硫酸亚铁盐稳定性研究

1硫酸亚铁盐稳定性研究化学学院化学教育【摘要】采用简便而快速的实验方法，将空气导入不同浓度、不同pH、不同温度的硫酸亚铁和硫酸亚铁铵溶液中，将溶液中的二价铁离子氧化为三价铁离子，经显色后，采用分光光度法来测定溶液的吸光度，从而说明二价铁离子在不同条件下的稳定性，对如何保存和使用好亚铁离子试剂，防止试剂变质提供参考。【关键词】亚铁盐不稳定性实验探究1引言硫酸亚铁(俗称铁矾、绿矾)和硫酸亚铁铵(俗称为马尔夫盐、亚铁铵矾)均是化学分析中常用的还原剂。前者常用于色谱分析及点滴分析测定Pt、Se、N03-，后者多用于标定Cr2O72-、MnO-、Ce4+。在酸性介质中2种亚铁盐的水溶液易被氧化而不稳定。因此，在使用硫酸亚铁和硫酸亚铁铵标准溶液前，必须重新进行标定[1]。但对硫酸亚铁和硫酸亚铁铵在酸性介质中究竟被氧化到什么程度，还不太被人们所关注。为此，对硫酸亚铁和硫酸亚铁铵溶液在酸性介质中的不稳定性进行了量化研究的尝试。采用吸光光度法，对酸性介质中硫酸亚铁、硫酸亚铁铵溶液中二价铁离子含量进行了测定，通过计算得出二价铁离子被氧化的损耗量，研究了不同pH值条件下的二价铁离子被氧化的损耗量，做出了量化曲线，发现在pH=3．5～5．5时，其氧化程度是相对稳定的，且硫酸亚铁铵比硫酸亚铁要稳定。2实验原理溶夜中的亚铁离子具有较强还原性，是极不稳定的，当亚铁盐溶液与空气接触时，溶液中的亚铁离子会被溶解氧氧化成三价铁离子，溶液中亚铁离子的氧化程度跟溶液与空气接触时间、接触量等多种因素相关。三价铁离子可跟硫氰酸钾作用生成红色的硫氰合铁配离子（3[Fe(SCN)]nn），此红色配离子，可用分光光度法定量测定，从而计算出溶液中亚铁离子的氧化程度，由此可用以指导我们改进或做好有2关亚铁离子的实验。3实验准备3.1实验用品仪器马头牌JYT5架盘药物天平（上海区用激光仪器厂：最大量500g、分度值0.5g）、unlc7200分光光度计（仪电科学仪器：）、雷磁（pHS3E）pH计、电热恒温水浴锅（功率：500W、电压：220V、频率：50HZ）、温度计（10oC）、移液管（20oC:5mL、25mL）、吸量管（20oC：5mL、10mL）、容量瓶（20oC:50mL、250mL、100mL）、胶头滴管、试管若干、注射器（50mL）试剂七水合硫酸亚铁（成都市科龙化工试剂厂生产，分子式：FeSO4.7H2O，分子量：278.2）、六水合硫酸亚铁铵（分子式：(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O，分子量：392.14）KSCN溶液（0.01mol/L）、稀硫酸（3mol/L、6mol/L）、缓冲溶液（pH=6.68、4.03）3.2溶液配制（1）配制0.80mol/L硫酸亚铁溶液用天平称取55.3g硫酸亚铁晶体（FeSO4.7H2O），置于500mL大烧杯中，用0.01mol/L稀硫酸溶解完全，将溶液转入250mL容量瓶中，用0.01mol/L稀硫酸定容至刻度线。（2）配制0.30mol/L硫酸亚铁溶液用25mL移液管和20mL吸量管移取37.50mL、0.80mol/L硫酸亚铁溶液于容100mL量瓶中，然后用用0.10mol/L稀硫酸定容至刻度线。（3）按上面配制方法配制浓度分别为0.080mol/L、0.010mol/L的硫酸亚铁溶液。4实验探究4.1溶液浓度对亚铁盐稳定性的影响实验操作：(1)用移液管移取5.00mL的0.80mol/L的硫酸亚铁溶液于大试管中，用50mL注射吸取50mL空气，并以一定的速度（控制为2min）将空气匀速注入溶液中，3然后静止5min，待测定溶液的吸光度用。(2)其他三种浓度的硫酸亚铁溶液中亚铁离子的氧化操作同上。(3)用可见光吸光度法测定不同浓度硫酸亚铁溶液的吸光度。静止3min后，用胶头滴管向待测溶液吸光度的各试管中加入0.1mol/L硫氰酸钾溶液10滴，振荡试管，静止5min。然后用7200分光光度计，以0.01mol/L的硫氰酸钾溶液做参比溶液，依次测量各浓度硫酸亚铁溶液的吸光度，测量3次，取平均值。测量结果记录于下表1。溶液pH=1测定温度T=10.2oC溶液体积=5.00mL硫氰酸钾浓度=0.01mol/L表1不同浓度硫酸亚铁溶液的吸光度以吸光度对溶液浓度作图，结果见下图-1。图-1不同浓度硫酸亚铁的吸光度从上图可知，在溶液体积、pH、温度和输入溶液氧气量及其速度都分别相同的实验条件下，溶液的吸光度值随亚铁盐的浓度的增大而呈直线性增大，表明溶液中的三价铁离子随亚铁盐的浓度的增大而呈直线性增大，被氧化的亚铁离子也随亚铁盐浓度的增大而呈直线性增大。亚铁盐浓度mol/L吸光度测定值吸光度平均值1230.010.0940.0930.0930.0930.080.3660.3670.3650.3660.300.4060.4050.4020.4040.800.4620.4620.4610.46244.2溶液温度对硫酸亚铁盐稳定性的影响取0.80mol/L的硫酸亚铁溶液（pH=1）的溶液做以下实验。实验操作：(1)将水浴锅加热到实验所需温度。(2)用移液管移取5.00mL、0.80mol/L硫酸亚铁溶液于试管中，再置于水浴中加热到水浴温度。(3)用50mL的注射器以一定的速度（2min）将50mL的空气匀速注入溶液中，静止3min。然后用胶头滴管向试管中加入0.01mol/L的硫氰酸钾10滴，振荡试管，静止5min。(4)用7200分光光度计，以0.01mol/L的硫氰酸钾溶液做参比溶液，依次测量0.8mol/L的硫酸亚铁溶液的吸光度，测量3次，取平均值。其他温度下的测定方法同上。测定结果记录于下表2。溶液pH=1硫酸亚铁溶液体积=5mL硫酸亚铁溶液浓度=0.80mol/L室温=10.2oC硫氰酸钾溶液浓度=0.01mol/L表2被氧化硫酸亚铁溶液在不同温度下的吸光度温度/吸光度测定值吸光度平均值12310.20.4840.4850.4860.48520.00.5220.5250.5270.52530.00.5050.5110.5140.51040.00.4730.4750.4780.475以被氧化硫酸亚铁溶液吸光度对溶液浓度作图，结果见下图-2。图-2不同温度对硫酸亚铁（0.80mol/L）的吸光度5从表2和图-2可以得出，溶液温度对二价铁离子的氧化反应程度有一定的影响，在硫酸亚铁溶液体积、浓度和pH相同的情况下，温度为20~25oC范围时，溶液的吸光度最大，表明在此温度范围为内，硫酸亚铁溶液中的亚铁离子较容易被氧化为三价铁离子。其原因可解释为，硫酸亚铁溶液在一定温度范围内，二价铁离子的氧化速度随溶液温度的升高而增大，当温度超出这一范围后，打入的空气形成的气泡很快长大而逸出液面，故二价铁离子被氧化的速度反而减少。4.3溶液pH对硫酸亚铁盐稳定性的影响(1)配制5种pH不同的0.80mol/L的硫酸亚铁溶液。(2)按前法向硫酸亚铁溶液中导入空气氧化溶液中的二价铁离子，并显色。(3)分光光度法测定不同浓度硫酸亚铁溶液的吸光度7200型分光光度计，以0.01mol/L的硫氰酸钾溶液做参比溶液，依次测量pH不同的0.80mol/L的硫酸亚铁溶液的吸光度，测量3次，取平均值。实验结果记录于下表3。测量温度T=14.5oC硫酸亚铁溶液体积=5mL硫氰酸钾浓度=0.01mol/L表3被氧化硫酸亚铁溶液在不同pH下的吸光度pH吸光度测定值吸光度平均值1231.500.4450.4420.4400.4421.000.5040.5030.5060.5040.500.5110.5120.5110.5110.200.6360.6350.6350.6350.000.7730.7750.7700.773用被氧化硫酸亚铁溶液吸光度对溶液浓度作图，结果见下图-3。6图-3溶液pH对硫酸亚铁盐稳定性的影响为防止亚铁离子和三价铁离子水解，将溶液pH控制在=0~1.5范围内。从表3和图3可知：在温度和浓度一定的条件下，pH值越小，溶液的吸光度越大，亚铁离子越易被氧化为三价离子。4.4不同pH对硫酸亚铁铵溶液的稳定性影响(1)配制5种pH不同的0.80mol/L的硫酸亚铁铵溶液。(2)用分光光度计测定不同pH值硫酸亚铁铵溶液的吸光度。实验结果记录于下表4。测量温度T=14.5oC硫酸亚铁溶液体积=5mL硫氰酸钾浓度=0.01mol/L表4被氧化硫酸亚铁铵溶液在不同pH下的吸光度pH吸光度测定值吸光度平均值1231.500.3980.4400.4420.4401.000.4830.4800.4830.4800.500.5110.5100.5110.5110.200.6220.6250.6200.6230.000.7220.7220.7230.722用被氧化硫酸亚铁溶液吸光度对溶液浓度作图，结果见下图-4。7图-4不同pH对硫酸亚铁铵溶液的稳定性影响4.5不同pH对不同亚铁盐稳定性的影响测量温度T=14.5oC硫酸亚铁溶液体积=5mL硫氰酸钾浓度=0.01mol/L表5不同pH下两种亚铁盐溶液的吸光度pH吸光度测定值硫酸亚铁（0.8）硫酸亚铁铵（0.8）1.500.4420.4401.000.5040.4800.500.5110.5000.200.6350.6230.000.7730.722用被氧化亚铁盐溶液的吸光度对溶液浓度作图，结果见下图-5。图-5pH对不同阴离子亚铁盐溶液稳定性的影响由表5和图-5可知：在其他条件相同的情况下，随亚铁盐溶液pH值的增大，两种溶液的吸光度值都逐渐减少。但是，硫酸亚铁铵溶液的吸光度值相对硫酸亚铁溶液稍小一些，说明这两种盐的溶液对空气的稳定性差别不大，只有在固态下硫酸亚铁氨更比硫酸亚铁稳定得多。五结语影响亚铁盐稳定性的因素有：亚铁盐的浓度、温度、溶液pH、与空气的接触面积和氧气的浓度。其中，以亚铁盐溶液的浓度、温度、溶液pH对其稳定性的影响较大。因此，亚铁盐溶液的保存应该放在低温、密闭和横切面积较小的容器中。使8用亚铁盐溶液时，应尽量避免与空气的接触。【参考文献】[1]申云飞.李红兵。提高硫酸亚铁与硫酸亚铁铵溶液稳定性的方法[J]﹒山西化工，1993，（4）:30-33.[2]谢国梅《分析化学实验》[M].杭州：浙江大学出版社（第二版），1993.[3]张会兵.杨宗祥.三氯化铁-重铬酸钾容量法快速测定海绵中金属铁量[J]。山东冶金，2006，28（3）:40-44.[4]唐振宁.钛白粉的生产与环境治理[M].北京：化学工业出版社，2000:231-251.[5]黄平峰﹒我国合成氧化铁颜料生产现状及发展方向[J].无极盐工业，1996（6）:13-16.[6]孙德慧.张吉良﹒氧化铁红制备工艺进展[J].贵州化工，2000,25（3）:7-9.[7]冯海.王富强.黄涛﹒用铁泥制氧化铁红的研究[J].宁夏大学学报，2001,22（2）:215-216.[8]刘青花.陈金芳.张良均﹒硫铁矿烧渣提取氧化铁红的研究[J].武汉化工学院学报，2005,27（3）:1-6.[9]王燕鸿.王军.沈美庆﹒煅烧温度对铁泥干法制备氧化铁颜料性能的影响[J].化学工业与工程.2005,22（1）:14-16.[10]王祖浩﹒王程杰﹒普通高中化学课程标准实验教科书《实验化学》（选修）[M].南京；江苏教育出版社，2009.[11]高瑞华.一水硫酸亚铁的制备[J].浙江化工，1999（1）:43-44.[12]穆平.杨正宇.赵良.七水硫酸亚铁热分解及脱水非等温动力学研究[J].河北师范大学学报（自然科学版），1997（6）:164-167。[13]李大成.胡鸿飞.周大利.由硫酸法钛白副产绿矾制一水硫酸亚铁的制备[J].四川有色金属，2004（1）:6-8.[14]ChaiebE,BouyanzerA,HammoutiB,BerrabahM.LimoneneasGreenInhibitorforSteelCorrosioninHydrochloricAcidSolutions.［J］.ActaPhys.-Chim.Sin,2009,25(7):1254-125