重鉻酸鉀法測定礦石中鐵元素方法探討

摘 要：針對三氯化鈦-重鉻酸鉀法測定礦石中鐵的含量，當Cu2+離子含量較高時，此方法將不適應。因此，本方法選鋁粉-重鉻酸鉀法，利用鋁粉還原三價鐵，在鹽酸介質中用重鉻酸鉀標準滴定溶液滴定二價鐵。方法簡單，易操作，速度快，方法精密度（RSD，n=5）低于1%，用于硫鐵礦中鐵的測定，結果可靠。

關鍵詞：鋁粉-重鉻酸鉀法；微量滴定；礦石

對于礦石中鐵的含量測定的實驗是分析化學實驗的重要內容，對于礦石的分類鑒定有著重要的意義。隨著國家對環境保護要求的提高，許多研究者對原有的一些方法進行了改進，提出了一些新的方法，避免了經典方法（SnCl2-HgCl2-重鉻酸鉀法），測量中的汞污染的問題。但有些新方法，由于還原劑的選用，在試驗中也存在一些問題。如三氯化鈦-重鉻酸鉀法測定礦石中鐵的含量，當Cu2+離子含量較高時，該方法不適用。因此文章選用鋁粉-重鉻酸鉀法，本文在鹽酸介質中通入二氧化碳以隔絕空氣，用金屬鋁粉將Fe3+還原為Fe2+，一方面可以利用鋁粉比表面積大的特點，是還原充分加快反應速度，另一方面可通過通CO2解決鋁還原法存在的問題，以重鉻酸鉀標準滴定溶液滴定Fe3+。方法容易掌握，準確性和重現性均較好，用于礦石中鐵含量的測定，結果滿意。

1實驗部分

1.1 實驗儀器

250ml容量瓶；250mL錐形瓶；50ml酸式滴定管；電加熱板；全自動電子分析天平。

實驗試劑如下：

重鉻酸鉀標準滴定溶液[c（1/6K2Cr2O7）=0.1mol/L]：稱取10g已在120℃烘箱中干燥至恒重的基準重鉻酸鉀，溶于水，移入2000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度。鋁粉；過30目篩礦石粉末；三氯化鈦；硝酸；硫-磷混酸溶液；二苯胺磺酸鈉指示劑；分析純試劑Fe2O3。鐵標準溶液[c（Fe3+）=0.1mol/L]：稱取8g基準試劑三氧化二鐵，用鹽酸溶解完全后，定容于1000mL容量瓶中。硫-磷混合酸：將150mLH2SO4緩慢加入500mL水中，冷卻后加入150mLH3PO4，用水稀釋至1000mL。

二苯胺磺酸鈉溶液（50g/L，指示劑）。所用試劑除注明外均為分析純，水為蒸餾水。

1.2 實驗方法

（1）三氯化鈦-重鉻酸鉀法（參照標準方法）；（2）鋁粉-重鉻酸鉀滴定法。

鐵標準溶液測定：吸取20.00mL鐵標準溶液于錐形瓶中，加入金屬鋁粉（用量約為理論用量的20倍），通入二氧化碳，充分搖動至溶液黃色褪去，并且過量的鋁粉溶解完全，溶液變為無色，加入10mL硫-磷混合酸，加5滴二苯胺磺酸鈉指示劑，用重鉻酸鉀標準滴定溶液滴定至紫紅色為終點。

實際樣品測定：準確稱取鉛鋅選礦廠尾礦選硫鐵礦精礦樣品0.2g于燒杯中，加入10mL濃HCl，在低溫電爐上加熱5min，再加入15mLHNO3，繼續加熱至樣品溶解完全，并反復加入濃HCl低溫揮發除去HNO3。

加30mL50%（體積分數）的H2SO4，高溫加熱蒸發至冒濃厚三氧化硫白煙5min，將HNO3徹底除去，取下冷卻。加適量水及少量HCl，加入金屬鋁粉（用量約為理論用量的20倍），通入二氧化碳，充分搖動至溶液黃色褪去，并且過量的鋁粉溶解完全，溶液變為無色，加入10mL硫-磷混合酸，加5滴二苯胺磺酸鈉指示劑，用重鉻酸鉀標準滴定溶液滴定至紫紅色為終點。

2 結果與討論

2.1 測定結果

根據兩種方法的要求，測量礦石結果為（n=4）為：三氯化鈦-重鉻酸鉀法wFe=44.24%，本法wFe=44.48%（RSD為0.32%）；鋁粉-重鉻酸鉀滴定法wFe=46.42%，本法wFe=47.03%（RSD為0.53%）。測定鐵標準溶液結果取5份鐵標準溶液進行測定，用本法測得平均值為c（Fe3+）=0.09029mol/L，相對標準偏差為0.36%，與經三氯化鈦-重鉻酸鉀法測得結果一致。說明本方法具有較高的測量精度。

2.2 鋁粉用量的處理

實驗表明，金屬鋁粉反應后被氧化為Al3+，不會對測定結果產生影響；而鋁具有還原性，可以與重鉻酸鉀反應。為保證將Fe3+完全還原為Fe2+，必須加入過量的鋁粉，過量的殘余鋁能使溶液呈灰色，與鹽酸反應可除去，即溶液由灰色變為無色，否則結果偏高且不穩定。因此，在本實驗中，一定要注意多余鋁粉的處理。

2.3 其它影響因素

在利用本實驗過程中，還要注意其它一些影響因素，如空氣、酸度、溫度、共存離子、鋁粉用量等。該實驗是在常溫下進行，為了獲得準確的實驗結果，要在實驗進行到鋁粉剛好溶解完全以后，就應該迅速進行滴定實驗，否則，在空氣的環境下進行實驗，可能致使實驗結果偏低，而且不具有規律性。另外，如果溶液中的溫度較高，接近沸騰狀態時，空氣對實驗結果的影響最大，因此本實驗對傳統的方法進行改進，在實驗整個過程，通入二氧化碳，去除空氣的影響，也增強了反應過程的水動力，加快了鋁粉的溶解。并且二氧化碳的獲得途徑也很方便，用石灰石和鹽酸做反應原料，產生的二氧化碳直接接入到鋁粉反應器中。用金屬鋁粉還原Fe3+是在酸性條件下進行的。過量的金屬鋁必須用酸除去，因此在滴定之前的操作必須保證溶液為酸性。

在滴定時加入硫-磷混合酸主要是保證溶液的酸度，H3PO4與Fe3+生成無色的[Fe（HPO4）2]-，消除Fe3+（黃色）的影響，同時降低溶液中Fe3+的濃度，從而降低Fe3+/Fe2+的電極電位，增大化學計量點的電位突躍，有利于避免指示劑引起的終點誤差。在選定的實驗條件下，大多數常見離子不干擾鐵的測定；但礦樣中含有砷、銻等容易生成變價的元素存在會影響測定結果。實驗表明，金屬鋁粉在近沸騰溫度下進行還原，速度較快，一般僅需要幾分鐘；在常溫下還原速度較慢，一般需要15min～30min。還原溫度高低對本方法結果無影響。本法是在通入二氧化碳的條件下用金屬鋁粉還原Fe3+至黃色褪去，再繼續反應至殘余鋁粉完全溶解，以溶液變成無色為滴定中點。實驗結果證實，鋁粉在用量上一定要保證充足，為了使Fe3+全部還原為Fe2+，就要加入過量的鋁粉，即使鋁粉有剩余，也可以與鹽酸繼續反應。

鋁粉在整個反應過程中充當還原劑，被氧化成Al3+，對實驗結果的測定并不產生影響。

3 結束語

通過本實驗，可以看出鋁粉-重鉻酸鉀滴定法通過隔絕空氣提高了，測定精度高、通過利用鋁粉的表面積大的特點加快反應速度快，并且受條件限制小，實驗材料便宜。結果與經典法所測結果相比較均在分析允許誤差范圍之內，可見改進是成功的，既保留了原實驗中的大部分的操作練習，又擺Ti離子對于測定樣品中銅含量的限制。

參考文獻

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