铁矿中铁含量的测定Word文档下载推荐.doc
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对铁矿来说,盐酸是很好的溶剂,溶解后生成的Fe3+
离子,必须用还原剂将它预先还原,才能用氧化剂K2Cr2O7溶液滴定。
重铬酸钾法是测铁的国家标准方法。
在测定合金、矿石、金属盐及硅酸盐等的含铁量时具有很大实用价值。
经典的K2Cr2O7法测定铁时,用SnCl2作预还原剂,多余的SnCl2用HgCl2除去,然后用K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2+离子。
这种方法操作简便,结果准确。
但是HgCl2有剧毒,造成严重的环境污染,近年来推广采用各种不同汞盐的测定铁的方法。
本实验采用的是SnCl2-TiCl3联合还原铁的无汞测铁方法,即先采用SnCl2将大部分Fe3+离子还原,以钨酸钠为指示剂,再用TiCl3溶液还原剩余的Fe3+离子,其反应式如下:
2Fe3++SnCl42-+2Cl-=2Fe2++SnCl62-
Fe3++Ti3++H2O=Fe2++TiO2++2H+
过量的TiCl3使钨酸钠还原为钨蓝,然后用K2Cr2O7溶液使钨蓝褪色,以消除过量还原剂TiCl3的影响。
最后以二苯胺磺酸钠为指示剂,用K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2+离子。
6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O
由于滴定过程中生成黄色的Fe3+离子,影响终点的正确判断,故加入H3PO4,使之与Fe3+离子结合成无色的[Fe(PO4)2]3-配离子,消除Fe3+离子的黄色影响。
H3PO4的加入还可以降低溶液中Fe3+离子的浓度,从而降低Fe3+/Fe2+电对的电极电位,使滴定突跃范围增大,用二苯胺磺酸钠指示剂能清楚正确地指示终点。
K2Cr2O7标准溶液可以用于干燥后的固体K2Cr2O7直接配制。
2实验部分
2.1试剂与仪器
60g·
L-1SnCl2溶液:
称取6gSnCl2·
2H2O溶于20mL热浓盐酸中,加水稀释至100mL。
硫磷混酸:
将200mL浓硫酸在搅拌下缓慢注入500mL水中,冷却后加入300mL浓磷酸,混匀。
250g·
L-1Na2WO4溶液:
称取25gNa2WO4溶于适量水中(若浑浊应过滤),加5mL浓磷酸,加水稀释至100mL。
(1+19)TiCl3溶液:
取TiCl3溶液(15%~20%),用1+9盐酸稀释20倍,加一层液体石蜡保护。
2g·
L-1二苯胺磺酸钠溶液
浓盐酸:
实验时应稀释至6mol/L
0.008mol·
L-1K2Cr2O7标准溶液:
按计算量称取150℃烘了1h的K2Cr2O7(AR或基准试剂),溶于水,移入1000mL容量瓶,用水稀释至刻度,摇匀。
计算出K2Cr2O7标准溶液的准确浓度(mol·
L-1)。
铁矿石试样:
先将矿样置入破碎机中,再将破碎好的原矿样用制样机进行细致研磨。
2.2实验方法
2.2.10.008mol·
L-1K2C2O7标准溶液的配制
在分析天平上准确称取0.5888gK2Cr2O7基准物质置于烧杯中,加入一定量的蒸馏水使其溶解,溶解后将溶液转入250mL容量瓶中,定容,摇匀,置于一旁待用。
2.2.2铁屑中铁含量的测定
在分析天平上准确称取0.15~0.20g铁屑试样置于250mL锥形瓶中,加几滴蒸馏水润湿样品,再加入10-20mL浓盐酸,加热10~20min,使铁屑充分溶解,然后滴加60g/LSnCl2溶液至呈浅黄色,调整溶液体积至100mL,加入15滴250g/LNa2WO4溶液,用(1+19)TiCl3溶液滴至溶液呈蓝色,再滴加K2Cr2O7标准溶液至无色(不计读数),迅速加入10mL硫磷混酸溶液和5滴2g/L二苯胺磺酸钠指示剂,立即用K2Cr2O7标准溶液滴定至呈稳定的蓝紫色,记录所消耗的K2Cr2O7标准溶液的体积,根据其用量计算出铁屑中所含铁的质量分数。
平行滴定3次,取平均值。
有关数据如表1所示。
3结果与讨论
3.1实验结果
表1铁屑中铁含量的测定实验中数据记录
Table1Thedatainthemeasurementexperimentofironcontentrecordsinironscraps
记录项目平行次数
I
II
III
IV
V
K2Cr2O7的质量/g
0.5895
K2Cr2O7的浓度/(mol/L)
0.008015
铁矿石的含量/g
0.1524
0.1608
0.1686
0.2000
0.1796
K2Cr2O7的初读数/mL
0.30
0.00
0.15
0.20
0.10
K2Cr2O7的终读数/mL
11.20
11.10
12.60
12.50
13.60
K2Cr2O7的体积/mL
10.90
12.45
12.30
13.50
Fe的含量w%
19.21
18.54
19.83
19.52
20.19
平均含量w%
19.46
个别测定绝对偏差%
0.25
0.92
0.37
0.06
0.73
平均偏差%
0.47
相对平均偏差
0.02415
标准偏差s
0.006289
相对标准偏差
0.03232
总体平均值μ
结果分析:
将数据从小到大排序依次为:
18.54%19.21%19.52%19.83%20.19%
可疑值为18.54%20.19%;
用Q检验法检验得:
Q1=(20.19%-19.83%)/(20.19%-18.54%)=0.22
Q2=(19.21%-18.54%)/(20.19%-18.54%)=0.41
Q表=0.64,Q1Q2均小于Q表,故可疑值应保留
置信度为95%,自由度为4时,,
3.2溶样对实验的影响
3.2.1在盐酸溶样时,应置于低温,不能煮沸,以避免三氯化铁部分挥发。
溶样温度低于55℃时溶样缓慢,超过75℃时,HCl挥发过快,浓度降低,溶样不完全。
实验表明,溶样温度控制在65℃时效果最佳。
溶解样品时,必须盖上表面皿,以防止FeCl2挥发或溶液溅出,溶样时如酸挥发太多,应适当补加盐酸,使最后定溶液中的盐酸量不少于10mL。
该反应需要在HCl介质中进行,且要求还原Fe3+离子时盐酸的浓度为4mol/L,因为当盐酸浓度大于6mol/L时,Cl-浓度过高会消耗部分K2C2O7标准溶液,造成结果偏差。
3.2.2如残渣颜色较深,则需分离出残渣,用氢氟酸或焦硫酸钾处理,所得溶液并入上面所得溶液中。
3.3温度对实验的影响
氧化、还原和滴定时溶液温度控制在20~40℃较好
3.3.1用SnCl2还原Fe3+离子时,溶液温度不能太低,否则反应速度慢,黄色褪去不易观察,易使SnCl2过量。
3.3.2用TiCl3还原Fe3+离子时,溶液温度也不能太低,否则反应速度慢,易造成TiCl3过量。
3.4加入SnCl2的量对测定结果的影响
3.4.1当其他测定条件一定时,改变加入SnCl2的量对测定结果产生影响。
实验结果表明当SnCl2用量不足时,溶液中剩余的Fe3+需要大量TiCl3来还原,溶液中引入较多的钛,当用水稀释时常出现大量四价钛盐沉淀,使测定结果偏低;
若SnCl2过量,加入Na2WO4后,即会出现不稳定的“钨蓝”,再边摇动边滴加(1+19)TiCl3至溶液刚刚呈现钨蓝则对后面的操作带来不利,使测定结果偏高且重现性不好。
3.4.2SnCl2如过量,应滴加少量KMnO4溶液至溶液呈浅黄色。
3.5硫磷混酸在滴定过程中的作用
3.5.1具有强酸性,其中H3PO4有一定的配位能力。
由于滴定过程中生成黄色的Fe2+离子,影响终点的正确判断,故加入H3PO4,使之与Fe3+离子结合合成无色的结果[Fe(PO4)2]3+配离子,消除了Fe3+离子的黄色影响。
H3PO4的加入还可以降低溶液中Fe3+离子的浓度,从而降低Fe3+/Fe2+电对的电极电位,使滴定突跃范围增大,用二苯胺磺酸钠指示剂能清楚正确地指示终点。
3.5.2在酸性溶液中,Fe2+易被氧化,故加入硫一磷混酸后应立即滴定,一般还原后,二十分钟以内进行滴定,重现性良好。
3.6干扰元素的影响
当铁含量高时,其它干扰元素含量较低而铜在2mg以下时,不需用氨水分离。
3.7如重铬酸钾不是基准试剂,可按下述方案配制和标定
3.7.1铁标准溶液:
称取2.8594g三氧化二铁(优级纯)于250ml锥形瓶中,加100mL盐酸,盖上表面皿加热(勿煮沸),冷却后移入1L容量瓶中,加100mL盐酸,用水定容至刻度,此溶液含铁2mg/mL。
3.7.2重铬酸钾标准溶液:
称取1.76g重铬酸钾于250mL烧杯中,以少量水溶解后用水稀释至1L,摇匀。
标定:
吸取20.00mL铁标准溶液于250mL锥形瓶中加热至近沸,趁热滴加100g/L二氯化锡溶液至铁(Ⅲ)的黄色完全消失并过量1~2滴,流水冷却至室温,加10mL二氯化汞饱和溶液,放置2~3min,加100mL水、20mL硫磷混酸,加5滴0.5%二苯胺磺酸钠指示剂,用重铬酸钾标准溶液滴定至紫色,即为终点。
【参考文献】
[1]《分析化学实验(第三版)》,四川大学化工学院、浙江大学化学系编,高等教育出版社
[2]赵瑞兰,马铭,谢青季,舒维华.改进的SnCl2-TiCl3法测定铁含量[J].实验室研究与探索,2004年第8期:
28—29,38
致谢:
感谢吴明君老师的精心指导!