鋁鹽中鋁含量的測定課件

鋁鹽中鋁含量的測定化學(xué)工程系09工業(yè)分析與檢驗一、鋁的物理性質(zhì)及用途(1)鋁的密度很小，僅為2.7g/cm3，雖然它比較軟，但可制成各種鋁合金，如硬鋁、超硬鋁、防銹鋁、鑄鋁等。這些鋁合金廣泛應(yīng)用于飛機、汽車、火車、船舶等制造工業(yè)。此外，宇宙火箭、航天飛機、人造衛(wèi)星也使用大量的鋁及其合金。例如，一架超音速飛機約由70%的鋁及其合金構(gòu)成。船舶建造中也大量使用鋁，一艘大型客船的用鋁量常達(dá)幾千噸。(2)鋁的導(dǎo)電性僅次于銀、銅，雖然它的導(dǎo)電率只有銅的2/3，但密度只有銅的1/3，所以輸送同量的電，鋁線的質(zhì)量只有銅線的一半。鋁表面的氧化膜不僅有耐腐蝕的能力，而且有一定的絕緣性，所以鋁在電器制造工業(yè)、電線電纜工業(yè)和無線電工業(yè)中有廣泛的用途。鋁的物理性質(zhì)及用途(3)鋁是熱的良導(dǎo)體，它的導(dǎo)熱能力比鐵大3倍，工業(yè)上可用鋁制造各種熱交換器、散熱材料和炊具等。(4)鋁有較好的延展性(它的延展性僅次于金和銀)，在100℃～150℃時可制成薄于0.01mm的鋁箔。這些鋁箔廣泛用于包裝香煙、糖果等，還可制成鋁絲、鋁條，并能軋制各種鋁制品。(5)鋁的表面因有致密的氧化物保護膜，不易受到腐蝕，常被用來制造化學(xué)反應(yīng)器、醫(yī)療器械、冷凍裝置、石油精煉裝置、石油和天然氣管道等鋁的物理性質(zhì)及用途(6)鋁粉具有銀白色光澤(一般金屬在粉末狀時的顏色多為黑色)，常用來做涂料，俗稱銀粉、銀漆，以保護鐵制品不被腐蝕，而且美觀。(7)鋁在氧氣中燃燒能放出大量的熱和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如銨鋁炸藥(由硝酸銨、木炭粉、鋁粉、煙黑及其他可燃性有機物混合而成)、燃燒混合物(如用鋁熱劑做的炸彈和炮彈可用來攻擊難以著火的目標(biāo)或坦克、大炮等)和照明混合物(如含硝酸鋇68%、鋁粉28%、蟲膠4%)。鋁的物理性質(zhì)及用途（8)鋁熱劑常用來熔煉難熔金屬和焊接鋼軌等。鋁還用做煉鋼過程中的脫氧劑。鋁粉和石墨、二氧化鈦(或其他高熔點金屬的氧化物)按一定比率均勻混合后，涂在金屬上，經(jīng)高溫煅燒而制成耐高溫的金屬陶瓷，它在火箭及導(dǎo)彈技術(shù)上有重要應(yīng)用。(9)鋁板對光的反射性能也很好，反射紫外線比銀強，鋁越純，其反射能力越好，因此常用來制造高質(zhì)量的反射鏡，如太陽灶反射鏡等。(10)鋁具有吸音性能，音響效果也較好，所以廣播室、現(xiàn)代化大型建筑室內(nèi)的天花板等也采用鋁。鋁的化學(xué)性質(zhì)和鹽溶液反應(yīng)：2Al+3Hg(NO3)2=3Hg+2Al(NO3)3和堿溶液反應(yīng)：主要和NaOH、KOH強堿溶液反應(yīng)，可看做是堿溶液先溶解掉鋁表面氧化鋁保護膜Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O鋁和水發(fā)生置換反應(yīng)：2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑Al(OH)3溶解在強堿溶液中，Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O三、鋁的生產(chǎn)制造鋁電解生產(chǎn)流程

現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石――氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁是溶質(zhì)被溶解，以碳素作為陽極（預(yù)焙陽極塊），鋁液作為陰極，通入直流電流后，在940℃～970℃下，電解槽兩極上進行電化學(xué)反應(yīng)，即電解。陽極產(chǎn)物主要是二氧化碳，和一氧化碳?xì)怏w，但其中含有一定量的氟化氫（HF）等有害氣體和固體粉塵，須對陽極氣體進行凈化處理，除去有害氣體和粉塵后排入大氣。陰極產(chǎn)物是鋁液，鋁液通過真空抬包從槽內(nèi)抽出，送往鑄造車間，在混合爐內(nèi)凈化澄清之后，澆注成鋁錠，或生產(chǎn)成線坯，型材等。鋁的生產(chǎn)制造鋁電解生產(chǎn)原輔材料

1.氧化鋁：

氧化鋁通常稱為“鋁氧”，是一種白色粉狀物，熔點為2050℃，沸點為3000℃，真密度為3.6g/cm3。它的流動性好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。它是鋁電解生產(chǎn)的中的主要原料。

氧化鋁在電解生產(chǎn)中的作用是：a.不斷地補充電解質(zhì)中的鋁離子，使其濃度保持在一定的范圍內(nèi)，保證電解生產(chǎn)的持續(xù)進行；b.氧化鋁覆蓋在電解質(zhì)殼面上可以起到良好的保溫作用，覆蓋在陽極炭塊的氧化；c.在煙氣凈化系統(tǒng)中充當(dāng)吸附劑，用來吸附陽極氣體中的氟化氫（HF）氣體。

在化學(xué)純度方面，要求氧化鋁中雜質(zhì)含量和水份要低。因為氧化鋁中那些電位正于鋁元素的氧化物，例如SiO2(二氧化硅)和Fe2O3(氧化鐵)，在電解過程中會被鋁還原，或者優(yōu)先于鋁離子在陰極析出。析出的硅、鐵，進入鋁內(nèi)，降低鋁的品位，而那些電位負(fù)于鋁元素的氧化物，如Na2O、CaO（氧化鈣）會分解冰晶石，一是引起氟化鹽消耗，二是增加鋁中的氫含量，三是產(chǎn)生氟化氫氣體，污染環(huán)境。P2O3（五氧化二磷）會影響電流效率。氧化鋁的化學(xué)成分要求見表3-1。

鋁的生產(chǎn)制造2.氟化鹽：

鋁電解生產(chǎn)中所用氟化鹽主要是冰晶石和氟化鋁，其次有一些用來調(diào)整和改善電解質(zhì)性質(zhì)的添加劑，如：

⑴冰晶石

⑵氟化鈣

⑶氟化鈉

⑷氟化鋰

四、鋁鹽中鋁含量的測定方案1、實驗原理在試樣中加入過量的EDTA，調(diào)節(jié)溶液的pH=3-4，加熱煮沸使Al與EDTA完全配合（反滴定）。冷卻后，加入緩沖溶液調(diào)節(jié)溶液的pH=5-6，以二甲酚橙做指示劑，此時溶液的顏色呈現(xiàn)黃色，用鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的EDTA，稍過量的Zn2+與二甲酚橙指示劑配位形成紅色配合物顯示終點，不記錄此次消耗鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。然后在此溶液中加入過量的氟化銨，加熱至沸騰后1~2分鐘，使AlY-與F-完全反應(yīng)，置換出等物質(zhì)量的EDTA，用鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定置換出的EDTA至終點。終點時顏色由黃色變?yōu)樽霞t色。鋁鹽中鋁含量的測定方案pH=3.5時，Al3+（試液）＋Y4-（過量）＝AlY-,Y4-(剩)pH=5-6時，加XO指示劑，用Zn2+鹽標(biāo)液滴定剩余的Y4-Zn2+＋Y4-(剩)＝ZnY2-終點：Zn2+(過量）＋XO＝Zn-XO黃色→紫紅色置換反應(yīng):AlY-+6F-=AlF63-+Y4-(置換)滴定反應(yīng):Y4-(置換)+Zn2+＝ZnY2-

終點：Zn2+(過量）＋XO＝Zn-XO黃色→紫紅色計算結(jié)果:鋁鹽中鋁含量的測定方案2、試劑與儀器NaOH(200g/L);HCl(1+1),(1+3);EDTA溶液(0.02mol/L);二甲酚橙(2g/L);氨水(1+1);六次甲基四胺（200g/L);Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.02mol/L);NH4F(200g/L鋁鹽中鋁含量的測定方案3、實驗步驟準(zhǔn)確稱取0.10-0.11g鋁合金于250mL燒杯中，加10mLNaOH，在沸水浴中使其完全溶解，稍冷后，加（1+1）HCl鹽酸溶液至有絮狀沉淀產(chǎn)生，再多加10mLHCl溶液。定容于250mL容量瓶中。準(zhǔn)確移取試液25.00mL于250mL錐形瓶中，加30mLEDTA，2滴二甲酚橙，此時溶液為黃色，加氨水至溶液呈紫紅色，再加（1+3）HCl溶液，使呈黃色。煮沸3min，冷卻。鋁鹽中鋁含量的測定方案加20mL六次甲基四胺，此時應(yīng)為黃色，如果呈紅色，還需滴加（1+3）HCl，使其變黃。把Zn2+滴入錐形瓶中，用來與多余的EDTA絡(luò)合，當(dāng)溶液恰好由黃色變?yōu)樽霞t色時停止滴定。于上述溶液中加入10mLNH4F，加熱至微沸，流水冷卻，再補加2滴二甲酚橙，此時溶液為黃色。再用Zn2+標(biāo)液滴定，當(dāng)溶液由黃色恰好變?yōu)樽霞t色時即為終點，根據(jù)這次標(biāo)液所消耗的體積v，計算鋁的質(zhì)量。鋁鹽中鋁含量的測定方案4、結(jié)果計算鋁鹽中鋁含量的測定方案5、注意事項（1）pH的調(diào)整本實驗所用的金屬指示劑二甲酚橙只有在pH=5-6時，才能用Zn2+直接滴定EDTA，溶液的顏色由黃色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色指示終點的到達(dá)。當(dāng)溶液的pH＞6時加入指示劑后溶液呈現(xiàn)紅色和ZnIn的顏色一致，沒有終點顏色的變化，不能指示終點；當(dāng)溶液的pH＜4時加入指示劑后，溶液的顏色雖然能呈現(xiàn)出黃色，但隨著Zn2+的逐漸滴入反應(yīng)生成的H+使溶液的酸度越來越大，Zn2+和指示劑形不成穩(wěn)定的紅色配合物，溶液的顏色會越來越黃，同樣指示不出終點。如何調(diào)整合適的pH呢？一般是在鋁鹽溶液中加入鹽酸或氨水把其pH調(diào)整到4-5后，再加入pH為5-6的緩沖溶液來實現(xiàn)所需的酸度條件。（在實際操作中常常是這一步驟容易出現(xiàn)問題導(dǎo)致實驗的失?。?。那么又如何判斷溶液的pH被調(diào)整到4-5了呢？即可以用pH試紙來判斷；又可以采用甲基橙指示劑來判斷；也可以用百里酚藍(lán)和溴酚藍(lán)指示劑來判斷。在實際應(yīng)用中，前三者在指示pH值時要么是比較遲鈍指示不準(zhǔn)；要么是顏色的變化不夠明顯不容易判斷，使pH調(diào)整的不準(zhǔn)確導(dǎo)致實驗的失敗。經(jīng)過反復(fù)實驗，采用0.1％溴酚藍(lán)做指示劑效果較好。溶液的pH值由一點多被調(diào)整到四點多時，溴酚藍(lán)指示溶液的顏色由紅色變?yōu)樗{(lán)紫色非常明顯，指示比較準(zhǔn)確。鋁鹽中鋁含量的測定方案（2）緩沖溶液的選擇因為在反應(yīng)過程中會生成少量的H+從而改變?nèi)芤旱乃岫龋茐亩追映茸兩臈l件，要使溶液的酸度維持在5-6，必須加入緩沖溶液來調(diào)節(jié)。緩沖溶液即可以采用20％的六次甲基四銨-鹽酸溶液又可以采用pH=5.7的NaAc-Hac溶液。通過對比，加入10mL的NaAc-Hac緩沖溶液效果較好，終點顏色比較容易觀察。鋁鹽中鋁含量的