铁粉中含铁量的标准测定

2016-01-15  来自: 华维科力 浏览次数:1482

验十 铁粉中铁含量的测定

一.实验目的

1.学会酸钾标准溶液的配制及使用;

2.学习矿石试样的酸溶法和重铬酸钾法测定铁的原理及方法;

3.了解二苯胺磺酸钠指示剂的作用原理。

二.实验原理:

1.铁矿石中的铁以氧化物形式存在。试样经盐酸分解后,在热浓的盐酸溶液中用SnCl2将大部分Fe3+还原为Fe2+,加入钨酸钠作指示剂,剩余的Fe3+用TiCl3溶液还原为Fe2+,过量TiCl3使钨酸钠的W6+还原为W5+(蓝色,俗称钨蓝)。除去过量TiCl3和W5+,可加几滴CuSO4溶液,摇动至蓝色刚好褪去。最后,以二苯胺磺酸钠作指示剂,用K2Cr2O7标准溶液滴至紫色为终点。主要反应式如下 Fe2O3+6HCI=2Fe3++6C1—+3H2O,   

 2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+    Fe3++Ti3+=Fe2++Ti4+  ,       6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O,

   滴定过程生成的Fe3+呈黄色,影响终点的判断,可加入H3PO4,使之与Fe3+生成无色 [Fe (PO4)2]3- 减小Fe3+浓度,同时,可降低Fe3+/Fe2+电对的电极电位,使滴定终点时指示剂变色电位范围与反

   应物的电极电位具有更接近的Φ值(Φ=0.85V),获得更好的滴定结果。

2.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

3.重铬酸钾浓度的计算:         



                    

4.铁的含量的计算:W(Fe)=CV(K2Cr2O7)×6×m(Fe)/m(试样)*100

三.主要仪器与试剂

主要仪器:电子天平,250m烧杯,50mL酸式滴定管,称量瓶,   移液管 ,干燥器,量筒,250mL容量瓶。

主要试剂:铁粉,K2Cr2O7 ,SnCl2溶液, 10%NaWO4  , 1.5%TiCl3 , H2SO4-H3PO4(1:1)混酸

0.5%二苯胺磺酸钠溶液,3:2 盐酸

四.操作步骤:

.操作

注意事项

0.016mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液的配制

  准确称取1.2±0.1g K2Cr2O7,加水溶解后转移至250mL容量瓶中,用水稀释至标线,摇匀

K2Cr2O7较重,称量时请细心,耐心。由于Cr(VI)是致癌物质,称量时不要称多,倘若稍过量一点,请不要倒掉,可配制标准溶液;若过量很多,请将重铬酸钾送到预备室回收,不可随意倒入水槽。 

试样的测定

  <1> 准确称取0.18~0.22g矿样三份于250mL烧杯中,加少许水湿润,加入15mL 3:2 盐酸,盖上表面皿,在通风橱中加热至微沸,并保持15min,使其溶解,稍冷,用少量水冲洗表面皿和杯壁。

  <2>加热至近沸,滴加10%的SnCl2溶液,将大部分Fe3+还原为Fe2+,此时溶液由红棕色变为黄色,再加2% SnCl2溶液,使溶液有黄色变成浅黄色,再加1ml10%NaWO4,滴加1.5%TiCl3至出现稳定的“钨蓝”,冲洗杯壁,滴加K2Cr2O7至蓝色刚刚消失。

 <3>加入4mlH2SO4-H3PO4(1:1)混酸,然后加入3滴0.5%二苯胺磺酸钠溶液做指示剂,马上用K2Cr2O7标准溶液滴定至溶液呈现稳定的紫色即为终点。

铁矿样溶解的操作注意:

1. 不加玻棒,只加盖表面皿;在溶解过程中不打开表面皿,避免溶液溅出引起试样损失;可用烧杯夹夹住烧杯在石棉网上轻轻旋摇。

2. 加热至微沸,并保持微沸15min,火焰要接触石棉网,使有一定的反应速率,保证铁全部溶解。

  溶解过程中切不可把溶液蒸干,故只能小火微沸,否则可能造成FeCl3挥发损失。万一不慎火大了,试样没溶好又快蒸干,可补加5mL盐酸溶液继续溶解。

 

五.实验结果及分析

1.铁矿中铁的含量:

序号

1

2

3

铁试样质量m/g

0.2088

0.2081

0.2232

C标准(K2Cr2O7)/mol·L-1

0.01916

初读数V1( K2Cr2O7)/mL

0.00

0.00

0.00

终读数V2(K2Cr2O7)/mL

20.63

20.61

22.30

△V (K2Cr2O7)/mL

20.63

20.61

22.30

Fe%

63.44

63.59

64.15

Fe平均%(舍前)

63.72

S

0.004649

T

1.03

0.28

0.92

查表3-1的T(置信界限95%)

1.15

Fe平均%(舍后)

63.72

六.问题及思考题

★思考题

1.溶样后,容器底部的残渣为何物?

答:是硅酸盐(目前实验室提供的铁矿样留下的残渣是极少的黑色小颗粒)。

2.SnCl2的作用何在?有哪些反应条件,为什么?

答:Sn2+可将Fe3+还原为Fe2+

      反应条件 :溶液的体积要小,酸度要高;在近沸的条件下滴加SnCl2,要慢滴多搅。

    体积小,酸度高,可以避免水解;由于还原反应的反应速率慢,在近沸条件下进行可以加快反应速率,使反应结果很快显示,避免SnCl2加过量;慢滴多搅同样是为了避免SnCl2过量。

3.如何判断加入的SnCl2量是否合适;若加多了或加少了,对实验结果有何影响?

答:<1>在近沸条件下(溶液沸腾后退火或用小火加热),滴加SnCl2溶液,加1滴SnCl2溶液后多搅动,溶液原来的棕黄色或黄色渐渐变淡,直到加1滴SnCl2溶液,在搅拌中溶液的黄色刚好褪去,再过量1~2滴,这时所加的SnCl2的量为合适。

    <2>加少了,还有未还原的Fe3+,使测定结果偏低。

    <3>加多了,有过量的Sn2+存在,与下一步所加的HgCl2反应后出现灰色沉淀,导致实验结果偏高。

4.实验中加入钨酸钠的目的是什么?

答:作为指示剂,指示Fe3+是否被还原完全。

5.为什么要加硫磷混酸?

答:<1>保证滴定反应必要的酸度;

    <2>使黄色Fe3+生成无色的Fe(HPO4)2-,有利于终点的观察;

    <3> Fe(HPO4)2-的生成降低了电对Fe3+/Fe2+的电势,使二苯胺磺酸钠指示剂的变色点(E=0.84)落在电势突跃范围内,减少了终点误差。

6.二苯胺磺酸钠怎样指示反应终点?

答:二苯胺磺酸钠属于氧化还原型滴定指示剂,本身具有氧化还原性,其氧化型物种In(Ox)和还原型物种In(Red)具有不同的颜色。在滴定至计量点后,指示剂被氧化或还原,同时伴随有颜色变化,从而指示滴定终点。二苯胺磺酸钠指示剂的颜色变化如下 :

In(Ox)

+ ze-

In(Red)

紫红色

 

 

无色

当重铬酸钾标准溶液滴定至化学计量点后,指示剂In(Red)被稍过量的K2Cr2O7氧化为 In(Ox),溶液显紫红色,指示终点到达。

7.滴定过程中,溶液为什么呈绿色?而不是Fe3+的黄色?

答:Cr2O72-还原产物为Cr3+(绿色,Cr(H2O)5Cl2+),Fe2+的氧化产物为Fe3+,呈黄色,由于它与HPO42-配位,生成无色的Fe(HPO4)2-,因此溶液呈现Cr3+的绿色。

8.在滴定过程中,溶液的颜色如何变化,如何判断终点?

答:<1>滴定过程中,溶液的颜色变化为无色-淡绿色-绿色加深-蓝紫色消失渐慢,出现两者混合色(蓝紫带灰)-蓝紫色。

    <2>当蓝紫色消失渐慢时,表明终点快到,应小心滴加,若出现短暂的蓝紫色后变成蓝紫带灰,则再加半滴滴定液,即出现稳定的蓝紫色表明终点已到。

9、如何安排实验?

答: <1>称矿样,加HCl,加热溶解,三份试样可以同时操作。

    <2>从试样还原后,必须连续操作,直至滴定完毕,做完一份后再做第二份,因还原好的Fe2+在放置的过程中会被空气中的氧氧化,因此不能放置,应马上用重铬酸钾溶液滴定。

1.重铬酸钾法有何优点?

答:<1>重铬酸钾固体容易提纯,在423K下(150℃)烘干后即可做基准物质,用直接法配制标准溶液;

   <2>重铬酸钾溶液非常稳定,可以长期保存,只要避免蒸发,其浓度甚至可以数年不变,即使煮沸也不分解;

   <3>重铬酸钾的氧化能力没有高锰酸钾强,在1mol·L-1 HCl溶液中,E?′=1.00V,室温下不与 Cl-作用(E?=1.36V),故在HCl溶液中滴定Fe2+。但当HCl浓度较大或将溶液煮沸时,K2Cr2O7也能部分被Cl-还原。浓HCl中的K2Cr2O7全部被还原;

   <4> 用重铬酸钾做滴定剂时,不仅操作简单,而且与大多数有机化合物反应速率慢,一般不会发生干扰。

2.无汞定铁法的优点。

答:用无毒的TiCl3替代有毒的HgCl2,更安全。

1、说明使用K2Cr2O7的注意事项。

答:K2Cr2O7较重,称量时请细心,耐心。由于Cr(VI)是致癌物质,称量时不要称多,倘若稍过量一点,请不要倒掉,可配制标准溶液;若过量很多,请将重铬酸钾送到预备室回收,不可随意倒入水槽。

   实验后多余的K2Cr2O7标准溶液不要倒掉,可用作下次实验“硫代硫酸钠”标准溶液的标定。若量少,不够标定3次用,则倒入回收瓶中。

2、铁矿样溶解的操作有哪些注意处?

答:不加玻棒,只加盖表面皿;在溶解过程中不打开表面皿,避免溶液溅出引起试样损失;可用烧杯夹夹住烧杯在石棉网上轻轻旋摇。

   加热至微沸,并保持微沸15min,火焰要接触石棉网,使有一定的反应速率,保证铁全部溶解。

  溶解过程中切不可把溶液蒸干,故只能小火微沸,否则可能造成FeCl3挥发损失。万一不慎火大了,试样没溶好又快蒸干,可补加5mL盐酸溶液继续溶解。

7、能不能只用SnCl2或TiCl3来还原铁(Ⅲ)?

答:只用SnCl2不能很好的将六价钨还原为五价,溶液无颜色变化,只用TiCl3沉淀多,终点误差大。

8、实验中加入钨酸钠的目的是什么?

答:还原成钨蓝做指示剂,指示终点。

9、写出实验中氧化剂或还原剂电对的电极电势,写出反应方程式。

答:氧化剂或还原剂电对的电极电势如下表:

Sn4+ + 2e- = Sn2+

0.151

 

Fe3+ + e- = Fe2+

 

0.68

2HgCl2 + 2e- = Hg2Cl2 + 2Cl-

0.63

 

Hg22+ + 2e- = 2Hg

0.7973

 

In(Ox) + ne- = In(Red)

 

0.84

Cr2O72- + 14H+ + 6e- = 2Cr3+ + 7H2O


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