2. 羟胺二磺酸钠的水解
【反应方程式】HON(SO3Na)2 + 2H2O → [HONH3]+[HSO4]‒ + Na2SO4.
【操作简述】羟胺二磺酸钠溶液在酸性条件下加热回流3 ~ 5 h即可。这一步可不搭建回流装置,而直接将溶液在空气中加热至沸,以浓缩溶液,方便后续步骤。再次强调,羟胺二磺酸钠溶液在这一步中加热,不代表上一步反应可以在室温进行。先低温反应再加热水解,并非多余的行为。
【加热回流】取一支量程为200℃的温度计,发现室温为15℃。
设置油浴温度130℃,打开磁搅(确保烧瓶内有磁子),将羟胺二磺酸钠溶液油浴加热,一段时间后用温度计测量温度。
注:上一步得到的溶液量高达400 mL,而油浴无法完全覆盖烧瓶中的液体,所以我只能将温度设置得远超水的沸点,才能让溶液微沸。
注:溶液有磁子搅拌,我没有用温度计搅拌溶液,仅仅手持温度计测温而已。
温度计读数为95℃上不去了,溶液似沸微沸的样子。敞口加热是为了挥发一部分水分,减少后续处理的溶液量,但这不强求。如果用烧杯做这步反应,需要注意不能将溶液浓缩得太过。
煮沸一段时间后,用pH试纸测试溶液,读数在1左右,说明溶液的酸性明显增强,羟胺二磺酸钠确已水解。理论上,羟胺二磺酸钠在煮沸时迅速水解,但为保反应完全,我将溶液煮沸了3 ~ 5 h.
【棕色环反应】我决定用棕色环反应检测一下溶液中是否还存在亚硝酸根。水解后的反应液里应当完全不含亚硝酸根——即使我们加料时多加了一点点亚硝酸钠,水解生成的羟胺盐也会立刻将残存的少量亚硝酸钠还原为一氧化二氮。
取两支一次性样品管,分别用签字笔标记“反应液”和“对照组”。向两管分别加入0.5 mL浓硫酸。然后向一支样品管中小心滴加水解后的反应液,需和浓硫酸分层。
这是浓硫酸(下层)和反应液(上层)分层的效果,我已经尽力拍了,界面还算是清晰可见。
再配置硫酸酸化的亚硝酸钠-亚硫酸氢钠混合液,用于对比。由于没有控制低温,可以看到混合液呈氮氧化物特有的棕黄色,毕竟亚硝酸在常温下还是很不稳定的。
向标有“对照组”的样品管中小心滴加刚配置的硫酸-亚硝酸钠-亚硫酸氢钠混合液,需和浓硫酸分层。下图中,左侧是“反应液”,右侧是“对照组”。
配置硫酸亚铁铵溶液,可以看到是浅绿色的。
向两个样品管中滴加一滴硫酸亚铁铵溶液,“对照组”的上层立即变棕黄色,且在两层交界面出现了棕色的环,而“反应液”未变色。这就说明“对照组”中有亚硝酸根离子,而“反应液”中没有亚硝酸根离子,第一步投入的亚硝酸钠已经全部转化了。