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sunbet浅析七水硫酸亚铁溶解度引出的困惑

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  浅析七水硫酸亚铁溶解度引出的困惑_能源/化工_工程科技_专业资料。浅析七水硫酸亚铁溶解度引出的困惑 陆燕海 (德清高级中学,浙江湖州313200) 摘要:本文通过实验分析和理论分析,讨论了教材及教学参考书中七水硫酸亚铁溶解度数据不完整的原因,并提出了解决方法。 关键

  浅析七水硫酸亚铁溶解度引出的困惑 陆燕海 (德清高级中学,浙江湖州313200) 摘要:本文通过实验分析和理论分析,讨论了教材及教学参考书中七水硫酸亚铁溶解度数据不完整的原因,并提出了解决方法。 关键词:七水硫酸亚铁;溶解度 文章编号:1005—6629(2011)05—0075—02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B 苏教版高中化学选修六《实验化学》教材‘q第88 页上,附有如下七水硫酸亚铁晶体在水中的溶解度数 据,见表1。 此,我们设计了以下方案进行探究。 实验l:按图l组装装置,在室温下(21℃),向具 支试管加入5 mL浅绿色的FeSO。饱和溶液。按图中所 示方向通片刻N:,赶走装置内空气以减少Fe2+氧化产 生的实验干扰。点燃酒精灯,让水浴温度从室温慢慢升 :心 物质 (NH0 2SO。 FeS04‘7H20 (NH4)2S04?FeS04?6H20 表1硫酸铵、水合硫酸亚铁、硫酸亚铁铵在水中的溶解度 、 lO 20 30 40 50 70 高,52℃时溶液略带浅黄绿色,到64℃时可观察到试 管底部有极少量黄色沉淀出现,上层仍为浅绿色清液, 若再长时间恒温或升温加热,也不见有沉淀量增加的 73.O 75.4 78.0 81.O 84.5 91.9 40.0 48.0 60.0 73.3 l 8.1 21.2 24.5 2 7.9 31.3 38.5 迹象。 为什么上表中在50℃、70℃时FeS04?7H:0的溶 解度标注为“一”,很多学生对此大呼不解。笔者请教 了身边的很多化学同行,对此也是莫衷一是。而在翻阅 《实验化学》教材配套的教学参考书12l时发现,第113 页提供的教学设计片段中却提供了如下表格2: 表2 温度/℃ 0 Fe¥O。?7H20的溶解度 10 20 30 40 50 60 圈1实验1装置 图2实验2装置 l溶解度/g 15.65 20.5 26.5 32.9 40.2 48.6 上述实验中出现的少量黄色沉淀应是体系除氧不 彻底而使少量Fe2+氧化为Fe3+并加热后水解导致的, 对比表1和表2,sunbet细心的同仁不难看出表2的数据 并非是FeS04?7H20的溶解度,实际上是属于FeSO。的, 两者相比恰好相差结晶水的换算,可见参考书中的表名 “FeS04?7H20的溶解度”应属标示有误。此外,表2 中有50℃内的FeSO。溶解度,缺60℃时的数据,而表 1则温度高于50℃的数据均未示出。这些都不禁让人 困惑,原因何在,又究竟孰是孰非呢?身边同行们对此 的解释,概括起来主要有以下几种: 1 Fe2+仍能在较高温度下稳定存在,因此试管内沉淀量 不多且不会在持续加热过程中增加。可见,Fe2+水解的 假设并不能成立。 2自身溶解说 FeSO。?7H:0中自带有一定量的结晶水,随着温度 上升Fes04溶解度的增加。到一定温度时1 mol FeSO。 (溶质)可能会完全溶解于7 tool的结晶水(溶剂)中, 即发生自我溶解,FeSO一?7H20的溶解度则可看作是无 穷大。若我们据此计算无水FeSO。的溶解度(用s表 示),即S:100=152:(18x7),不难得出该前提下的S约 为120.6 g,是40℃下数据的3倍,sunbet,与表2中48.6 g的 数据也有很大的出入。仅仅约十度的温差,溶解度数值 F02+水解说 部分同行认为。可能在加热升温过程中,Fe2+的水 解程度加大,致使一定温度时硫酸亚铁在溶液中会转 化生成相应的一些碱式盐等物质而无法稳定存在。为 化学教学 2011年第5期 万方数据 【教学参考卜————————————————————————————————————————一 、、,:。..............一/ 上增幅的变化似乎太离谱了些,简直可以称得上是“突 变”了。 实验2:在一支试管中放入约2 g干燥的FeSO。? 7H,0同体,按图2所示用小试管将晶体压实并夹于两 试管的内外管擘薄薄的夹层中。塞卜橡胶塞,一支试管 的支管口连一干瘪的小气球。酒精灯加热,使水浴温度 缓慢升高,观察试管内晶体的变化。随着水浴温度的升 高,小气球慢慢鼓起;约59℃时原本浅绿色的晶体逐 渐变白,具支试管口与支管121有明显小液珠生成;继续 升温,试管底部同体会出现小范围的湿润现象,但直至 90 亚铁晶体构型也会有所差别。在一1.82℃到56.8℃范 围内,从溶液中析出的晶体构型是七水硫酸亚铁;而 FeS04?4H20只在56.8—64℃间狭窄的温度范同内较稳 定;超过64℃时,直至90 cc析出的将是FeSO。?H20 白色晶体。 综上所述,教材中表1对一定温度下FeSO。?7H20 的溶解度标示为“一”是有其事实依据的,因为高于一 定温度后将不存在溶质FeSO。?7H:O;但绝大多数文 献,一般都认可FeS04?7H20与FeS04?4H20两种晶体 的共存温度为56.8℃,由此笔者认为,表1中50℃时 也注为“一”值得商榷,似有将问题扩大化之嫌。此外, 值得一提的是,图3还直观地告诉我们,硫酸哑铁的溶 解度并非随温度的上升单调增加,实际上在温度高于 64℃后就会逐渐减少,出于对学生认知水平的考虑,选 用数据时可酌情加以回避。 基于上面的问题分析与认识,为从根本上减少教材 内容使师生产生不必要的困惑与迷茫,笔者建议下次 教材修订时可将表l中的七水硫酸亚铁改换为FeSO。 作溶质时的溶解度,并选取10~60℃温度范围内的数 据,具体町修正如表3下: oC,也仍未见到同体溶解。 结合实验2的结果,可以确认50℃左右,FeSO。? 7H,O会发生自身溶解的说法也是站不住脚的。 3受热分解说 众所周知,FeS04?7H:0是一种浅蓝绿色的单斜 晶体。从结构上看,FeSO。?7H20是一种以Fe2+为中心 粒子,6个水分子为配位体并外带一个结晶水的络合物 【Fe(H:0)。lSO。?H:0【3】。该配合物稳定性比较差,受热 后配体水分子能够失去,冈此随着温度的升高硫酸皿 铁晶体构型也会随之发生相应的改变。有研究141曾对 FeSO。?7H:0进行了热分解实验,从测得的热重及差热 (TG—DTG)图分析,可推断出FeSO。?7H:O的热分解 过程大致可分为四个阶段:在23-78 oC七水硫酸亚铁 会逐渐失去三个配体水,成为四水硫酸亚铁;然后在 78。159 葫卜途 罢全≤ {NH4)2S04 表3硫酸铵、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵在水中的溶解度 lO 20 30 40 50 60 73.O 75.4 78.0 81.O 84.5 88 oC范围内,再陆续失去剩余的i个酉亡体水,生成 nSO。 {NH4/2S04‘FeS04’6H20 21.9 26.3 32.8 40.1 48.5 55.1 一水硫酸亚铁;FeSO。?7H20在373 oC可完全脱水,同 时部分分解产生S02、Fe203等;在更高的温度(如600 ℃以上)将完全分解生成氧化铁。上述过程可简单表 示为: 18.1 21.2 24.5 27.9 31.3 34.8 上面是笔者对教材中硫酸亚铁晶体溶解度的一些 粗浅的认识,若有不当之处,还希望编者与广大化学同 仁斧正! FeS04?7H20三三二!鸟FeS04?4H20玛FeS04?H20 .159-373%>FeS04.373-633 T;>丢Fe203。 参考文献: …1王祖浩,王程杰.普通高中化学课程标准实验教科书《实验化 学》(选修)【M1.南京:江苏教育出版社,2009. 40 啦30 、 【2】王祖浩,王程杰.配苏教版普通高中课程标准实验教科书《实 验化学》(选修)教学参考书|M1.南京:江苏教育出版社,2009. 【313高瑞华.一水硫酸亚铁的制备U】.浙江化工,1999(1):43—44. 肴20 k 10 0 【4】穆平,杨正宇,赵良等.七水合硫酸亚铁热分解及脱水非等温动 力学研宄【J1.河北师范大学学报(自然科学版),1997(6):164-167. 温度/℃ 图3 【5l李大成,胡鸿飞,周大利.由硫酸法钛白副产绿矾制一水硫酸 亚铁的制备LJl.四川有色金属,2004(1):6—8. FeS04一H:O系溶解度与温度关系图 从FeS04一H20系的溶解度与温度关系图151(见 图3)我们也可看出,在不同的温度下结晶析出的硫酸 -76? 万方数据 化学教学 2011年第5期 浅析七水硫酸亚铁溶解度引出的困惑 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 陆燕海, Lu Yanhai 德清高级中学,浙江,湖州,313200 化学教学 EDUCATION IN CHEMISTRY 2011(5) 参考文献(5条) 1.王祖浩;王程杰 普通高中化学课程标准实验教科书《实验化学》(选修) 2009 2.王祖浩;王程杰 配苏教版普通高中课程标准实验教科书《实验化学》(选修)教学参考书 2009 3.高瑞华 一水硫酸亚铁的制备 1999(01) 4.穆平;杨正宇;赵良 七水合硫酸亚铁热分解及脱水非等温动力学研究 1997(06) 5.李大成;胡鸿飞;周大利 由硫酸法钛白副产绿矾制一水硫酸亚铁的制备[期刊论文]-四川有色金属 2004(01) 本文链接: