实验一 硫酸亚铁铵的制备
内容提要
实验目的
1．了解硫酸亚铁铵的制备方法。
2．练习在水浴上加热、减压过滤等操作。
3．了解检验产品中杂质含量的一种方法——目测比法。
实验原理
铁屑与稀硫酸作用，制得硫酸亚铁溶液,硫酸亚铁溶液与硫酸铵溶液作用，生成溶解度较小的硫酸亚铁铵复盐晶体： FeSO4+(NH4)2SO4+6H2O＝FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O
硫酸亚铁铵又称摩尔盐，它在空气中不易被氧化，比硫酸亚铁稳定。它能溶于水，但难溶于乙醇。
目测比法是确定杂质含量的一种常用方法，在确定杂质含量后便能定出产品的级别。将产品配成成溶液，与各标准溶液进行比，如果产品溶液的颜比某一标准溶液的颜浅，就确定杂质含量低于该标准溶液中的含量，即低于某一规定的限度，所以这种方法又称为限量分析。本实验仅做摩尔盐中Fe3+的限量分析。
仪器、药品及材料
1．仪器
锥形瓶(160mL) 烧杯(150mLl个，60mLl个) 台秤 漏斗 漏斗架 布氏漏斗 吸滤瓶(400mLl个) 量筒(10mLl个) 抽气管(或真空泵) 蒸发皿 表面皿 比管 比管架 水浴锅 2．药品
酸：HCl (2.0mol.L-1 ) H2SO4 (3.0 mol.L-1) 碱：NaOH (1.0 mol.L-1) 盐：Na2CO3 (1.
0 mol.L-1) KSCN (1.0 mol.L-1) 固体：(NH4) 2SO4 铁屑 其它：乙醇 (95%) Fe3+的标准溶液三份(见注1)
3．材料：pH试纸 滤纸
实验内容
1．硫酸亚铁铵的制备
(1)铁屑油污的除去
称取2g铁屑，放入锥形瓶(150mL)中，加入20mLNa2C03溶液(1.0 mol.L-1)，小火加热约10分钟，以除去铁屑表面的油污。倾析除去碱液，并用水将铁屑洗净。
(2)硫酸亚铁的制备
在洗净铁屑的锥形瓶中，加入15mLH2SO4溶液(3.0 mol.L-1)，放在水浴上加热，使铁屑与稀硫酸发生反应(在通风橱中进行)。在反应过程中要适当地添加去离子水，以补充蒸发掉
的水分。当反应进行到不再产生气泡时，表示反应基本完成。用普通漏斗趁热过滤，滤液盛于蒸发皿中。将锥形瓶和滤纸上的残渣洗净，收集在一起，用滤纸吸干后称其质量(如残渣量极少，可不收集)．算出已作用的铁屑的质量。
(3)硫酸铵饱和溶液的配制
根据已作用的铁的质量和反应式中的物量关系，计算出所需(NH4) 2SO4(s)的质量和室温下配制硫酸铵饱和溶液所需要H2O的体积(见注2)。根据计算结果在烧杯中配制(NH4) 2SO4 的饱和溶液．
(4)硫酸亚铁铵的制备
将(NH4) 2SO4饱和溶液倒入盛FeS04溶液的蒸发皿中，混匀后，用pH试纸检验溶液的pH值是否为1~2，若酸度不够，用H2SO4 (3.0 mol.L-1)调节。
在水浴上蒸发混合溶液，浓缩至表面出现晶体膜为止（注意蒸发过程中不宜搅动）。静置，让溶液自然冷却，冷至室温时，便析出硫酸亚铁铵晶体。抽滤至干，再用5ml乙醇溶液淋洗晶体，以出去晶体表面上附着的水分。继续抽干，取出晶体，在表面皿上晾干。称其
质量，并计算产率。
2．Fe3+的限量分析
用烧杯将去离子水煮沸5分钟，以除去溶解的氧，盖好，冷却后备用。称取1.00g的产品，置于比管中，加10.0ml备用的去离子水，以溶解之，再加入2.00mlHCl溶液（2.0mol·L—1）和0.5mlKSCN溶液（1.0 mol·L—1），最后以备用的去离子水稀释到25.00ml，摇匀。与标准溶液进行目测比，以确定产品等级。
数据记录和处理
已作用的铁质量/g | | FeSO4·（NH4）SO4·6H2O |
（NH4）2SO4质量/g | H2O体积/ml | 理论产量/g | 实际产量/g | 产率% | 级别 |
| | | | | | |
| | | | | | |
思考题
1．为什么硫酸亚铁溶液和硫酸亚铁铵溶液都要保持较强的酸性？
2．进行目测比时，为什么用含氧较少的去离子水来配制硫酸亚铁铵溶液
3．制备硫酸亚铁铵时，为什么采用水浴加热法?
注1 Fe3+标准镕液的配制(实验室配制)
先配制0．01mg·mI—1的Fe3+标准溶液。用吸量管吸取Fe3+的标准溶液5．00mI、10．00mL、20.00mL分别放入8支比管中，然后各加入2．00mLHCl溶液(2．0 mol·L—1)和0．50mLKSCN溶液(1.0mol·L—1)。用备用的含氧较少的去离子水将溶液稀释到25.00mI，摇匀，得到符合三个级别含Fe3+量的标准溶液：25mL溶液中含Fe3+0．05mg、0.10mg和0.20mg分别为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级试剂中Fe3+的最高允许含量。
若1.00g摩尔盐试样溶液的颜，与Ⅰ级试剂的标准溶液的颜相同或略浅，便可确定为I级产品，其中Fe3+含量的百分数=0.05/（1.00×1000）×100%=0.005%，Ⅱ级和Ⅲ级产品以此类推。
注2 几种盐的溶解度数据(g／100gH2O)
| 10 | 20 | 30 | 40 |
（NH4）2SO4（132.1） FeSO4·7H2O（277.9） FeSO4·（NH4）2SO4·6H2O（392.1） | 73.0 37 | 75.4 48.0 36.5 | 78.0 60.0 45.0 | 81.0 73.3 53 |
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实验二 磷酸盐在钢铁腐蚀中的应用
内容提要
钢铁表面的磷化处理
钢铁的磷化处理是防锈的一种有效措施，本文简单介绍了钢铁的磷化工艺。
钢铁制件在一定条件下，经磷酸盐水溶液处理后，表面上能形成一层磷酸盐保护膜，简称磷化膜。此膜疏松、多孔，具有覆着力强、耐蚀性和绝缘性好等特点，可以作为良好的涂漆底层和润滑层。所以磷化处理被广泛地应用于汽车、家用电器和钢丝拉拔等工业部门。按磷化液主成份的不同，有磷酸锰盐、磷酸铁盐和磷酸锌盐等类型的磷化液；按磷化方式不同，有浸渍、喷射和涂刷等磷化方式。为了获得性能良好的磷化膜和改进磷化工艺，目前国内外仍将磷化作用重要课题加以研究。
磷酸锌盐磷化液的基本原料是工业磷酸、硝酸和氧化锌。可以按一定比例直接配成磷化液，也可以先制成磷酸二氢锌和硝酸锌浓溶液，再按一定比例加水配成磷化液。磷化处理的一般过程是：（钢件）→除油→水洗→酸洗→水洗→磷化→水洗→涂漆。除油可采用金属清洗剂在常温下进行，水洗时如表面不挂水珠，则表示除油彻底。酸洗液可用20%H2SO4，洗到铁锈除净为止，酸洗温度过高或时间过长，会产生过腐蚀现象，应当避免。各水洗过程都用自来水，最好采用淋洗。
实验内容
1．试片的预处理
试片为85×25×0.80（mm）普通碳素钢片。经除油、酸洗和水洗后放在清水中备用（时间不宜过长，否则易生锈），操作时用镊子夹取试片。
2．磷化液的配制
称量4.0gZnO（99.5%）放入100ml烧杯中，加10mL自来水润透，用玻璃棒搅成糊状。将烧杯放在石棉网上，加8.5mLHNO3（45%）和1.8mLH3PO4（85%），边加边搅拌，使固体基本溶解。将溶液倒入100mL量筒中，加水稀释至100mL，配成磷化液。
3．试片的磷化
把磷化液倒入烧杯中，搅拌均匀，用pH试纸测酸度（pH≈2）。将烧杯放在恒温槽中加热至50±1℃，取一试片浸在磷化液中，并计时，5分钟时取出，用水冲掉表面上的磷化液，将试片放在支架上自然干燥（15分钟左右）。若磷化膜外观呈银灰，连续、均匀、无锈迹，说明磷化效果较好（可重复磷化3～5片）。
4．磷化膜耐蚀性的检验
选择已干燥的磷化好的试片，滴一滴硫酸铜试液于磷化膜上，记录该处出现红棕的时间，若接近或超过一分钟为合格。
硫酸铜点滴试液的组成[1]：40mLCuSO4溶液（1.0mol·L—1）加0.8mLNaCl溶液（0.1 mol·L—1）和20mLHCl溶液（10%）。
结果与讨论
磷化过程包含着复杂的化学反应，涉及离解、水解、氧化还原、沉淀和配位反应等。
1．磷化前磷化液中存在两类化学反应：
离解：
Zn(NO3)2 → Zn2+ + 2NO3— (1)
Zn（H2PO4）2 → Zn2+ + 2H2PO4— (2)
H2PO4— = HPO42 + H+ (K2≈10—8) (3)
HPO42— = PO43— + H+ (K3≈10—13) (4)
水解
Zn2+ + H2O = Zn(OH)+ + H+ (Kh≈10—10) (5)
PO43— + H2O= HPO42— + OH— (Kh1≈10—1) (6)
HPO42— + H2O = H2PO4— + OH— (Kh2≈10—6) (7)
H2PO4— + H2O =PO43— + OH— (Kh3≈10—11) (8)
由于磷化液的pH值在2左右，Zn2+的水解可以忽略。但磷酸根离子的水解比较显著，磷化根离子的水解比较显著，磷化液中PO43— 的浓度极小，即：c（Zn2+）≥c（H+）≈c（H2PO4—）＞c（HPO42—）≥c（PO43—）。
2．磷化时，在钢铁表面上同时发生两类化学反应：
氧化还原：
Fe + 2H+ = Fe2+ + H2(g) (9)
3Fe+2NO3—+8H+=3Fe2++2NO(g)+4H2O (10)
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