《采用配位滴定法和氧化还原滴定法分别测定混合溶液中Fe2+,Fe3+的含量》实验方案

采用配位滴定法和氧化还原滴定法分别测定混合溶液中 Fe2 Fe3 的含量 实验方案 实验方案包括 实验题目 目前有关该元素常量测定方法的概述 选定实验方案的原 理 所需试剂的计划用量及配制方法 实验步骤 主要参考资料 单独列出一份试剂清单 包括试剂名称 规格及计算用量 若用到自己实验台里没有的 仪器也要单独列出 如水浴锅等 各组组长 平时收实验报告的同学 将组内同学的试剂清单统计一份总试剂清单及仪器清 单 实验台里没有的仪器 注意 所给试剂均为固体 所有试剂均需自己配制 到时会让大家预约配试剂的时间的 除老师指定的时间外 可以跟实验值班老师预约其他时间前来实验 12 月 16 日 1 月 5 日 之间未安排其他组同学进行实验的非周末时间均可 可以根据实验进度预约多次 直至完 成实验内容 实验目的 1 通过分析化学综合性实验 设计性实验 培养学生初步的解决分析化学实际问题的能力 培养学生的创新意识与创新能力 2 学习查阅参考文献 综合参考资料 设计小型分析化学实验 3 复习和巩固有关理论基础知识并用于指导实践 4 进一步熟练掌握实验操作技术 目前有关常量铁测定方法的概述 常量铁分析的主要方法有邻菲啰啉分光光度法 磺基水杨酸分光光度法 硫氰酸钾比色 法 铁离子测定仪法 重量法 EDTA 络合滴定法 硫酸铈滴定法 硫代硫酸钠滴定法和 重铬酸钾滴定法等 最经典的方法是重铬酸钾法 测定时以二苯胺磺酸钠为指示剂 高锰 酸钾溶液滴定至紫色为终点 用高锰酸钾法测全铁含量时要将 Fe3 还原成 Fe2 一般使用 的还原剂有硝酸亚汞 SnCl2 TiCl3 Na2SO3 抗坏血酸等 滴定时为了防止 Fe2 再次被 氧化 可用 CO 等惰性气氛保护 或加入邻菲啰啉络合 Fe2 生成稳定的络合物 二氯化锡 还原 重铬酸钾滴定法为常量铁测定的经典方法 1973 年被 ISO 采纳为国际标准方法 但 该方法使用对人类健康和环境产生危害的二氯化汞 因此 科学工作者一直致力于不使用 汞盐的重铬酸钾滴定法测定铁矿石中总铁含量的研究 研究报导的方法有金属 银或锌 还原法 盐酸羟胺还原法 三氯化钛还原法 硼氢化钾还原法等 实验原理 本实验采用络合滴定法和氧化还原滴定法分别测定混合溶液中 Fe2 Fe3 的含量 1 络合滴定法 在 pH 1 8 2 5 的条件下 磺基水杨酸指示剂与 Fe3 生成紫红色络合物 Fe2 则不显 示颜色 磺基水杨酸本身无色 颜色强度与铁的含量成正比 其反应式为 Fe3 3SSal2 Fe SSal 3 3 当用 EDTA 标准溶液滴定时 由于 EDTA 与 Fe3 结合能力强于 磺基水杨酸 故滴定至紫红色消失时即为终点 EDTA 与 Fe3 形成的络合物为亮黄色 或 无色 使原来的紫红色消失 终点变色明显 测全铁含量时 含有 Fe2 可先测出 Fe3 的含量 或取相同含量样品测定总铁含量 再将溶液的 Fe2 用过硫酸铵氧化成 Fe3 再继 续用 EDTA 滴定至紫红色消失 滴定时溶液的温度以 60 70 为宜 温度太低 Fe3 与 EDTA 反应缓慢 不易得出准确的终点 由于 EDTA 与 Fe3 络合速度慢 滴定速度不宜太 快 并需不断振荡 否则将使测定结果偏大 2 氧化还原滴定法 在热 HCl 溶液中 以甲基橙为指示剂 用 SnCl2将 Fe3 还原至 Fe2 并过量 1 滴 只能过量 1 2 滴 经典方法是用 HgCl2 氧化过量的 SnCl2 除去 Sn2 的干扰 但 HgCl2 造成环境污染 本实验采用无汞定铁法 还原反应为 2FeCl4 SnCl42 2Cl 2FeCl42 SnCl62 此反应向右进行很完全 使用甲基橙指示 SnCl2还原 Fe3 除去过量的 SnCl42 SnCl42 耗 Cr2O72 所以必须除去 原理是 Sn2 将 Fe3 还原后 过量的 Sn2 可将甲基橙还原为氢化甲基橙而褪色 不仅指示 了还原的终点 Sn2 还能继续使氢化甲基橙还原成 N N 二甲基对苯二胺和对氨基苯磺酸 钠 过量的 Sn2 则可以消除 反应为 CH3 2NC6H4N NC6H4SO3Na CH3 2NC6H4NH NHC6H4SO3Na CH3 2NC6H4H2N NH2C6H4SO3Na 以上反应是不可逆的 不但除去了过量的 Sn2 而且甲基橙的还原产物不消耗 K2Cr2O7 溶液温度应控制在 60 90 温度太低 SnCl2先还原甲基橙 终点无法指示 且还 原 Fe3 速度慢 还原不彻底 温度太高 FeCl3升华而挥发 溶液的 HCL 浓度应控制在 4 mol L 若大于 6 mol L Sn2 会先将甲基橙还原为无色 无法指示 Fe 的还原反应 HCl 溶液浓度低于 2 mol L 则甲基橙褪色缓慢 滴定反应为 6Fe2 Cr2O72 14H 6Fe3 2Cr3 7H2O 该反应的滴定突跃范围为 0 93 1 34V 使用二苯胺磺酸钠作指示剂时 由于它的条件 电位为 0 85V 因而反应需加入 H3PO4 使滴定生成的 Fe3 生成 Fe HPO4 2 降低 Fe3 的 浓度 从而降低了 Fe3 Fe2 电对的电位 使反应的突跃范围变成 0 71 1 34V 指示剂可 以在此范围内变色 同时消除了 FeCl4 的黄色对终点观察的干扰 室温下 Cr2O72 不氧 化 Cl 但高温或盐酸浓度太大时 Cr2O72 部分氧化 Cl 故用 H2SO4做酸性介质 K2Cr2O7化学性质稳定 组成和化学式一致 易提纯 分子相对质量较大 可做基准 试剂 因此 K2Cr2O7标准溶液可直接配制 实验试剂与仪器 试剂 氯化铁溶液 1mol L 氯化亚铁溶液 1mol L 20 磺基水杨酸 0 01mol L EDTA 标准溶液 乙二胺四乙酸二钠盐 10 NH4 2S2O8溶液 1 1 氨水 6mol L 浓氨水 1 1 HCl 溶液 6mol L 浓盐酸 0 01mol L EDTA 标准溶液 乙二胺四乙酸二钠盐 锌粒 200g L 六亚甲基四胺溶液 2g L 二甲酚橙 6mol LHCl SnCl2 100g L SnCl2 50g L H2SO4 H3PO4混酸 浓硫酸 浓磷酸 1g L 甲基橙 2g L 二苯胺磺酸钠 重铬酸钾 仪器 移液管 酸式滴定管 锥形瓶 20mL 称量瓶 烧杯 试剂瓶 表面皿 200mL 容量瓶 配制 1 1 H2SO4 H3PO4混酸 将 15mL 浓 H2SO4缓慢加至 70mL 去离子水中 冷却后加入 15mL 浓 H3PO4混匀 100g L SnCl2 10g SnCl2 2H2O 溶于 40mL 浓盐酸中 加水稀释至 100mL 50g L SnCl2 5g SnCl2 2H2O 溶于 20mL 浓盐酸中 加水稀释至 100mL 试剂清单 包括试剂名称 规格及计算用量 试剂 1mol L 氯化铁溶液 氯化铁固体 1mol L 氯化亚铁溶液 氯化亚铁固体或硫酸亚铁铵固体 20 磺基水杨酸 0 01mol L EDTA 标准溶液 乙二胺四乙酸二钠盐固体 10 NH4 2S2O8溶液 浓氨水 或 6mol L 氨水 浓盐酸 或 6mol L 盐酸 锌粒 200g L 六亚甲基四胺溶液 2g L 二甲酚橙 100g LSnCl2 SnCl2固体 50g L SnCl2 SnCl2固体 H2SO4 H3PO4混酸 浓硫酸 浓磷酸 1g L 甲基橙 2g L 二苯胺磺酸钠 8 333 10 3 mol L K2Cr2O7标准溶液 重铬酸钾固体 实验步骤 1 混合溶液的配制 将氯化铁溶液及氯化亚铁溶液按任意比例混合制得 Fe3 和 Fe2 的混合溶液 装 入试剂瓶中稀释至 100mL 备用 2 络合滴定法 EDTA 溶液的配制 用台秤称取 2 3g 乙二胺四乙酸二钠盐于烧杯中 配制 600mL0 010 01 mol Lmol LEDTA 溶溶 液液 加水 温热溶解 冷却后转入聚乙烯试剂瓶中 稀释至 600mL 摇匀备用 Zn2 标准溶液的配制 用电子天平准确称取 0 13g 锌粒于 150mL 烧杯中 加入 5mL 1 1 HCl 溶液 浓盐酸与去离子水等体积混合 立即盖上表面皿 待锌完全溶解后 以少量水冲洗 表面皿和烧杯内壁 定量转移 Zn2 溶液于 200mL 容量瓶中 用水稀释至刻度 摇匀 计算 Zn2 标准溶液的浓度 标定 EDTA 溶液 移取 20 00mLZn2 标准溶液于 250mL 锥形瓶中 加 2 滴二甲酚橙指示剂 滴加 200g L 六亚甲基四胺溶液至呈现稳定的紫红色 再过量 5mL 用 EDTA 滴定至溶液由 紫红色变为亮黄色即为终点 平行滴定 3 次 取平均值 计算 EDTA 的准确浓度 Fe3 的测定及全铁的测定 用移液管移取 20 00mL 混合溶液置于锥形瓶内 用 1 1 氨水和 1 1 盐酸调 节 pH 约为 2 3 加 4 滴 20 磺基水杨酸作指示剂 溶液显紫红色 加热至 60 70 用 0 01 mol L EDTA 标准溶液滴定至溶液由紫红色变为亮黄色 记下 EDTA 标准溶 液的消耗体积 再加入 3mL10 NH4 2S2O8溶液 溶液 加热至 60 70 将 Fe2 氧化成 Fe3 继续用 0 01 mol L EDTA 标准溶液滴定至溶液由紫红色变为亮黄色 记下 EDTA 标准溶液的消耗体积 平行重复实验 3 次 3 氧化还原滴定 重铬酸钾法 8 333 10 3 mol L K2Cr2O7标准溶液的配制 用指定称量法在分析天平上准确称取 0 4903gK2Cr2O7于小烧杯中 加约 30mL 去离 子水 稍热使其溶解 冷却后定量转移至 200mL 容量瓶中 用水稀释至刻度 摇匀 Fe2 的测定及全铁的测定 用移液管移取 20 00mL 混合溶液置于锥形瓶内 加入 15mL H2SO4 H3PO4混酸 4 滴 二苯胺磺酸钠作指示剂 加入 4 滴 2g L 二苯胺磺酸钠作指示剂 用K2Cr2O7标准溶液滴定 即可测定出 Fe2 的含量 另取同体积的溶液 加入 10mL 1 1 盐酸 约 4 mol L 加热至近沸 加入 6 滴 1g L 甲基橙 趁热边摇动锥形瓶边逐滴加入 100g L 酸性 SnCl2 还原Fe3 至溶液由橙变为 红色且红色开始减弱 再慢慢滴加 50g L 酸性 SnCl2 至溶液变为淡粉色 再摇荡直至淡 粉色褪去 立即用流水冷却至室温 加入 50mL 去离子水 20mL 1 1 H2SO4 H3PO4混酸 将 15mL 浓 H2SO4缓慢加至 70mL 去离子水中 冷却后加入 15mL 浓 H3PO4混匀 4 滴 二苯胺磺酸钠作指示剂 立即用K2Cr2O7标准溶液滴定到溶液由近无色变为绿色 最后变 为蓝紫色即为终点 记下此时消耗K2Cr2O7 的体积 即可测出总铁含量 再用总铁含量减去 Fe2 的含量即可得出 Fe3 的含量 平行测定 3 次 实验数据记录和结果 按照实验报告的表格 实验结果讨论 参考文献 1 汤又文主编 分析化学实验 北京 化学工业出版社 2007 2 张永刚 高亚男 钢铁酸洗废液中 Fe3 和 Fe2 的测定 天津工业大学学报 2008 27 4 39 40 实验报告 实验报告包括以下内容 实验题目 目前有关该元素常量测定方法的概述 选定实验方案的原理 所需试剂的计划用量及配制方法 实验步骤 要求探讨影响实验结果准确度的因素 数据记录和结果 附有关计算公式 讨论 主要参考资料 时间安排 11 月 25 日 星期一 统一交实验方案 包括上述 和 和单独的试剂清单 列出 各类试剂的名称 规格及计算用量 实验方案交由实验指导老师审阅 试剂清单由各组组 长 老师指定 收齐并全部统计后 上交总试剂清单及每个同学的试剂清单 12 月 16 日 1 月 5 日 设计性实验 实验过程中的所有试剂均自配 每组学生可以根据本组的实验进度 除老师指定的时间外 可以跟实验值班老师预约其他 时间前