廢鋁片制明礬以及硫酸根離子含量的測(cè)定

1、 廢鋁片制明礬以及硫酸根離子含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)小組：第六小組姓名; 馬文斌 學(xué)號(hào)： 515110910017 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師;馬荔 助教： 賈曉利實(shí)驗(yàn)日期：2016年6月28日一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解鋁和氧化鋁的兩性性質(zhì)。2. 了解明礬的制備方法和各種實(shí)驗(yàn)方案的比較確定。3. 復(fù)習(xí)溶解、過(guò)濾、結(jié)晶及沉淀轉(zhuǎn)移和洗滌等無(wú)機(jī)制備常用基本操作，和提取、提純、重結(jié)晶等實(shí)驗(yàn)操作。4. 培養(yǎng)自行設(shè)計(jì)產(chǎn)品組成、純度和產(chǎn)率的方法。一 實(shí)驗(yàn)原理1. 鋁是一種兩性元素，既與酸反應(yīng)，又與堿反應(yīng)，將其溶于濃NaOH溶液中，可生成四羥基合鋁酸鈉，再用硫酸調(diào)節(jié)pH，可將其轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁可溶于硫酸生成硫酸鋁，硫酸鋁可同堿金

2、屬硫酸鹽如硫酸鉀在水中結(jié)合為溶解度較小的復(fù)鹽明礬。2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4 +3H22NaAl(OH)4+H2SO4=2Al（OH）3+Na2SO4+2H2O2Al（OH）3+ 3H2SO4=Al2（SO4）3+6H2OAl2（SO4）3+K2 SO4+24 H2O=2 KAl(SO4)2.12H2O 2. 單晶的培養(yǎng) ：要使晶體從溶液中析出，從原理上來(lái)說(shuō)有兩種方法。以圖1的溶解度曲線的過(guò)溶解度曲線為例，為溶解度曲線，在曲線的下方為不飽和區(qū)域。若從處于不飽和區(qū)域的 A 點(diǎn)狀態(tài)的溶液出發(fā)，要使晶體析出，其中一種方法是采用 的過(guò)程，即保持濃度一定，降低溫度的冷卻法；另一種

3、辦法是采用 的過(guò)程，即保持溫度一定，增加濃度的蒸發(fā)法。因?yàn)槊鞯\的溶解度受溫度影響較大，所以本實(shí)驗(yàn)主要采用降溫法，重結(jié)晶得到明礬大晶體，即冷卻熱飽和溶液的方法。晶體有一定的幾何外形，有固定熔點(diǎn)，有各向異性等特點(diǎn)，而無(wú)定形固體不具有上述特點(diǎn)。晶體生成的一般過(guò)程是先生成晶核，而后再逐漸長(zhǎng)大。晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中要收到外界條件的影響，如渦流，溫度，雜質(zhì)，粘度，結(jié)晶速度等因素的影響。3. 制備工藝路線大致如下：4. 重結(jié)晶原理：利用混合物中各組分在某種溶劑中溶解度不同或在同一溶劑中不同溫度時(shí)的溶解度不同而使它們相互分離。固體有機(jī)物在溶劑中的溶解度隨溫度的變化易改變，通常溫度升高，溶解度增大；反之，則溶解度降

4、低。對(duì)于前一種常見(jiàn)的情況，加熱使溶質(zhì)溶解于溶劑中，當(dāng)溫度降低，其溶解度下降，溶液變成過(guò)飽和，從而析出結(jié)晶。由于被提純化合物及雜質(zhì)的溶解度的不同，可以分離純化所需物質(zhì)。5. 不同溫度下明礬、硫酸鋁、硫酸鉀的溶解度（ 100gH2O 中）如下表所示： 溫度 T/K 物質(zhì)種類 273 283 293 303 313 333 353 363 KAl(SO4)2·12H2O/g 3.00 3.99 5.90 8.39 11.7 24.8 71.0 109 Al2(SO4)3 /g 31.2 33.5 36.4 40.4 45.8 59.2 73.0 80.8 K2SO4/g 7.4

5、9.3 11.1 13.0 14.8 18.2 21.4 22.9 三實(shí)驗(yàn)試劑和儀器燒杯、膠頭滴管、電子天平、pH試紙、布氏漏斗、玻璃棒、水浴鍋、濾紙 藥品：廢鋁片、氫氧化鉀（1mol/L）、硫酸（9mol/L）、硫酸鉀（s）、硫酸（3mol/L）四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象(一). 明礬的制備1. 四羥基合鋁酸鈉的制備1.1 用電子天平稱量4.04.5g氫氧化鉀，置于100ml燒杯中，加入50ml水。1.2 稱量2g打磨好的剪碎鋁箔，放在燒杯中，約70水浴加熱。1.3 反應(yīng)完畢，冷卻過(guò)濾，取濾液。2. 氫氧化鋁的生成和洗滌2.1 向四羥基合鋁酸鈉溶液中逐滴加入10ml 3mol/L的硫酸，調(diào)pH為

6、78。2.2 抽濾生成的沉淀，并用蒸餾水洗滌。出現(xiàn)白色結(jié)晶3.明礬的制備3.1 將抽濾后得到的氫氧化鋁沉淀置于蒸發(fā)皿中，逐滴加入1:1（約9mol/L）的硫酸，至沉淀全部溶解。3.2加6g硫酸鉀水浴加熱至全部溶解，控制溫度約在70，當(dāng)大部分結(jié)晶析出剩余少量水時(shí)，停止加熱并靜置使其自然冷卻。3.3 結(jié)晶完全后，減壓過(guò)濾，用1:1的水-乙醇混合溶液洗滌兩次，每次5約ml。有較多白色結(jié)晶狀固體析出4. 重結(jié)晶4.1將粗產(chǎn)物放入5070ml水中，加熱至70左右，加熱蒸發(fā)。4.2 當(dāng)剛有晶體析出或有晶毛出現(xiàn)時(shí)，停止加熱。4.3 自然降溫冷卻至無(wú)沉淀生成(可降至室溫，也可以最后用冰水浴冷卻降溫至1015)

7、，過(guò)濾。4.4 將生成沉淀用無(wú)水乙醇洗滌，干燥后稱量，記錄。無(wú)明顯現(xiàn)象5.最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定： 取4.00mL鋁標(biāo)液(1g/mL)于50mL容量瓶中，加入1.0mL 1H2SO4，8.0mL乙酸乙酸鈉緩沖溶液，1.0mL 10g/L 抗壞血酸，2.0mL 0.2g/mL溴化十六烷基三甲銨，2.0mL 0.5g/L鉻天青S溶液，定容，搖勻，放置20min。以蒸餾水為參比溶液，在500640nm間每隔10nm測(cè)定吸光度A，最大波長(zhǎng)附近梯度減小為1nm，作出A曲線，確定最大波長(zhǎng)max；所配制樣品溶液均顯藍(lán)紫色 6.標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制： 取7個(gè)50mL容量

8、瓶分別加入鋁標(biāo)液(1g/mL)0.0mL、1.0mL、2.0mL、4.0mL、6.0mL、8.0mL、10.0mL，再分別加入上述試劑，定容，搖勻，放置20min，以0.0mL空白溶液為參比溶液，測(cè)定吸光度A，繪制AV標(biāo)準(zhǔn)曲線；7.樣品中鋁含量測(cè)定： 準(zhǔn)確稱取0.5-0.6g重結(jié)晶后的明礬晶體于燒杯中，加入去離子水溶解，轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶中，定容，再移取定容后溶液2.00mL于另一250容量瓶中，定容即配制出1g/mL左右的鋁樣品溶液；取5.00mL上述溶液于50mL容量瓶中，加入上述試劑，搖勻定容，放置20min。以0.0mL空白溶液為參比溶液，測(cè)定吸光度A，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上找到對(duì)應(yīng)濃度的點(diǎn)

9、，計(jì)算樣品中鋁含量。8.雙波長(zhǎng)法測(cè)鋁含量（1）以去離子水為參比溶液，以相同濃度的顯色劑溶液為待測(cè)溶液。在400-500nm范圍內(nèi)，每10nm測(cè)一次吸光度。在峰值附近每1nm測(cè)一次吸光度，記錄吸光度，確定顯色劑溶液的最大吸收波長(zhǎng)和在此波長(zhǎng)下的吸光度。（2）在樣品溶液的最大吸收波長(zhǎng)下，以去離子水為參比溶液，以相同濃度的顯色劑溶液為待測(cè)溶液，測(cè)定吸光度，記錄。（3）在顯色劑最大吸收波長(zhǎng)下，以去離子水為參比溶液，以不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液為待測(cè)溶液，測(cè)定吸光度，記錄。（4）在樣品溶液最大吸收波長(zhǎng)下，以同濃度顯色劑為參比溶液，以不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液為待測(cè)溶液，測(cè)定吸光度，記錄。按照實(shí)驗(yàn)原理繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

10、（5）分別在樣品溶液最大吸收波長(zhǎng)下和顯色劑最大吸收波長(zhǎng)下測(cè)定待測(cè)鋁含量溶液的吸光度，按照實(shí)驗(yàn)原理計(jì)算吸光度，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線，得出鋁含量。5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)堿熔法制備明礬廢鋁片1.9474g明礬實(shí)際產(chǎn)量6.3691g明礬理論產(chǎn)量34.19g產(chǎn)率18.63% 鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定鋁標(biāo)液濃度1 g/ml波長(zhǎng)（nm）500510520530540550吸光度A0.1320.1730.2380.3180.4040.503波長(zhǎng)（nm）560565570573574575雙波長(zhǎng)法測(cè)定鋁含量確定顯色劑最大吸收波長(zhǎng)波長(zhǎng)（nm）400410420425426427吸光度A0.2740.2940.2990.3020

11、.3030.303波長(zhǎng)（nm）428429430440450460吸光度A0.3030.3030.3030.2960.2810.258波長(zhǎng)（nm）470480490500574吸光度A0.2320.2110.1870.1690.121顯色劑最大吸收波長(zhǎng)428nm428nm下顯色劑吸光度顯色劑濃度4%鋁標(biāo)液用量(ml)0.01.02.04.06.08.010.0吸光度A0.3030.0970.0910.0900.0900.0850.103574nm下顯色劑吸光度顯色劑濃度4%鋁標(biāo)液用量(ml)0.01.02.04.06.08.010.0吸光度A0.5870.7671.1101.1650.6270

12、.613雙波長(zhǎng)法測(cè)定A值00.6720.8581.2021.2570.7240.692繪制曲線如下 硫酸根的含量0.01997mol二水合氯化鋇質(zhì)量5.4845g氯化鋇濃度0.08991mol/L用量25.00ml明礬樣品1.1841g硫酸根濃度0.02007mol/L用量25.00mlEDTA濃度0.01067mol/L用量25.00ml稱取鋅質(zhì)量0.2719g鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度0.003346mol/L過(guò)量法滴定硫酸根含量次數(shù)第一次第二次第三次起始體積（ml）0.000.000.00終點(diǎn)體積（ml）17.595.054.72計(jì)算過(guò)程如下;舍棄第一次滴定的結(jié)果，以后兩次均值為數(shù)據(jù)計(jì)算： V(鋅標(biāo)

13、液)=4.88mlC（鋅標(biāo)液）=0.003346mol/Ln（過(guò)量EDTA）=1.63×10-5 moln（總EDTA）=0.0002667moln（總鋇離子）=0.0022475moln（硫酸根）=0.001997moln（總硫酸根）=0.01997mol6、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與討論1. 明礬的制備 我們小組一開始準(zhǔn)備了三種方案，包括堿溶法的兩種和酸溶法的一種。經(jīng)查閱資料，我們小組發(fā)現(xiàn)酸溶法產(chǎn)品雜質(zhì)較多且溶解時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)。再比較兩種堿溶法(一種是氫氧化鉀溶解鋁并加酸后直接蒸發(fā)濃縮形成結(jié)晶；另一種是氫氧化鉀溶解鋁后加酸調(diào)pH約為7-8，過(guò)濾形成的氫氧化鋁沉淀，向沉淀中加酸溶解并加入硫酸鉀后蒸發(fā)

14、結(jié)晶)，發(fā)現(xiàn)后一種方法較優(yōu)。因?yàn)閷溲趸X沉淀過(guò)濾能減少其他雜質(zhì)，提高產(chǎn)品純度。2. 明礬的重結(jié)晶 在第一次蒸發(fā)結(jié)晶中，我們?cè)谖龀鼍w含量較多剩余水量較少時(shí)停止加熱，用蒸汽 浴的余熱加熱，但由于水的比熱容較大降溫較慢最后蒸發(fā)皿中水幾乎全被蒸干，析出晶體為白色黏糊狀，帶有微微淺黃色，分析可能帶有較多雜質(zhì)，如硫酸鉀等，故我們用水和無(wú)水乙醇混合溶液洗滌沉淀并決定重結(jié)晶再次蒸發(fā)溶液。重結(jié)晶時(shí)我們加入約40ml水加熱到70，我們?cè)O(shè)計(jì)的方案為當(dāng)有晶體出現(xiàn)時(shí)即停止加熱，但是第一次出現(xiàn)晶毛時(shí)停止加熱常溫靜置一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有結(jié)晶繼續(xù)出現(xiàn)。分析原因是剩余水過(guò)多，明礬溶解其中無(wú)法析出。后來(lái)我們繼續(xù)蒸氣浴加熱蒸發(fā)了

15、許多的水但仍然水仍然過(guò)多，冷卻至室溫只有極少晶體析出。我們又從制冰機(jī)中取出冰塊放入水浴鍋內(nèi)進(jìn)行冰水浴冷卻，成功析出一定量晶體。（改進(jìn)可以加點(diǎn)無(wú)水乙醇） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們總結(jié)整體實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)該一到實(shí)驗(yàn)室便開火煮沸蒸氣浴所用的水，這樣便可大大加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。后來(lái)我們?yōu)榱思铀賹?shí)驗(yàn)，便直接加熱蒸發(fā)皿，導(dǎo)致蒸發(fā)皿底部受熱不均勻底部有裂縫出現(xiàn)，但所幸并不影響實(shí)驗(yàn)，我們立即轉(zhuǎn)為蒸氣浴加熱，成功完成了實(shí)驗(yàn)。我們小組反思，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)整體統(tǒng)籌安排，合理利用時(shí)間。3 鋁含量的測(cè)定我們經(jīng)查閱資料，發(fā)現(xiàn)測(cè)定鋁含量有EDTA標(biāo)定法，分光光度計(jì)法等，后來(lái)我們小組經(jīng)比較各個(gè)方案，鋁的多核絡(luò)合物與EDTA，絡(luò)合緩慢，

16、且絡(luò)合比不穩(wěn)定，最后決定用分光光度法測(cè)定鋁含量。在這個(gè)方法中，我們主要遇到的問(wèn)題是，在測(cè)吸光度的時(shí)候，樣品溶液的PH基本無(wú)法調(diào)準(zhǔn)，對(duì)照其他小組，每次顏色都會(huì)有偏差，而且經(jīng)過(guò)PH 檢測(cè)大概范圍是對(duì)的，但是在檢測(cè)中，數(shù)據(jù)并不合理。4.硫酸根離子的測(cè)定我們小組經(jīng)過(guò)討論預(yù)定了兩種測(cè)定硫酸根離子含量的方法：第一是直接滴，就是用精確過(guò)量的氯化鋇與硫酸根，將硫酸根全部沉淀，然后經(jīng)過(guò)過(guò)濾，調(diào)節(jié)PH約等于10，鉻黑T做指示劑用EDTA滴定濾液中過(guò)量的鋇離子?？墒俏覀冃〗M遇到的問(wèn)題就是，在調(diào)節(jié)PH的時(shí)候很費(fèi)勁，不好調(diào)節(jié)PH，加了N-N緩沖液還是有些酸，于是我們就考慮加氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH，然后滴定的時(shí)候，變色還是很慢

17、，和助教討論后，得出的結(jié)論是，EDTA和鋇離子配位特別慢，而且現(xiàn)象也不明顯。第二是用返滴法，通過(guò)使EDTA過(guò)量，用鋅標(biāo)液滴定過(guò)量的EDTA，從而定量的計(jì)算出硫酸根的含量。在這個(gè)過(guò)程中主要還是PH的調(diào)節(jié)，以及鋇離子的用量的計(jì)算等有些問(wèn)題，導(dǎo)致最后滴定的時(shí)候雖然有現(xiàn)象出現(xiàn)，但是鋅標(biāo)液只用了46ml?？紤]到應(yīng)該是在EDTA的用量，或者是在配置溶液的過(guò)程中出現(xiàn)了問(wèn)題。在經(jīng)過(guò)計(jì)算，最后還是完成了含量的測(cè)定總得來(lái)說(shuō)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)較上一個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們小組展現(xiàn)出了更好的協(xié)作能力，分工也更加明確，效率也提高了不少。同時(shí)也從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)到了如何改變實(shí)驗(yàn)方案來(lái)得到想要的結(jié)果，以及對(duì)不可預(yù)料，但是已經(jīng)出現(xiàn)的結(jié)果進(jìn)行分析。

18、鍛煉了我們的科研思維。最后衷心的感謝馬荔老師，賈曉利、井凡、白靜助教在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中對(duì)我們的指導(dǎo)和幫助。用EDTA滴定法測(cè)定三氯化六氨合鈷中的鈷離子含量1. EDTA的標(biāo)定1.1 取0.280.32g的鋅，加入1:1（6mol/L）的鹽酸加熱溶解，靜置冷卻后加入250ml容量瓶中，加去離子水定容后稀釋一倍，配成濃度約0.01mol/L的鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液。1.2 取25ml的鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入鉻黑T和約10ml的NH4Cl-NH3H2O緩沖溶液調(diào)制pH為8-10。1.3 靜置反應(yīng)一段時(shí)間后，用EDTA溶液滴定，知道錐形瓶中溶液顏色由紫紅變?yōu)樗{(lán)色達(dá)到反應(yīng)終點(diǎn)。1.4 重復(fù)上述步驟兩次，得到三組平行數(shù)據(jù)。2. 鈷離子的滴定2.1 稱量0.360.42g鋅，用濃鹽酸配成250ml溶液，稀釋一倍后，得到鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液2。2.2 稱量1.92.1g三氯化六氨合鈷于燒杯中，配成250ml溶液，稀釋5倍。2.3 各量取2