硫酸亚铁铵、三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备及其测定

刘亚楠 刘 葵 苏秀荣

山东农业大学化学与材料科学学院 山东泰安 271018

硫酸亚铁铵、三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备及其测定

刘亚楠 刘 葵 苏秀荣

山东农业大学化学与材料科学学院 山东泰安 271018

介绍了一个绿色无机化学综合实验，硫酸亚铁铵、三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备及其测定的实验背景及意义，实验步骤和课程安排，讨论了该实验在本科生化学实验教学中的特色和实践效果。

实验教学；综合实验；硫酸亚铁铵；三草酸合铁(Ⅲ)酸钾

无机化学实验是化学实验中心为化学学院大学一年级新生开设的一门独立的基础实验课，旨在通过无机化学实验课的学习，培养学生的基本实验操作技能、良好的实验习惯和科学的思维方式，为其他实验课程的学习、进行科学研究以及从事相关实际工作奠定良好的基础[1]。综合性实验课程在以培养应用型人才为目标的本科教育中显得尤为重要。综合化学实验是将基础实验理论、实验技能和实验方法加以总结、相互融合，系统地进行实验教学训练。开设合理的综合性实验，将大大提高学生对实验课程的兴趣，提高学习的主动性和积极性，最大限度地锻炼学生灵活应用所学知识进行科研创新的能力。

传统本科大学无机化学课程验证性实验较多，综合实验相对较少，且缺乏绿色环保意识，这样势必影响应用型人才培养。为此近年来我院无机化学实验教学一直在进行着改革，针对低年级学生开设的综合性实验，我们进行了积极的探索与尝试。本文推荐一个绿色无机化学综合实验：硫酸亚铁铵、三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备及其测定。这3个实验首尾相接，形成实验链，包含了诸多实验原理和方法，培养学生系统思维的意识，提高实际操作能力，而且能充分利用实验产品，减少药剂的浪费，培养学生环保节约意识，实现绿色型实验、节约型实验的目的[2]。

1 实验内容

1.1 硫酸亚铁和硫酸亚铁铵的制备及测定

(1)将废铁屑1.5 g放入锥形瓶，加入15 mL 3mol•L-1H2SO4，置于通风橱内的水浴箱(80 ℃)中加热，使铁与硫酸充分反应，当气泡冒出速度很慢时(约1 h)停止。加热过程中，注意反应情况，适当补充蒸发掉的水分，保持溶液原有体积，以免FeSO4•7H2O结晶析出。停止反应后，迅速趁热减压过滤，及时将滤液转移到准备好的容器中。未反应的铁片吸干表层水分后称重，算出已反应的铁的质量。

(2)根据上述反应计算所需 (NH4)2SO4的量，称取后量取适量水配成饱和溶液，加入至FeSO4溶液中，水浴加热，蒸发浓缩至溶液稍变浑浊，或溶液表面或器皿接触处有晶体薄膜出现。放置自然冷却至室温，使 (NH4)2SO4•FeSO4•6H2O结晶出来，减压过滤除去母液，无水乙醇洗涤晶体。

(3)称取1.0 g产品于25 mL比色管中，用15 mL去离子水溶解，再加入2 ml 3mol•L-1H2SO4和l mL 1mol•L-1KSCN溶液，加水稀释至25 mL，摇匀。与标准色阶进行目视比色，确定产品级别。

1.2 三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备

(1)称取5.0 g自制的硫酸亚铁铵晶体，加数滴3 mol•L-1H2SO4以防止固体溶解时发生水解，另称取1.7 gH2C2O4•2H2O，将两份固体分别用适量水溶解(查阅溶解度数据确定用水量)，将两溶液缓慢混合，不断搅拌下加热至沸，保持微沸约4 min，停止加热，静置，取少量上清液于试管中煮沸，观察是否还有沉淀产生(若还有沉淀则继续加热)，若无沉淀，则证实反应完全。静置，待沉淀充分沉降后，用倾析法弃去上层液，用热蒸馏水少量多次洗净沉淀。所得沉淀即为FeC2O4•2H2O。

(2)称取3.5 gK2C2O4•H2O，加10 mL蒸馏水微热溶解，溶液加入到已洗净的FeC2O4•2H2O中，将反应容器置于40 ℃左右的热水中，充分搅拌条件下缓慢加入8 mL6%H2O2溶液，在生成K3[Fe(C2O4)3]的同时，有Fe(OH)3沉淀生成。H2O2加完后，取一滴所得浑浊液于点滴板中，加一滴K3Fe(CN)6溶液，如果出现蓝色说明还有Fe(Ⅱ)，需再加入H2O2至检验不到Fe(Ⅱ)。将溶液加热至沸(充分搅拌)，先一次加入6 mL 0.5 mol•L-1H2C2O4溶液，保持微沸，继续滴加H2C2O4溶液，直至溶液变成透明的绿色。记录H2C2O4溶液使用量。

(3) 待绿色溶液稍冷后，向溶液中加入10 mL无水乙醇，迅速将一小段棉线悬于溶液中固定好，将烧杯盖好，在暗处放置数小时，即有K3[Fe(C2O4)3]•3H2O晶体析出，减压过滤，少量乙醇洗涤晶体，抽干，晶体烘干水分，称重，计算产率。

1.3 离子交换柱法测定三草酸合铁(Ⅲ)配离子的电荷

(1)离子交换柱的准备：将处理过的无氯离子的阴离子交换树脂和蒸馏水一起缓慢装入交换柱中，打开活塞，让水缓慢流出，使树脂均匀自然沉降，用套有橡皮管的玻璃棒轻敲柱子外壁，使树脂装填均匀，树脂间不留空隙、气泡，树脂装填高度为柱高度的2/3，并且水面一定要高于树脂面，以防树脂暴露出水面。

(2)准确称取0.1 g三草酸合铁(Ⅲ)酸钾配合物，加5 mL蒸馏水溶解，小心将全部溶液转移至交换柱内，以3 mL/min的速度流经交换柱，收集在25mL容量瓶中。待液面接近树脂表面时，用少量蒸馏水洗涤小烧杯，洗涤液转移交换柱内，继续交换至接近树脂表面时，再向树脂柱中加少量蒸馏水洗柱，重复3～5次，用硝酸银溶液检查流出液至流出液中检验不到Cl—，停止交换，用蒸馏水将容量瓶的收集液稀释至刻度，摇匀。

(3)准确吸取5.00 mL淋洗液于锥形瓶内，加1滴0.2 mol•L-1K2CrO4溶液，用0.100 0 mol•L-1AgNO3标准溶液滴定至出现砖红色沉淀为止，计算收集的氯离子的总摩尔数，即可算出配阴离子的电荷数(取最接近的整数)。

2 授课安排

本次实验共有12课时，具体安排如下。

(1)提前一周给学生介绍实验的意义和目的，要求学生学会查找文献的方法并阅读文献，掌握写好综合实验报告的方法，重点突出实验讨论。实验前写好预习报告。

(2)第1～4课时：硫酸亚铁和硫酸亚铁铵的制备及测定。

(3)第5～8课时：三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备。

(4)第9～12课时：离子交换柱法测定三草酸合铁(Ⅲ)配离子的电荷。

(5)以小论文方式提交实验报告。

3 教学讨论

本综合实验涉及无机化学，分析化学等多方面内容，以及诸多实验基本操作和技能训练，在一年级学生的实验教学中安排此次综合实验，能有效培养学生的科研兴趣。学生需要自己查阅文献，充分实践了从查阅文献到写实验报告的各个步骤，培养了他们对科技文献的阅读能力，使学生了解化学科学研究基本步骤及过程。

实验过程中化学反应较多，涉及较多的无机化学基本原理，从废铁屑开始至生成K3[Fe(C2O4)3]•3H2O，是一个Fe→Fe(Ⅱ)→Fe(Ⅲ)的过程，涉及沉淀溶解平衡、氧化还原反应、配位反应、电离平衡等诸多原理。授课中增加验证实验加深学生们对配合物的认识，如用酒石酸氢钠，检测外界是否有K+，用CaCl2，KSCN溶液确定Fe3+和C2O42-是否为内界离子，用KSCN，HAc，H2SO4和氨水溶液了解影响配合平衡的酸效应及水解效应，用Na2S溶液来了解沉淀反应对配合平衡的影响。用FeCl3，KSCN，NH4F，K2C2O4，K3Fe(CN)6及NaOH溶液判断配位体SCN-，F-，C2O42-，CN-与Fe3+配位能力的强弱。使学生能够深刻理解在K3[Fe(C2O4)3]溶液中加入酸、碱、沉淀剂或比C2O42-配位能力强的配合剂，将会改变C2O42-或Fe3+离子的浓度，使配位平衡移动，甚至平衡遭到破坏或转化成另一种配合物。

(3)实验还需应用一系列实验基本操作技术，如称量、水浴加热、蒸发、浓缩、结晶、常压、减压过滤、离子交换柱和微量滴定管的使用等，是对学生进行无机化学基本理论和实验操作技术的综合训练。

4 实践效果

作为本科一年级学生开设的第一个综合实验，是学生从高中到大学实验转型后的一次综合考验，对于学生进行无机化学理论和实验的学习、观察、分析、解决实际问题的能力都有着积极的促进作用。本次实验的过程中，生成物会出现颜色的多种变换，(NH4)2SO4•FeSO4•6H2O的淡绿色、K3[Fe(C2O4)3]•3H2O的翠绿色鲜艳晶体、Ag2CrO4的砖红色沉淀等，有助于激发学生的学习、探究兴趣。

为了开设综合实验，我们将教材中的实验次序进行了调整，使单独、孤立的实验项目前后连接起来，形成一个连续的实验链。第一个实验采用废铁屑制备的硫酸亚铁铵，是第二个实验的原料，第二个实验的产品是第三个实验的原料，实验环环相扣，增加了实验过程的不可预见性，要求学生必须做好每一步实验。而这种连续的实验链，以低消耗高效率为特征，有利于实验产物的再利用和实验废物的绿色化处理，延长了实验产物的使用寿命，降低了实验成本，节省了资源，贴近工业生产实际过程及在过程中需要解决的环境保护和资源有效利用的问题。

实验开展几年来，学生对本实验表现出浓厚的兴趣，以饱满的热情投入到实验中。在整个实验过程中，学生认真专注，力求每一步实验都准确到位，得到产品后仔细的将自制的产品贴上标签保存好，实验的原始数据记录清晰，以备出问题时可以及时查找，实验完成后对下一步实验充满期待。我们要求学生以小论文的形式撰写实验报告，重点突出实验讨论部分，以提高学生的阅读文献和总结归纳能力。通过实验结束后与同学们的交谈和批阅实验报告，我们发现，综合实验确实是学生最有兴趣、学到的技能最多、收获最大的实验。

5 结束语

我们从教材中选取有代表性，包含多个基础操作的实验串联起来，使单独、孤立的实验项目连接成实验链。通过本综合实验，不仅可以提高科技文献阅读能力，了解化学实验的基本步骤及过程，培养基本操作能力，分析和解决实验过程中出现的现象及问题，培养独立思考和解决问题的能力，培养整体思维和系统实验的意识，尽快完成进入大学后的思想转变。同时着力培养学生实验过程中的绿色化学和资源有效利用意识。实验的条件简便，成本低，结果可靠。开设本实验几年来，每年都取得了满意的效果，受到师生的一致好评。

[1]苗云霞.改革化学实验教学，培养创新型人才[J].继续教育研究,2009(2):155-156.

[2]陈小燕,李冰.综合化学实验的绿色化探索[J].广州化工,2012(4):168-169.

[3]江丰云,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] 苗兰兰,毕小平,葛新.高校化学实验:硫酸亚铁铵的制备工艺[J].山西医学大学学报,2003,34(2):167-168.

[5]姜述芹,陈虹锦,梁竹梅.三草酸合铁(Ⅲ)酸钾制备实验探索[J].试验室研究与探索,2006,25(10):1194-1196.

[6]武汉大学化学与分子科学学院实验中心.无机化学实验[M].武汉:武汉大学出版社,2002.

[7] 陈长宝,汪建民,周杰.介绍一个绿色循环综合化学实验:硝酸镍和二氯化六氨合镍(Ⅱ)的互相制备及其组成与性质的测定[J].高校实验室工作研究,2010(9):28-30.

[8] 王磊,付伟军.一个绿色无机化学综合实验:聚合硫酸铁的制备及净水性能研究[J].广州化工,2014,13(41):282-283.

Generating and Measuring Ammonium Ferrous and Sulfatepotassium Trioxalatoferrate

Liu Yanan, Liu Kui, Su Xiurong

Shandong Agricultural University, Tai'an, 271018, China

Introduces a green comprehensive inorganic chemical experiment. It talks about the background and importance of generating and measuring ammonium ferrous and sulfatepotassium trioxalatoferrate , the steps and experiment arrangement and also discusses the feature and practise effects of this experiment in the whole Bio-chemical lecture.

experimental teaching; comprehensive experiment; ammonium ferrous; sulfatepotassium trioxalatoferrate

2016-01-28

刘亚楠，硕士，实验师。刘葵，硕士，高级实验师。

山东省高等学校教学研究改造项目(编号：2009281)。