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
、实验目的
1. 学习制备复盐(NH4)2SO4 FeS04 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鞍晶体。

三种盐的溶解度数据列于表4
表1三种盐的溶解度(单位为g / 100g H1O)
本实验先将铁屑溶于稀硫酸生成硫酸亚铁溶液:
Fe+H2SO4 FeSO4+H2t
将溶液浓缩后冷却至室温，可得晶体
FeSO47H2O (俗称绿矶九再将等摩尔的硫酸亚铁和硫酸鞍溶液混合，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钱晶体，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
(NHJ2SO4 FeSO4 6H2O
用目视比色法可估计产品中所含杂质Fe3+的量。

F，+与SCN一能生成红色物质［Fe (SCN) 12+, 红色深浅与F2+相关口将所制备的硫酸亚铁鞍晶体
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 X 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：
4 NH4+ + 6HCHO = (CH2)6N4H+ + 3H+ + 6H2O
生成的H+和(CH2)6NH4+ : Ka 7.1X 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，在滴定终点时可米用酚酞作为指示剂，
达到终点时试液由无色变为微红色。

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）
CW6.06 X1O00/ 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 ;
VI 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 、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（3 mol/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/LHCI 溶液、BaCl2 ? H2O122g/L、
O.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，
50 g/L ;盐酸溶液，3mol/L ;氨水溶液，2.5% ；
1,1 0-邻菲啰啉溶液,2.5 g/L :称量2.5g1, 10- 邻菲啰啉溶于80C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，20?g/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
2.0g Fe屑，放
入锥形瓶中，加入15 mL 10 % Na2CO3溶液，小火加热煮沸约10 min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15 mL 3mol 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. （NH 4）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-1 H2SO4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（皿）的限量分析］
⑴ Fe（m）标准溶液的配制。

称取0.8634g NH4Fe（SO4）2 12H2O，溶于少量水中，力口2.5 mL 浓H2SO4,移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度。

此溶液为0.1000g L-1 Fe3+。

（2）标准色阶的配制。

取0.50 mL Fe（m ）标准
溶液于25mL比色管中，力口 2 mL3mol・ LHCl和I mL25 %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0.05 mLFe（川）和2.00 mLFe （川）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25 mL 比色管中，用15 mL去离子水溶解，再加入2 mL
3mol LHCl和I mL25 % KSCN溶液，加水稀释至25 mL，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. (NH 4)2SO 4 FeS04 6H 2O 含量的测定
⑴ (NH 4)2SO 4 FeSO 4 6H 2O 的干燥。

将步骤 3 中所制得的晶体在100 c 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) K 2C"O 7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 )aCr 2O 7,放
入100 mL 烧杯中，加少量蒸馏水溶解，定量转移 至250 mL 容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，计算 K 2Cr 2O 7的准确浓度。

1
M (K 262O 7)= 294.18g?mol 用差减法准确称取 0.6〜
(NH 4)2SO 4 FeSO 4 6H 2O 两份，分别放入 250mL 锥 形瓶中，各加 100 mLH 2O 及 20 mL 3mol LH 2SO 4, 加5 mL 85% H 3PO 4,滴加6〜8滴二苯胺磺酸钠指 示剂，用K 2Cr 2O 7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 c(K 2Cr 2O 7) V(K 2Cr 2O 7)
m(样)
C(K 2 CDO 7 ) mgCDO ?)
M (K 2Cr 2O 7)
1000 250.0
(3 )测定含量 0.8g( 准确至
0.1mg)所制得的
M (Fe)
w(Fe)
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50 mL的水溶液中。

0.1 mol/L NaOH 溶液：在台称上取NaOH固体
2 g于小烧杯中，加入50 mL蒸馏水使其溶解，
稍冷后转入500 mL试剂瓶中，加水450 mL,用
橡皮塞塞好瓶口，摇匀。

NaOH溶液的标定：准确称取0.4〜0.5 g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250 mL锥形瓶中，加
水40〜50 mL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。

NH4CI和
(NH4)2SO4混合试样：用电子天平准确地称量
0.15-0.20g NH4CI 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
7.SO42-离子含量的测定
7.1试剂的配制
硝酸银溶液C（AgN03）= O.lmol / 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800〜850C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
800~850C马沸炉中灼烧至恒重（方法同空坩埚的恒重）。

3. 4数据处理
量取20?g/ml的亚铁标准溶液0.00ml、2 .50m1、
5 .00ml、10.00ml、20.00ml（相当于分别含0、50、100、200、400?g/ 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50 g/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10ml，将溶液移入到l00 ml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（?g/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1 ml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
（叫-0，
w（Fe）= 1
式中：m1为从工作曲线上查得被测试液Fe的质量，?g; m0为从工作曲线上查得试剂空白溶液中
Fe的质量，?g; 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。