铁矿石中Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)含量的测定及条件的研究.docVIP

铁矿石中Fe（）、Fe（）含量的测定及条件的研究湘教在线 来源：时间：2007-10-1 23:16:06进入论坛摘要 ：铁矿石经浓盐酸和少量的 SnCl 2 溶液加热到 45 o C 溶解后，用 SnCl 2 TiCl 3 还原滴定 Fe （），使 Fe （）还原为 Fe （）。再以 K 2 Cr 2 O 7 滴定全铁含量。本方法对实验操作温度，试样溶解酸的选择有一定的要求，宜选用非氧化性强酸在 30 60 o C 溶解矿样。 关键词： SnCl 2 TiCl 3 K 2 Cr 2 O 7 、滴定法、铁矿石、Fe（）、Fe（） 1、 引言 引言 铁在自然界中主要以 Fe （）和 Fe （）价态存在，两种价态的环境效应和生物效应有着很大的差别， Fe （）是人体重要营养素，而过多 Fe （）对人体是有害的。因此，分别测铁的不同价态具有重要的意义。经典的 K 2 Cr 2 O 7 法测定铁时，每一份试液中需加入饱和氯化汞溶液 10mL ，约有 480mg 的汞排入下水道，而国家环境部门规定汞排放的允许量 0.05mg/L ，要达到此允许排放量，至少要加入 9.6 10t 的水稀释。实际上汞盐的积累在底泥的水质中，造成环境严重的污染，有害于人体的健康。近年来研究了无汞法测铁的许多方法，例如 N 溴代丁二酰亚胺滴定法、 SnCl 2 TiCl 3 K 2 Cr 2 O 7 滴定法、邻二氮菲分光光度法等，本实验采用 SnCl 2 TiCl 3 K 2 Cr 2 O 7 滴定法进行测定。 2、 实验部分 2.1 、仪器与药品 电炉、滴定装置、锥形瓶、容量瓶、烧杯、 0.01807mol/L K 2 Cr 2 O 7 标准溶液、浓盐酸、 6 mol/L 盐酸、 0.1002 mol/L TiCl 3 标准溶液、 0.1344 mol/L SnCl 2 标准溶液、硫磷混酸溶液、 250g/LNaWO 4 溶液、 2g/L 二苯胺磺酸钠指示剂、铁矿石模拟试样。 2.2 、方法原理 SnCl 2 TiCl 3 K 2 Cr 2 O 7 法测定铁矿石中 Fe （）和 Fe （）的含量是指溶液在酸性条件下，先用 SnCl 2 标准溶液定量还原大部分 Fe （），再以 TiCl 3 标准溶液定量还原剩余部分的 Fe （），稍过量的 TiCl 3 可使作为指示剂的 NaWO 4 溶液由无色还原为蓝色，从而指示终点。 第二步接着用 K 2 Cr 2 O 7 标准溶液定量氧化 Fe （），测定全铁含量，并以二苯胺磺酸钠为指示剂，滴至溶液变紫色即达到终点。 实验有关方程式如下： 2Fe 3+ +SnCl 4 2- +2Cl-=2Fe 2+ + SnCl 6 2- Fe 3+ +Ti 3+ +H 2 O= Fe 2+ + TiO 2+ +2H + Cr 2 O 7 2- +6Fe 2+ +14H + =2Cr 3+ +6Fe 3+ +7 H 2 O 2.3 、实验方法 将配置的三份铁矿石模拟试样在不同的条件下溶解后，趁热先用 0.1344 mol/L SnCl 2 标准溶液滴至溶液由黄色变为浅黄色，此时大部分 Fe （）以被还原为 Fe （）。加入 6 8 滴 NaWO 4 指示剂，加水稀释后加热，在摇动下逐滴滴入 0.1002 mol/L TiCl 3 标准溶液至溶液出现稳定浅蓝色。冲洗瓶壁，并用自来水冲洗锥形瓶外壁，使溶液迅速冷却至室温。小心滴加 K 2 Cr 2 O 7 溶液至蓝色刚好褪去。在硫磷混酸介质中，加 5 6 滴二苯胺磺酸钠指示剂，立即用 0.01807mol/L K 2 Cr 2 O 7 标准溶液滴定至溶液呈稳定的紫色为止。 3、 结果与讨论 3.1 、化学参数的影响 3.1.1 、酸度的影响 由于 Fe 3+ 和 Fe 2+ 在碱性条件下生成沉淀，无法存在，因此必须在酸性条件下进行操作。其次，若酸度过低将引起金属离子的水解效应，在没有辅助络合剂存在时，可以将金属离子开始生成氢氧化物沉淀时的酸度作为实验过程中的最低酸度（即为最大 pH ）。查表得 Fe 2+ 在 pH 为 1 8 时几乎不发生水解作用，而 Fe 3+ 只有在 pH 为 1 2 时才忽略水解效应的影响。故本实验过程中必须控制 pH 在 1 2 的范围内。 3.1.2 、反应温度的影响 一方面 , 由于在常温下 , 铁矿石模拟试样无法完全溶解，所以必须进行加热，升高温度进行溶解。但是若温度太高， Fe （）又极易被空气中的氧气氧化为 Fe （），导致 Fe （）的测定结果偏高，产生误差，且温度太高时 FeCl 3 易挥发。另一方面，用 TiCl 3 还原时温度应在 30 60 o C ，若温度低于 20 o C ，则变色缓慢。故在本实验中应选取适宜的温度。 3.1.3 、试剂用量的选择 因为 Fe 2 O 3 可以与浓 HCl 反应，生成 Fe 3+ ，从而促进矿样的溶解，故可加入一定量的浓 HCl 加快溶解。但是浓 HCl 的用量不宜过多，否则在加热过程中，溶样中的 Fe 3+ 和 Fe 2+ 有可能随浓 HCl 而挥发掉，导致结果偏低。本实验取用 20mL 浓 HCl 进行溶解。 3.1.4 、反应时间的影响 在溶样时由于 Fe 2+ 在加热条件下容易被空气中的氧气氧化为 Fe 3+ ，时间越长，氧化量越大，故时间不宜拖太长，否则将导致 Fe 3+ 含量测定结果偏高。然而在磷硫混酸介质中滴加 K 2 Cr 2 O 7 时，应慢慢滴入，并不断摇晃，滴得过快，容易过量，使结果偏低。另外一定要等“钨蓝”褪色 30 60s 后才能开始滴定，否则会因 TiCl 3 未被完全氧化而消耗 K 2 Cr 2 O 7 ，导致结果偏高，故在本实验的整个过程中必须正确掌握时间的控制，勿急燥，勿拖延。 4、 矿样的测定 4.1 、样品的处理 分别准确称取一定量的的 FeSO 4 H 2 O和F 2 O 3 ,配置成三份模拟试样，约1.01.2g，再各以不同的方法进行溶解。 操作1：加入20mL磷硫混酸，以及少量NaF溶液助溶，在电炉上加热直至完全溶解。 操作2：加入20mL浓 HCl ，在水浴上缓慢加热直至溶解。 操作 3 ：加入 20mL 浓 HCl ，以及定量 SnCl 2 溶液助溶，控制水浴温度为 45 o C 进行溶解。 4.2 、样品的测定 操作编号 1 2 3 M FeSO4 H 2 O (g) 0.6050 0.6141 0.6790 M Fe2O3 0.4005 0.3298 0.4010 所采用的溶解酸 磷硫混酸 浓 HCl 浓 HCl （ SnCl 2 助溶） 加热方式 电炉高温加热 水浴加热到 45 o C ，保持一段时间后再加热至 91 o C 水浴加热，控制温度在 45 o C 溶解现象、效率 缓慢溶解，溶解效率差 缓慢溶解，过程中试样易粘附在瓶壁上 溶解效率高 操作编号 1 2 3 0.1344 mol/L SnCl 2 标准溶液的用量（ ml ） 21.79 16.24 18.58 0.1002 mol/L TiCl 3 标准溶液的用量（ ml ） 1.41 1.01 2.20 0.01807mol/L K 2 Cr 2 O 7 标准溶液的用量（ ml ） 66.29 58.33 68.70 测得 Fe （）含量（ mol ） 6.0000 10 -3 4.4665 10 -3 5.2147 10 -3 测得 Fe （）含量（ mol ） 1.1872 10 -3 1.8576 10 -3 2.2338 10 -3 Fe （）理论含量（ mol ） 5.0063 10 -3 4.1225 10 -3 5.0125 10 -3 Fe （）理论含量（ mol ） 2.1761 10 -3 2.2088 10 -3 2.4423 10 -3 Fe （）氧化率 45.44% 15.90% 8.54% Et 0.06% 0.12% 0.09% 5、 结论 由上述实验结果可得，若铁矿石模拟试样仅采用磷硫混酸高温加热，溶解效率低，所得结果 Fe （）的氧化率高，分析原因可能是由于在磷硫混酸中铁电对的电极电位降低，继以高温加热使 Fe （）更易被氧化所致，也有可能是加入NaF造成的结果，因加入NaF虽然可以掩蔽 Fe 3+ 的水解效应，但是 Fe 3+ 与F - 配合物的形成，促进了空气对 Fe （）的氧化，导致 Fe （）的测定结果明显偏低。若矿样以浓 HCl 水浴缓慢加热溶解，则由结果显示氧化率比前者低，但仍较高，分析原因可能是由于矿样加热溶解过程时间太长，使部分 Fe （）氧化为 Fe （）导致的。而当矿样用浓 HCl+SnCl 2 （定量）在 45 o C 溶解时，所用时间较短，溶解效率较高，且氧化率低。实验结果明确显示了这一点。同时由于该法没有汞污染，故可以推广应用。 6、 视野拓宽 在无汞法测铁领域，除了本实验所用的方法之外，另有邻菲罗啉分光光度法测铁； 2 ， 4 ， 6 三（ 2 吡啶基） 1 ， 3 ， 5 三嗪分光光度法测铁等。在分光光度法测定 Fe （）时常用的显色剂是邻菲罗啉，一般用于测定各类样品中的总铁含量。大大量的 Fe （）存在时，邻菲罗啉法测定 Fe （）存在明显误差。主要原因是 Fe （）和 Fe （）都能与邻菲罗啉形成配合物，且在光的作用下， Fe （）配合物被慢慢还原为 Fe （）配合物。利用F - 掩蔽 Fe （）的干扰，用邻菲罗啉法测定铁（）已有报道，其稳定性不令人满意。 2 ， 4 ， 6 三（ 2 吡啶基） 1 ， 3 ， 5 三嗪是测定铁（）灵敏度很高的显色剂，由于 Fe （）影响铁（）的测定，通常在还原状态下测定总体。但是由于无汞测定法手续烦琐，为了寻找一种简便、快速、无污染的测定方法，采用铁矿石经盐酸溶解后，加入 H2O2 氧化，使铁全部转变为 Fe （）。 N 溴代丁二酰亚胺（ NBSM ）是一种良好的溴化试剂，并因其具有弱氧化性，已用于测定具有还原性的有机药物，如 VC 和炔类等。特别是 VC 与 NBSM 的反应定量、快速，终点敏锐，已成为测定 VC 的常规方法之一。采用 NBSM 返滴定过量的 VC 法间接测定铁，以碘化钾淀粉为指示剂，终点由无色变成蓝色，变色敏锐，重现性好，取得了满意的结果。 参 考 文 献 1 、分析化学实验 . 第三版 . 华中师范大学等编 . 高等教育出版社出版； 2 、分化实验室 .V01.23.NO.1.2004. 第 76 页； 3 、姚群峰，徐顺潘，周宜开等，中国卫生检验杂志， 2000.10 ， CD ： 3 ； 4 、张铨铭等译，元素实用光度分析，沈阳，辽宁科学技术出版社， 19