废铝片制明矾以及硫酸根离子含量的测定

1、 废铝片制明矾以及硫酸根离子含量测定实验小组：第六小组姓名; 马文斌 学号： 515110910017 实验指导教师;马荔 助教： 贾晓利实验日期：2016年6月28日一实验目的1. 了解铝和氧化铝的两性性质。2. 了解明矾的制备方法和各种实验方案的比较确定。3. 复习溶解、过滤、结晶及沉淀转移和洗涤等无机制备常用基本操作，和提取、提纯、重结晶等实验操作。4. 培养自行设计产品组成、纯度和产率的方法。一 实验原理1. 铝是一种两性元素，既与酸反应，又与碱反应，将其溶于浓NaOH溶液中，可生成四羟基合铝酸钠，再用硫酸调节pH，可将其转化为氢氧化铝沉淀，氢氧化铝可溶于硫酸生成硫酸铝，硫酸铝可同碱金

2、属硫酸盐如硫酸钾在水中结合为溶解度较小的复盐明矾。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. 单晶的培养 ：要使晶体从溶液中析出，从原理上来说有两种方法。以图1的溶解度曲线的过溶解度曲线为例，为溶解度曲线，在曲线的下方为不饱和区域。若从处于不饱和区域的 A 点状态的溶液出发，要使晶体析出，其中一种方法是采用 的过程，即保持浓度一定，降低温度的冷却法；另一种

3、办法是采用 的过程，即保持温度一定，增加浓度的蒸发法。因为明矾的溶解度受温度影响较大，所以本实验主要采用降温法，重结晶得到明矾大晶体，即冷却热饱和溶液的方法。晶体有一定的几何外形，有固定熔点，有各向异性等特点，而无定形固体不具有上述特点。晶体生成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。晶体在生长过程中要收到外界条件的影响，如涡流，温度，杂质，粘度，结晶速度等因素的影响。3. 制备工艺路线大致如下：4. 重结晶原理：利用混合物中各组分在某种溶剂中溶解度不同或在同一溶剂中不同温度时的溶解度不同而使它们相互分离。固体有机物在溶剂中的溶解度随温度的变化易改变，通常温度升高，溶解度增大；反之，则溶解度降

4、低。对于前一种常见的情况，加热使溶质溶解于溶剂中，当温度降低，其溶解度下降，溶液变成过饱和，从而析出结晶。由于被提纯化合物及杂质的溶解度的不同，可以分离纯化所需物质。5. 不同温度下明矾、硫酸铝、硫酸钾的溶解度（ 100gH2O 中）如下表所示： 温度 T/K 物质种类 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 三实验试剂和仪器烧杯、胶头滴管、电子天平、pH试纸、布氏漏斗、玻璃棒、水浴锅、滤纸 药品：废铝片、氢氧化钾（1mol/L）、硫酸（9mol/L）、硫酸钾（s）、硫酸（3mol/L）四实验内容实验步骤现象(一). 明矾的制备1. 四羟基合铝酸钠的制备1.1 用电子天平称量4.04.5g氢氧化钾，置于100ml烧杯中，加入50ml水。1.2 称量2g打磨好的剪碎铝箔，放在烧杯中，约70水浴加热。1.3 反应完毕，冷却过滤，取滤液。2. 氢氧化铝的生成和洗涤2.1 向四羟基合铝酸钠溶液中逐滴加入10ml 3mol/L的硫酸，调pH为

6、78。2.2 抽滤生成的沉淀，并用蒸馏水洗涤。出现白色结晶3.明矾的制备3.1 将抽滤后得到的氢氧化铝沉淀置于蒸发皿中，逐滴加入1:1（约9mol/L）的硫酸，至沉淀全部溶解。3.2加6g硫酸钾水浴加热至全部溶解，控制温度约在70，当大部分结晶析出剩余少量水时，停止加热并静置使其自然冷却。3.3 结晶完全后，减压过滤，用1:1的水-乙醇混合溶液洗涤两次，每次5约ml。有较多白色结晶状固体析出4. 重结晶4.1将粗产物放入5070ml水中，加热至70左右，加热蒸发。4.2 当刚有晶体析出或有晶毛出现时，停止加热。4.3 自然降温冷却至无沉淀生成(可降至室温，也可以最后用冰水浴冷却降温至1015)

7、，过滤。4.4 将生成沉淀用无水乙醇洗涤，干燥后称量，记录。无明显现象5.最大吸收波长的测定： 取4.00mL铝标液(1g/mL)于50mL容量瓶中，加入1.0mL 1H2SO4，8.0mL乙酸乙酸钠缓冲溶液，1.0mL 10g/L 抗坏血酸，2.0mL 0.2g/mL溴化十六烷基三甲铵，2.0mL 0.5g/L铬天青S溶液，定容，摇匀，放置20min。以蒸馏水为参比溶液，在500640nm间每隔10nm测定吸光度A，最大波长附近梯度减小为1nm，作出A曲线，确定最大波长max；所配制样品溶液均显蓝紫色 6.标准曲线的绘制： 取7个50mL容量

8、瓶分别加入铝标液(1g/mL)0.0mL、1.0mL、2.0mL、4.0mL、6.0mL、8.0mL、10.0mL，再分别加入上述试剂，定容，摇匀，放置20min，以0.0mL空白溶液为参比溶液，测定吸光度A，绘制AV标准曲线；7.样品中铝含量测定： 准确称取0.5-0.6g重结晶后的明矾晶体于烧杯中，加入去离子水溶解，转移至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左右的铝样品溶液；取5.00mL上述溶液于50mL容量瓶中，加入上述试剂，摇匀定容，放置20min。以0.0mL空白溶液为参比溶液，测定吸光度A，在标准曲线上找到对应浓度的点

9、，计算样品中铝含量。8.双波长法测铝含量（1）以去离子水为参比溶液，以相同浓度的显色剂溶液为待测溶液。在400-500nm范围内，每10nm测一次吸光度。在峰值附近每1nm测一次吸光度，记录吸光度，确定显色剂溶液的最大吸收波长和在此波长下的吸光度。（2）在样品溶液的最大吸收波长下，以去离子水为参比溶液，以相同浓度的显色剂溶液为待测溶液，测定吸光度，记录。（3）在显色剂最大吸收波长下，以去离子水为参比溶液，以不同浓度的标准样品溶液为待测溶液，测定吸光度，记录。（4）在样品溶液最大吸收波长下，以同浓度显色剂为参比溶液，以不同浓度的标准样品溶液为待测溶液，测定吸光度，记录。按照实验原理绘制标准曲线。

10、（5）分别在样品溶液最大吸收波长下和显色剂最大吸收波长下测定待测铝含量溶液的吸光度，按照实验原理计算吸光度，对照标准曲线，得出铝含量。5 实验数据碱熔法制备明矾废铝片1.9474g明矾实际产量6.3691g明矾理论产量34.19g产率18.63% 铝标准溶液最大吸收波长的测定铝标液浓度1 g/ml波长（nm）500510520530540550吸光度A0.1320.1730.2380.3180.4040.503波长（nm）560565570573574575双波长法测定铝含量确定显色剂最大吸收波长波长（nm）400410420425426427吸光度A0.2740.2940.2990.3020

11、.3030.303波长（nm）428429430440450460吸光度A0.3030.3030.3030.2960.2810.258波长（nm）470480490500574吸光度A0.2320.2110.1870.1690.121显色剂最大吸收波长428nm428nm下显色剂吸光度显色剂浓度4%铝标液用量(ml)0.01.02.04.06.08.010.0吸光度A0.3030.0970.0910.0900.0900.0850.103574nm下显色剂吸光度显色剂浓度4%铝标液用量(ml)0.01.02.04.06.08.010.0吸光度A0.5870.7671.1101.1650.6270

12、.613双波长法测定A值00.6720.8581.2021.2570.7240.692绘制曲线如下 硫酸根的含量0.01997mol二水合氯化钡质量5.4845g氯化钡浓度0.08991mol/L用量25.00ml明矾样品1.1841g硫酸根浓度0.02007mol/L用量25.00mlEDTA浓度0.01067mol/L用量25.00ml称取锌质量0.2719g锌标准溶液浓度0.003346mol/L过量法滴定硫酸根含量次数第一次第二次第三次起始体积（ml）0.000.000.00终点体积（ml）17.595.054.72计算过程如下;舍弃第一次滴定的结果，以后两次均值为数据计算： V(锌标

13、液)=4.88mlC（锌标液）=0.003346mol/Ln（过量EDTA）=1.63×10-5 moln（总EDTA）=0.0002667moln（总钡离子）=0.0022475moln（硫酸根）=0.001997moln（总硫酸根）=0.01997mol6、 实验总结与讨论1. 明矾的制备 我们小组一开始准备了三种方案，包括碱溶法的两种和酸溶法的一种。经查阅资料，我们小组发现酸溶法产品杂质较多且溶解时耗时较长。再比较两种碱溶法(一种是氢氧化钾溶解铝并加酸后直接蒸发浓缩形成结晶；另一种是氢氧化钾溶解铝后加酸调pH约为7-8，过滤形成的氢氧化铝沉淀，向沉淀中加酸溶解并加入硫酸钾后蒸发

14、结晶)，发现后一种方法较优。因为将氢氧化铝沉淀过滤能减少其他杂质，提高产品纯度。2. 明矾的重结晶 在第一次蒸发结晶中，我们在析出晶体含量较多剩余水量较少时停止加热，用蒸汽 浴的余热加热，但由于水的比热容较大降温较慢最后蒸发皿中水几乎全被蒸干，析出晶体为白色黏糊状，带有微微浅黄色，分析可能带有较多杂质，如硫酸钾等，故我们用水和无水乙醇混合溶液洗涤沉淀并决定重结晶再次蒸发溶液。重结晶时我们加入约40ml水加热到70，我们设计的方案为当有晶体出现时即停止加热，但是第一次出现晶毛时停止加热常温静置一段时间发现并没有结晶继续出现。分析原因是剩余水过多，明矾溶解其中无法析出。后来我们继续蒸气浴加热蒸发了

15、许多的水但仍然水仍然过多，冷却至室温只有极少晶体析出。我们又从制冰机中取出冰块放入水浴锅内进行冰水浴冷却，成功析出一定量晶体。（改进可以加点无水乙醇） 实验结束后，我们总结整体实验，发现应该一到实验室便开火煮沸蒸气浴所用的水，这样便可大大加快实验进度。后来我们为了加速实验，便直接加热蒸发皿，导致蒸发皿底部受热不均匀底部有裂缝出现，但所幸并不影响实验，我们立即转为蒸气浴加热，成功完成了实验。我们小组反思，在进行实验前，应对实验整体统筹安排，合理利用时间。3 铝含量的测定我们经查阅资料，发现测定铝含量有EDTA标定法，分光光度计法等，后来我们小组经比较各个方案，铝的多核络合物与EDTA，络合缓慢，

16、且络合比不稳定，最后决定用分光光度法测定铝含量。在这个方法中，我们主要遇到的问题是，在测吸光度的时候，样品溶液的PH基本无法调准，对照其他小组，每次颜色都会有偏差，而且经过PH 检测大概范围是对的，但是在检测中，数据并不合理。4.硫酸根离子的测定我们小组经过讨论预定了两种测定硫酸根离子含量的方法：第一是直接滴，就是用精确过量的氯化钡与硫酸根，将硫酸根全部沉淀，然后经过过滤，调节PH约等于10，铬黑T做指示剂用EDTA滴定滤液中过量的钡离子。可是我们小组遇到的问题就是，在调节PH的时候很费劲，不好调节PH，加了N-N缓冲液还是有些酸，于是我们就考虑加氢氧化钠调节PH，然后滴定的时候，变色还是很慢

17、，和助教讨论后，得出的结论是，EDTA和钡离子配位特别慢，而且现象也不明显。第二是用返滴法，通过使EDTA过量，用锌标液滴定过量的EDTA，从而定量的计算出硫酸根的含量。在这个过程中主要还是PH的调节，以及钡离子的用量的计算等有些问题，导致最后滴定的时候虽然有现象出现，但是锌标液只用了46ml。考虑到应该是在EDTA的用量，或者是在配置溶液的过程中出现了问题。在经过计算，最后还是完成了含量的测定总得来说，这个实验较上一个实验，我们小组展现出了更好的协作能力，分工也更加明确，效率也提高了不少。同时也从这个实验中学习到了如何改变实验方案来得到想要的结果，以及对不可预料，但是已经出现的结果进行分析。

18、锻炼了我们的科研思维。最后衷心的感谢马荔老师，贾晓利、井凡、白静助教在整个实验中对我们的指导和帮助。用EDTA滴定法测定三氯化六氨合钴中的钴离子含量1. EDTA的标定1.1 取0.280.32g的锌，加入1:1（6mol/L）的盐酸加热溶解，静置冷却后加入250ml容量瓶中，加去离子水定容后稀释一倍，配成浓度约0.01mol/L的锌标准溶液。1.2 取25ml的锌标准溶液，加入铬黑T和约10ml的NH4Cl-NH3H2O缓冲溶液调制pH为8-10。1.3 静置反应一段时间后，用EDTA溶液滴定，知道锥形瓶中溶液颜色由紫红变为蓝色达到反应终点。1.4 重复上述步骤两次，得到三组平行数据。2. 钴离子的滴定2.1 称量0.360.42g锌，用浓盐酸配成250ml溶液，稀释一倍后，得到锌标准溶液2。2.2 称量1.92.1g三氯化六氨合钴于烧杯中，配成250ml溶液，稀释5倍。2.3 各量取2