防FeSO ₄ 被氧化。

六、思考题

（1）加入硫酸铵后，为什么要保持溶液呈强酸性？

（2）如何判断反应已完成？

（3）在反应过程中为什么要补加水？

（4）如何减少杂质Fe ³⁺ 的含量？检验产品中Fe ³⁺ 的含量时，为什么要用不含氧的去离子水？

（5）用无水乙醇洗涤硫酸亚铁铵晶体后，发现滤液中有少量晶体析出，为什么？

（6）计算硫酸亚铁铵的产量时，应该以铁屑的用量为准，还是以（NH ₄ ） ₂ SO ₄ 的用量为准？为什么？

（7）如何控制反应温度？反应过程中若不补充水会有何影响？

（8）在水浴加热蒸发的过程中溶液发黄了，为什么？如何处理？ 8T5Z2b9h1H0giD7Q8YCl+aKCsxZSk5bnTZ4/z1wiQVuGvrAQgQb4YyNSKe8kZDFA