硫酸亞鐵銨單晶生長的實驗條件與制備,無機化學(xué)論文

硫酸亞鐵銨單晶生長的實驗條件與制備,無機化學(xué)論文硫酸亞鐵銨俗名為莫爾鹽、摩爾鹽，簡稱FAS,是一種藍綠色的無機復(fù)鹽，分子式為〔NH4〕2Fe〔SO4〕26H2O.是淺綠色單斜晶體，對光敏感，在空氣中逐步風(fēng)化及氧化。它能溶于水，難溶于乙醇。在空氣中它不易被氧化，比一般亞鐵穩(wěn)定。低毒，有刺激性。硫酸亞鐵銨是一種重要的化工原料，在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等方面用處特別廣泛。無機化學(xué)工業(yè)中常用作制取其它鐵化合物〔如氧化鐵系顏料、磁性材料、黃血鹽和其他鐵鹽等〕的原料，還可用作媒染劑、鞣革劑、防腐劑，還用于凈水、冶金、電鍍、藍黑墨水等。農(nóng)業(yè)中施用于缺鐵性土壤，畜牧業(yè)中用作飼料添加劑等。醫(yī)藥中用于治療缺鐵性貧血。也是高校無機及分析化學(xué)實驗中常用的一種試劑，在定量分析中常用作標(biāo)定重鉻酸鉀、高錳酸鉀等溶液的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。國內(nèi)關(guān)于硫酸亞鐵銨的制備研究主要集中于實驗的綠色化、微型化[1-4],本實驗主要研究硫酸亞鐵銨單晶生長的實驗條件并制備單晶。1實驗部分1.1實驗原理鐵與硫酸在酸性條件下反響生成硫酸亞鐵：Fe+H2SO4=H2+FeSO4硫酸亞鐵與硫酸銨在溶液中按物質(zhì)的量比1∶1反響生成硫酸亞鐵銨溶液，加熱濃縮至一定濃度時，冷卻、靜置會析出淺藍綠色的單斜晶體：FeSO4+〔NH4〕2SO4+6H2O=FeSO4〔NH4〕2SO46H2O1.2實驗用品**儀器：電熱恒溫水浴鍋、磁力加熱攪拌器、循環(huán)水真空泵、pHS-3B型pH計、溫度計〔150℃〕、比重表〔重表〕、臺秤、量筒〔100ml,10ml〕、酒精燈、燒杯、抽濾瓶、布氏漏斗、坩堝、坩堝鉗、枯燥器、鑷子。試劑：10%Na2CO3、3molL-1H2SO4、〔NH4〕2SO4〔s〕、無水乙醇〔AR〕.材料：廢鐵絲。1.3實驗內(nèi)容1.3.1制備硫酸亞鐵銨晶體[4,5]〔1〕制備硫酸亞鐵稱取210g廢鐵絲，用10%Na2CO3溶液浸泡，加熱10min,棄去廢堿液，用蒸餾水清洗干凈，稱量質(zhì)量后將鐵絲投入到3molL-1H2SO4溶液，恒溫水浴加熱〔控制溫度在60℃下面〕[6].反響完畢后，抽濾，濾液備用。注意：①反響在通風(fēng)櫥中進行；②控制溶液酸度在pH=1~2[2];③反響經(jīng)過中應(yīng)不斷補充水，以防止FeSO4濃度過大而析出附著在鐵絲上阻止反響?！?〕制備硫酸亞鐵銨晶體按硫酸亞鐵與硫酸銨物質(zhì)的量1∶1比例，將硫酸銨參加到硫酸亞鐵溶液中，用3molL-1H2SO4溶液調(diào)節(jié)pH=1~2,加熱濃縮至溶液外表出現(xiàn)晶膜為止。待大量晶體析出后抽濾，濾餅用少量無水乙醇洗滌2~3次。為提高產(chǎn)率可將母液進行二次結(jié)晶。1.3.2硫酸亞鐵銨單晶的培養(yǎng)〔1〕培養(yǎng)硫酸亞鐵銨晶種在燒杯中按硫酸亞鐵銨的溶解度39g/100mL水配制過飽和溶液，調(diào)節(jié)pH=1~2之間，蓋上紙靜置。約2h燒杯底部結(jié)晶出很多小晶體，約8h后長到能夠用細線拴綁的晶種?！?〕培養(yǎng)硫酸亞鐵銨單晶選晶形完好規(guī)則的小晶體作為晶種，用細線捆緊晶種，并將細線穿過塑料薄膜，用塑料薄膜將燒杯口密封[7].調(diào)整晶種在溶液中心位置，置于10~15℃條件下靜置培養(yǎng)。1.3.3無水乙醇對硫酸亞鐵銨晶體生長速率的影響[8]20℃下，按溶解度39g/100mL水配制硫酸亞鐵銨飽和溶液，調(diào)節(jié)pH=1~2,參加不同量的無水乙醇，置于10~15℃條件下靜置培養(yǎng)。2結(jié)果與討論晶體的生長是一種復(fù)相化學(xué)反響，是在一定的熱力學(xué)條件下進行的相變經(jīng)過，其反響形式是從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔唷簿w〕.準(zhǔn)確地講晶體生長是一種界面經(jīng)過，在晶體生長經(jīng)過中，位于晶體相和環(huán)境相間的界面特性不僅能夠決定晶體的形態(tài)和生長習(xí)性，還能夠決定晶體的大小以及晶體的生長速率。晶體生長還與生長體系有關(guān)，在自由的生長體系中，晶體的各晶面生長速率是不一樣的，即晶體的生長速率表現(xiàn)出各向異性[9].決定晶體生長形態(tài)和生長速度的因素有內(nèi)因和外因，內(nèi)在因素主要有溶液的過飽和度、PH值、環(huán)境相成分、溶劑和雜質(zhì)等。影響晶體生長的外部因素主要有渦流、溫度、雜質(zhì)、粘度、結(jié)晶速度。同一種晶體在不同的條件生長時，晶體形態(tài)是可能有所差異不同的；同一種晶體在一樣的生長系統(tǒng)中，因外界因素〔如壓強、濃度、溫度等〕的變化，也會影響晶體生長的速度和晶體形狀[10].2.1濃度對硫酸亞鐵銨結(jié)晶速度的影響在15~20℃，pH=1~2時，在不同濃度的溶液中，用大小相近的晶種培養(yǎng)單晶體時，實驗數(shù)據(jù)見表1.【1】實驗結(jié)果表示清楚，編號1中投入的晶體生長不明顯，編號3中的晶體生長速度較快且顆粒大，但是晶形不規(guī)則，編號2晶形規(guī)則完好，生長速度適中。隨著溶質(zhì)的不斷析出，溶液飽和度下降，生長的晶體形狀會發(fā)生一定的改變，主要表現(xiàn)為晶體向下生長，晶體的上部逐步溶解，下部逐步長大，使完好規(guī)則的晶體形狀發(fā)生改變。這是由于晶體在本身的生長經(jīng)過中會萌生大量的位錯，出現(xiàn)孿晶[11];同時晶體生長是一個很復(fù)雜的物理化學(xué)經(jīng)過，在通常情況下會受一些雜質(zhì)、溫度等因素的影響，其生長經(jīng)過遵循布拉威定律[12].2.2溶劑蒸發(fā)量對硫酸亞鐵銨單晶生長的影響溶劑蒸發(fā)的速率越快，越易析出晶體。實驗中發(fā)現(xiàn)，硫酸亞鐵銨晶體是在其液體的外表首先構(gòu)成，其原因除水蒸發(fā)引起溶液濃度變化外，還有可能有塵埃等落入溶液外表為晶體析出提供了晶核。隨著晶體生長而質(zhì)量逐步增加，在重力的作用下沉入容器底部。假如溶劑蒸發(fā)速率較快，則晶體外表會析出多個小晶體。用塑料薄膜封閉燒杯口后，一方面能夠控制溶劑蒸發(fā)量，很好地克制了晶體外表析出小晶體的缺點，同時防止塵埃等雜質(zhì)落入溶液。2.3溫度對硫酸亞鐵銨單晶生長的影響在不同的溫度下，同種物質(zhì)的晶體，其不同晶面的相對生長速度有所改變，影響晶體形態(tài)和生長速度。硫酸亞鐵銨溶液有較大的飽和度，在較低溫度下有利于單晶生長，所以在培養(yǎng)單晶時應(yīng)盡量控制溫度在10~20℃之間，這樣做一方面能夠節(jié)約硫酸亞鐵銨的用量，另一方面也便于控制結(jié)晶溫度。2.4生長空間對硫酸亞鐵銨單晶生長的影響生長空間對晶體的生長速度和晶形有一定的影響，在一樣濃度和其他條件保持不變的情況下，晶體的生長空間越大，生長速度較快，但晶體形狀會發(fā)生變形。2.5酸度的影響培養(yǎng)硫酸亞鐵銨晶體要使溶液的pH保持在1~2的范圍內(nèi)。從鐵的元素電勢圖能夠看出，F(xiàn)e2+在酸性介質(zhì)中是最穩(wěn)定狀態(tài)，而堿性介質(zhì)中Fe〔OH〕2很容易被氧化為Fe〔OH〕3.AFeO2-4+2.20Fe3++0.771Fe2+-0.44FeBFeO2-4+0.72Fe〔OH〕3-0.56Fe〔OH〕2Fe2+在水中存在微弱水解，使溶液顯示酸性〔pH=3〕[13].為抑制Fe2+發(fā)生水解和被氧化，必須保持pH保持在1~2的強酸性范圍內(nèi)。Fe2++H2O幑幐2Fe〔OH〕++H+2.6無水乙醇對硫酸亞鐵銨晶體結(jié)晶速率的影響20℃下，硫酸亞鐵銨飽和溶液中參加不同量的無水乙醇，實驗結(jié)果見表2.【2】實驗數(shù)據(jù)表示清楚，當(dāng)參加無水乙醇量較少時對晶體析出速率影響較小或幾乎無影響，當(dāng)參加的無水乙醇的體積超過3.0mL時，硫酸亞鐵銨晶體結(jié)晶速度急劇加快，析出顆粒狀晶體；當(dāng)參加的無水乙醇的體積與硫酸亞鐵銨溶液的體積之比為1∶6時，會析出大量的針刺狀晶體。當(dāng)參加的乙醇量過高時，如100毫升的39g/100mL硫酸亞鐵銨溶液中參加無水乙醇約11.5~13.5mL時，即迅速會析出針狀的晶體。實驗結(jié)果表示清楚，硫酸亞鐵銨飽和溶液中參加無水乙醇會影響硫酸亞鐵銨晶體的結(jié)晶速度。由于乙醇很容易揮發(fā)而會帶走部分水分，使溶液的飽和度增加，進而加快晶體析出速率。無水乙醇用量與硫酸亞鐵銨晶體析出時間關(guān)系見圖1.【3】3結(jié)論硫酸亞鐵銨溶液在pH=1~2之間，比重為1.2g/mL左右，溫度為15~20℃下，容易析出較大顆粒的晶體，單晶生長速度快，合適硫酸亞鐵銨籽晶的生長和單晶的培養(yǎng)。參加無水乙醇有利于晶體生長；當(dāng)參加乙醇量過高時，會析出針狀的晶體。參考文獻[1]姜述芹，馬荔，梁竹梅，等。硫酸亞鐵銨制備實驗的改良探尋求索[J].實驗室研究與探尋求索，2005,24〔7〕:18-19.[2]馬超平，盧旭曉，鄧紹強，等。硫酸亞鐵銨制備的微型實驗[J].湛江師范學(xué)院學(xué)報，2003,24〔3〕:103-106.[3]汪豐云，王小龍。硫酸亞鐵銨制備的綠色化設(shè)計[J].大學(xué)化學(xué)，2006,21〔1〕:51-54.[4]陳彥玲，岳淑美，林世威，等。用綠色化