莫爾鹽的化學名稱為硫酸亞鐵銨，又名鐵銨釩，其化學式為（ NH4）2Fe （ SO4）2·6H2O 或 （ NH4）2SO4· FeSO4·6H2O,相對分子量為 392. 13,密度為 1. 864 g / cm3.它是一種淺綠色的單斜晶體，它在空氣中比一般的亞鐵鹽穩定，不易被氧化，易溶于水，工業上常用作廢水處理的混凝劑，在農業上用作農藥及肥料，在定量分析中用作標定重鉻酸鉀、高錳酸鉀等溶液的基準物質。在高校開設的無機化學實驗中，硫酸亞鐵銨的制備是許多院校開設的一個非常重要的制備實驗[1 -2].
實驗室中主要采用下面的方法來制備： 先將鐵粉溶于稀硫酸制得硫酸亞鐵溶液，然后將硫酸亞鐵與硫酸銨飽和溶液混合，利用復鹽的溶解度比組成它的簡單鹽的溶解度小的特性，經加熱濃縮結晶而制得硫酸亞鐵銨。硫酸亞鐵銨的制備主要涉及的反應如下：Fe + H2SO4= FeSO4+ H2FeSO4+ （ NH4）2SO4+ 6H2O = FeSO4·（ NH4）2SO4·6H2O硫酸亞鐵銨的制備是無機化學的一個經典實驗，通過該實驗能綜合訓練學生稱量、水浴加熱、蒸發、濃縮、結晶、干燥、傾析、常壓和減壓過濾等無機制備實驗的基本操作[3],但按照教材中給出的方法進行實驗時，出現了各種問題。筆者所在的無機化學教研室總結多年的實踐教學經驗，對該實驗進行了一些探索和改進。
1 硫酸亞鐵銨制備實驗中出現的系列問題
實驗中涉及許多化學基本操作，如果教學過程掌握得好，能收到良好的教學效果。事實上，對于多數大一新生而言，由于他們在中學里面實際動手操作少，缺乏基本的實際操作經驗和技能，如果教師未能進行有效指導，學生在實驗過程中會遇到各種具體問題，直接導致實驗的失敗。筆者根據多年的實驗教學經驗，將出現的各種問題歸納如下：（ 1） 還原鐵粉與稀硫酸反應本應形成淺綠色溶液，卻出現了黃色溶液； 鐵粉與稀硫酸反應時，產生出非常刺鼻和嗆人的氣體[4];（ 2） 實驗前期的鐵粉和稀硫酸反應非常劇烈，產生的 H2易將反應液沖出來；（ 3） 硫酸亞鐵溶液與飽和硫酸銨混合時，也變成了黃色，蒸發濃縮混合液時，出現了黃色晶體；（ 4） 實驗需要的時間非常長，一般需要 5 ~6 h,而且產品產率較低，雜質含量很高。
2 制備方法
圍繞上述存在的問題，筆者根據綠色化學和節約經濟的原則，并結合多年的教學實踐經驗，確定了如下的學生制備方案：
（ 1） 廢鐵屑表面油污的清除： 用臺秤稱取 1. 0 g 廢鐵屑置于錐形瓶中，加入10%的 Na2CO3溶液30 mL,緩慢加熱10min,并不斷振蕩，以傾析法倒掉多余的堿液，最后用蒸餾水將鐵屑洗滌干凈，干燥后待用。
（ 2） 硫酸亞鐵的制備： 在盛有 8 mL 的 4 mol/L 的稀H2SO4的錐形瓶中，分 3 ~4 次加入干凈的鐵屑（ 控制鐵屑稍過量） ,在通風櫥中于 40 ~ 50℃ 的水浴中加熱，釋放的有害氣體（ H2S、PH3和 AsH3等） 用 0. 2 mol/L 的酸性 KMnO4溶液加以吸收。反應過程中，補充 2 ~ 3 mL 的 4 mol/L 的H2SO4和適量蒸餾水，待大部分的鐵屑反應完畢，趁熱減壓抽濾，烘干未反應掉的鐵粉并稱重，以計算溶液中 FeSO4的總量。將抽濾瓶中的淺綠色的溶液，轉移至蒸發皿中，若底部有晶體析出，也需要一并轉移。
（ 3） 硫酸亞鐵銨的制備： 根據計算出來的溶液中的FeSO4的量，按照化學方程式計量系數比，即 FeSO4與（ NH4）1SO4的物質的量比為 1: 1 的比例，稱取理論量的固體（ NH4）2SO4并用無氧水配制成飽和溶液，加入到盛有 FeSO4溶液的蒸發皿中，應攪拌使硫酸銨全部溶解，調節 pH 值為 1~ 2.在不攪拌或偶爾攪拌的條件下，蒸發濃縮至液面出現晶膜，靜置，自然冷卻至室溫，觀察晶體的顏色及晶形。減壓抽濾，在布氏漏斗上用少量無水乙醇洗滌晶體 2 ~3 次，將晶體置于表面皿上，蒸汽浴干燥，得到淺綠色的硫酸亞鐵銨的產品，稱重并計算產率。
3 改進實驗方案中采取的措施
（ 1） 反應物原料的改進： 選用表面積很大的刨花車間生鐵碎鐵屑代替市售試劑級還原性鐵粉作為反應原料，具有如下的優點： 首先，此類鐵屑表面積大可以減少反應時間； 其次，可以避免使用已被明顯氧化了的鐵屑，因其表面的氧化鐵，會將 Fe（ III） 帶入溶液而影響產品的質量等級； 第三，降低了實驗的成本，對廢物進行了有效利用。而且值得強調的是，通過改變反應原料，很容易培養起學生的綠色化學理念，也就是一種廢鋼鐵的資源化和變廢為寶的思想。
（ 2） 鐵屑和硫酸保持合適的比例： 在 FeSO4的制備過程中，不管是控制鐵過量還是酸過量，都有利于 FeSO4的生成，但過量的物質不同，會對產品的質量和純度產生較大的影響。如果鐵屑過量，可防止 FeSO4被氧化成 Fe（ III） 的化合物，從而避免溶液的顏色發黃而降低產品的產率。如果酸過量，既能夠抑制 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的制備過程中，僅能夠控制一種反應物過量。從筆者多年的實驗教學結果來看，鐵屑過量則產品質量通常為 I 級或優于 I 級； 酸過量則所得產品通常介于 I 級和 II 級之間。因此一般來說，按照鐵屑過量進行反應，得到的產品質量更佳。
（ 3） 反應溫度的控制： 若溫度太低，反應速率很慢，但是，溫度太高雖然可以加快反應速率，但是也有其明顯的缺陷：一方面會有大量氣泡（ H2） 產生，導致部分液體沖出瓶外而造成反應物的損失，從而降低了產品的產率； 另一方面會加速 Fe（ II） 氧化成 Fe（ III） 副產物，使得溶液的顏色發黃?？傊?，為了防止溶液顏色發黃和提高 FeSO4的產率，控制該制備反應的溫度尤其重要，應保持在 60 ~ 70 ℃比較合適。
（ 4） 有毒有害氣體的合理處理： 鐵屑中有雜質 S、P 和As,與稀硫酸反應后生成 H2S、PH3和 AsH3,導致實驗室彌漫著強烈的兼有刺激性和毒性的有害氣體，直接危害師生的身體健康。因此 FeSO4的制備反應，應該在帶有打開排氣扇或通風廚的實驗室中進行，此外還可以安裝常規的尾氣回收裝置，利用酸性高錳酸鉀溶液和硫酸銅溶液對上述有毒有害氣體進行吸收，從而保證師生的人身健康和安全。
（ 5） 用無氧水配制飽和硫酸銨溶液： 將抽濾瓶中的濾液與飽和硫酸銨溶液在蒸發皿中混合時，溶液往往發黃，可能的原因是在配制硫酸銨溶液時，蒸餾水中的氧未除盡或含有氧化性物質發生氧化反應而轉化成了堿式硫酸鐵[Fe（ OH）SO4].在后期加熱濃縮過程中溶液也可能發黃，這是由于溶液中 Fe（ II） 被氧化為 Fe（ III） 形成了副產物。處理的方法是將潔凈的無銹的鐵釘，伸入到混合溶液中，直到溶液由黃色轉為綠色的溶液，方可繼續濃縮。
（ 6） 控制硫酸亞鐵和硫酸銨的投加比例： 實驗中保證硫酸亞鐵始終過量，否則部分（ NH4）2SO4會在析出莫爾鹽之前析出，使產率嚴重下降。當硫酸亞鐵和硫酸銨的物質的量比為 1 時，產品的產率能夠達到 50% 左右，而且產品的色澤不純，綠色的成分不多。一般控制硫酸亞鐵與硫酸銨物質的量比在 1. 1 ~1. 3: 1 為宜，產品的產率一般能夠達到 70% 以上，而且顏色呈現純正的淺綠色。
（ 7） 改變加熱濃縮的方法： 許多教材都只說明了加熱濃縮結晶獲得摩爾鹽，但是加熱方法不明確。在實驗中我們發現，若采用酒精燈直接加熱蒸發皿中的溶液，溶液極易變白而導致實驗失敗。經驗表明，在硫酸亞鐵銨的蒸發濃縮過程中，最好使用水浴或蒸汽浴加熱緩慢濃縮，而避免使用酒精燈直接強熱，同時要盡可能不要攪拌或者偶爾攪拌。這樣既可以有利于晶膜的形成，同時也可以避免溶液泛白，一旦溶液變白，則根本無法得到淺綠色晶體，而且后期沒有補救辦法。值得指出的是，蒸發濃縮過程中不能將溶液蒸干，因為摩爾鹽含有較多的結晶水，蒸干后就得不到淺綠色的摩爾鹽晶體。
（ 8） 實驗的綠色化和安全化： 一般教材上均要求一次性在錐形瓶中加入 3. 0 ~ 4. 0 g 的鐵粉（ 或鐵屑） 和 3. 0 mol/L的硫酸20 ~25 mL,我們認為反應物用量太大，實驗中存在以下缺點。首先，前期的鐵粉和稀硫酸反應非常劇烈不易控制，容易將反應溶液沖出來，導致反應物損失。第二，產生的H2為易燃易爆氣體，存在巨大的安全隱患。第三，反應耗時較長，學生完成一般需要 4 ~5h.為了克服這些缺點，可以采取下面的措施進行改進。事實上，硫酸亞鐵銨的相對摩爾質量很大（ 392. 13 g/mol） ,因此即使反應物鐵粉的用量可以減少為 1. 0 g,一般仍然可以得到產品 4. 0 ~6. 0 g 產品。由于反應物用量減少，反應時間可以在原來的基礎上縮短 1 ~1. 5h,同時可以采用分批（ 3 ~ 4 次） 加入鐵粉，減緩鐵屑和硫酸反應的劇烈程度，使反應更加容易控制。
4 結論
本文針對莫爾鹽制備實驗中存在廢氣污染、產率低和顏色不純的問題，根據綠色化學和節約經濟的原則，對該實驗進行了改進和創新，經過改進后，達到了以下目的： （ 1） 充分利用了工廠廢棄物 - 鐵屑，避免使用試劑還原性鐵粉，回收了廢棄物鐵屑，實現了變廢為寶； （ 2） 縮短了反應時間，節約了電能； （ 3） 提高了產品產率和產品質量等級，防止了有毒氣體的排放對環境造成的污染，而且還實現了實驗過程的綠色化。
參考文獻
[1]北京師范大學無機化學教研室。 無機化學實驗[M]. 2版。 北京： 高等教育出版社，2001: 234 -235.
[2]南京大學《無機及分析化學實驗》編寫組。 無機及分析化學實驗[M]. 3 版。 北京： 高等教育出版社，1998: 68 -67.
[3]蔣碧如，潘潤身。 無機化學實驗[M]. 北京： 高等教育出版社，1989: 75 -76.
[4]袁愛群，金 彩，張 直，等。 用綠色化學理念改進硫酸亞鐵銨制備實驗[J]. 化學教學，2004 （ 5） : 8 -9.
