摘 要： 本文指出了教材中有关硫酸亚铁铵的制备方法中存在的系列问题，并给出了相应的改进措施，改进后实验条件得到优化，提高了产品的产率和纯度。同时实验改进后一方面减少了环境污染，实现了实验教学的绿色化，提高了广大师生的环保意识;另一方面减少了实验消耗和试剂用量，提高了人才的培养质量和效益。

　　关键词：硫酸亚铁铵; 制备; 改进;硫酸亚铁;硫酸铵

　　硫酸亚铁铵俗称莫尔盐，又名铁铵钒，其化学式为(NH4)2Fe(SO4)2×6H2O或(NH4)2SO4×FeSO4×6H2O，相对分子量为392.13，密度为1.864 g/cm3。它是一种浅绿色的单斜晶体，它在空气中比一般的亚铁盐稳定，不易被氧化，易溶于水，工业上常用作废水处理的混凝剂，在农业上用作农药及肥料，在定量分析中用作标定重铬酸钾、高锰酸钾等溶液的基准物质。在高校开设的无机化学实验中，硫酸亚铁铵的制备是许多院校开设的一个非常重要的制备实验[1, 2]。

　　实验室中主要采用下面的方法来制备：先将铁溶于稀硫酸制得硫酸亚铁溶液，然后用硫酸亚铁与硫酸铵混合，利用复盐的溶解度比组成它的简单盐的溶解度小的特性，经加热浓缩结晶而制得硫酸亚铁铵。硫酸亚铁铵的制备主要涉及的反应如下：

　　Fe+H2SO4=FeSO4+H2­

　　FeSO4+(NH4)2SO4+6H2O=FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O

　　硫酸亚铁铵的制备是无机化学的一个经典实验，通过该实验能综合训练学生称量、水浴加热、蒸发、浓缩、结晶、干燥、倾析、常压和减压过滤等无机制备实验的基本操作[3]，但按照教材中给出的方法进行实验时，出现了各种问题。笔者所在的无机化学教研室总结多年的实践教学经验，对该实验进行了一些探索和改进。

　　1. 硫酸亚铁铵制备实验中出现的系列问题

　　实验中涉及许多化学基本操作，如果教学过程掌握得好，能收到良好的教学效果。事实上，对于多数大一新生而言，由于他们在中学里面实际动手操作少，缺乏基本的实际操作经验和技能，如果教师未能进行有效指导，学生在实验过程中会遇到各种具体问题，直接导致实验的失败。笔者根据多年的实践教学经验，将出现的各种问题归纳如下：

　　(1)还原铁粉与稀硫酸反应本应形成浅绿色溶液，却出现了黄色溶液;铁粉与稀硫酸反应时，产生出刺鼻和呛人的气体[4];

　　(2)实验前期的铁粉和稀硫酸反应十分剧烈，产生的H2易将反应液冲出来;

　　(3)硫酸亚铁溶液与饱和硫酸铵混合时，也变成了黄色，蒸发浓缩混合液时， 出现了黄色晶体;

　　(4)实验需要的时间较长，一般需要5～6 h，而且产品产率低，杂质含量高。

　　2. 制备方法

　　围绕上述存在的问题，笔者根据绿色化学和节约经济的原则，并结合多年的教学实践经验，确定了如下的学生制备方案：

　　(1)废铁屑表面油污的清除：用台秤称取1.0 g 废铁屑置于锥形瓶中，加入10%的Na2CO3溶液30 mL，缓慢加热10 min，并不断振荡，以倾析法倒掉多余的碱液，最后用蒸馏水将铁屑洗涤干净，干燥后待用。

　　(2)硫酸亚铁的制备：在盛有8 mL的4 mol/L的稀H2SO4的锥形瓶中，分3～4次加入干净的铁屑(控制铁屑稍过量)，在通风橱中于40~ 50 °C的水浴中加热，释放的有害气体用0.2 mol/L的酸性KMnO4溶液加以吸收。反应过程中，补充2～3 mL的4 mol/L的H2SO4和适量蒸馏水，待大部分的铁屑反应完毕，趁热减压抽滤，烘干未反应掉的铁粉并称重，以计算溶液中FeSO4的总量。将抽滤瓶中的浅绿色的溶液，转移至蒸发皿中，若底部有晶体析出，也需要一并转移。

　　(3)硫酸亚铁铵的制备：根据计算出来的溶液中的FeSO4的量，按照化学方程式计量系数比，即FeSO4与(NH4)2SO4的摩尔比为1 : 1的比例，称取理论量的固体(NH4)2SO4并用无氧水配制成饱和溶液，加入到盛有FeSO4溶液的蒸发皿中，应搅拌使硫酸铵全部溶解，调节pH值为1~2。在不搅拌或偶尔搅拌的条件下，蒸发浓缩至液面出现晶膜，静置，自然冷却至室温，观察晶体的颜色及晶形。减压抽滤，在布氏漏斗上用少量95%的乙醇洗涤晶体2～3次，将晶体置于表面皿上，蒸汽浴干燥，得到浅绿色的硫酸亚铁铵的产品，称重并计算产率。

　　3. 改进实验方案中采取的措施

　　(1)反应物原料的改进：选用表面积很大的刨花车间生铁碎铁屑代替市售试剂级还原性铁粉作为反应原料，具有如下的优点：首先，此类铁屑表面积大可以减少反应时间; 其次，可以避免使用已被明显氧化了的铁屑，因其表面的氧化铁，会将Fe(III)带入溶液而影响产品的质量等级;第三，降低了实验的成本，对废物进行了有效利用。而且值得强调的是，通过改变反应原料，很容易培养起学生的绿色化学理念，也就是一种废钢铁的资源化和变废为宝的思想。

　　(2)铁屑和硫酸保持合适的比例：在FeSO4的制备过程中，不管是控制铁过量还是酸过量，都有利于FeSO4的生成，但过量的物质不同，会对产品的质量和纯度产生较大的影响。如果铁屑过量，可防止FeSO4被氧化成Fe(III)的化合物，从而避免溶液的颜色发黄而降低产品的产率。如果酸过量，既能够抑制Fe(II)的水解，又能阻止Fe(II)被氧化成Fe(III)的化合物。然而，在FeSO4的制备过程中，仅能够控制一种反应物过量。从笔者多年的实验教学结果来看，铁屑过量则产品质量通常为I级或优于I级;酸过量则所得产品通常介于I级和II级之间。因此一般来说，按照铁屑过量进行反应，得到的产品质量更佳。

　　(3)反应温度的控制：若温度太低，反应速率很慢，但是，温度太高虽然可以加快反应速率，但是也有其明显的缺陷：一方面会有大量气泡(H2)产生，导致部分液体冲出瓶外而造成反应物的损失，从而降低了产品的产率;另一方面会加速Fe(II)氧化成Fe(III) 副产物，使得溶液的颜色发黄。总之，为了防止溶液颜色发黄和提高FeSO4的产率，控制该制备反应的温度尤其重要，应保持在60~ 70 °C比较合适。

　　(4)有毒有害气体的合理处理：铁屑中有杂质S、P和As，与稀硫酸反应后生成H2S、PH3和AsH3，导致实验室弥漫着强烈的兼有刺激性和毒性的有害气体，直接危害师生的身体健康。因此FeSO4的制备反应，应该在带有打开排气扇或通风厨的实验室中进行，此外还可以安装常规的尾气回收装置，利用酸性高锰酸钾溶液和硫酸铜溶液对上述有毒有害气体进行吸收，从而保证师生的人身健康和安全。

　　(5)用无氧水配制饱和硫酸铵饱和溶液：将抽滤瓶中的滤液与饱和硫酸铵溶液在蒸发皿中混合时，溶液往往发黄，可能的原因是在配制硫酸铵溶液时，蒸馏水中的氧未除尽或含有氧化性物质发生氧化反应而转化成了碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]。在后期加热浓缩过程中溶液也可能发黄，这是由于溶液中Fe(II)被氧化为Fe(III)形成了副产物。处理的方法是将洁净的无锈的铁钉，伸入到混合溶液中，直到溶液由黄色转为绿色的溶液，方可继续浓缩。

　　(6)控制硫酸亚铁和硫酸铵的投加比例：实验中保证硫酸亚铁始终过量，否则部分(NH4)SO4会在析出硫酸亚铁铵之前析出，使产率严重下降。当硫酸亚铁和硫酸铵的摩尔比为1 : 1 时，产品的产率能够达到50%左右，而且产品的色泽不纯，绿色的成分不多。一般控制硫酸亚铁与硫酸铵物质的量比在1.1～1.3 : 1为宜，产品的产率一般能够达到70%以上，而且颜色呈现纯正的浅绿色。

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