五水硫代硫酸钠的合成 (2)

1、五水硫代硫酸钠的合成组员：成彬煜，李忠良指导老师：曾秀琼摘要：本实验以亚硫酸钠与硫单质直接反应得硫代硫酸钠，再以结晶之法制备五水硫代硫酸钠，再以控制变量法探究各类反应条件对产品产率与晶型的影响。然后用重铬酸钾为基准物，以间接碘法测产品的纯度。本方案具有反应装置简单，反应条件易于控制，反应时间短，反应污染小，理论上原料利用率高等优点。关键词：五水硫代硫酸钠 制备 影响因素前言： 五水硫代硫酸钠为无色透明单斜晶体，空气中加热易分解成硫酸钠和二氧化硫，易溶于水但不溶于乙醇。实验中有多种制法，简述如下几种： 1. Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2 Na2SO3+S+5H2O=Na2S2O3.

2、5H2O 2. 硫化钠，碳酸钠与二氧化硫直接反应：2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2 3. 2Na2S+2S+3O2=2Na2S2O3 但总而言之无外乎两种，即由原料直接制备硫代硫酸钠与先制得亚硫酸钠，再与硫单质反应得硫代硫酸钠。而我组所采用的方法即为第二种，由亚硫酸钠与硫单质反应得硫代硫酸钠，再结晶得五水硫代硫酸钠。然后采用控制变量法探究各类实验条件（如反应温度，反应时间等）对产品晶型与产率的影响。文献综述:阜阳师范学院化学化工学院的张坤，刘杰，孙文中等改进了硫化钠，碳酸钠与二氧化硫直接反应：2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2的方案，指出了

3、反应装置中的缺点并予以改进【1】，刘栋良则做了用空气直接氧化硫化钠制取硫代硫酸钠的研究【2】，而杨明也做了相似的催化氧化法制备硫代硫酸钠的研究【3】。另外还有张大吉，李芳，王小燕等都曾对硫代硫酸钠的各个制备方案或实验装置进行了不同程度的改进。【4】实验方案简述：本实验以亚硫酸钠与硫单质为原料，在一定量水中加热25到30分钟，后趁热过滤滤得滤液，然后加热蒸发浓缩至出现连续不断的细小气泡为止，在冰水浴冷却室温，然后投入一个硫代硫酸钠的晶体促使晶体大量析出，晶体析出完全后即可减压过滤，并以少量乙醇洗涤晶体，抽干后称重。然后，以重铬酸钾为基准物，用间接碘法滴定硫代硫酸钠的纯度。仪器： 抽滤瓶，布氏漏斗

4、，正空泵，50mL烧杯，台式天平，分析天平，药勺，加热电炉，温度计，酸酸滴定管，锥形瓶，100/250mL容量瓶，25mL移液管，玻璃棒药品： 亚硫酸钠固体，硫单质粉末，硫代硫酸钠晶体，重铬酸钾基准物，碘化钾固体，2mol/L盐酸，0.2%淀粉溶液，碳酸钠固体实验步骤：1. 五水硫代硫酸钠晶体的制备 称取2.0克的硫单质粉末，置于50mL烧杯中，加1mL乙醇将其润湿，再称取6.0克的硫代硫酸钠固体，将其加入呈有硫单质的烧杯中，并加入15至20mL蒸馏水，将烧杯置于电炉之上，加热至剧烈沸腾后，保持剧烈沸腾状态25至30分钟。（在此过程中适时的补加少量沸水，以保持溶液的体积在15至20毫升。）反应

5、过后，立即趁热过滤，得到滤液。将此滤液置于电炉之上，再次加热蒸发浓缩，直至溶液产生连续不断的大量细小气泡为止。然后取下烧杯，将其置于冰水浴中冷却，至冷却到室温以下，然后投入一颗硫代硫酸钠的晶体，观察记录现象。一段时间后，减压过滤，并以少量乙醇洗涤产品，抽干后用滤纸吸干产品上的水分。然后件产品置于台式天平上称重，计算产率另外，将反应温度分别控制在70至80,80至90和90至100，其他条件不变，以同样的步骤进行反应，同样称重，计算产率，并与其他各组的数据进行对照比较。2. 五水硫代硫酸钠的标定A0.02mol/L硫代硫酸钠溶液的制备用台式天平称取制得五水硫代硫酸钠产品1.2克左右，使其溶于适量

6、刚煮沸并已经冷却的纯水中，加入碳酸钠固体0.02克左右，转入250mL容量瓶中，并以同样刚煮沸并已经冷却的纯水稀释至刻度，摇匀。B硫代硫酸钠溶液的标定用分析天平称取重铬酸钾基准试剂0.12克左右，置于烧杯中，用少量纯水溶解，再转入100mL容量瓶中，同样用纯水稀释至刻度，摇匀。用25mL移液管移取25.00mL重铬酸钾溶液也250mL锥形瓶中，并加入10到20mL水，然后加入0.4克的碘化钾固体与10mL 2mol/L的盐酸溶液，充分混匀溶解后，盖上表面皿，以防止产生的碘单质因挥发而损失。然后再置于暗处5分钟，取出后加入50毫升水，再用配好的硫代硫酸钠溶液滴定至溶液呈现浅黄绿色，此时向溶液中加

7、入2毫升的淀粉溶液，再继续用配好的硫代硫酸钠溶液滴定至溶液的蓝色刚好消失而出现铬离子的绿色为止，平行滴定3次，记录每次消耗的硫代硫酸钠溶液的体积，并以此计算硫代硫酸钠的纯度，进而鉴定此实验方案的可行性。数据记录及处理：加热至沸腾时的数据m亚硫酸钠/g6.02m硫单质/g2.05m产品/g6.95m五水硫代硫酸钠/g理论11.85产率58.65%m碳酸钠/g0.04m重铬酸钾/g0.1204m五水硫代硫酸钠/g1.2571C重铬酸钾/mol/L理论0.004093C硫代硫酸钠/mol/L理论0.02028V重铬酸钾/mL25.00 25.00 25.00 V硫代硫酸钠溶液/mL初0.80 0.0

8、5 0.43 V硫代硫酸钠溶液/mL末32.84 32.06 32.50 V/mL32.04 32.01 32.07 平均V/mL32.04C硫代硫酸钠/mol/L0.01916纯度94.48%90至100时的数据m亚硫酸钠/g6.03m硫单质/g2.01m产品/g6.25m五水硫代硫酸钠/g理论11.87产率52.65%m碳酸钠/g0.03m重铬酸钾/g0.1221m五水硫代硫酸钠/g1.4048C重铬酸钾/mol/L理论0.004147C硫代硫酸钠/mol/L理论0.02401V重铬酸钾/mL25.00 25.00 25.00 V硫代硫酸钠溶液/mL初0.38 0.15 0.30 V硫代硫

9、酸钠溶液/mL末28.11 27.90 28.02 V/mL27.73 27.75 27.72 平均V/mL27.73 C硫代硫酸钠/mol/L0.02243纯度93.43%另外70至80，与80至90时的现象不再细表，下文会简略介绍实验现象及结果：70至80时所得的产率为43%左右，而80至90时则为49%左右，90至100时则为52.65%.而加热至沸腾时产率最高为58.65%，从而可以看出，在溶液未沸腾至剧烈沸腾的这段温度范围内，硫代硫酸钠的产率与其反应温度是成正比的，而与此相对的产品的纯度，则相差不大，都集中在93%到95%之间，可以认为它们之间的细小误差是由于产品中掺杂的水分差异而引

10、起的。分析与讨论：1. 反应温度对产品的影响：表2温度对亚硫酸钠转化率的影响【5】实验条件为PH=10，反应时间为30分钟反应温度/809095100105转化率/%58.460.870.295.593.4而本反应中亚硫酸钠转化率即产率与反应温度的关系大致与表2中所列诉的一致，从而可证明在溶液未沸腾至剧烈沸腾的这段温度范围内，提高反应时的温度，可提高硫代硫酸钠的产率。2.反应时的酸碱度对产品的影响表2中各个温度时的产率都比我组所作实验相对应温度的产率要高，而两个实验唯一的差别就是反应时控制的酸碱度不同，我组做实验时并未调整反应时的酸碱度，即可认为反应时的PH值约等于7到8，而表2的实验则将反应

11、时的酸碱度控制在10左右。另外：表1溶液酸碱度对亚硫酸钠转化率的影响5实验条件：沸腾，反应时间30分钟PH值789101112转化率/%48.555.767.695.996.396.1从而我们可依此而认为在一定酸碱度范围内，适当增加反应体系的碱性，可以提高反应的产率。而根据PH在7到8的这一段的产率，我们克看出我组的实验还是很成功的，比文献中的实验数据还要高上几个百分点。3反应时间对产品的影响在PH=7至8时，我组的产率比表1 的数据还要高上几个百分点，而反应条件几乎一致，因而我们能想到的其中的差异只有反应时间了，我组的实际反应几乎都是超过了40分钟，从而我们认为，适当延长反应时间，也是有利于

12、提高产率的。4.与其他制备硫代硫酸钠的实验方案对比生产硫代硫酸钠的方法很多。有硫化钠法、多硫化钠法、硫氢化钠法、硫化氢法等。但其中大多数所得产品的产率不高，甚至可以说是低下。比如传统的实验室制备硫代硫酸钠的方法不但产率低下，有时甚至得不到产品，而且对环境污染严重。而今年人们对该实验的改良方案如微波法，其产率和纯度明显提高，污染也小，但是成本却太高，另外还有悬浊液法虽然减小了二氧化硫对大气的污染，但是操作却太过复杂。6而催化氧化法以硫化钠，硫单质为原料，与空气反应来制备硫代硫酸钠，虽然操作简便，但不得不说反应的副产物太多了，而且易形成多硫化物，从而令产率不高3而本实验中以亚硫酸钠与硫单质为原料，加热反应来制备硫代硫酸钠，不但操作简单，而且若控制好温度和PH值，可以将产率提高至95%左右，而纯度也一样可提高至94%左右。结论：通过本实验和所查文献的对照，我们可得出以下几点结论：1在溶液未沸腾至剧烈沸腾的这段温度范围内，提高反应时的温度，可提高硫代硫酸钠的产率。2 在一定酸碱度范围内，适当增加反应体系的碱性，可以提高反应的产率。3适当延长反应时间，也是有利于提高产