文档介绍：关于 FeSO 4 的制备条件的优化以及 Fe 2+ 稳定性的讨论完成日期: 廖念西王白成李永钦宋子琪皇秋莎指导教师:高昂一、摘要: 本文分为两部分: Part 1从Fe-H 2O体系的ε-pH 图以及实际情况出发,讨论得用 H 2SO 4和Fe来制备 FeSO 4时,最佳 pH=2 。还分析了制备硫酸亚铁实验中 8 个操作的必要性。 Part 2从Fe(H 2O) 6 2+的水解平衡出发,验证了碱性介质中二价铁极易被氧气氧化成三价铁的原因。二、前言: 本组讨论题为根据ε-pH 图来探讨用 H 2SO 4和Fe来制备 FeSO 4的最佳条件, 并且探讨实验中各步骤的必要性,和从平衡的角度分析 Fe 2+的稳定性。展开本次讨论有助于实验室中用H 2SO 4和Fe来制备FeSO 4的条件优化和控制,可以减少Fe 2+ 的损失量和被氧化量,从而提高制备产物的质量和产率。三、内容: Part 1根据Fe-H 2O体系的ε-pH图,我们可以看到在pH=0 ―2时,E Fe3+/Fe2+ V 左右。而随着 pH从2到7,E Fe3+/Fe2+ 一直在以线性关系减少, 也就意味着 Fe 2+ 会更容易被氧气氧化。所以在用 H 2SO 4和Fe来制备 FeSO 4时,应该即时监测着溶液的 pH, 不让其超过2,否则会增加Fe 2+的被氧化量。除此之外,虽然pH=0 ―2时,E Fe3+/Fe2+ 一直等于 ,但却不是溶液越酸越好。经过我们小组讨论,认为 pH=2 才是最佳的酸度。理由主要有 2点:一、虽然 E Fe3+/Fe2+ 不变,但是随着酸度增大,氧气的氧化能力却在增强。由 O 2+4H ++4e=2H 2OE θ=+ ,故由 Nernst 方程, E=E θ- 4 lgc(H +) -4,可知氢离子浓度越大时,氧气电极的电势在变大,所以会更容易氧化 Fe 2+ 。二、加太多 H 2SO 4 会造成浪费以及废液处理的困难。此外, 有一点要补充说明的是,即便在强酸性环境下, Fe 2+ 被氧气氧化的反应进行程度仍然是比较大的,只不过在强酸性环境下, Fe 2+ 被氧气氧化的速度比较慢,所以单位时间内被氧化的量也就比较小。[2] 而在本次实验中,有多处操作都是为了控制条件而减少 Fe 2+ 损失量。 1 、水浴锅的温度控制在 60-70 ℃是因为 FeSO 4 在该温度附近溶解度(如下图)最大, 可以防止硫酸亚铁析出而降低产率,而且水浴加热便于控制温度以及控制反应速率。 2 、实验需要在通风柜中进行,是因为 H 2SO 4和Fe 反应剧烈,不仅会产生易燃气体 H 2 ,还可能会有 SO 2和SO 3 甚至铁粉被带出,为了安全以及环保起见,必须在通风柜中进行。 3. 反应过程中需要用 pH 试纸或其它工具保证 pH 不大于 2 ,理由已经在上文中阐释得很清楚了。4、实验中加的铁粉是过量的,是为了避免 Fe 2+被氧化,以便增加产率。其实在制备硫酸亚铁过程中,无论是控制酸过量还是控制铁过量,理论上都有利于硫酸亚铁的生成, 只是产品的纯度不同【1】。如下表,可见铁粉过量时,产品更纯。 5、反应采用的是 6mol ·dm -3的H 2SO 4,因为硫酸的浓度不宜太大或太小。浓度小,反应慢;浓度太大,易