硫酸亚铁铵单晶生长的实验条件与制备,无机化学论文.docx

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1、硫酸亚铁铵单晶生长的实验条件与制备,无机化学论文硫酸亚铁铵俗名为莫尔盐、摩尔盐，简称 FAS,是一种蓝绿色的无机复盐，分子式为 NH42Fe SO42 6H2O. 是浅绿色单斜晶体，对光敏感，在空气中逐步风化及氧化。 它能溶于水，难溶于乙醇。 在空气中它不易被氧化，比一般亚铁稳定。 低毒，有刺激性。 硫酸亚铁铵是一种重要的化工原料，在工农业、医药等方面用处特别广泛。 无机化学工业中常用作制取其它铁化合物 如氧化铁系颜料、磁性材料、黄血盐和其他铁盐等 的原料，还可用作媒染剂、鞣革剂、防腐剂，还用于净水、冶金、电镀、蓝黑墨水等。 农业中施用于缺铁性土壤，畜牧业中用作饲料添加剂等。 医药中用于治疗缺

2、铁性贫血。 也是高校无机及分析化学实验中常用的一种试剂，在定量分析中常用作标定重铬酸钾、高锰酸钾等溶液的标准物质。 国内关于硫酸亚铁铵的制备研究主要集中于实验的绿色化、微型化1-4,本实验主要研究硫酸亚铁铵单晶生长的实验条件并制备单晶。 1 实验部分 1. 1 实验原理 铁与硫酸在酸性条件下反响生成硫酸亚铁： Fe + H2SO4= H2 + FeSO4硫酸亚铁与硫酸铵在溶液中按物质的量比 1 1反响生成硫酸亚铁铵溶液，加热浓缩至一定浓度时，冷却、静置会析出浅蓝绿色的单斜晶体：FeSO4+ NH42SO4+ 6H2O = FeSO4 NH42SO4 6H2O1. 2 实验用品*仪器： 电热恒温

3、水浴锅、磁力加热搅拌器、循环水真空泵、pHS-3B 型 pH 计、温度计 150 、比重表 重表 、台秤、量筒 100 ml,10 ml 、酒精灯、烧杯、抽滤瓶、布氏漏斗、坩埚、坩埚钳、枯燥器、镊子。 试剂：10%Na2CO3、3 mol L- 1H2SO4、 NH42SO4 s 、无水乙醇 AR .材料： 废铁丝。 1. 3 实验内容 1. 3. 1 制备硫酸亚铁铵晶体4,5 1 制备硫酸亚铁称取 210 g 废铁丝，用 10% Na2CO3溶液浸泡，加热 10 min,弃去废碱液，用蒸馏水清洗干净，称量质量后将铁丝投入到 3mol L- 1H2SO4溶液，恒温水浴加热 控制温度在 60 下

4、面6. 反响完毕后，抽滤，滤液备用。 注意： 反响在通风橱中进行； 控制溶液酸度在 pH =1 22; 反响经过中应不断补充水，以防止 FeSO4浓度过大而析出附着在铁丝上阻止反响。 2 制备硫酸亚铁铵晶体按硫酸亚铁与硫酸铵物质的量 1 1比例，将硫酸铵参加到硫酸亚铁溶液中，用 3 mol L- 1H2SO4溶液调节 pH =1 2,加热浓缩至溶液外表出现晶膜为止。 待大量晶体析出后抽滤，滤饼用少量无水乙醇洗涤 2 3 次。 为提高产率可将母液进行二次结晶。1. 3. 2 硫酸亚铁铵单晶的培养 1 培养硫酸亚铁铵晶种在烧杯中按硫酸亚铁铵的溶解度 39 g/100 mL水配制过饱和溶液，调节 p

5、H =1 2 之间，盖上纸静置。 约 2 h 烧杯底部结晶出很多小晶体，约 8 h 后长到能够用细线拴绑的晶种。 2 培养硫酸亚铁铵单晶选晶形完好规则的小晶体作为晶种，用细线捆紧晶种，并将细线穿过塑料薄膜，用塑料薄膜将烧杯口密封7. 调整晶种在溶液中心位置，置于 10 15 条件下静置培养。 1. 3. 3 无水乙醇对硫酸亚铁铵晶体生长速率的影响820 下，按溶解度 39 g /100 mL 水配制硫酸亚铁铵饱和溶液，调节 pH = 1 2,参加不同量的无水乙醇，置于 10 15 条件下静置培养。 2 结果与讨论 晶体的生长是一种复相化学反响，是在一定的热力学条件下进行的相变经过，其反响形式是

6、从液相转变为固相 晶体 . 准确地讲晶体生长是一种界面经过，在晶体生长经过中，位于晶体相和环境相间的界面特性不仅能够决定晶体的形态和生长习性，还能够决定晶体的大小以及晶体的生长速率。 晶体生长还与生长体系有关，在自由的生长体系中，晶体的各晶面生长速率是不一样的，即晶体的生长速率表现出各向异性9. 决定晶体生长形态和生长速度的因素有内因和外因，内在因素主要有溶液的过饱和度、PH 值、环境相成分、溶剂和杂质等。 影响晶体生长的外部因素主要有涡流、温度、杂质、粘度、结晶速度。 同一种晶体在不同的条件生长时，晶体形态是可能有所差异不同的；同一种晶体在一样的生长系统中，因外界因素 如压强、浓度、温度等

7、的变化，也会影响晶体生长的速度和晶体形状10. 2. 1 浓度对硫酸亚铁铵结晶速度的影响 在15 20 ，pH =1 2 时，在不同浓度的溶液中，用大小相近的晶种培养单晶体时，实验数据见表1.【1】 实验结果表示清楚，编号 1 中投入的晶体生长不明显，编号 3 中的晶体生长速度较快且颗粒大，但是晶形不规则，编号 2 晶形规则完好，生长速度适中。 随着溶质的不断析出，溶液饱和度下降，生长的晶体形状会发生一定的改变，主要表现为晶体向下生长，晶体的上部逐步溶解，下部逐步长大，使完好规则的晶体形状发生改变。 这是由于晶体在本身的生长经过中会萌生大量的位错，出现孪晶11; 同时晶体生长是一个很复杂的物理

8、化学经过，在通常情况下会受一些杂质、温度等因素的影响，其生长经过遵循布拉威定律12. 2. 2 溶剂蒸发量对硫酸亚铁铵单晶生长的影响 溶剂蒸发的速率越快，越易析出晶体。 实验中发现，硫酸亚铁铵晶体是在其液体的外表首先构成，其原因除水蒸发引起溶液浓度变化外，还有可能有尘埃等落入溶液外表为晶体析出提供了晶核。 随着晶体生长而质量逐步增加，在重力的作用下沉入容器底部。 假如溶剂蒸发速率较快，则晶体外表会析出多个小晶体。 用塑料薄膜封闭烧杯口后，一方面能够控制溶剂蒸发量，很好地克制了晶体外表析出小晶体的缺点，同时防止尘埃等杂质落入溶液。 2. 3 温度对硫酸亚铁铵单晶生长的影响 在不同的温度下，同种物

9、质的晶体，其不同晶面的相对生长速度有所改变，影响晶体形态和生长速度。 硫酸亚铁铵溶液有较大的饱和度，在较低温度下有利于单晶生长，所以在培养单晶时应尽量控制温度在 10 20 之间，这样做一方面能够节约硫酸亚铁铵的用量，另一方面也便于控制结晶温度。 2. 4 生长空间对硫酸亚铁铵单晶生长的影响 生长空间对晶体的生长速度和晶形有一定的影响，在一样浓度和其他条件保持不变的情况下，晶体的生长空间越大，生长速度较快，但晶体形状会发生变形。 2. 5 酸度的影响 培养硫酸亚铁铵晶体要使溶液的 pH 保持在 1 2 的范围内。 从铁的元素电势图能够看出，Fe2 +在酸性介质中是最稳定状态，而碱性介质中 Fe

10、 OH2很容易被氧化为 Fe OH3. AFeO2 -4+ 2. 20Fe3 + 0. 771Fe2 +- 0. 44Fe BFeO2 -4+ 0. 72Fe OH3- 0. 56Fe OH2Fe2 +在水中存在微弱水解，使溶液显示酸性 pH =313. 为抑制 Fe2 +发生水解和被氧化，必须保持 pH保持在 1 2 的强酸性范围内。 Fe2 + H2O 幑幐2Fe OH+ H+2. 6 无水乙醇对硫酸亚铁铵晶体结晶速率的影响20 下，硫酸亚铁铵饱和溶液中参加不同量的无水乙醇，实验结果见表 2.【2】 实验数据表示清楚，当参加无水乙醇量较少时对晶体析出速率影响较小或几乎无影响，当参加的无水乙

11、醇的体积超过3. 0 mL 时，硫酸亚铁铵晶体结晶速度急剧加快，析出颗粒状晶体； 当参加的无水乙醇的体积与硫酸亚铁铵溶液的体积之比为 1 6时，会析出大量的针刺状晶体。 当参加的乙醇量过高时，如 100 毫升的 39 g/100 mL 硫酸亚铁铵溶液中参加无水乙醇约 11. 5 13. 5 mL 时，即迅速会析出针状的晶体。 实验结果表示清楚，硫酸亚铁铵饱和溶液中参加无水乙醇会影响硫酸亚铁铵晶体的结晶速度。 由于乙醇很容易挥发而会带走部分水分，使溶液的饱和度增加，进而加快晶体析出速率。 无水乙醇用量与硫酸亚铁铵晶体析出时间关系见图 1.【3】 3 结 论 硫酸亚铁铵溶液在 pH = 1 2 之

12、间，比重为1. 2 g / mL左右，温度为 15 20 下，容易析出较大颗粒的晶体，单晶生长速度快，合适硫酸亚铁铵籽晶的生长和单晶的培养。 参加无水乙醇有利于晶体生长； 当参加乙醇量过高时，会析出针状的晶体。 参 考 文 献 1 姜述芹，马荔，梁竹梅，等。 硫酸亚铁铵制备实验的改良探寻求索J. 实验室研究与探寻求索，2005,24 7 : 18 -19. 2 马超平，卢旭晓，邓绍强，等。 硫酸亚铁铵制备的微型实验J. 湛江师范学院学报，2003,24 3 : 103 -106. 3 汪丰云，王小龙。 硫酸亚铁铵制备的绿色化设计J. 大学化学，2006,21 1 : 51 -54. 4 陈彦玲，岳淑美，林世威，等。 用绿色化学理念改良硫酸亚铁铵制备实验的探究J. 长春师范学院学报 自然科学版 ,2018,29 4 : 61 -63. 5 中山大学等校。 无机化学实验 第三版 M. 北京： 高等教育出版社，1992: 48 -49. 6 苗兰兰，毕小平，葛新，等。 高校化学实验-硫酸亚铁铵的制备工艺J. 山西医科大学学报，2003,34 2 :167 - 168.