对亚铁盐溶液保存方法的研究铝与盐溶液反应

时间：2019-02-07 03:22:58　来源：雅意学习网本文已影响人

　　文章编号：1005－6629(2009)05－0015－03中图分类号：G633.8文献标识码：C 　　　　一般认为在保存Fe2+溶液时，要加入少量铁粉防止Fe2+被氧化，同时还要加入少量对应的非氧化性酸抑制Fe2+水解[1]，然而按照这种保存方法对Fe2+溶液进行操作时却遇到很多问题，对此我们作了如下研究:
　　1亚铁盐溶液保存的实验研究
　　⑴新制备的硫酸亚铁溶液保存的实验观察
　　配制0.1 mol/L H2SO4溶液200 mL，在硫酸溶液中加入两药匙铁粉，当铁粉全部溶解之后再把反应后的溶液分成4等份分别放入4个50 mL的小烧杯中同时加入3滴KSCN试剂，并对4个小烧杯加以编号，对不同的小烧杯内的溶液分别加入一定量试剂，并加以观察结果如表1:
　　实验表明新制备的硫酸亚铁溶液的保存与溶液的pH密切相关，保持溶液的酸度（1）或溶液中引入对应的酸（4）溶液保存的时间较长，铁粉加入不是必须的，而且引入铁粉后溶液保存的时间相对较短（2或3）。
　　⑵硫酸亚铁晶体配成溶液保存的实验观察
　　由于硫酸亚铁晶体极易被氧化为 Fe(OH)SO4[2] ,而且常见硫酸亚铁晶体表面的 Fe(OH)SO4极难被洗去，洗涤过程中硫酸亚铁损失较多而且操作困难，且配成的溶液仍呈现黄色，因此我们采用如下方法配制硫酸亚铁溶液：
　　取一定量硫酸亚铁晶体配成200 mL溶液，此时溶液呈现黄色，然后再里面加入少量铁粉以及硫酸，待溶液呈现淡绿色时把配好的溶液分成4等份每份25 mL分别放入50 mL的小烧杯中，并且按表1的方法观察，结论基本同表1。
　　同时也发现不管是新制备的硫酸亚铁溶液还是硫酸亚铁晶体配成溶液，当装瓶保存并且按照要加入少量铁粉防止Fe2+被氧化，同时还要加入少量对应的非氧化性酸抑制Fe2+水解的思路进行处理时，装入试剂瓶后均可以观察到如下一些现象：
　　①铁粉和稀硫酸迅速反应产生一定量的泡沫
　　②时间长一点在瓶内液面上的瓶壁（瓶内溶液较少时）或瓶口（瓶内溶液较多特别是液面接近瓶口时）处积累一定量铁粉和淡绿色晶体
　　③当铁粉和加入少量的稀硫酸有一方耗尽时溶液慢慢变得透明，特别是铁粉剩余时，靠近空气的液面上会很快变黄并且向溶液内部延伸
　　④溶液内部反应产生的氢气使瓶内压力较大，试剂瓶塞很难盖严，时起时落很不安全
　　⑤当反应停止时，氢气带出的液体一部分残留在瓶颈处，时间长了析出的晶体把瓶塞和瓶颈粘在一起，难以打开，只有处理好瓶口积累的晶体才能盖好瓶塞，造成了不必要的浪费和麻烦
　　实验研究表明常规的保存方法存在着很多问题，特别是按照常规做法保存Fe2+溶液时的试剂瓶经常出现①-⑤的情况并没有引起人们足够的重视。
　　2 亚铁盐溶液保存的理论研究
　　实验研究结果表明Fe2+溶液的稳定性与溶液的pH密切相关，同时也显示加入一定量铁粉同时加入少量稀硫酸保存硫酸亚铁溶液的方法是不完善的，因此Fe2+溶液的保存必须从理论上加以重新认识，不同方法配制的亚铁盐溶液保存的实验结果研究表明，溶液的pH是影响亚铁盐溶液稳定性的重要因素，显然研究溶液pH是如何影响亚铁盐溶液稳定性的理论基础是非常重要的，对此从以下几个方面分析：
　　① 化学平衡移动理论的分析
　　对亚铁盐溶液保存的实验结果研究表明，溶液的pH是影响亚铁盐溶液稳定性的重要因素，以下利用化学平衡移动理论研究溶液的pH对亚铁盐溶液稳定性的影响，分析如下：
　　4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O
　　Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+
　　由这两个离子反应式可以得到如下离子反应方程式
　　4Fe2++O2+10H2O 4Fe(OH)3+8H+
　　通过这个离子方程式可以看出，溶液的pH减小， C(H+)增加，上述化学平衡向左移动， Fe2+就越难被氧化，溶液的pH越大，上述化学平衡向右移动，Fe2+越易被氧化。
　　②电化学理论分析
　　电化学理论研究表明二价铁在不同介质中的稳定性不同，通过Fe-H2O的电势-pH图可以清楚的看到不同pH条件下二价铁的稳定性的差异，图示如下：
　　图1清楚的描述了不同pH下不同价态的铁之间的转化关系，从Fe-H2O的电势-pH图可以清楚的看到随着溶液的pH增大，E(Fe3+/Fe2+)线- E[Fe(OH)3/Fe2+]线- [Fe(OH)3/Fe(OH)2]线和氧线的距离在一定pH时越来越大，二价铁越来越容易被空气中的氧气氧化，同时也说明了酸性环境下二价铁比碱性环境下的二价铁更稳定更难被氧化。
　　然而我们必须看到Fe-H2O的电势-pH图只是一种热力学的电化学平衡图，只能给出电化学反应的方向和热力学的可能性，而不能给出电化学的反应速率，同时Fe-H2O的电势-pH图的建立是以金属铁固相和溶液中离子等的平衡为先决条件的，实际体系中可能偏离这种平衡，而且Fe-H2O的电势-pH图中的pH是指平衡时整个溶液的pH，而实际的电化学体系中各个点的pH可能是不同的，因此研究亚铁盐溶液的保存还有必要从动力学的角度进一步加以分析。
　　③动力学理论分析
　　动力学研究可以克服电化学理论分析的局限性，同时动力学的分析也和电化学分析互为补充，研究认为亚铁的氧化速率情况如下[3]：
　　pH＜5.5时， υ=1×10-25 atm-1・min-1C(Fe2+)P（O2）
　　pH＞5.5时，υ=8×1013 L2・atm-1・min-1・mol-2
　　C(Fe2+)C(OH-)2P（O2）
　　这说明在pH＜5.5时，Fe2+的氧化可以忽略不计，在这一pH范围内， Fe2+在充氧水中是稳定的[3]，表1的实验结果（1和4）恰好和这一结论吻合；当pH＞5.5时，Fe2+被氧化的速率是非常快的，是极不稳定的，研究表明上述二价铁被氧化的动力学研究结果和实验数据是非常吻合的；因此上面的两个不同pH下的动力学研究结果可以很好的说明亚铁盐溶液保存中出现的一些异常现象，同时也给我们更深刻的认识亚铁盐溶液的保存提供了理论依据。
　　3 对亚铁盐溶液保存方法的新认识
　　理论和实验的研究结果表明，原来保存Fe2+溶液的方法必须改进，不然会造成大量的浪费包括铁粉的损失和Fe2+溶液的变质，根据实验和理论研究我们认为按照如下方法保存就可以保证Fe2+溶液的稳定性并且效果很好。
　　⑴在配好亚铁盐溶液中加入一定量对应的非氧化性酸
　　⑵测量加入对应的非氧化性酸后的亚铁盐溶液的pH，使溶液的pH＜5.5
　　⑶满足溶液的pH＜5.5后，对配好亚铁盐溶液密封保存
　　⑷这种方法避免了①～⑤的异常情况，使保存亚铁盐溶液的工作变的更简单
　　⑸对于硫酸亚铁晶体配制的溶液保存时应先加入一定量铁粉，震荡后当溶液黄色恰好褪去时再加入一定量的稀硫酸使溶液的pH＜5.5，即可密封保存
　　
　　参考文献:
　　[1]励志成才・高二化学[M].北京：光明日报出版社.2008：146.
　　[2]化学（甲种本）第三册教学参考书[M].北京：人民教育出版社. 1986：37.
　　[3]王凯雄.水化学[M].北京：化学工业出版社，2001：230.
　　
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