驗十 鐵粉中鐵含量的測定

一.實驗目的

1.學會酸鉀標準溶液的配制及使用；

2.學習礦石試樣的酸溶法和重鉻酸鉀法測定鐵的原理及方法；

3.了解二苯胺磺酸鈉指示劑的作用原理。

二.實驗原理：

1.鐵礦石中的鐵以氧化物形式存在。試樣經鹽酸分解后，在熱濃的鹽酸溶液中用SnCl2將大部分Fe3+還原為Fe2+，加入鎢酸鈉作指示劑，剩余的Fe3+用TiCl3溶液還原為Fe2+，過量TiCl3使鎢酸鈉的W6+還原為W5+(藍色，俗稱鎢藍)。除去過量TiCl3和W5+，可加幾滴CuSO4溶液，搖動至藍色剛好褪去。最后，以二苯胺磺酸鈉作指示劑，用K2Cr2O7標準溶液滴至紫色為終點。主要反應式如下 Fe2O3+6HCI＝2Fe3++6C1—+3H2O,   

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

   滴定過程生成的Fe3+呈黃色，影響終點的判斷，可加入H3PO4，使之與Fe3+生成無色 [Fe (PO4)2]3－ 減小Fe3+濃度，同時，可降低Fe3+／Fe2+電對的電極電位，使滴定終點時指示劑變色電位范圍與反

   應物的電極電位具有更接近的Φ值(Φ＝0．85V)，獲得更好的滴定結果。

2.重鉻酸鉀法是測鐵的國家標準方法。在測定合金、礦石、金屬鹽及硅酸鹽等的含鐵量時具有很大實用價值

3.重鉻酸鉀濃度的計算：         

4．鐵的含量的計算：W（Fe）=CV（K2Cr2O7）×6×m（Fe）/m(試樣)*100

三.主要儀器與試劑

主要儀器：電子天平，250m燒杯，50mL酸式滴定管，稱量瓶,   移液管 ，干燥器，量筒，250mL容量瓶。

主要試劑：鐵粉，K2Cr2O7 ，SnCl2溶液, 10％NaWO4  , 1.5%TiCl3 , H2SO4-H3PO4(1:1)混酸

0.5%二苯胺磺酸鈉溶液,3:2 鹽酸

四.操作步驟:

.操作

注意事項

0.016mol·L-1 K2Cr2O7標準溶液的配制

  準確稱取1.2±0.1g K2Cr2O7，加水溶解后轉移至250mL容量瓶中，用水稀釋至標線，搖勻

K2Cr2O7較重，稱量時請細心，耐心。由于Cr（VI）是致癌物質，稱量時不要稱多，倘若稍過量一點，請不要倒掉，可配制標準溶液；若過量很多，請將重鉻酸鉀送到預備室回收，不可隨意倒入水槽。 

試樣的測定

  <1> 準確稱取0.18～0.22g礦樣三份于250mL燒杯中，加少許水濕潤，加入15mL 3:2 鹽酸，蓋上表面皿，在通風櫥中加熱至微沸，并保持15min，使其溶解，稍冷，用少量水沖洗表面皿和杯壁。

  <2>加熱至近沸，滴加10％的SnCl2溶液，將大部分Fe3＋還原為Fe2＋，此時溶液由紅棕色變為黃色，再加2% SnCl2溶液，使溶液有黃色變成淺黃色，再加1ml10％NaWO4，滴加1.5%TiCl3至出現穩定的“鎢藍”，沖洗杯壁，滴加K2Cr2O7至藍色剛剛消失。

 <3>加入4mlH2SO4-H3PO4(1:1)混酸，然后加入3滴0.5%二苯胺磺酸鈉溶液做指示劑，立即用K2Cr2O7標準溶液滴定至溶液呈現穩定的紫色即為終點。

鐵礦樣溶解的操作注意：

1. 不加玻棒，只加蓋表面皿；在溶解過程中不打開表面皿，避免溶液濺出引起試樣損失；可用燒杯夾夾住燒杯在石棉網上輕輕旋搖。

2. 加熱至微沸，并保持微沸15min，火焰要接觸石棉網，使有一定的反應速率，保證鐵全部溶解。

  溶解過程中切不可把溶液蒸干，故只能小火微沸，否則可能造成FeCl3揮發損失。萬一不慎火大了，試樣沒溶好又快蒸干，可補加5mL鹽酸溶液繼續溶解。

五.實驗結果及分析

1.鐵礦中鐵的含量：

序號

1

2

3

鐵試樣質量m/g

0.2088

0.2081

0.2232

C標準(K2Cr2O7)/mol·L-1

0.01916

初讀數V1( K2Cr2O7)/mL

0.00

0.00

0.00

終讀數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．問題及思考題

★思考題

1.溶樣后，容器底部的殘渣為何物？

答：是硅酸鹽（目前實驗室提供的鐵礦樣留下的殘渣是極少的黑色小顆粒）。

2.SnCl2的作用何在？有哪些反應條件，為什么？

答：Sn2+可將Fe3+還原為Fe2+

      反應條件 ：溶液的體積要小，酸度要高；在近沸的條件下滴加SnCl2，要慢滴多攪。

    體積小，酸度高，可以避免水解；由于還原反應的反應速率慢，在近沸條件下進行可以加快反應速率，使反應結果很快顯示，避免SnCl2加過量；慢滴多攪同樣是為了避免SnCl2過量。

3.如何判斷加入的SnCl2量是否合適；若加多了或加少了，對實驗結果有何影響？

答：<1>在近沸條件下（溶液沸騰后退火或用小火加熱），滴加SnCl2溶液，加1滴SnCl2溶液后多攪動，溶液原來的棕黃色或黃色漸漸變淡，直到加1滴SnCl2溶液，在攪拌中溶液的黃色剛好褪去，再過量1～2滴，這時所加的SnCl2的量為合適。

    <2>加少了，還有未還原的Fe3+,使測定結果偏低。

    <3>加多了，有過量的Sn2+存在，與下一步所加的HgCl2反應后出現灰色沉淀，導致實驗結果偏高。

4.實驗中加入鎢酸鈉的目的是什么？

答：作為指示劑，指示Fe3+是否被還原完全。

5.為什么要加硫磷混酸？

答：<1>保證滴定反應必要的酸度；

    <2>使黃色Fe3＋生成無色的Fe(HPO4)2-，有利于終點的觀察；

    <3> Fe(HPO4)2-的生成降低了電對Fe3＋/Fe2+的電勢，使二苯胺磺酸鈉指示劑的變色點（E＝0.84）落在電勢突躍范圍內，減少了終點誤差。

6.二苯胺磺酸鈉怎樣指示反應終點？

答：二苯胺磺酸鈉屬于氧化還原型滴定指示劑，本身具有氧化還原性，其氧化型物種In（Ox）和還原型物種In（Red）具有不同的顏色。在滴定至計量點后，指示劑被氧化或還原，同時伴隨有顏色變化，從而指示滴定終點。二苯胺磺酸鈉指示劑的顏色變化如下 ：

In（Ox）

+ ze-

＝

In（Red）

紫紅色

無色

當重鉻酸鉀標準溶液滴定至化學計量點后，指示劑In（Red）被稍過量的K2Cr2O7氧化為 In（Ox）,溶液顯紫紅色，指示終點到達。

7.滴定過程中，溶液為什么呈綠色？而不是Fe3+的黃色？

答：Cr2O72-還原產物為Cr3+（綠色，Cr(H2O)5Cl2+），Fe2+的氧化產物為Fe3+，呈黃色，由于它與HPO42-配位，生成無色的Fe(HPO4)2-，因此溶液呈現Cr3+的綠色。

8.在滴定過程中，溶液的顏色如何變化，如何判斷終點？

答：<1>滴定過程中，溶液的顏色變化為無色-淡綠色-綠色加深-藍紫色消失漸慢，出現兩者混合色（藍紫帶灰）-藍紫色。

    <2>當藍紫色消失漸慢時，表明終點快到，應小心滴加，若出現短暫的藍紫色后變成藍紫帶灰，則再加半滴滴定液，即出現穩定的藍紫色表明終點已到。

9、如何安排實驗？

答： <1>稱礦樣，加HCl，加熱溶解，三份試樣可以同時操作。

    <2>從試樣還原后，必須連續操作，直至滴定完畢，做完一份后再做第二份，因還原好的Fe2+在放置的過程中會被空氣中的氧氧化，因此不能放置，應立即用重鉻酸鉀溶液滴定。

1.重鉻酸鉀法有何優點？

答：<1>重鉻酸鉀固體容易提純，在423K下（150℃）烘干后即可做基準物質，用直接法配制標準溶液；

   <2>重鉻酸鉀溶液非常穩定，可以長期保存，只要避免蒸發，其濃度甚至可以數年不變，即使煮沸也不分解；

   <3>重鉻酸鉀的氧化能力沒有高錳酸鉀強，在1mol·L-1 HCl溶液中，E?′＝1.00V，室溫下不與 Cl-作用（E?＝1.36V），故在HCl溶液中滴定Fe2+。但當HCl濃度較大或將溶液煮沸時，K2Cr2O7也能部分被Cl-還原。濃HCl中的K2Cr2O7全部被還原；

   <4> 用重鉻酸鉀做滴定劑時，不僅操作簡單，而且與大多數有機化合物反應速率慢，一般不會發生干擾。

2.無汞定鐵法的優點。

答：用無毒的TiCl3替代有毒的HgCl2，更安全。

1、說明使用K2Cr2O7的注意事項。

答：K2Cr2O7較重，稱量時請細心，耐心。由于Cr（VI）是致癌物質，稱量時不要稱多，倘若稍過量一點，請不要倒掉，可配制標準溶液；若過量很多，請將重鉻酸鉀送到預備室回收，不可隨意倒入水槽。

   實驗后多余的K2Cr2O7標準溶液不要倒掉，可用作下次實驗“硫代硫酸鈉”標準溶液的標定。若量少，不夠標定3次用，則倒入回收瓶中。

2、鐵礦樣溶解的操作有哪些注意處？

答：不加玻棒，只加蓋表面皿；在溶解過程中不打開表面皿，避免溶液濺出引起試樣損失；可用燒杯夾夾住燒杯在石棉網上輕輕旋搖。

   加熱至微沸，并保持微沸15min，火焰要接觸石棉網，使有一定的反應速率，保證鐵全部溶解。

  溶解過程中切不可把溶液蒸干，故只能小火微沸，否則可能造成FeCl3揮發損失。萬一不慎火大了，試樣沒溶好又快蒸干，可補加5mL鹽酸溶液繼續溶解。

7、能不能只用SnCl2或TiCl3來還原鐵（Ⅲ）？

答：只用SnCl2不能很好的將六價鎢還原為五價，溶液無顏色變化，只用TiCl3沉淀多，終點誤差大。

8、實驗中加入鎢酸鈉的目的是什么？

答：還原成鎢藍做指示劑，指示終點。

9、寫出實驗中氧化劑或還原劑電對的電極電勢，寫出反應方程式。

答：氧化劑或還原劑電對的電極電勢如下表：

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