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硫酸亚铁的制备实验探究

探究性学习

硫酸亚铁的制备实验探究

t李书霞

北京市清华附中化学组100084

在北京市海淀区高三化学老师的进修研讨中,很多老师反映人教版5化学6第三册第六单元5硫酸亚铁的制备6这一实验很重要,但却很难做成功,尤其是由学生自己动手做更是只能体验步骤,看不到晶体。课本和教参上也没有特别具体的实验步骤和药品用量的介绍,所以很多学校都不打算做这个实验了。我自己经过多次尝试摸索,找到了制备硫酸亚铁晶体的最佳反应条件,成功地制得了硫酸亚铁晶体,并带领全年级共五百多名学生分班级做了这个实验。高三学生的学习生活本来是很紧张枯燥的,各门课的实验量也有所减少,而这次实验让学生很兴奋。很多人看着那堆黑呼呼的废铁屑经自己的手变成了美丽的绿色晶体,非常有成就感,有的照了像,有的要收回去做纪念。总之收获很大,取得了满意的实验效果。现将硫酸亚铁的制备实验介绍如下:

1实验目的

1分析评价硫酸亚铁晶体制备的最佳反应条件和操作方法。

o熟悉并掌握水浴加热、热过滤、冷却结晶等基本操作。

2实验原理

使废铁屑与稀硫酸在水浴加热条件下反应,然后冷却热的硫酸亚铁溶液,使硫酸亚铁晶体析出,并过滤和洗涤晶体。

3实验用品

烧杯(100mL2个,250mL2个)、量筒、漏斗、胶头滴管、玻璃棒、温度计、酒精灯、铁架台、铁圈、石棉网、滤纸(2张)、废铁屑、稀硫酸(1B5)、饱和碳酸钠溶液、蒸馏水、酒精。4实验步骤

1取约3g废铁屑于100mL小烧杯中,加入10mL饱和碳酸钠溶液,并对其进行微热,除去铁屑表面的油污。再用倾析法倒去碱液,用水反复洗3次,以洗净铁屑上的残余碳酸钠溶液。

o往上述小烧杯中倒入8mL稀硫酸,将此小烧杯放入盛有热水(50e~80e)的大烧杯中水浴加热,让二者充分反应,直到有少量气泡产生,同时溶液颜色呈灰绿色为止(此时烧杯底部应有少量铁屑剩余)。

?用少量热水预热过滤器,或将放好滤纸的漏斗倒扣在盛有热水的烧杯上部,用热蒸气提高其温度,然后将上述混合物趁热过滤,滤液接收到另一100mL的小烧杯中,静置、冷却结晶(可以将小烧杯放入盛冷水的烧杯中水浴冷却),观察滤液在冷却中生长出浅绿色硫酸亚铁晶体的现象。

?待结晶完毕后,过滤,用胶头滴管吸取少量乙醇来洗涤晶体,再用滤纸将晶体吸干。

?把制得的晶体放在小广口瓶中,密闭保存。5实验注意事项

(1)第o步中水浴加热温度不能太高,要用温度计控制温度,否则水分过度蒸发会导致溶液量太少,无法完成过滤。

(2)第o步中使铁和硫酸充分反应很关键,一些学生得不到晶体的主要原因就是反应时间不够,得到的硫酸亚铁量太少。

(3)由于废铁屑中有一些杂质,使得反应产生较难闻的气味,所以要在有通风橱的实验室做此实验。

(4)第?步过滤前漏斗一定要预热,否则会看到在滤纸上或漏斗颈处就析出了晶体。

(5)第?步洗涤晶体我们选用的是乙醇,用冰

#18#Educational Equipment And E xperiment Vol.23,No.1,January2007

水也可以,但是用常温的蒸馏水洗非常容易使晶体溶解,导致晶体的量锐减甚至全部溶解。

(6)将第?步中得到的产品放置一个晚上,能看到颗粒较大的硫酸亚铁晶体生成。

6实验优点

1本实验采用的废铁屑是我们的实验老师在清华大学校办工厂中要到的,让学生体会到了什么是废物利用和变废为宝,有助于培养学生的环保和节约意识。

o用热的碳酸钠溶液洗涤铁丝表面的油污,使学生又一次复习到了水解及水解的影响因素等知识,也让学生了解到实际生产是复杂的,从工厂中来的废铁屑不可能是纯净物。

?近几年高考都涉及到了/加热浓缩、降温结晶、过滤、洗涤晶体0等内容,学生理解起来总有困难,通过这次实验能很好地解决这个问题。

?重温水浴加热、热过滤等操作过程,通过动手,增强了学生的实验能力,加深了对这些常用仪器的印象。

7实验需要探讨的问题

洗涤晶体方面有待进一步探究。因为无机物在酒精中的溶解度很低,所以用酒精洗涤效果不太理想,让五百多名学生用冰水混合物洗涤晶体的方法也不太可行,尤其是在炎热的天气条件下。所以应该继续摸索这一条件。

8实验和高考的结合点

2005年高考江苏卷20(12分)硫酸亚铁(FeSO4#7H2O)是一种重要的食品和饲料添加剂。实验室通过下列实验由废铁屑制备FeSO4#7H2O 晶体:1将5%Na2C O3溶液加入到盛有一定量废铁屑的烧杯中,加热数分钟,用倾析法除去Na2CO3溶液,然后将废铁屑用水洗涤2~3遍;o向洗涤过的废铁屑加入过量的稀硫酸,控制温度50~80e之间至铁屑耗尽;?趁热过滤,将滤液转入到密闭容器中,静置、冷却结晶;?待结晶完毕后,滤出晶体,用少量冰水洗涤2~3次,再用滤纸将晶体吸干;?将制得的FeSO4#7H2O晶体放在一个小广口瓶中,密闭保存。

请回答下列问题:

1)实验步骤1的目的是;加热的作用是。2)实验步骤o明显不合理,理由是。3)实验步骤?中用少量冰水洗涤晶体,其目的是;。4)经查阅资料后发现,硫酸亚铁在不同温度下结晶可分别得到FeSO4#7H2O、FeSO4#4H2O和FeSO4# H2O。硫酸亚铁在不同温度下的溶解度和该温度下析出晶体的组成如表1所示(仅在5617e、64e温度下可同时析出两种晶体)。请根据表1中数据作出硫酸亚铁的溶解度曲线。5)若从硫酸亚铁溶液中结晶出FeSO4#4H2O晶体,应控制的结晶温度(t)的范围为。

表1

温度P e010305056176064708090

溶解度P g1410171

025103310351235133516331030152710析出晶体FeSO4#7H2O FeSO4#4H2O FeSO4#H2O 答案:1)除油污;升高温度,溶液碱性增强,去油污能力增强。2)应该铁屑过量(或反应后溶液中必须有铁剩余),否则溶液中可能有Fe3+存在。

3)洗涤除去晶体表面附着的硫酸等杂质;用冰水洗涤可降低洗涤过程中FeSO4#7H2O的损耗。4)硫酸亚铁的溶解度曲线如图1。5)5617e

图1

说明:这道高考题考查的就是课本上的实验。在学生动手做这个实验之前,我们曾将这道高考题作为统练题考试过,学生做得很不理想,对很多步骤和问题根本没有清晰的认识和了解。亲自走进实验室做了这个实验之后,再看这个题目,就觉得简单多了。在2005年高考北京卷的实验题中也考查到了FeCl3#H2O晶体的制备方法。这一问是此题的精华,也是考生的出错集中所在。我想如果学生事先做过硫酸亚铁制备的实验,回答这一问题的难度就会大大降低。

(收稿日期:2006-09-25)

5教学仪器与实验6第23卷2007年第1期#19#

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