张晔 曾云斌 李可新

摘要：硫酸亚铁铵的制备和质量检验，是大学实验中一个重要的无机综合实验.其中，制备硫酸亚铁这一步极为重要，对所得产品的产量和纯度有着直接的影响.因此，本文分别用铁屑和铁粉做原料，在反应时间不同的情况下，分析了产物的产量和质量.探索结果表明：铁屑是制备硫酸亚铁铵的最佳材料，最佳反应时间为50min.在此反应时间下制备的产物颜色为浅绿色，产率为87.52%，纯度为98.08%.

关键词：铁屑;铁粉;时间;硫酸亚铁;硫酸亚铁铵;纯度

中图分类号：O6-3  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2020）02-0048-03

1 前言

硫酸亚铁铵（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O，在空气中比一般亚铁盐稳定，不容易被氧化，常用于定量化学分析[1]和废水处理的混凝剂，染料的媒染剂，农业杀虫剂等.

在硫酸亚铁铵的制备实验中涉及很多化学实验基本操作.在本科化学实验中是一个必不可少的无机综合实验.通常根据观察气泡来判断铁与酸反应进行的程度，依据产品的产率和纯度来判断制备是否成功.而制备中的准确称量，直接影响硫酸铵的加入量，进一步影响产品的纯度.为此本文分别选取了铁屑和铁粉作为制备硫酸亚铁铵的原材料，控制铁与硫酸反应的时间.最后利用蒸馏后滴定法和沉淀重量法测定产品中NH4+和SO42-的含量.通过对制备产物的产率、纯度、含量测定等，综合比较分析找出了反应的最佳时间和原材料.

加入过量BaCl2使样品中SO42-沉淀完全，加入适量盐酸以除去多余的碳酸钡沉淀，避免对实验产生干扰，至无气泡为止.将沉淀过滤，洗涤，烘干，称量.测定样品中SO42-含量.

3 实验药品及仪器

实验用到的试剂均为分析纯.除了一些简单常用的仪器外，还有北京普析通用仪器有限责任公司制造的722N可见分光光度计和TU-1810型紫外-可见分光光度计.

4 实验内容

4.1 硫酸亚铁的制备

向六个盛有洗净铁屑的烧杯中加入15mL3 mol/L硫酸溶液，盖上表面皿，放在恒温水浴锅上加热，温度控制在70-80℃[5].反应时间分别控制在20min、30min、40min、50min、60min和至无气泡为止.同样方法，做铁粉与硫酸的反应.反应过程中适当添加蒸馏水，以补充蒸发掉的水分，始终保持15mL溶液.趁热用短颈漏斗过滤[6].滤液滤入50mL蒸发皿中.

残渣用蒸馏水洗涤，用滤纸吸干后称量，计算溶液中FeSO4的物质的量.

4.2 （NH4）2Fe（SO4）2·6H2O的制备

根据FeSO4的量，按照反应方程式原理，准确计算所需固体（NH4）2SO4的量.

按计算值准确称取（NH4）SO4的固体，加入上述所制得的FeSO4溶液中，加热使硫酸铵全部溶解，并用3mol/L H2SO4溶液调节pH为1-2，继续蒸发浓缩至液面出现一层晶膜为止.静置，使之缓慢冷却，结晶.将布氏漏斗放在60 -70℃的烘箱中烘10-20min再减压抽滤.用少量无水乙醇洗去晶体表面所附着的水分，转移至表面皿上，晾干后称量.[7-9]

4.3 产品检验

4.3.1 （NH4）2Fe（SO4）2·6H2O含量的测定

准确称取1.0000g产品于250mL锥形瓶中，加50mL除氧的蒸馏水、15mL 3 mol/L H2SO4、2mL浓H3PO4，使试样溶解.加热至70-80℃，用KMnO4标准溶液滴定至终点.

根据KMnO4标准溶液的用量，按照反应方程式计算产品中（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O的质量分数.

4.3.2 Fe3+的含量分析

（1）[Fe（SCN）6]3-最大吸收峰的確定

准确移取1.0000mL 0.01 mol/L Fe3+标准溶液于50mL容量瓶中，加4滴2mol/L HCl和2mL1mol/L KSCN溶液加水至50mL刻度，混匀，以空白液为参比液，在可见光区内（400-600nm），用TU-1810型紫外-可见分光光度计测其吸光度.

如图1所示，[Fe（SCN）6]3标准溶液最大吸收峰波长为480nm.

（2）Fe3+标准曲线的绘制[10]

准确移取一定体积的0.01mol/L Fe3+标准溶液，分别加入50mL容量瓶中，各加4滴2mol/LHCl和2mL1mol/L KSCN溶液，加水至刻度混匀.配制成一系列Fe3+标准溶液，以空白液为参比液，测其在最大吸收峰的吸光度.绘制标准曲线如图2.

曲线线性回归方程为：y=1.002x+0.0016.R2=0.9976，线性关系良好.

（3）准确称取2.0000g产品，置于小烧杯中，加少量除氧的蒸馏水使之溶解，再加入3mL 2 mol/L HCl溶液和1mL mol/L KSCN溶液，转移至50mL容量瓶中，最后用除氧的蒸馏水稀释到50.0mL，摇匀.用722N型分光光度计，在最大吸收峰波长480nm下测其吸光度，根据标准工作曲线公式计算Fe3+的体积，进而算出Fe3+质量分数W%，再用质量分数W%×100后与表对照以确定产品等级.

4.3.3 NH4+含量的分析

称取产物1.0000g于干燥的50mL蒸馏烧瓶中，然后取11mL 4mol/L NaOH于其中，用玻璃导管将产生的氨气导入盛有10mL 3mol/L HCl的250mL锥形瓶中，用酒精灯加热蒸馏烧瓶底部，直至无气泡产生为止.终止反应后，以酚酞为指示剂，用4.0000mol/L NaOH滴点多余的酸.

4.3.4 SO42-含量的测定

准确称取产物0.5000g于150mL燒杯中，用5mL蒸馏水充分将其溶解，向其中加入5mL 0.6 mol/L的BaCl2，使其充分沉淀后，再向其中加入过量盐酸，至无气泡为止，以除去多余的碳酸钡沉淀.将沉淀过滤，用蒸馏水洗涤沉淀.最后，烘干，称量.

改用铁粉为原料，重复4.1，4.2，4.3.2（3），4.3.3，4.3.4的操作.铁粉不用洗涤.

为了避免偶然性，我们每个实验都做了重复.成分的检测，以分析纯做了对照.

5 实验结果分析

5.1 硫酸亚铁铵产率

以铁粉做原料的，反应到45分钟，几乎没有气泡.以铁屑作原料的，反应到60分钟几乎没有气泡.从表2看出，铁粉和铁屑做原料的最高产率分别为92.76%和88.58%.

5.2 （NH4）2Fe（SO4）2·6H2O含量的测定

通过表3数据可看出，铁屑做原料所得产品纯度都比较高.反应50min时纯度最高，达到98.08%.

5.3 Fe3+的含量分析及产品等级

通过测定Fe3+的含量，又经过换算对比得到产品等级.所制得的产品中多为二级产品.只有一组铁屑反应50min制得的产品三价铁含量最低，为一级产品.

5.4 NH4+含量的分析

从表4数据看出，所得产物中的NH4+含量都高于分析纯试剂中的.但用铁屑做原料，相对来说，更接近分析纯试剂中的NH4+含量.各个时间段的NH4+含量相差不大，以50min中所得产物中的NH4+含量最接近分析纯试剂中的NH4+含量.这是因为对反应剩余物质称量有误差，导致加入过多（NH4）2Fe（SO4）2的缘故.铁粉粒径很小，易于在滤纸上沾附，容易出现称量偏差.

5.5 SO42-含量的分析

根据表5分析，铁屑作原料，反应20min、30min、40min的产物中，SO42-含量都接近分析纯试剂中的SO42-含量，50min的最接近分析纯的SO42-含量.但反应60min的产物中，SO42-高于分析纯试剂中的SO42-含量.用铁粉做原料的，SO42-均远远高于分析纯试剂中的SO42-含量，和NH4+分析的结果一致.

在以铁屑制备硫酸亚铁铵的实验中，将铁屑反应时间控制在50min时反应已无大量气泡，产品为浅绿色晶体.若反应时间超过50min，继续加长反应时间直至无气泡，虽然可以提高产量，但会导致加入过量的硫酸铵，使产品纯度降低.

以铁粉做原料的实验中，将铁粉反应时间控制为40min时，反应已无大量气泡.且硫酸亚铁铵产量仅次于反应时间为45min时的产量.通过NH4+含量的分析和SO42-含量的分析发现，以铁粉制备硫酸亚铁铵，无论制备硫酸亚铁反应时间控制在多少，都存在加入过量硫酸铵的问题.最终使硫酸亚铁铵纯度下降.

6 总结

实验结果分析表明，分别以铁屑和铁粉制备硫酸亚铁铵的实验中，在制备硫酸亚铁时，铁屑的最佳反应时间为50min，在此反应时间下制备的产物颜色为浅绿色、最高产率为87.52%、最优等级为1级、最高纯度为98.08%.产物中所含杂质硫酸铵较少.而铁粉的最佳反应时间为40min，在此反应时间下制备的产物颜色为浅绿色（略带点白色）、最高产率为91.85%、最优等级为2级、最高纯度为90.65%.但产物中所含的硫酸铵较多.综合二者比较，铁粉虽反应要快一些，产率要高一些.但伴随着的是纯度下降，等级降低，硫酸铵加入过量，产品色泽差.所以，综合考虑，本实验的最佳条件为以铁屑制备硫酸亚铁铵，铁屑最佳反应时间为50min.

参考文献：

〔1〕Pathak A， Dastidar M G， Sreekrishnan T R. Bioleaching of heavy metals from sewage sludge by indigenous iron-oxidizing microorganismsusing ammonium ferrous sulfate and ferrous sulfate as energy sources： acomparative study[J]. Journal of Hazardous Materials，2009，171（1）：273-278.

〔2〕赵新华.无机化学实验[M].4版.北京：高等教育出版社，2014.

〔3〕北京大学化学系分析化学教学组.基础分析化学实验[M].2版.北京：北京大学出版社，1998.

〔4〕耿金灵.硫酸亚铁铵的纯度和组成的测定[J].实验技术与管理，2009，26（5）：33-36.

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〔6〕姜述芹.硫酸亚铁铵制备实验的改进探索[J].实验室研究与探索，2005，24（7）：19-20.

〔7〕翟丽萍.硫酸亚铁铵制备工业的研究[J].精细与专用化学品，2011，19（3）：16-19.

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〔10〕燕翔.制备硫酸亚铁铵单晶的实验研究[J].首都师范大学学报，2015，36（4）：49-51.