用废铁屑制备硫酸亚铁的实验研究，本文主要内容关键词为：铁屑论文,硫酸亚铁论文,实验研究论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、实验的研究意义
1.制备硫酸亚铁的实际意义
硫酸亚铁是一种重要的化工原料，用途十分广泛。在无机化学工业中，它是制取其他铁化合物的原料，如用于制造氧化铁系颜料、磁性材料、黄血盐和其他铁盐。此外，它又有许多方面的直接应用，如可以做净水剂，可用做印染工业的媒染剂，制革工业中用于鞣革，木材工业中用做防腐剂，医药中用于治疗缺铁性贫血，农业中施用于缺铁性土壤，畜牧业中用做饲料添加剂。还可用于鞣酸、没食子酸等配制蓝黑墨水。
用铁溶解于硫酸中制硫酸亚铁已失去经济意义，当前多是利用工业废料来制取，该实验通常选用机械加工及制造行业产生的废弃物——废铁屑为原料。从环境保护的角度来说，属于变废为宝、利用再生资源的环保型实验。
2.制备硫酸亚铁实验的教学意义
该实验不仅出现在人教社第三册第六单元中，而且在新的课程标准中，也被列入“实验化学”中的“活动与探究建议”栏目中。实验方案设计是高三化学教学的重要组成部分，是高考能力测试重要内容。由于高三时间紧张，在实际教学中，老师们往往以做实验题代替学生实验，忽视了学生动手实验的作用。事实上，通过本实验，一方面既可让学生复习一系列化学实验的基本操作如：称量、除杂、加热、倾析、溶解、过滤、结晶等；另一方面，又可使学生初步认识既浪费资源又污染环境的废弃物是如何通过化学方法转变为有用物质；还能帮助学生巩固高二所学的有关铁及其化合物性质的知识。因此，制备硫酸亚铁的实验在高三实验教学中占有十分重要的地位。
二、实验方案设计
1.提出方案，选择原料
根据学过的有关铁及其化合物的性质讨论，由学生提出制备硫酸亚铁的可能方法：
（1）Fe+H[，2]SO[，4]（稀）=FeSO[，4]+H[，2]↑
（2）FeO+H[，2]SO[，4]（稀）=FeSO[，4]+H[，2]O
（3）Fe[，2]O[，3]+3H[，2]SO[，4]（稀）=Fe[，2]（SO[，4]）[，3]+3H[，2]O；
Fe[，2]（SO[，4]）[，3]+Fe=3FeSO[，4]
（4）Fe[，2]（SO[，4]）[，3]+Fe=3FeSO[，4]
（5）Fe[，3]O[，4]+4H[，2]SO[，4]（稀）=Fe[，2]（SO[，4]）[，3]+FeSO[，4]+4H[，2]O；
Fe[，2]（SO[，4]）[，3]+Fe=3FeSO[，4]
（6）CuSO[，4]+Fe=FeSO[，4]+Cu
（7）2FeO+4H[，2]SO[，4]（浓）=Fe[，2]（SO[，4]）[，3]+SO[，2]↑+4H[，2]O；
Fe[，2]（SO[，4]）[，3]+Fe=3FeSO[，4]
以上方案都有一定的理论依据。但是，实验方案设计要遵循：科学性、安全性、可行性、简约性。围绕上述原则，请同学们对以上方案进行讨论、评价。
接着，老师肯定同学们的积极思维，评述同学们的观点：
方法（1）基本保留。
方法（3）、（5）、（7）操作复杂，应舍弃。
方法（4）、（6）用的是化工产品，成本高。
方法（2）所用的FeO化学性质不稳定
总结：为了节约成本，变废为宝，应选用废铁屑和稀硫酸反应制备硫酸亚铁。
2.实验注意事项
确定原料之后，继续让同学们思考并讨论以下问题：
（1）工业废铁屑常沾有油污、还可能有铁锈，实验之前要除油。用什么试剂、如何操作？
（2）铁屑表面的铁锈对制备有无影响？如有影响如何操作？
（3）根据硫酸亚铁晶体的溶解度，判断反应后分离溶液和残渣时应注意什么？
FeSO[，4]·4H[，2]O的溶解度
温度 0℃
10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 60℃ 80℃ 100℃
溶解度（g） 28.8
40.0 48.0 60.0 73.3
101 79.9
57.8
最后，在同学们讨论的基础上，确定相关的操作：
（1）用纯碱溶液小火煮沸废铁屑，除去表面的油污。
（2）铁锈与硫酸反应生成硫酸铁，过量的铁屑将三价铁还原为亚铁离子。只要保证铁屑过量，就可排除铁锈的影响。
（3）用水浴加热，趁热过滤（最好减压过滤），防止析出硫酸亚铁晶体。
3.按照步骤，动手实验
（1）铁屑的净化
用托盘天秤称取2.0g铁屑，放入锥形瓶中，加入15ml10％Na[，2]CO[，3]溶液，小火加热10分钟左右（不能蒸干），用倾析法弃去碱，用水洗净铁屑。
（2）硫酸亚铁的制备（如图）
往盛有清洁铁屑的锥形瓶中加入约15mL3mol·L[-1]的H[，2]SO[，4]溶液，水浴中加热，直至锥形瓶中基本没有气泡生成为止，取下锥形瓶，再向其中加入1ml 3mol·L[-1]的H[，2]SO[，4]，以保证溶液酸性，用少量热水预热过滤器，趁热过滤，将滤液立即转移至密闭容器中，将装滤液的容器冷却、观察有浅绿色的晶体析出。取出晶体，用少量的乙醇将晶体洗涤2～3次，将晶体摊在两片滤纸之间，轻压以吸取母液，称量后置于密闭容器中保存。用数毫升热水洗涤锥形瓶及漏斗上的残渣并将残渣取出，用吸水纸吸干，称重，从而算出溶液中所溶解铁的重量（若残渣很少，其重量可忽略不计），计算产率。
（3）尾气的处理
由于废铁屑含有的碳、硫、磷、硅等杂质和硫酸反应时生成H[，2]S、H[，3]P等有毒气体，会导致实验室弥漫着强烈的刺激性气体，直接危害师生的身体健康。因此，要将尾气通入到硫酸铜溶液中，吸收气体中的有毒成分，其中发生的化学反应为
CuSO[，4]+H[，2]S（g）=CuS（s）+H[，2]SO[，4]
8CuSO[，4]+PH[，3]（g）+4H[，2]O=4Cu[，2]SO[，4]+4H[，2]SO[，4]+H[，3]PO[，4]
4Cu[，2]SO[，4]+PH[，3]（g）+4H[，2]O=H[，3]PO[，4]+4H[，2]SO[，4]+8Cu（s）
4.实验现象记录及结果处理
实验现象：________________________。
实验结果处理：
5.思考题
（1）制备硫酸亚铁溶液时为何一定要剩下少量铁屑？
（2）有人在过滤硫酸亚铁溶液时，滤速很慢，试分析其原因。
（3）为何要用少量乙醇淋洗硫酸亚铁晶体？用蒸馏水行吗？
（4）如果制备FeSO[，4]溶液时有部分被氧化，应如何处理才能制得较纯的硫酸亚铁？
标签：硫酸亚铁论文;