《无机及分析化学》课程教学资源（实验讲义）综合和设计性实验（共十一个实验）

无机及分析化学综合和设 计性实验

0 无机及分析化学综合和设 计性实验

目录 (分析实验部分) 实验一铁矿石中全铁含量的测定(重铬酸钾-无汞盐法) 实验二维生素C片中抗坏血酸含量的测定(直接碘量法)……………9 实验三沉淀重量法测定钡(微波干燥恒重)…………………1l 实验四工业废水中铬的价态的分析…………………………………14 实验五方案设计…………………………………………17 (无机实验部分) 实验六明矾KASO4)212H2O]的制备… 19 实验七由锌焙砂制备硫酸锌 实验八硝酸钾溶解度的测定与提纯 实验九三草酸合铁酸钾的合成和组成分析……………………24 实验十过氧化钙的制备及含量分析…………… 实验十一由煤矸石制备硫酸铝及产品分析 …………30

目 录 （分析实验部分） 实验一 铁矿石中全铁含量的测定（重铬酸钾-无汞盐法）……………………2 实验二 维生素 C 片中抗坏血酸含量的测定(直接碘量法)……………………9 实验三 沉淀重量法测定钡（微波干燥恒重）…………………………………11 实验四 工业废水中铬的价态的分析……………………………………………14 实验五 方 案 设 计…………………………………………………………… 17 （无机实验部分） 实验六 明矾[KAl(SO4)2·12H2O]的制备…………………………………………19 实验七 由锌焙砂制备硫酸锌 ……………………………………………………21 实验八 硝酸钾溶解度的测定与提纯 ……………………………………………23 实验九 三草酸合铁酸钾的合成和组成分析 ……………………………………24 实验十 过氧化钙的制备及含量分析 ……………………………………………28 实验十一 由煤矸石制备硫酸铝及产品分析 ……………………………………30 1

实验一铁矿石中全铁含量的测定 (重铬酸钾无汞盐法) 实验目的 1.掌握K2Cr2O标准溶液的配制和使用 2.学习矿石试样的酸溶法 3学习K2Cr2O7法测定铁的原理方法 4.对无汞定铁有所了解,增强环保意识 5.了解二苯胺磺酸钠指示剂的作用原理 实验方法 1.经典的重铬酸钾法 炼铁的矿物主要是磁铁矿,赤铁矿,菱铁矿等。 试样一般是用盐酸分解后,在浓、热盐酸溶液中用SnCl2将三价铁还原为二价,过量 的二氯化锡用氯化汞氧化除去。此时,溶液中有白色丝状氯化亚汞沉淀生成,然后在 2mol硫-磷混酸介质中以二苯胺磺酸钠为指示剂用重铬酸钾标准溶液滴定到溶液呈现 紫红色即为终点。重要反应式如下: 2FeCl4+SnCl4 +2Cr==2Fe Cl4 +SnCI6 SnCl42+2HgCl=SnCl2+HgC2(白色) 6Fe2+C2O2+14H=6Fe++2Cr3++7H2O 经典方法的不足 用此法每一份试液需加入饱和氯化汞溶液480mg汞排入下水道,而国家环境部门规 定汞排放量为005mg/L,要达到此标准至少要加入96~10t的水稀释,用此方法来减轻汞 污染既不经济也不实际。众所周知,汞对于人类身体健康的危害是巨大的。 2无汞测定铁方法一(SnCl2-TiCl3为还原剂,Na2WO4为指示剂) 21实验原理: 关于铁的测定,沿用的KCr2O法需用HgCl2,造成环境污染,近年来推广不使用HgCl2 的测定铁法(俗称无汞测铁法)。方法的原理如下:试样用硫一磷混酸溶解后,先用SnCl2 还原大部分Fe,继用TCl3定量还原剩余部分Fe+,当Fe3定量还原为Fe2之后,过量 滴TCl3溶液,即可使溶液中作为指示剂的六价钨(无色的磷钨酸)还原为蓝色的五价钨

实验一 铁矿石中全铁含量的测定 （重铬酸钾-无汞盐法） 实验目的 １.掌握 K2Cr2O7 标准溶液的配制和使用 ２.学习矿石试样的酸溶法 ３.学习 K2Cr2O7 法测定铁的原理方法 ４.对无汞定铁有所了解，增强环保意识 ５.了解二苯胺磺酸钠指示剂的作用原理 二 实验方法 1..经典的重铬酸钾法 炼铁的矿物主要是磁铁矿，赤铁矿，菱铁矿等。 试样一般是用盐酸分解后，在浓、热盐酸溶液中用 SnCl2 将三价铁还原为二价，过量 的二氯化锡用氯化汞氧化除去。此时，溶液中有白色丝状氯化亚汞沉淀生成，然后在 1—2mol 硫-磷混酸介质中以二苯胺磺酸钠为指示剂用重铬酸钾标准溶液滴定到溶液呈现 紫红色即为终点。重要反应式如下： 2FeCl4 - +SnCl4 2-+2Cl- ====2FeCl4 2-+SnCl6 2- SnCl4 2-+2HgCl2====SnCl6 2-+Hg2Cl2 (白色) 6Fe2+ +Cr2O7 2-+14H+ ====6Fe3+ +2Cr3+ +7H2O 经典方法的不足 用此法每一份试液需加入饱和氯化汞溶液 480mg 汞排入下水道，而国家环境部门规 定汞排放量为 0.05mg/L ，要达到此标准至少要加入 9.6~10t 的水稀释，用此方法来减轻汞 污染既不经济也不实际。众所周知，汞对于人类身体健康的危害是巨大的 。 2 无汞测定铁方法一（SnCl2－TiCl3为还原剂，Na2WO4 为指示剂） 2.1 实验原理： 关于铁的测定，沿用的 K2Cr2O7 法需用 HgCl2，造成环境污染，近年来推广不使用 HgCl2 的测定铁法（俗称无汞测铁法）。方法的原理如下：试样用硫－磷混酸溶解后，先用 SnCl2 还原大部分 Fe3+，继用 TiCl3 定量还原剩余部分 Fe3+，当 Fe3+定量还原为 Fe2+之后，过量一 滴 TiCl3 溶液，即可使溶液中作为指示剂的六价钨（无色的磷钨酸）还原为蓝色的五价钨 2

化合物,俗称“钨蓝”’故指示溶液呈现蓝色。滴入K2Cr2O溶液,使钨蓝刚好褪色,或者 以Cu3为催化剂,使稍过量的T3在加水稀释后,被水中溶解的氧氧化,从而消除少量的 还原剂的影响 “钨蓝”的结构式较为复杂。磷钨酸还原为钨蓝的反应可表示如下: PWO 3 PWO 5 2一磷钨酸根高子 定量还原Fe3+时,不能单用SnCl2,因在此酸度下,SnCl2不能很好地还原W(Ⅵ为W(V, 故溶液无明显得颜色变化。采用SnC2-TiCl3联合还原Fe为Fe2,过量一滴TCl2与 Na2WO4作用即显示“钨蓝”而指示。如果单用TCl3为还原剂也不好,尤其是试样中铁含 量高时,则使溶液中引入较多的钛盐,当加水稀释试液时,易出现大量四价钛盐沉淀,影 响测定。在无汞测定铁实验中常用SnCl2-TiCl3联合还原,反应式如下 2Fe*+ SnCI 4+ 2Cl= 2Fe+ SnCl Fe ++ Ti++H,o=Fe++ Tio++ 2H 试液中Fe已经被还原Fe2,加入二苯胺磺酸钠指示剂,用K2Cr2O2标准溶液滴定溶液呈 现稳定的紫色即为终点。 22试剂 1K2Cr2O标准溶液(c16K2cao=0.100mol·L) 2硫磷混酸(1+1):1份体积浓硫酸慢慢加λ到Ⅰ份体积浓磷酸液中,充分搅拌均匀,冷 却后使用 3.浓HNO3 4HCI(1+3) 5Na2WO410%水溶液称取10gNa2WO4溶于适量的水中(若浑浊则应过滤),加入2-5 浓HPO4,加水稀至100ml 6SnCl2溶液10%称取10 g SncI2H2O溶于40ml浓热的HCl中,加水稀释至100ml 7.TiCl31.5%量取lom原瓶装TiCl3,用(1+4)盐酸稀释至100ml。加入少量石油醚,使 之浮在TiCl3溶液的表面上一层,用以隔绝空气,避免TiCl2氧化 23实验步骤: 准确称取0.15-0.20g试样置于250ml锥瓶中,滴加几滴水润湿试样,摇匀后,加入 loml硫磷混酸(如试样含硫化物高时则同时加入浓HNO3约lmL)置电炉上(或煤气灯)

化合物，俗称“钨蓝”，故指示溶液呈现蓝色。滴入 K2Cr2O7 溶液，使钨蓝刚好褪色，或者 以 Cu2＋ 为催化剂，使稍过量的 Ti3＋ 在加水稀释后，被水中溶解的氧氧化，从而消除少量的 还原剂的影响。 “钨蓝”的结构式较为复杂。磷钨酸还原为钨蓝的反应可表示如下: 1 4 2 4 4 3 4 14 2 43 钨蓝 －磷钨酸根离子 − − + − − + − ← ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ → ← ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ → 5 12 40 4 12 40 12 3 12 OPW 40 OPW OPW e e e e 定量还原 Fe3＋ 时，不能单用 SnCl2，因在此酸度下，SnCl2 不能很好地还原 W(VI)为 W(V)， 故溶液无明显得颜色变化。采用 SnCl2－TiCl3 联合还原 Fe3＋为 Fe2+，过量一滴 TiCl3 与 Na2WO4 作用即显示“钨蓝”而指示。如果单用 TiCl3 为还原剂也不好，尤其是试样中铁含 量高时，则使溶液中引入较多的钛盐，当加水稀释试液时，易出现大量四价钛盐沉淀，影 响测定。在无汞测定铁实验中常用 SnCl2－TiCl3联合还原，反应式如下： + − − + − + + = + 2 6 2 2 4 3 2Fe SnCl 22 FeCl SnCl + + + + + + + = FeOHTiFe + TiO + 2H 2 2 2 3 3 试液中 Fe3+已经被还原 Fe2+，加入二苯胺磺酸钠指示剂，用 K2Cr2O7 标准溶液滴定溶液呈 现稳定的紫色即为终点。 2.2 试剂： 1.K2Cr2O7 标准溶液（c1/6 K2Cr2O7=0.1000mol·L-1） 2.硫磷混酸（1＋1）：1 份体积浓硫酸慢慢加入到 1 份体积浓磷酸液中，充分搅拌均匀，冷 却后使用。 3.浓 HNO3 4.HCl（1＋3） 5.Na2WO410％水溶液 称取 10gNa2WO4 溶于适量的水中（若浑浊则应过滤），加入 2－5ml 浓 H3PO4，加水稀至 100ml。 6.SnCl2 溶液 10％ 称取 10g SnCl2 . 2H2O 溶于 40ml 浓热的 HCl 中，加水稀释至 100ml。 7.TiCl31.5％ 量取 10ml 原瓶装 TiCl3，用（1＋4）盐酸稀释至 100ml。加入少量石油醚，使 之浮在 TiCl3溶液的表面上一层，用以隔绝空气，避免 TiCl3氧化。 2.3 实验步骤： 准确称取 0.15－0.20g 试样置于 250ml 锥瓶中，滴加几滴水润湿试样，摇匀后，加入 10ml 硫磷混酸（如试样含硫化物高时则同时加入浓 HNO3 约 1mL）置电炉上（或煤气灯） 2

加热分解试样,先小火或低温加热,然后提高温度,加热至冒SO3白烟。此时,试液应清 亮,残渣为白色或浅色时示试样分解完全。取下锥瓶稍冷,加入已预热的HCl(1+3)溶 液30ml,如温度低还应将试液加热近沸,趁热滴加10%SnCl2溶液,使大部分Fe还原为 Fe2,此时溶液由黄色变为浅黄色,加入lm1%Na2WO,滴加1.5%TCl3溶液至出现稳 定的“钨蓝”(30秒内不褪色即算稳定的蓝色)为止,加入约60ml的新鲜蒸馏水,放置 10-20秒钟,用0.1000mol·Lk2Cr2O7溶液滴定至“钨蓝”刚好褪尽,然后加入5-6滴 0.5%二苯胺磺酸钠指示剂,立即用0.1000mol·LK2Cr2O7标准溶液滴定溶液呈现稳定的 紫色为终点。 3无汞测定铁方法二(SnCl2为还原剂,甲基橙为指示剂) 3.1实验原理 试样用盐酸溶解后,在热盐酸溶液中,以甲基橙为指示剂,用SnC2将Fe艹还原至Fe2, 并过量1-2滴。还原反应为: 2Fe*+ SnCl4+ 2Cl= 2Fe+ Sncl 6 使用甲基橙指示SnCl2将还原Fe的原理是:Sn2将Fe还原完后,过量的Sn2可将甲 基橙还原为氢化甲基橙而腿色,不仅指示了还原的终点Sn2还能继续使氢化甲基橙还原 为N,N二甲基对苯二胺和对氨基苯磺酸,过量的Sn2则可以除去接着用重铬酸钾标准溶 液滴定至溶液呈现稳定的紫红色即为终点。 其重要反应式如下: (CH3)2NC6H4N= NC6H4SO3Na-> (CH3)2NC6H4NH-HNC6H4SO3Na (CH3)2NC6H4NH2+ H2NC6H4SO3Na 以上反应为不可逆的,因而甲基橙的还原产物不消耗K2Cr2O7 HCl溶液浓度应控制在4mol·L,若大于6mol·L,Sn2会先将甲基橙还原为无色,无 法指示Fe3的还原反应。HCl溶液浓度低于2mol·L,则甲基橙褪色缓慢 滴定反应为: 6 Fe++Cr20,+14H=6Fe*+2 Cr*+7H2O 滴定突跃范围为093~1.34V,使用二苯胺磺酸钠为指示剂时,由于它的条件电位为0.85V,因 而需加入H3PO4使滴定生成的Fe生成 Fe(HPO4)2而降低Fe”/Fe2电对的电位,使突跃范围

加热分解试样，先小火或低温加热，然后提高温度，加热至冒 SO3 白烟。此时，试液应清 亮，残渣为白色或浅色时示试样分解完全。取下锥瓶稍冷，加入已预热的 HCl（1＋3）溶 液 30ml，如温度低还应将试液加热近沸，趁热滴加 10％SnCl2 溶液，使大部分 Fe3+还原为 Fe2+，此时溶液由黄色变为浅黄色，加入 1ml 10％Na2WO4，滴加 1.5％TiCl3 溶液至出现稳 定的“钨蓝”（30 秒内不褪色即算稳定的蓝色）为止，加入约 60ml 的新鲜蒸馏水，放置 10－20 秒钟，用 0.1000 mol·L-1K2Cr2O7 溶液滴定至“钨蓝”刚好褪尽，然后加入 5－6 滴 0.5％二苯胺磺酸钠指示剂，立即用 0.1000 mol·L-1 K2Cr2O7 标准溶液滴定溶液呈现稳定的 紫色为终点。 3 无汞测定铁方法二（SnCl2 为还原剂，甲基橙为指示剂） 3.1 实验原理： 试样用盐酸溶解后，在热盐酸溶液中，以甲基橙为指示剂，用 SnCl2 将 Fe3+ 还原至 Fe2+， 并过量１－２滴。还原反应为： + − − + − + + = + 2 6 2 2 4 3 2Fe SnCl 22 FeCl SnCl 使用甲基橙指示 SnCl2 将还原 Fe3+的原理是：Sn2+将 Fe3+还原完后，过量的 Sn2+可将甲 基橙还原为氢化甲基橙而腿色，不仅指示了还原的终点 Sn2+ 还能继续使氢化甲基橙还原 为 N, N-二甲基对苯二胺和对氨基苯磺酸，过量的 Sn2+则可以除去接着用重铬酸钾标准溶 液滴定至溶液呈现稳定的紫红色即为终点。 其重要反应式如下： NaSOHNCHNHHNC)(CH NaSOHHNCNHHNC)(CH NaSOHNCNHNC)(CH 346224623 2H 4623 346 2H 4623 346 + − → = → + + 以上反应为不可逆的，因而甲基橙的还原产物不消耗 K2Cr2O7。 HCl 溶液浓度应控制在 4mol·L-1，若大于 6mol·L-1，Sn2+会先将甲基橙还原为无色，无 法指示 Fe3+ 的还原反应。HCl 溶液浓度低于 2mol·L-1，则甲基橙褪色缓慢。 滴定反应为： 6 Fe2+ + Cr2O7 2- +14H+ = 6Fe3+ + 2 Cr3+ + 7H2O 滴定突跃范围为 0.93～1.34V,使用二苯胺磺酸钠为指示剂时,由于它的条件电位为 0.85 V,因 而需加入 H3PO4 使滴定生成的 Fe3+生成 Fe(HPO4)2 - 而降低 Fe3+/Fe2+电对的电位,使突跃范围 3