明矾的制备、组分含量测定及其晶体的培养.doc

明矾的制备、组分含量测定及其晶体的培养一、 实验目的1. 熟练掌握无机物的提取、提纯、制备、分析等方法的操作及方案设计。2. 学习设计综合利用废旧物的化学方法。3. 学习从溶液中培养晶体的原理和方法。4. 自行设计鉴定产品的组成、纯度和产率的方法，并鉴定之。二、 实验原理（1）制备明矾的原理目前使用的铝制品的包装和用具较多，因此废旧饮料罐、盒，铝质导线等废铝很多，设计简便的方法由铝制的易拉罐制备明矾（），并培养明矾的单晶，计算产率和鉴定产品的质量。制备工艺路线大致如下：2Al + 2KOH + 6H2O 2 KAl(OH)4 + 3H22KAl(OH)4 + H2SO4 2Al(OH)3 + K2SO4 + 2H2O2Al(OH)3 + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 6H2OAl2(SO4)3 + K2SO4 + 24 H2O 2 KAl（SO4）212H2O首先清除废铝表层的污染物，洗净，干燥，称重。用1.5mol/L的KOH溶液约50mL溶解2g左右的废铝，抽滤，按化学计量关系滴加1：1的硫酸，适当加热至沉淀溶解，浓缩，冷却结晶，抽滤，得到明矾晶体。（2）明矾单晶培养的原理因为明矾的溶解度受温度的影响很大。所以本文主要采用的是降温法，重结晶得到明矾大晶体，即是冷却热饱和溶液的方法。晶体有一定的几何外形，有固定的熔点，有各向异性等特点，而无定形固体不具有上述特点。晶体生成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。晶体在生长的过程中要受外界条件的影响，如涡流，温度，杂质，粘度，结晶速度等因素的影响。（3）明矾产品中Al3+含量的测定原理由于Al3+容易水解，易形成多核羟基配合物，在较低酸度时，可与EDTA形成配合物，同时Al3+与EDTA络合速率较慢，在较高酸度下煮沸则容易络合完全，故一般采用返滴定法或置换滴定法测定铝。1. 采用置换滴定法时，先调节pH值为34，加入过量的EDTA溶液，煮沸，使Al3+与EDTA配位；2. 冷却后，再调节溶液的pH值为56，以二甲酚橙为指示剂，用锌标准溶液滴定过量的EDTA（不计体积）。3. 然后，加入过量的NH4F，加热至沸，使AlY-与F-之间发生置换反应，并释放出与Al3+等物质的量的EDTA。其反应式如下：AlY- + 6F- + 2H+ AlF3+6 + H2Y2-4. 释放出来的EDTA再用锌标准溶液滴定至紫红色，即为终点。（4）明矾产品中SO42-含量的测定原理用比浊法测定明矾产品中SO42-的含量。比浊法又称浊度测定法，是为测量透过悬浮质点介质的光强度来确定悬浮物质浓度的方法，是一种光散射测量技术。比浊法依据悬浮颗粒在液体中造成透射光的减弱，减弱的程度与悬浮颗粒的量相关，来定量测定物质在溶液中呈悬浮状态时浓度。 在本试验中，硫酸根离子和钡离子生成硫酸钡沉淀，形成浑浊，其浑浊程度和明矾产品中硫酸根离子的含量成正比。三、仪器及试剂722N可见分光光度计、电子分析天平、台秤、抽滤瓶、干燥箱、易拉罐、1：1 HCl （3 molL-1）1：1 H2SO4 （9 molL-1）0.02 molL-1 EDTA标准溶液0.02100 molL-1 锌标准溶液（醋酸锌溶液）0.2 g L-1 二甲酚橙指示剂200 g L-1 NH4F溶液20% 六次甲基四胺溶液1：1 氨水（7.5 molL-1）四、实验步骤、现象1. 明矾的制备废铝（2g，需要精确测定2.0036g）打磨后剪碎、清洗，加入到盛有50mL 1.5molL-1 KOH溶液的烧杯中，同时在电热板上加热至不再有气泡产生且铝片呈透明状，抽滤，取上层清液，然后边加热边滴加9 molL-1 H2SO4溶液（1:1 H2SO4）至沉淀全部溶解，浓缩溶液至50mL左右，再自然冷却至室温然后用冰水浴冷却，抽滤，将固体放置于干燥箱中烘干，即可得到明矾。同时将滤液稍微浓缩，自然冷却。现象：铝片溶解，产生大量细小的气泡；加热，溶液颜色由无色逐渐变成黑色。滴加硫酸溶液，产生白色沉淀，继续加热和滴加硫酸溶液，白色沉淀先增加，然后逐渐减少至全部溶解，溶液无色透明。2. 明矾单晶的培养称取两份明矾各6g于两只小烧杯中，分别加入30mL蒸馏水，微热至固体全部溶解，然后自然冷却至室温。一只放入晶种，另一只则不放晶种。系有晶种的棉线上要涂上凡士林，以防止棉线上出现结晶。晶种一定要悬挂在溶液的中心位置，若离烧杯底部太近，由于有沉底晶体生成，会与晶体长在一起。同样，若离溶液表面太近，或靠近烧杯壁，都会产生同样的结果，使得晶体形状不规则。另外，进行单晶培养时，应将烧杯放置到平稳处，避免烧杯震动。现象：放入晶种的烧杯中长出大而规则的晶体，没有晶种的烧杯中析出细小的晶体。有图片如下： 3. 产品成分的测定（1） 用置换滴定法测定产品中Al3+的含量KAl(SO4)212H2O溶液的配制准确称取11.2g KAl(SO4)212H2O(实际称取了1.1658g)于烧杯中，加入少量水润湿，加入35mL 3 molL-1HCl溶液（1:1 HCl），微热，冷却定容于250mL容量瓶中，备用（浓度为9.83810-3 mol/L）。Al3+含量的测定1. 吸取KAl(SO4)212H2O溶液25.00mL于250mL锥形瓶中，加入16mL 0.02 molL-1EDTA溶液、二甲酚橙指示剂2滴，用7.5 molL-1氨水调至溶液恰成紫红色现象：加入二甲酚橙指示剂后溶液由无色透明变为黄色，加入氨水后又变为紫红色。2. 然后滴加3 molL-1 HCl溶液3滴，将溶液煮沸3min左右，冷却，加入200g L-1六次甲基四胺溶液20mL，此时溶液应呈黄色，如不呈黄色，可用HCl溶液调节，再补加二甲酚橙指示剂2滴。现象：加入六次甲基四胺溶液后溶液呈红色，加入HCl溶液后变为黄色，补加二甲酚橙指示剂后，黄色更为明显。3. 用锌标准溶液滴定至溶液由黄色变为紫红色（此时不计体积）。现象：溶液由黄色变为紫红色。4. 加入200g L-1NH4F溶液10mL，将溶液加热至微沸，流水冷却，再补加二甲酚橙指示剂2滴，此时溶液应呈黄色。现象：溶液由紫红色变为黄色。5. 若溶液呈红色，滴加3molL-1 HCl溶液使其呈黄色，再用锌标准溶液滴定至溶液由黄色变为紫红色即为终点。现象：溶液由黄色变为紫红色。6. 根据消耗的锌标准溶液的体积，计算Al3+的质量分数。（2）用比浊法测定产品中SO42-的含量称取0.09g K2SO4，加水溶解，然后定容至100mL；称取0.1013g BaCl2，加水溶解，然后定容至100mL（浓度为4.09010-3）。待测液1和待测液2分别取体积为4.00mL(待测1)和 5.00mL（待测2）测Al3+时已配好的KAl(SO4)212H2O溶液。按下表配制溶液，全部定容至25mL，并测定其吸光度。五、数据记录与分析1. 产率计算m(废铝) = 2.0036g m(理论产量) = m(废铝)/27g/mol474g/mol=35.2gm(实际产量)=15.2250g产率w= m(实际产量)/ m(理论产量)100%=43.3%数据分析：在实验时，由于重结晶时未抽滤成湿盐状，烘干需要更长的时间，所以进行了再一次的结晶，流失了一部分的产物。2. Al3+含量的测定前后两次消耗的Zn标液的体积分别是：7.28ml和7.36ml。实际称取m(KAl(SO4)212H2O)= 1.1658gAl的理论质量m(Al理论)=1.1658/474.3927=6.63510-2g c(KAl(SO4)212H2O)= 9.83810-3 mol/L两次标定消耗的Zn标液的体积的平均值为7.22ml.由于溶液中n(Al)=n(Zn)故：n(Al3+) = n(Zn) = 7.22ml0.02100 molL-110-3=1.51610-4molm(Al实际)= 1.51610-4mol27mol/g10（稀释了10倍）=4.09310-2g3. SO42-含量的测定V（SO42-）/ml02.004.006.008.0010.00待测1待测2V（Ba2+）/ml02.605.207.8010.4013.009.7012.10吸光度A00.0810.1700.2240.2820.3210.4020.484由于测量时可能产生的误差，所以根据曲线点的分布，去除了第1和3个点，得到的曲线如下：由待测液1和待测液2的吸光度算出期中含有的SO42-的含量：已配的硫酸钾的浓度为0.00517mol/L已配的明矾的浓度为9.83810-3 mol/L待测液1：n(SO42-)=(0.402-0.0054)/0.035410000.00517/0.004=1.4510-2mol/L待测液2: n(SO42-) = (0.484-0.0054)/0.035410000.00517/0.005=1.39810-2mol/L则待测液中的SO42-的平均浓度为：n=(1.4510-21.39810-2)/2=1.4210-2 mol/L产品中SO42-的百分含量为：1.4210-20.2596.06/1.1137100%=30.6%若产品