易拉罐的主要成分探究

华南师范大学实验报告课程名称：物理化学实验 实验项目：易拉罐的主要成分探究一、探究问题的提出探究易拉罐瓶身及瓶盖的主要成分随着人们生活水平的提高，对罐装饮料的需求愈来愈大。由于铝合金具有重量轻、强度高、耐腐蚀、易成行、能回收等一系列优点，成为一种理想的制罐材料。所以，探究易拉罐的主要成分就显得非常重要。二、问题解决设想常见易拉罐的合金成分铜硅铁锰镁锌钛铝3004H190.250.300.701-1.50.8-1.30.25—余量3104H190.05-0.250.80.80.8-1.40.8-1.30.251.10余量由以上资料可以看出，易拉罐的主要成分是铝、镁、锰、铁等。可设计适当的实验来进行验证。本实验分别验证瓶盖与瓶身成分。铝既溶于酸，也溶于碱，可用碱来先溶处理后的易拉罐片，铝溶于过量碱后以A1O2-存在于溶液中，再向溶液中加酸，A102-变为Al(OH)白色沉淀，酸过量白3色沉淀溶解Fe3+能与KSCN溶液生成血红色的络合物。在装有溶解于易拉罐的酸溶液的滤液中，加入稀硝酸，然后加入KSCN溶液。发生反应：Fe2+-e-=Fe3+Fe3++SCN-=[Fe(SCN)]2+Mn2+在碱性的条件下可与苯胺试剂反应，溶液呈深蓝色；与高碘酸反应溶液变紫色，发生反应：2Mn2++5HIO=2MrO4-(呈紫色)+5IO-+11H-+7HO5 6 3 2Mg2+能与镁试剂反应生成白色沉淀。镁离子遇镁试剂变为紫色。铜不溶于稀盐酸，但可溶于稀硝酸，溶液为浅蓝色，加碱有蓝色沉淀生成。或者用焰色反应检验得到铜的颜色为绿色。三、相关资料查阅综述1940年，欧美开始发售用不锈钢罐装的啤酒，同一时期铝罐的出现也成为制罐技术的飞跃。1963年，易拉罐在美国得以发明，它继承了以往罐形的造型设计特点，在顶部设计了易拉环。这是一次开启方式的革命，给人们带来了极大的方便和享受，因而很快得到普遍应用。到了1980年，欧美市场基本上全都采用了这种铝罐作为啤酒和碳酸饮料的包装形式。随着设计和生产技术的进步，铝罐趋向轻量化，从最初的60克降到了1970年的21〜15克左右。制造易拉罐的材料有两种：一是铝材，二是马口铁。美国用于包装容器的铝金属材料消费1998年达到199．92万吨，比1997年增长2．24％，成为第二大消费市场，占全年铝消费量的21．6％。美国在易拉罐方面的材料始终采用铝板材，每年约有40％铝板材用于易拉罐方面的生产。欧洲14％左右铝金属材料用于饮料生产，由于铝质金属的较高回收再使用价值，出于对环境保护的考虑，现在已开始大量转向铝材方面，1999年生产的易拉罐有63％采用铝材，比1998年增长2％。2000年比1999年增长9％，英国1999年为66％，2000年增长6％，芬兰、瑞士、希腊、意大利、波兰等罐市场开始倾向采用100％的铝材，德国为10％，法国、比利时、卢森堡、荷兰各约30％。由于钢罐比铝罐成本低约千分之七美元，在南美地区钢罐主导饮料包装市场，但随着环保意识的提高。以及对资源的循环使用方面考虑，包装材料铝质逐步替代钢质。巴西现在采用率为65％，今后两年会增长10％。在喷雾罐方面，过去一直是由钢质主导地位，而从2000年开始已有许多产品转向铝材，增长率达到2％〜3％，随着拉伸技术在生产喷雾罐方面的应用，铝质类喷雾罐将逐步占领市场。铝易拉罐的主要成分则分罐身、罐盖和拉环而有所不同。各种元素在罐中的成分如下表：表］铝易拉罐各化学成分的质量分数镁镭硅扶铜0错铝4〜30.2--05<02<035015<0.25其余拉环4〜W<0.15<02<015<05<05其余罐身0.8-L31〜L3<02<0.7<0.25<0.25<0.1其余全熔化后平均L.20.7S0.19043014Q026其余成分四、实验设计方案实验仪器：酒精灯、烧杯、试管、试管夹、漏斗、滤纸、铁架台、铁圈、玻璃棒砂纸。实验药品：易拉罐、去污粉、NaOH溶液、KSCN溶液、盐酸溶液、联苯胺试剂、镁试剂、KOH溶液、稀硝酸、硫代乙酰胺，浓氨水（1）实验前处理——易拉罐片表面处理方法操作一.将剪好的易拉罐片用砂纸打磨，除去表面的漆和涂料，直至表面光亮为止。然后用去污粉清洗干净，备用。将剪好的易拉罐片用酒精浸泡片刻后在酒精灯上灼烧，待小片上的漆变黑后，立即停止灼烧;冷却后，再放入酒精中浸泡，取出后用布将漆擦掉;直至表面光亮为止本实验选择方法一2）易拉罐瓶身片的溶解操作现象现象解释试管A易拉罐片+过量的NaOH溶液有气泡产生，易拉罐片慢慢溶解，放出大量热，一段时间后反应剧烈，溶液成灰色能溶于碱的金属可能是铝，铝溶于过量的碱后以偏铝酸钠存在于溶液中试管B易拉罐片+过量的HC1溶液有大量气泡产生，易拉罐片慢慢溶解，放出大量热，一段时间后（比在NaOH溶液中时间短）反应剧烈，溶液金属溶于酸中

成深灰色作图为罐片溶于碱，右图为罐片溶于酸左试管为罐片溶于碱，右试管为罐片溶于酸易拉罐瓶盖片的溶解（与瓶身相同）作图为罐片溶于碱，右图为罐片溶于酸左试管为罐片溶于碱，右试管为罐片溶于酸操作现象现象解释试管A易拉罐片+过量的NaOH溶液试管B易拉罐片+过量的HC1溶液加酸的烧杯中易拉罐片与酸反应剧烈，很快就反应完了；加碱的烧杯中易拉罐片与碱的反应并没酸那么剧烈，而且反应时间较长。反应结束后，加酸的烧杯中几乎没有不溶物，溶液为浅黄色；加碱的烧杯中有大量黑色小颗粒不溶物。反应的图片如下：3）瓶身成分测定―二^=1=^兀素操作现象现象解释Fe少量滤液B+硝酸+KSCN溶液溶液变为血红色罐片含有铁铁溶于酸中变成二价铁，二价铁被硝酸氧化成三价铁，Fe3++SCN-T[Fe（SCN）]2+

■（血红色）Al少量滤液A+逐滴HC1+氨水往溶液中加酸有白色沉淀生成，酸继续加入直至过量，白色沉淀溶解，接着加氨水，又有白色沉淀生成，最后沉淀不溶解。易拉罐中的铝溶于碱，生成偏铝酸根，偏铝酸根在酸的条件下生成氢氧化铝沉淀，当酸过量时，氢氧化铝沉淀溶于酸，生成铝离子，故沉淀溶解，当加入浓氨水时，铝离子与氢氧根离子生成白色沉淀，并且白色沉淀不溶于过量氨水。③少量滤液B+逐滴NaOH加碱有白色沉淀生成，继续加入直至过量，白色沉淀溶解罐片含有铝，过量酸中，以铝离子存在，加碱生成氢氧化铝白色沉淀。碱过量，氢氧化铝生成偏铝酸根又溶解。Cu滤渣B洗涤后，用铂丝沾取少量做焰色反应Mn①少量滤液B+1滴KOH溶液+1滴联苯胺试剂有白色沉淀产生没有有锰存在下的蓝色现象。推断易拉罐中不含Mn，或Mn的含量很少，没检验出来。

Mg少量滤液B+5〜6滴镁试剂溶液变成了黄色Zn少量滤液B+Mg少量滤液B+5〜6滴镁试剂溶液变成了黄色Zn少量滤液B+几滴硫代乙酰胺溶液有白色沉淀生成瓶盖成分测定（与瓶身相同）兀素操作现象现象解释Fe少量滤液B+硝酸+KSCN溶液Al少量滤液A+逐滴HCl再加浓氨水少量滤液B+逐滴NaOHCu滤渣B洗涤后，用铂丝沾取少量做焰色反应Mn观察滤液B颜色少量滤液B+1滴KOH溶液+1滴联苯胺试剂Mg少量滤液B+5〜6滴镁试剂Zn少量滤液B+几滴硫代乙酰胺溶液六、实验思考与讨论：1、易拉罐质量轻、体积小、不易破碎、耐腐蚀、无毒、无味、开启方便、便于携带、易于冷藏、表面印刷装饰美观、废罐回收价值高等优点，深受人们的青睐，故此课题可引发学生的注意，同时易拉罐的主要成分是铝，铝对人体的危害是多方面，且严重。因此引导学生探究易拉罐中出了铝，还可能有什么金属，如何去鉴定呢？而且人们大量使用易拉罐，他们的回收利用是否必要呢？我们该怎么做呢？等等一系列的问题。通过本次探究实验，锻炼学生的思维能力，巩固学习检验离子的方法，并考虑离子共存问题。生活与化学相联系，充分调动学生的兴趣与积极性，提高他们的环保意识。2、在本实验中使用的易拉罐是菠萝啤，通过查阅文献，知道菠萝啤拉罐中的金属成分可能有铝、镁、铁、锌、锰、铜。于是针对上述元素进行分析鉴定，查阅文献得一下的鉴定分析方法：、铝离子的检验方法一：铝试剂鉴定铝离子在弱酸性溶液中，A13+与铝试剂［金黄色素三羧酸铵（I）］作用，生成红色的配合物（II）。以氨水碱化后，得到鲜红色的絮状沉淀。Cr3+、Cw+、Ca?+等离子与铝试剂作用生成深浅不同的红色沉淀，Fe3+与试剂作用生成深紫色的螯合物。它们存在时都干扰鉴定，可预先用NaOH、HO及少量22Na2CO3以氢氧化物和碳酸盐形式除去。离心分离后，再鉴定Al3+。方法二：向试液中加入盐酸，有白色沉淀生成，继续加盐酸，沉淀溶解；再向该溶液加入浓氨水，有白色沉淀产生，且不溶解。本实验用方法二。、检验镁离子的检验方法一：取2滴Mg2+试液，加2滴2mol・L-iNaOH溶液，1滴镁试剂（I）,沉淀呈天蓝色，示有Mg2+。对硝基苯偶氮苯二酚俗称镁试剂（I）,在碱性环境下呈红色或红紫色，被Mg（OH）吸附后则呈天蓝色。 2条件与干扰：反应必须在碱性溶液中进行，如如[NH4+]过大，由于它降低了[OH-]。因而妨碍Mg2+的捡出，故在鉴定前需加碱煮沸，以除去大量的NH4+Ag+、Hg22+、Hg2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Mn2+、Cr?+、Fe3+及大量Ca2+干扰反应，应预先除去灵敏度:捡出限量：0.5》g最低浓度：10》g・g—1（10ppm）方法二：取4滴Mg2+试液，加2滴6mol・L-i氨水，2滴2mol・L-i（NH）HPO溶液，摩擦试管内壁，生成白色晶形TOC\o"1-5"\h\z42 4MgNHPO・6H0沉淀，示有Mg2+:44 2Mg2++HPO2-+NH・HO+5HO=MgNHPO・6HO!4 3 2 2 4 4 2条件与干扰：反应需在氨缓冲溶液中进行，要有高浓度的PO3-和足够量的NH4+4反应的选择性较差，除本组外，其他组很多离子都可能产生干扰捡出限量：30》g最低浓度：10》g・g—1（10ppm）、铁离子的检验取Fe3+试液，加入硫氰化钾溶液，得血红色的溶液。、锌离子的检验用硫代乙酰胺（TAA）证实，TAA水解产生硫离子，而硫化锌是唯一的白色硫化物沉淀，且溶于稀盐酸。、锰离子的鉴定在酸性溶液中ClO-将Mn2+氧化为MnO323Mn2++ClO-+3HO—3MnO+6H++Cl-3 2 2用HNO作还原剂将MnO再还原为Mn2+，用铋酸钠氧化为紫色的MnO-，这是鉴2 2 4定二价锰离子的特征反应:2Mn2++14H++5NaBiO—2MnO-+5Bi3++7HO+5Na+锰盐与氨水作用，生成3氢氧化锰沉4淀。此沉淀又2迅速被空气中的氧所氧化生成棕色沉淀，再加醋酸、联苯胺溶液，变为蓝色。3、本实验所得结果与《中学化学实验教学论》与书上所描述的实验现象有很大的不同，其中，书上所展示的易拉罐溶于酸和碱后的图片，溶于碱后的溶液为比较澄清，溶于酸后的溶液为黑色浊液，但是我们所做的结果是:溶于酸后的溶液为灰色的，而溶于碱后的溶液为灰黑色浊液。根据我们分析讨论，觉得书上所展示的实验现象应该是错误的，因为易拉罐中溶于碱的金属就只有铝和锌，大量的黑色小颗粒应该是那些不溶于碱的金属。所以，溶于酸后的溶液应该颜色较浅，而溶于碱后的溶液应该为黑色浊液。4、本次实验主要的内容是对易拉罐材料合金主要成分的鉴定，通过特征性实验来鉴别。在实验之初我们还设计了用不同易拉罐（如罐