硫酸亞鐵銨制備實驗的綠色化研究

劉云

【摘要】近年來，綠色化學的理念和方法逐漸引入到大學化學的實驗教學中，成為當今化學界備受關注的重要研究課題。硫酸亞鐵銨的制備實驗，是目前高校無機化學實驗教學中一個非常典型的綜合性實驗。本文針對傳統(tǒng)硫酸亞鐵銨制備中存在的環(huán)境污染及產率低等問題，結合綠色化學的理念和原則，對傳統(tǒng)的硫酸亞鐵銨制備實驗進行了綠色化改造研究。

【關鍵詞】硫酸亞鐵銨 制備實驗 綠色化研究

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）04-0174-01

加強綠色化學教學，就是對于傳統(tǒng)的化學課程體系和實驗內容進行綠色化改革，以減少化學實驗中的環(huán)境污染，增強廣大人們的環(huán)保意識。目前，綠色化學教育已經成為當今化學實驗課程改革的重要研究課題，受到人們的密切關注。硫酸亞鐵銨的制備實驗作為大學無機化學實驗教學中的一個典型實驗，其整個實驗過程中學生不僅可以掌握稱量、水浴加熱、抽濾、溶解、結晶、常壓過濾、減壓過濾、滴定分析等一系列化學基本操作，還能夠了解硫酸亞鐵銨的一般特征和制備方法，比如氧化還原、雜質去除、提高產率和純度等化學原理的應用。傳統(tǒng)的制備方法中存在著環(huán)境污染嚴重，產品質量不高等問題，本文中我對于該實驗進行了符合綠色化學理念的實驗改進，改進后的實驗減少了環(huán)境污染，降低了實驗消耗，同時提高了產品的質量，實現(xiàn)了實驗教學的綠色化。以下是其實驗研究報告。

1.實驗原理

硫酸亞鐵銨是一種復鹽，主要是由等物質的量的硫酸亞鐵和硫酸銨形成的，其外觀為淺綠色單斜晶體，空氣中比一般的亞鐵鹽穩(wěn)定，且不易被氧化，是化學分析中常見的還原劑。硫酸亞鐵銨的制備原理是：直接采用FeSO4與（NH4）2SO4 發(fā)生反應，來制備硫酸亞鐵銨晶體。整個實驗制備方法是分兩步進行的：首先是制取硫酸亞鐵，傳統(tǒng)制備實驗中是通過廢鐵屑與稀硫酸在加熱條件下發(fā)生反應，得到硫酸亞鐵溶液，其反應式為：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑；改進后的制備實驗中是采用鐵與硫酸銅發(fā)生置換反應得到硫酸亞鐵，其反應式為：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。然后是制取硫酸亞鐵銨，主要是用硫酸亞鐵溶液與等物質的量的硫酸銨混合，利用復鹽的溶解度比反應物鹽的溶解度小的特征，經過適當?shù)募訜釢饪s結晶而制取硫酸亞鐵銨產品。其反應式為：FeSO4+（NH4）2SO4+6H2O=（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O。

2.實驗裝置

實驗裝置為全封閉式，只需在傳統(tǒng)的敞開式裝置中，在容器錐形瓶口插上帶有橡皮塞的導管，而導管的另一端插入裝有氫氧化鈉溶液的燒杯中。損失較少，無需補充水，反應過程中廢氣經過吸收液轉變?yōu)闊o害物質，排除了酸霧對實驗室的污染，體現(xiàn)綠色化學的原則。

3.實驗步驟

（1）去除鐵屑表面的油污，用臺秤稱取一定量的鐵屑，放入到100 mL錐形瓶中，用30%的氫氧化鈉溶液煮沸廢鐵屑，用去離子水將鐵屑沖洗干凈，洗過的氫氧化鈉溶液留做洗氣用（體現(xiàn)環(huán)保）。

（2）制備硫酸亞鐵

取過量鐵屑加入到一定濃度的硫酸銅溶液中，且用玻璃棒不斷攪拌，當溶液由藍色變?yōu)闇\綠色時停止反應，減壓過濾，即得到硫酸亞鐵溶液。

（3）制備硫酸亞鐵銨

根據(jù)溶液FeSO4中的量，按關系式n[（NH4）2SO4]Bn[FeSO4]=1B1稱取所需的（NH4）2SO4，配制成（NH4）2SO4的飽和溶液。將其飽和溶液加到FeSO4的溶液中（該溶液的PH值此時接近于1或等于1，如PH值偏大，可加幾滴H2SO4進行調節(jié)），然后進行水浴蒸發(fā)，蒸發(fā)過程中不可攪拌，放置冷卻至室溫，得到硫酸亞鐵銨晶體，減壓過濾除去母液并盡量吸干。把晶體轉移到表面皿上晾干片刻，觀察晶體色態(tài)，稱重，計算產率[1]。

4.實驗結果與討論

傳統(tǒng)的制備方法中實驗裝置是為敞開式的，且因為鐵屑中含有碳、硫、磷等雜質，與稀硫酸反應時會生成H2S和PH3等有毒氣體，嚴重污染了實驗室的環(huán)境，直接危害師生的身體健康。通過對本實驗的改進，首先是把整個實驗裝置封閉起來，這樣由于鐵屑不純產生的有毒氣體會被氫氧化鈉溶液吸收，反應過程中水分蒸發(fā)很少，可補充蒸餾水，這也給實驗操作帶來方便。整個實驗過程既保證了學生基本操作的訓練，又節(jié)約藥品消耗，還可以減少對環(huán)境的污染；在保證產品產率和純度的前提下，縮短了反應時間，避免有毒氣體的泄露，保護了實驗環(huán)境，實現(xiàn)了化學實驗的綠色化。

5.結束語

改進后的硫酸亞鐵銨的制備實驗，實現(xiàn)了化學實驗的綠色化理念，將敞開式的實驗裝置改為封閉式的實驗裝置，整個反應在密閉的容器中進行，既起到了保溫的效果，在縮短反應時間的前提下，還保證了產品的產率和質量。另外，對于硫酸亞鐵的制備方法進行了改進，利用硫酸銅溶液代替稀硫酸與鐵屑發(fā)生反應，首先，充分利用了實驗室廢棄物-硫酸銅粉末，避免了藥品的浪費，實現(xiàn)了變廢為寶，又回收了金屬銅；其次，縮短了反應時間，節(jié)約了電能；最后，避免了H2S和PH3等有毒氣體的排放對環(huán)境造成的污染。總之，硫酸亞鐵銨改進后的制備實驗，不僅可以大幅度降低實驗消耗，減少環(huán)境污染，同時還能夠增強廣大師生環(huán)保意識，推動綠色化學的發(fā)展[2]。

參考文獻：

[1]劉少華，田博士.硫酸亞鐵銨制備實驗的綠色化改進[J].廣州化工.2011（12）

[2]鐘國清；周齊文；夏安；硫酸亞鐵銨的制備反應條件與綠色化研究[J].實驗技術與管理.2013（05）