第1章　基础合成实验

实验1　聚合硫酸铁的制备

实验目的

（1）掌握制备聚合硫酸铁的基本操作。

（2）了解制备聚合硫酸铁的基本原理。

（3）掌握比重计、恒温槽、酸度计、黏度计、微量滴定管等仪器的使用方法。

实验原理

聚合硫酸铁简称聚铁，英文缩写为PFS，又称羟基硫酸铁，通式为，是一种新型、优质、高效的铁盐类无机高分子混凝剂。聚合硫酸铁是一种无机高分子净水剂，具有很强的絮凝和沉降能力，且本身无毒，与其他絮凝剂如三氯化铁、硫酸铝、氯化硫酸铁、碱式氯化铝等相比，聚合硫酸铁具有生产成本低、投加量少、适用pH范围广、杂质去除率高、残留物浓度低等优点，在水处理领域中有着良好的应用前景，已广泛应用于工业废水（如食品、皮革、矿山、冶金、印染、造纸、石油等废水）、城市污水以及生活饮用水的净化处理。它具有很强的中和悬浮颗粒物的能力，有很大的比表面积和很强的吸附能力，是现在最高效的净水剂之一。本实验研究聚合硫酸铁的制备方法，并学习测定聚合物密度、黏度、浊度的方法。

聚合硫酸铁（PFS）的生产方法多种多样，根据使用的氧化剂，可将制备方法大致分为空气氧化法、硝酸氧化法、氯酸盐和双氧水氧化法。但无论使用哪种氧化剂，都需要经过氧化、水解、聚合步骤制得聚合硫酸铁。利用直接氧化七水合硫酸亚铁的方法合成聚合硫酸铁，设备简单、生产周期短、无污染、反应不用催化剂、产品不含杂质、稳定性高，对工业化生产具有一定的指导作用。

以FeSO4·7H2O为原料，在适当的条件下，用H2O2做氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+，控制一定条件，使Fe3+先水合再经水解、聚合作用生成PFS。基本反应如下：

仪器与试剂

仪器　三颈瓶（250mL）、温度计套管、温度计、量筒（100mL、250mL）、酸度计、电热恒温水浴锅、滴液漏斗（100mL）、电动搅拌器、搅拌棒、电热恒温干燥箱、蒸发皿、表面皿、微量酸式滴定管、锥形瓶（50mL）、电炉、比重计、黏度计。

试剂　FeSO4·7H2O、二苯胺磺酸钠（0.2%）、H3PO4（浓）、H2SO4（浓）、H2O2（15%）、K2Cr2O7（0.1200mol·L-1）、污水。

实验内容

（1）聚合硫酸铁的制备

①用托盘天平称取30g七水合硫酸亚铁放入250mL三颈瓶中，加入50mL蒸馏水、2滴浓H2SO4，于40～50℃下加热使之完全溶解，整个溶液呈绿色（瓶底有少量棕黄色不溶物，不影响操作）。

②用移液管移取1mL上述溶液于50mL锥形瓶中，依次加入14mL 蒸馏水、2滴0.2%二苯胺磺酸钠、2mL浓H3PO4，迅速用0.1200mol·L-1 K2Cr2O7溶液滴定至溶液呈紫色且30 s内不褪色，计算原溶液中Fe2+浓度。

③用酸度计测定溶液pH值，求溶液中H+浓度。

④用FeSO4·7H2O或浓H2SO4调整溶液中［H+］/［ Fe2+］=0.35～0.45。

⑤保持三颈瓶反应温度为70～80℃，在充分搅拌下缓慢加入7.6mL 15%的H2O2（15s加一滴），滴加完毕，要在加热与搅拌下继续反应15min，得到深红棕色液体，即为液态聚合硫酸铁。

⑥自然降温到室温，将溶液倾入蒸发皿中（沉淀弃去），加热蒸发浓缩。其间要不断搅拌，当溶液变稠时，改用小火加热，直至溶液非常黏稠搅拌困难为止。将此黏稠物连同搅拌棒一起置于恒温干燥箱中，于105℃下烘30min，取出。将半干的产品转移至已知质量的表面皿中，继续于105℃下烘45min左右，使其完全干燥，即得灰黄色固体PFS产品。取出已干燥的产品冷却后称重，计算产率。

（2）PFS产品性质实验

①絮凝作用　取黄豆粒大小的产品加入盛100mL左右污水的杯中振荡，观察其絮凝和沉降能力。若溶液有红棕色，说明PFS放多了。

②密度的测定　将若干组同学的产品合并在一起凑足40g，用100mL蒸馏水溶解，转移至100mL量筒中测其密度。

③黏度的测定　用测过密度的溶液再测产品的黏度。

（3）PFS中Fe2+含量的测定

取10mL 0.1200mol·L-1 K2Cr2O7溶液，加水115mL稀释，取10mL刚配好的PFS溶液用稀释后的K2Cr2O7溶液以微量滴定管进行滴定，计算溶液中Fe2+含量。

实验数据记录与产品性能评价

（1）实验数据记录

（2）产品性能评价

根据产品性质评价产品的性能。

注意事项

（1）在酸性溶液中Fe3+为黄色，对终点观察有干扰。所以要加入H3PO4，由于H3PO4与Fe3+可生成无色配合物Fe2（HPO4）3，可以消除Fe3+的影响，同时降低，使化学计量点的电位突跃增大，与Fe2+反应更完全，指示剂能较好地显色。

（2）实验结果表明，在反应过程中，游离H2SO4的浓度较高时FeSO4·7H2O溶解度较小，FeSO4被氧化的速率显著下降，并且不能很好地形成PFS；只有当酸度较低时，才有利于FeSO4的氧化并形成PFS，但酸度过低，FeSO4在被氧化前易发生水解反应生成浅绿色或白色的Fe（OH）2沉淀，较合适的酸度条件为：。

（3）20℃时每100g水能溶解40gPFS，其密度大于1.45g·L-1；25℃时，密度约为1.24g·L-1。

（4）20℃时黏度为11～13mPa·s。

（5）溶液中Fe2+含量不应大于1g·L-1。

思考题

（1）在滴定Fe2+时能否多加一些二苯胺磺酸钠？

（2）在滴定Fe2+过程中，加入浓H3PO4后为什么要迅速滴定？