Fremstilling af Jern(II)sulfat heptahydrat

Side 1

STX 2.g

Kemi 2.t

Jern(II)sulfat heptahydrat

Formål:

Formålet med denne øvelse er at fremstille saltet FeSO_{4} ∙7H_{2} O og sammenligne det teoretiske udbytte med

det praktiske fra følgende øvelse.

Teori:

Jern(II)sulfat FeSO er et salt, og kan genkendes på dets grønne krystaludseende. Det anvendes til en lang
               4

række formål, som fx jerntilskud til svin og som phosphationsfjerner ved spildevand på rensningsanlæg. Et salt er opbygget af positive og negative ioner ved en ionforbindelse, hvor den positive ion bliver trukket af den negative. Jern befinder sig i undergruppen med metaller i det periodiske system, hvilket betyder, at vi

                                                           2+
skal se på navnet for at bestemme dets ioner, nemlig jern(II) og derfor Fe

. Sulfat er et fleratmioner-ion, altså hvor flere atomer danner en ladet atomgruppe, hvilket i dette tilfælde er Svovl og Oxygen.

                          2+          2—
Jern(II)sulfat består derfor af Fe -ioner og SO ioner.
                                     4

Jern reagerer med en svovlsyreopløsning. Ved reaktionen dannes der hydrogen, som vi kan se, ved at det bobler, hvilket er ensbetydende med, at der er gas.

Fe (s) + 2H^{+} (aq) → Fe^{2+} (aq) + H_{2} (g)

Med stofformler ser reaktionen således ud, hvor jernatomer omdannes til jern(II)-ioner i svovlsyren:

Fe (s) + H_{2} SO_{4} (aq) → FeSO_{4} (aq) + H_{2} (g)

Ethanol tilsættes opløsningen, hvilket bevirker at stoffet FeSO ∙7H O (jern(II)sulfat heptahydrat) nu fælder
                                                  4  2

ud. Hver gang vi har ionforbindelsen FeSO_{4} indeholder iongitteret 7 vandmolekyler, hvilket er grunden til at
man skriver formelen som FeSO_{4} ∙7H_{2} O - Jern(II)sulfat heptahydrat (hepta betyder 7, hydrat er en kemisk

forbindelse der indeholder vand). Den samlede omdannelse ser derfor således ud:

Fe (s) + H_{2} SO_{4} (aq) + 7H_{2} O (l) → FeSO_{4} ∙7H_{2} O (s) + H_{2} (g)

Et sofs mængde m kan vi meget let veje på en vægt og måles derfor ganske enkelt i g. Det er dog ikke altid lige vægten passer eller at vi har en vægt til rådighed. Ved beregning af det teoretiske udbytte gør vi brug af vores viden af molarmassen og stofmængden. Stofmængden n har måleenheden mol og angiver hvor mange atomer der er i et stof, da disse atomer er alt for små til at vi selv kan veje dem. 1 mol vejer det

samme i gram som et enkelt atom vejer i u, nemlig 6,02∙10^{23} stk.. Hvis to eller flere atomer går op med

hinanden i en reaktion, og der derved intet er tilovers har vi en ækvivalent mængde. Ikke-ækvivalente mængder er derfor når de ikke går op med hinanden og en ene reaktant er i overskud. Molarmassen M

udtrykker massen pr. mol af et stof og angives derfor i g/mol. Vi kan finde den molare masse i det
periodiske system for hvert enkelt grundstof, hvor u erstattes med g/mol. For sammensatte stoffer skal

atomernes molarmasse ganges med det antal for hvert atom i stoffet, hvorefter de forskellige molarmasse lægges sammen. Sammenhængen mellem et stofs masse, molarmasse og stofmængde kan beskrives og udregnes i følgende ligninger:

   m            m
M =  , m = M∙n , n =
    n           M

Side 2

Kemi 2.t

Materiale:

Vægt, 250 mL konisk kolbe, 100 mL måleglas, mærkater, vat, tragt, filterpapir, 250 mL bægerglas, spatel, udstyr til sugefiltrering, porcelænsskål.

Ståluld, fortyndet svovlsyre (2mol/L), Ethanol.

Fremgangsmåde:

Vi startede dag 1 med at afveje 3 g jern i form af ståluld med 0,01 grams nøjagtighed i en 250 mL kolbe.

Derefter tilsattes 50 mL fortyndet svovlsyre, hvorefter kolben mærkedes med navn. Kolben lukkedes med en prop af vat. Efter ca. 3 minutter kunne vi se en reaktion, ved at der var små bobler. Dette var selvfølgelig jern der reagerede med svovlsyren og dannede hydrogen, som er en gas.

2. forsøgsdag var alt stålulden opløst, hvorefter kolbens indhold iagttoges. I kolben var en grønlig klar væske med sort bundfald, som formodentlig var kul fra stålulden. Ståluld er nemlig ikke rent jern, men indeholder en del urenheder. Opløsningen filtreredes ned i et bægerglas mens det sorte bundfald frafiltreredes. Derefter tilsattes 50 mL ethanol til bægerglasset og der rørtes grundigt rundt i et par

minutter, så alt FeSO_{4} udfældedes. Ethanol (C_{2} H_{5} OH) er både polært og upolærte, hvor den polære OH-del
sætter sig på det polære FeSO_{4}, mens resten at Ethanolen er upolær. Stoffers polaritet afgøres desuden af

elektronnegativiteten, som er et tal, der angiver atomets evne til at tiltrække elektronerne. Det nu polære

FeSO_{4} ∙7H_{2} O udfældes ved at ligge sig som bundfald, da et polært og et upolært stof ikke kan blandes.

Bundfaldet frafiltreredes ved sugefiltrering, hvorefter det vaskes med ethanol og blev lagt i en skål.

FeSO_{4} ∙7H_{2} O er som sagt et salt, hvilket betyder det ikke kunne vaskes med vand, da opløsningen derfor ville

opløses.

3. forsøgsdag måltes det praktiske udbytte af FeSO ∙7H O ved at afveje det tørrede stof, så vi kunne
                                         4   2

beregne det praktiske udbytte som var 8,45 g.

Resultat og databehandling:

                                        m
Stofmængden n af jern finder vi ved formelen n = . Massen m er det jern/ståluld vi startede med at afveje
                                        M

inden vi blandede det med svovlsyre. Vi afvejede jern til at være 3,00 g. Molarmassen M kan vi let finde i

det periodiske system og er for jern 55,85 g/mol.

      m(Fe)
n(Fe) =   =          = 0,0537 mol
      M(Fe) 55,85 𝑔/𝑚𝑜𝑙

3,00 𝑔

Side 3

Kemi 2.t

Fortyndet svovlsyreindeholder 2 mol H SO pr. liter. I forsøget anvendte vi 50 mL, hvilket betyder at vi har
                               2  4

anvendt 0,1 mol H_{2} SO_{4}. Som det ses i reaktionsskemaet skulle stofmængderne gerne forholde sig 1:1, men
stofmængden af H_{2} SO_{4} er næsten dobbelt så stor. H_{2} SO_{4} er derfor i overskud med 0,0463 mol, hvilket

betyder, at vi har med ikke-ækvivalente mængder at gøre. På den måde udnyttes alt stofmængden af Fe, så

vi kan danne så meget FeSO_{4} ∙7H_{2} O som muligt.

Da vi har 0,0537 mol af Fe at gøre godt med, kan vi derfor også højest få dannet 0,0537 mol FeSO_{4} ∙7H_{2} O.

Den molare masse finder vi som sagt ved at kigge i det periodiske system for hvert enkelt grundstof:

M(FeSO_{4} ∙7H_{2} O) = m(Fe) + m(S) + 4∙m(O) + 7∙2∙m(H) + 7∙m(O) = 278,032 g/mol

Det teoretiske udbytte af FeSO_{4} ∙7H_{2} O i gram, kan vi finde ved følgende ligning:

m(FeSO_{4} ∙7H_{2} O) = M(FeSO_{4} ∙7H_{2} O)∙n(FeSO_{4} ∙7H_{2} O) = 278,032 g/mol∙0,0537 mol = 14,93 g

Vi har altså et teoretisk udbytte på 14,93 g mod vores praktiske udbytte på kun 8,45 g. Udbyttet i procent finder vi ved at dividere det praktiske udbytte med det teroretiske, hvorefter det ganges med 100 %.

         8,45 𝑔
Udbytte =     × 100 %= 56,6 %
         14,93 𝑔

Masse af Fe Praktiske udbytte af Teoretiske udbytte af Udbytte i %

FeSO_{4} ∙7H_{2} O FeSO_{4} ∙7H_{2} O

3,00 g 8,45 g 14,93 g 56,6 %

At vores udbytte ikke er 100 %, men kun lidt over det halve, skyldes flere fejlkilder. De mange skift fra beholder til beholder skyldtes, at noget af saltet ikke kom med. Ved sugefiltreringen var der stadig lidt bundfald i bunden af kolben i stedet for i büchnertrakten. Desuden er jern(II)sulfat letopløseligt, hvilket betyder, at det ikke er sikkert, at alt saltet blev udfældet af ethanolen. Især hvis der heller ikke blev rørt godt nok rundt. Salts opløselighed er mindre jo koldere det er, så for at forbedre forsøget, kunne vi have nedkølet blandingen med ethanol ved omrøringen.

Konklusion:

Vores udbytte blev meget lavt i forhold til det teoretiske udbytte. Dette kan skyldes flere fejlkilder.