【人教版】2020年高中化学 专题7 物质的制备与合成 课题一 硫酸亚铁铵

2023年12月21日发(作者：那是你的眼神)

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课题一 硫酸亚铁铵的制备

【学考报告】

知识条目

①硫酸亚铁铵的制备原理与操作方法

②倾析法分离、洗涤固体物质

③产率的计算方法

加试要求

b

a

b

一、知识预备

1．硫酸亚铁铵的性质

硫酸亚铁铵[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]为浅绿色晶体，商品名为摩尔盐，是一种复盐，易溶于水，不溶于乙醇，一般亚铁盐在空气中易被氧气氧化，形成复盐后就比较稳定。与其他复盐一样，硫酸亚铁铵在水中的溶解度比组成它的每一种盐FeSO4或(NH4)2SO4都要小。利用这一性质可以制取硫酸亚铁铵晶体：将含有FeSO4和(NH4)2SO4的溶液蒸发浓缩，冷却后结晶可得到硫酸亚铁铵晶体。

2．硫酸亚铁铵的制备

将铁屑与稀硫酸反应可制得硫酸亚铁溶液，然后加入等物质的量的硫酸铵，加热浓缩可得到混合溶液，冷却至室温，则析出硫酸亚铁铵晶体。反应的化学方程式如下：

Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

FeSO4＋(NH4)2SO4＋6H2O===(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O↓

思考1：如何检验(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O中含有NH4、Fe及SO4？

提示 取适量硫酸亚铁铵晶体溶于水并分成三等份。向一份中加入适量NaOH溶液并加热，并用湿润的红色石蕊试纸放在试管口，试纸变蓝即证明原溶液含有NH4；向第二份溶液中先滴加少量KSCN溶液，无现象，再加入适量氯水，溶液变红，证明原溶液含有Fe；向第三份溶液中加入过量稀盐酸，无明显现象，再加入适量BaCl2溶液，产生白色沉淀，证明原溶液含有SO4。

二、课题方案设计

制备硫酸亚铁铵的操作过程可分为三个步骤，即铁屑的净化、硫酸亚铁的制取和硫酸亚铁铵晶体的制备。

1．取一只小烧杯，放入约5 g铁屑，向其中注入15 mL 1 mol·L Na2CO3溶液，浸泡或小火加热数分钟，然后用倾析法分离并洗涤铁屑，晾干。

思考2：该步操作中，加入Na2CO3溶液的目的是什么？

提示 Na2CO3溶液的主要作用是除去铁屑表面的油污。

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－12－2＋＋＋2＋2－

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2．用托盘天平称取4.2 g洗净的铁屑，放入洁净的锥形瓶中，向其中加入25 mL 3 mol·L H2SO4溶液，加热，并不断振荡锥形瓶。反应过程中应适当补充水，使溶液体积基本保持不变，待反应基本完全后，再加入1 mL 3 mol·L－1－1 H2SO4溶液，趁热过滤，将滤液转移至蒸发皿中。

－1实验现象：向锥形瓶中加入25 mL 3 mol·L H2SO4溶液，观察到锥形瓶内产生无色气泡，铁屑溶解，溶液呈绿色。

3．称取9.5 g (NH4)2SO4晶体，配成饱和溶液，倒入制得的硫酸亚铁溶液中，搅拌，小火加热，在蒸发皿中蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜为止。将溶液静置，自然冷却，即有硫酸亚铁铵晶体析出。抽滤，并用少量酒精洗去晶体表面附着的水分。

4．取出晶体，用干净的滤纸吸干，称量并计算产率。

思考3：在制备FeSO4时需向Fe与稀硫酸反应后的溶液中再加入稀硫酸的目的是什么？

提示 H2SO4与铁屑反应后，浓度变小，酸性减弱，再加入稀硫酸，使溶液酸性增强，抑制FeSO4的水解。

点拨一、实验注意事项

1．合成途径

铁屑的净化—热Na2CO3溶液、倾析

↓

制取硫酸亚铁溶液—H2SO4溶液溶解、过滤

↓

制备硫酸亚铁铵晶体—蒸发、抽滤、晶体洗涤

↓

实际产量计算产率—产率＝×100%

理论产量2．硫酸亚铁铵的制备实验注意事项

(1)铁屑的选择

①为缩短反应时间，应设法增大铁的表面积，最好选用刨花车间加工的生铁碎铁屑(丝)，或选用细弹簧弯曲状废铁；废旧铁丝纱窗也可，但净化处理、烘干后要剪成小段。

②避免使用锈蚀程度过大的铁屑，因其表面Fe2O3过多无法被铁完全还原，会导致Fe留在溶液中而影响产品的质量。

③市售的清洁用钢丝球不适合作为原料，因为钢丝球中金属铬、镍含量较高，最终会导致铬、镍化合物进入产品而显墨绿色。

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3＋

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(2)与铁屑反应硫酸的浓度不宜太大或太小。浓度小，反应慢；浓度太大，易产生Fe、SO2，使溶液出现黄色。

(3)制备硫酸亚铁时要振荡，及时使铁屑回落进入酸液反应。注意分次补充少量水，可防止FeSO4析出，也可控制硫酸浓度不过大。

(4)硫酸亚铁的制备反应基本结束后，为防止水解，加1 mLH2SO4溶液；为防止因冷却使FeSO4晶体析出而造成损失，采用趁热过滤。

(5)注意计算(NH4)2SO2的用量，基本保持滤液中(NH4)2SO4和FeSO4的物质的量之比为1∶1，溶解之前按溶解度计算蒸馏水的用量并煮沸。在室温20 ℃下，(NH4)2SO4的溶解度为75.4 g，9.5 g (NH4)2SO4配成饱和溶液应需蒸馏水约12.5 mL。

(6)蒸发浓缩初期要搅拌，发现晶膜出现后停止搅拌，冷却后可结晶得到颗粒较大或块状的晶体，便于分离，产率高、质量好。

(7)最后，得到的(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O晶体，用无水酒精洗涤2～3次，洗去晶体表面附着的水分。不能用蒸馏水或母液洗晶体。

点拨二、应用倾析法注意事项

当沉淀的结晶颗粒较大，静置后容易沉降至容器底部时，常用倾析法(也称倾注法)进行分离或洗涤。倾析法的操作方法是把沉淀上部的清液沿玻璃棒小心倾入另一容器内，如图所示。静置后，将烧杯中的上层清液沿玻璃棒倒入另一容器内，即可使沉淀与清液分离。若沉淀物要洗涤，可注入水(或其他洗涤液)，充分搅拌后使沉淀沉降，再用上述方法将清液倒出，如此重复数次，直到沉淀洗净。

3＋

[典例剖析]

摩尔盐[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]在空气中比一般亚铁盐稳定，是分析化学中常用的还原剂。某研究性学习小组设计了下图所示的实验装置来制备摩尔盐。

实验步骤：

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①把30% NaOH溶液和废铁屑混合、煮沸、冷却，将洗涤铁屑后的NaOH溶液装入F中。

②在E中用处理过的铁屑和稀硫酸反应制取FeSO4。

③将硫酸亚铁溶液与硫酸铵溶液混合，结晶得摩尔盐。

试回答下列问题。

(1)F中的NaOH溶液的主要作用是_______________________________。

(2)铁屑和稀硫酸反应产生的氢气可赶走装置中的氧气及(NH4)2SO4溶液中的溶解氧，操作时应先关闭活塞________，并同时打开活塞________。请写出铁屑和稀硫酸反应产生的氢气的另外一个作用：__________________________。

(3)原料利用率高，副产品少，产生的有害废物少，保护环境是“绿色化学”的主要内涵。请写出此实验中能体现“绿色化学”的具体做法(至少写出两点)：_____________________________________________________________

_____________________________________________________________。

解析 F中NaOH溶液的作用是除去混在H2中的酸性气体，防止污染环境。实验中利用铁与稀硫酸反应产生的H2可赶尽装置中的O2及(NH4)2SO4溶液中的溶解氧，此时可关闭A，打开活塞B、C，待排尽O2后，可将A、C关闭，再打开A，可利用产生的H2将E中生成的FeSO4溶液压入D中，从而制取摩尔盐。

答案 (1)除去混在氢气中的酸性气体

(2)A B、C 将E中生成的硫酸亚铁溶液压入D中

(3)用氢氧化钠溶液除去混在氢气中的酸性气体；重复使用氢氧化钠溶液；用氢气驱赶氧气，防止亚铁盐被氧化等

借题发挥 硫酸亚铁铵的制备实验操作要点

[跟踪训练]

将绿矾(FeSO4·7H2O)、硫酸铵[(NH4)2SO4]以等物质的量混合可制得摩尔盐[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]。

根据上图回答：

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(1)步骤1的主要作用是___________________________________________。

(2)步骤3在溶液浓缩时不能蒸发至干的原因是_____________________

______________________________________________________________。

(3)制得的晶体过滤后用无水乙醇洗涤而不用蒸馏水，理由是_____________

_________________________________________________________________。

解析 (1)热的Na2CO3溶液在工业生产中常用于清洗油污；(2)通过结晶、过滤等步骤分离溶液中的易溶物质时，常需要趁热过滤，防止易溶物质结晶而损耗；用蒸发结晶分离提纯物质时，不能将溶液蒸干，不然溶液中的其他可溶性杂质将会带入晶体中；(3)实验中洗涤晶体或沉淀时，为防止晶体等的溶解，常用无水乙醇作为溶剂进行洗涤，其目的是防止因晶体的溶解而损失，在本实验中，用无水乙醇洗涤的另一目的是防止水中的溶解氧氧化晶体中的Fe。

答案 (1)除去铁屑表面的油污

(2)蒸干时溶液中的杂质离子会被带入晶体中，且晶体会受热分解或被氧化

(3)减少晶体在洗涤时的溶解和蒸馏水中溶解氧对晶体的氧化

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