硫酸亚铁铵的制备及组成测定.docx
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硫酸亚铁铵的制备及组成测定
硫酸亚铁铵的制备及组成测定
硫酸亚铁铵的制备及组成测定
一、实验目的
1．学习制备复盐（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O的制备方法和实验条件。
2．熟练掌握水浴加热、过滤、蒸发、结晶等基本无机制备操作。
3．学习制备无机化合物有关投料、产率、产品限量分析等的计算方法。
4．掌握测定硫酸亚铁铵中各组分的的原理与方法。
二、实验原理
1．硫酸亚铁铵的制备
硫酸亚铁铵（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O）商品名为莫尔盐，为浅蓝绿色单斜晶体。
一般亚铁盐在空气中易被氧化，而硫酸亚铁铵在空气中比一般亚铁盐要稳定，不易被氧化，并且价格低，制造工艺简单，容易得到较纯净的晶体，因此应用广泛。
在定量分析中常用来配制亚铁离子的标准溶液。
和其他复盐一样，（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O在水中的溶解度比组成它的每一组分FeSO4或（NH4）2SO4的溶解度都要小。
利用这一特点，可通过蒸发浓缩FeSO4与（NH4）2SO4溶于水所制得的浓混合溶液制取硫酸亚铁铵晶体。
三种盐的溶解度数据列于表1。
表1三种盐的溶解度（单位为g／100gH2O）
温度／℃
FeSO4
（NH4）2SO4
（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O
10
20.0
73
17.2
20
26.5
75.4
21.6
30
32.9
78
28.1
本实验先将铁屑溶于稀硫酸生成硫酸亚铁溶液：
Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
将溶液浓缩后冷却至室温，可得晶体FeSO4·7H2O（俗称绿矾）。
再将等摩尔的硫酸亚铁和硫酸铵溶液混合，并使其全部溶解，加热浓缩制得的混合溶液，再冷却即可得到溶解度较小的硫酸亚铁铵晶体，它的氧化还原稳定性比一般的亚铁盐高，常作为亚铁试剂使用。
FeSO4+（NH4）2SO4+6H2O（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O
用目视比色法可估计产品中所含杂质Fe3+的量。
Fe3+与SCN－能生成红色物质[Fe（SCN）]2+，红色深浅与Fe3+相关。
将所制备的硫酸亚铁铵晶体与KSCN溶液在比色管中配制成待测溶液，将它所呈现的红色与含一定Fe3+量所配制成的标准[Fe（SCN）]2+溶液的红色进行比较，确定待测溶液中杂质Fe3+的含量范围，确定产品等级。
2．Fe2+含量测定
（1）重铬酸钾法测铁，是铁矿中全铁量测定的标准方法。
在酸性溶液中，Fe2＋可以定量地被K2Cr2O7氧化成Fe3＋，反应为：
6Fe2＋＋Cr2O72－＋14H＋＝6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O
滴定指示剂为二苯胺磺酸钠，其还原态为无色，氧化态为紫红色。
必须加入磷酸或氟化钠等，目的有两个：
一是与生成地Fe3＋形成配离子
[Fe（HPO4）]+，降低Fe3＋/Fe2＋电对的电极电势，扩大滴定突跃范围，使指示剂的变色范围在滴定的突跃范围之内；二是生成的配离子为无色，消除了溶液中Fe3＋黄色干扰，利于终点观察。
（2）采用邻菲啰啉比色法测定亚铁含量
在一定酸度条件下，试液中亚铁离子（Fe2+）与1,10-邻菲啰啉生成红色配合物，于波长为506nm处，测定其吸光度，即可计算出铁含量。
3．NH4＋的测定
（1）甲醛法
由于铵盐中NH4+的酸性太弱，Ka=5.6×10-7（pH=6.3）。
故无法用NaOH标准溶液直接滴定。
因此，工业生产中普遍采用甲醛法测定铵盐中的含氮量。
将铵盐与甲醛作用，定量生成六亚甲基四铵盐和H+，其具体反应如下所示：
4NH4++6HCHO=（CH2）6N4H++3H++6H2O
生成的H+和（CH2）6NH4+：
Ka7.1×10-6（pH=5.6），可用NaOH标准溶液滴定。
（CH2）6NH4++OH-=（CH2）6N4+＋H2O
计量点时产物为六亚甲基四胺（CH2）6N4＋，其水溶液显微碱性。
因此，在滴定终点时可采用酚酞作为指示剂，达到终点时试液由无色变为微红色。
（2）
4．SO42-含量的测定
（1）重量法
将样品溶解于水后，用稀盐酸酸化后加热至沸，在不断搅拌下慢慢的加入氯化钡溶液，所得沉淀经过过滤、洗涤、烘干、灼烧后，以硫酸钡形式称量，即可求得样品中硫酸根的含量。
Ba2++SO42-==BaSO4（白色）
（2）EDTA络合滴定
在酸性条件下,先用过量的氯化钡将溶液中SO42-的完全沉淀,溶液经过滤,沉淀硫酸钡经洗涤后,将其溶解于加入定量氨水的EDTA溶液中,过量的EDTA以锌标准溶液回滴,以铬黑T为指示剂,可测定溶液中硫酸盐的浓度。
硫酸盐质量浓度（mg/L）=（V0-V1）×C×96.06×1000/V
式中:
V———水样的体积,mL;V0———滴定空白溶液所消耗锌标准溶液的体积,mL;
V1———滴定样品所消耗锌标准溶液的体积,mL;C———锌标准溶液的浓度,mol/L
三、实验仪器和药品
（1）硫酸亚铁铵制备实验：
电子天平，量筒（10mL,50mL），烧杯（50mL），锥形瓶（250mL），蒸发皿（60mL），玻璃棒，铁架台，酒精灯，大烧杯（可用水浴锅代替）、三脚架，石棉网，胶头滴管，药匙，吸滤瓶，比色管（25ml），吸量管，布氏漏斗，真空泵，温度计。
盐酸（2mol/L），硫酸（3mol/L），标准Fe3+溶液（0.0100mg/mL），硫氰酸钾（KSCN,1mol/L），硫酸铵（s），碳酸钠（10%），铁屑，乙醇（95%），pH试纸、滤纸。
（2）铵根离子含量测定：
25mL碱式滴定管；250mL容量瓶；25mL移液管；1000mL试剂瓶；250mL锥性瓶、烧杯；10、100mL量筒；洗瓶；玻璃棒；滴管；表面皿；吸耳球；托盘天平；电子分析天平。
氢氧化钠（AR）；邻苯二甲酸氢钾；0.2%乙醇酚酞溶液；40%甲醛；硫酸铵、氯化铵试样，酚酞指示剂。
（3）SO42-离子含量的测定（重量法）
电子天平、烧杯、吸量管、表面皿、玻璃棒、胶头滴管、中（慢）速定量滤纸、玻璃漏斗、瓷坩锅、干燥器、试管。
2mol/LHCl溶液、BaCl2•H2O122g/L、0.1mol/L硝酸银、0.025mol/LEDTA、甲基红指示剂（2g/L）,乙醇。
（4）亚铁离子含量的测定
仪器：
分光光度计；1cm比色皿
柠檬酸三钠水溶液，150g/L；盐酸羟胺溶液，50g/L；盐酸溶液，3mol/L；氨水溶液，2.5%；
1,10-邻菲啰啉溶液，2.5g/L：
称量2.5g1,10-邻菲啰啉溶于80℃的约l00ml水中，加lml浓盐酸，冷却后加水稀释至1000ml，储于阴凉处备用；
醋酸-醋酸钠缓冲溶液：
称量272g醋酸钠（NaCH3·CO2·3H2O）于约500m1水中，加入冰醋酸240ml，加水稀释至1000ml；
Fe2+标准溶液，lmg/ml：
称量7.024g硫酸亚铁铵于约500ml水中，加入浓盐酸10ml，移入l000ml容量瓶中，稀释至刻度；
Fe2+标准溶液，20ųg/ml：
吸取lmg/ml的亚铁标准溶液20ml于1000ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，临用前配制。
四、实验步骤
1.Fe屑的净化用台式天平称取2.0gFe屑，放入锥形瓶中，加入15mLl0％Na2CO3溶液，小火加热煮沸约10min以除去Fe屑上的油污，倾去Na2CO3碱液，用自来水冲洗后，再用去离子水把Fe屑冲洗干净。
2.FeSO4的制备往盛有Fe屑的锥形瓶中加入15mL3mol·L-1H2SO4，水浴加热至不再有气泡放出，趁热减压过滤（思考题4），用少量热水洗涤锥形瓶及漏斗上的残渣，抽干。
将滤液转移至洁净的蒸发皿中，将留在锥形瓶内和滤纸上的残渣收集在一起用滤纸片吸干后称重，由已作用的Fe屑质量算出溶液中生成的FeSO4的量。
3.（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O的制备根据溶液中FeSO4的量，按反应方程式计算并称取所需（NH4）2SO4固体的质量，加入上述制得的FeSO4溶液中。
水浴加热，搅拌使（NH4）2SO4全部溶解，并用3mol·L-1H2SO4溶液调节至pH为1～2（思考题5），继续在水浴上蒸发、浓缩至表面出现结晶薄膜为止（蒸发过程不宜搅动溶液）。
静置，使之缓慢冷却（思考题6），（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O晶体析出，减压过滤除去母液，并用少量95%乙醇洗涤晶体（思考题7），抽干。
将晶体取出，摊在两张吸水纸之间，轻压吸干。
观察晶体的颜色和形状。
称重，计算产率。
4.产品检验［Fe（Ⅲ）的限量分析］
（1）Fe（Ⅲ）标准溶液的配制。
称取0.8634gNH4Fe（SO4）2·12H2O，溶于少量水中，加2.5mL浓H2SO4，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度。
此溶液为0.1000g·L-1Fe3+。
（2）标准色阶的配制。
取0.50mLFe（Ⅲ）标准溶液于25mL比色管中，加2mL3mol·LHCl和lmL25％的KSCN溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，配制成Fe标准液（含Fe3+为0.05mg·g-1）。
同样，分别取0.05mLFe（Ⅲ）和2.00mLFe（Ⅲ）标准溶液，配制成Fe标准液（含Fe3+，分别为0.10mg·g-l、0.20mg·g-1）。
（3）产品级别的确定。
称取1.0g产品于25mL比色管中，用15mL去离子水溶解，再加入2mL3mol·LHCl和lmL25％KSCN溶液，加水稀释至25mL，摇匀。
与标准色阶进行目视比色，确定产品级别。
此产品分析方法是将成品配制成溶液与各标准溶液进行比色，以确定杂质含量范围。
如果成品溶液的颜色不深于标准溶液，则认为杂质含量低于某一规定限度，所以这种分析方法称为限量分析。
5.（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O含量的测定
（1）（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O的干燥。
将步骤3中所制得的晶体在100℃左右干燥2～3h，脱去结晶水。
冷却至室温后，将晶体装在干燥的称量瓶中。
（2）K2Cr2O7标准溶液的配制。
在分析天平上用差减法准确称取约1.2g（准确至0.1mg）K2Cr2O7，放入100mL烧杯中，加少量蒸馏水溶解，定量转移至250mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，计算K2Cr2O7的准确浓度。
＝294.18g∙mol-1
（3）测定含量用差减法准确称取0.6～0.8g（准确至0.1mg）所制得的（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O两份，分别放入250mL锥形瓶中，各加100mLH2O及20mL3mol·LH2SO4，加5mL85％H3PO4，滴加6～8滴二苯胺磺酸钠指示剂，用K2Cr2O7标准溶液滴定至溶液由深绿色变为紫色或蓝紫色即为终点。
6．铵根离子含量测定
（1）试剂的配制
酚酞指示剂：
称取0.58酚酞溶于50mL95％乙醇和50mL的水溶液中。
0.1mol/LNaOH溶液：
在台称上取NaOH固体2g于小烧杯中，加入50mL蒸馏水使其溶解，稍冷后转入500mL试剂瓶中，加水450mL，用橡皮塞塞好瓶口，摇匀。
NaOH溶液的标定：
准确称取0.4~0.5g邻苯二甲酸氢钾三份（分析天平；差量法；有效数字，小数点后四位），分别置于250mL锥形瓶中，加水40~50mL溶解后，滴加酚酞指示剂1~2d，用NaOH溶液滴定至溶液呈微红色，30秒内不褪色，即为终点。
平行测定三份。
NH4Cl和（NH4）2SO4混合试样：
用电子天平准确地称量0.15-0.20gNH4Cl和0.85-0.90g（NH4）2SO4固体于小烧杯中。
用大约30ml蒸馏水将固体溶解定容于250.00ml容量瓶中。
（2）实验步骤
用移液管移取25.00mL溶液于250mL锥形瓶中，加入5ml中性甲醛溶液，1～2滴酚酞，摇匀，静置1min后，用0.10mol/LNaOH标准溶液滴定至溶液呈淡红色且半分钟不褪色为终点。
平行测定三份，计算试样中的含氮量及相对平均偏差。
（3）数据处理
（1）NaOH的标定
序号
数据
项目
1
2
3
mKHP/g
0.3198
0.4492
0.4444
VNaOH/ml
16.65
23.28
23.15
CNaOH/mol/L
0.09415
0.09458
0.09410
CNaOH/mol/L
0.09427
di
0．00012
0.00031
0.00017
相对平均偏差/%
0．21
（2）NH4+离子含量的测定
序号
数据
项目
1
2
3
V（试样）/ml
25．00
25．00
25．00
V（NaOH）/ml
12．88
12．84
12．92
C（NH4+）
0．06476
0．06456
0．06496
C（NH4+）/mol/L
0．06476
di
0．00000
0．00020
0．00020
相对平均偏差/%
0．21
7.SO42-离子含量的测定
7.1试剂的配制
硝酸银溶液C（AgNO3）＝0.1mol／L：
称取1.7160g硝酸银，溶于蒸馏水中，在容量瓶中稀释至100mL，贮于棕色瓶中。
甲基红指示剂（2g/L）：
0.2g指示剂溶于100ml60%乙醇中。
0.025mol/LEDTA：
称取4.0g乙二胺四乙酸二钠于500ml烧杯中，加200ml水，温热使其溶解完全，转移到500ml容量瓶中用蒸馏水定容。
7.2实验步骤
（1）空瓷坩锅的恒重：
洗净两个瓷坩锅，晾干，编号，然后在800～850℃马沸炉中灼烧。
第一次灼烧时间30～45min，取出放冷后，转入干燥器中冷却至室温后称重，然后再放入同样温度的马沸炉中，进行第二次灼烧时间15～20min，取出放冷后，转入干燥器中冷却至室温后再称重。
如此操作直到相邻两次称量结果相差不超过0.3mg，即为恒重。
（2）沉淀的制备：
称取50g氯化钡样品，精确0.1g，置于400ml烧杯中，加200ml水溶解，加2滴甲基红指示剂，滴加盐酸溶液至刚变红，再过量2ml，在石棉网上加热近沸，勿使溶液沸腾，以防溅失，冷却，用中速滤纸过滤，用水洗涤5次，每次约10ml，将滤液和洗液收集到500ml烧杯中，加热至近沸，在不断搅拌下，先加入6mlEDTA溶液，再慢慢加入25ml试样，继续沸腾15min，冷却，盖上表面皿，将玻璃棒靠在烧杯嘴边，沸水浴上保温2h（要经常不断搅拌）。
（3）溶液自然冷却后，室温下用慢速定量滤纸过滤，先将上层清液倾注在滤纸上，再用温水洗涤3~4次，每次用水约5~10ml，洗涤时均用倾泻法过滤。
然后将沉淀小心转移至滤纸上，并用一小片滤纸擦净烧杯壁（该滤纸是折叠滤纸时撕下的小片）。
将此滤纸片放入漏斗内的沉淀上，再用水洗涤沉淀至无氯离子为止（检查方法：
用小试管收集2ml滤液，加入2滴硝酸银，若无白色沉淀产生，表示氯离子以洗净）。
（4）利用玻璃棒把滤纸和沉淀从漏斗中取出，折卷成小包，把沉淀包在里面，特别注意，勿使沉淀有任何损失。
将滤纸包装进已质量恒重的坩埚中。
使滤纸层较多一边向上。
在电炉上干燥、炭化，在800~850℃马沸炉中灼烧至恒重（方法同空坩埚的恒重）。
3．4数据处理
SO42-离子含量的测定
项目
数据
试样质量/g
（0.1787+0.8513）/10=0.1030
灼烧后坩埚质量/g
30.9452
沉淀和坩埚总量/g
31.0508
沉淀质量/g
0.1056
SO42—质量分数/%
60.30
C（SO42—）/mol/L
0．02588
8.亚铁离子含量测定
（1）吸光光度法
（一）工作曲线的绘制
量取20ųg/ml的亚铁标准溶液0.00m1、2.50m1、5.00ml、10.00ml、20.00ml（相当于分别含0、50、100、200、400ųg/Fe2+）分别加入l00ml烧杯中，用水稀释至50ml，加入150g/L柠檬酸三钠溶液5m1，用3mol/L盐酸或2.5%氨水溶液调节溶液pH为2.4~2.6，加入50g/L盐酸羟胺溶液5ml混匀，加入1,10-邻菲罗琳溶液5m1，加入醋酸-醋酸钠缓冲溶液l0ml，将溶液移入到l00ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀放置60min。
用分光光度计在波长506nm处用lcm比色皿，以水为参比溶液测定该标准系列的吸光度，以Fe2+标准溶液浓度（ųg/100ml）为横坐标，以其对应吸光度作纵坐标绘制工作曲线。
（二）湿法磷酸中铁含量的测定
吸取1ml湿法磷酸，用水稀释至100m1，混匀，移取1m1到100m1的烧杯中，用水稀释至50m1，以下操作同工作曲线的绘制，测定其吸光度。
不加试样，在同样条件下进行空白试验。
（三）计算
总铁含量按下式计算
w（Fe）=
式中：
m1为从工作曲线上查得被测试液Fe的质量，ųg；m0为从工作曲线上查得试剂空白溶液中Fe的质量，ųg；m为吸取试样溶液相当于试样的质量，g
（2）重铬酸钾法
1.配制K2Cr2O7标准溶液
准确称取固体0.9～1.1g置于250ml烧杯，加50ml水溶解，定容200ml容量瓶中，摇匀。
（思考题1）
2.亚铁盐中铁含量的测定
（1）准确称取0.8~1.2g试样3份于锥形瓶中，加50ml水，10ml硫酸，5ml磷酸，加6d二苯胺磺酸钠；
（2）用K2Cr2O7标准溶液滴定至溶液由绿色突变为紫色或紫蓝色为终点；）
（3）计算浓度。
五、注意事项
1.不必将所有铁屑溶解完，实验时溶解大部分铁屑即可。
2.酸溶时要注意分次补充少量水，以防止FeSO4析出。
3.注意计算（NH4）2SO4的用量。
4.硫酸亚铁铵的制备：
加入硫酸铵后，应搅拌使其溶解后再往下进行。
加热在水浴上，防止失去结晶水。
5.蒸发浓缩初期要不停搅拌，但要注意观察晶膜，一旦发现晶膜出现即停止搅拌。
6.最后一次抽滤时，注意将滤饼压实，不能用蒸馏水或母液洗晶体。
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