分析实验报告

验证某未知混合试液含有Fe3+、Cu2+、Ni2+、Pb2+离子并测量各离子含量一、实验目的通过用配位滴定方法定性与定量分析混合溶液中各金属离子的浓度；熟悉配位滴定的原理和操作，以及各金属离子的性质和配位滴定中需要注意的问题(包括PH的控制以及副反应，掩蔽剂的选择，直接滴定法和返滴定法以及置换滴定的条件)。二、目前有关本次实验中所测元素常量测定方法的概述1.络合滴定法实验室常用的方法之一，采用有机络合剂与所需要检验的金属离子发生络合反应，生成稳定的络合物或络合离子，借用合适的指示剂指示反应的终止。而常采用的络合剂是EDTA溶液，在使用EDTA之前要利用Zn2+标准溶液进行标定再使用。通过EDTA滴定消耗的体积量，间接求得所求金属离子含量。2.ICP-AES法测量重金属，即电感耦合等离子体原子发射光谱法目前,金属元素测定方法主要有原子吸收分光光度法和电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)。原子吸收分光光度法虽是一种成熟方法,但测定速度较慢、干扰物质复杂。电感耦合等离子体原子发射光谱法是以电感耦合等离子矩为激发光源的一类光谱分析方法。其原理为等离子体发射光谱法可以同时测定样品中多元素的含量。当氩气通过等离子体火炬时，经射频发生器所产生的交变电磁场使其电离、加速并与其他氩原子碰撞。这种链锁反应使更多的氩原子电离，形成原子、离子、电子的粒子混合气体，即等离子体。等离子体火炬可达6000~8000K的高温。过滤或消解处理过的样品经进样器中的雾化器被雾化并由氩载气带入等离子体火炬中，气化的样品分子在等离子体火炬的高温下被原子化、电离、激发。不同元素的原子在激发或电离时刻发射出特征光谱，所以等离子体发射光谱可用来定性样品中存在的元素。特征光谱的强弱与样品中原子浓度有关，与标溶液进行比较，即可定量测定样品中各元素的含量。3.原子吸收分光度法原子吸收分光光度法的测量对象是呈原子状态的金属元素和部分非金属元素，是由待测元素灯发出的特征谱线通过供试品经原子化产生的原子蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子所吸收，通过测定辐射光强度减弱的程度，求出供试品中待测元素的含量。原子吸收一般遵循分光光度法的吸收定律，通常借比较对照品溶液和供试品溶液的吸光度，求得供试品中待测元素的含量。本方法适用于地表水和污水中Al、As、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Mn、Na、Ni、Pb、Sr、Ti、V和Zn等20种元素总量的测定。（1）溶解态元素：未经酸化的样品中，能通过0.45um滤膜的元素成分。（2）元素总量：未经过滤的样品，经消解后测得的元素浓度。即样品中溶解态和悬浮态两部分元素浓度的总和。三、实验原理1定性分析采用K4[Fe(CN)6]，鉴定Fe3+。利用HCl沉淀Pb2+，根据PbCl2易溶于热水，在弱酸介质中，Pb2+与CrO42-反应生成黄色PbCrO4沉定来鉴定Pb2+，必要时加入NaOH溶液，将沉淀溶解，以确证Pb2+的存在。利用NH3·H2O将Fe3+、Pb2+与Cu2+、Ni2+分离为：Fe(OH)3、Pb(OH)2和Cu(NH3)42+、Ni(NH3)42+。滤液在弱酸（HAc）介质中，K4[Fe(CN)6]溶液与Cu2+生成红棕色沉淀鉴定Cu2+；在氨性介质中，Ni2+与丁二酮肟生成鲜红色丁二肟镍沉淀鉴定Ni2+。2定量分析根据Fe3+与Pb2+、Cu2+和Ni2+的稳定常数的差别（），采用控制酸度的方法，测定Fe3+。选用磺基水杨酸作为指示剂，指示终点为溶液由紫红色变成黄绿色。利用NH3·H2O将Fe3+、Pb2+与Cu2+、Ni2+分离为：Fe(OH)3、Pb(OH)2和Cu(NH3)42+、Ni(NH3)42+。过滤后的Cu(NH3)42+、Ni(NH3)42+滤液用酸中和，Na2S2O3掩蔽Cu2+，采用返滴定法测定Ni2+，以二甲酚橙为指示剂，亮黄色变成酒红色为终点，再利用返滴定法测定Cu2+、Ni2+总量，其中铜的指示剂采用二甲酚橙，终点为溶液由红色变为黄绿色。滴定终点后，采用差减法，确定Cu2+的含量。利用返滴定法测定Fe3+、Ni2+、Cu2+、Pb2+总量，采用差减法，确定Pb2+的含量。分步滴定判断所需数据logKFe(III)Y=25.10，logKCuY=18.80，logKNiY=18.62，logKPbY=18.04。Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20；Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15，Ksp[Pb(OH)2]=1.2×10-15。四、试剂、材料和仪器药品配制所需试剂的物质（AR）规格配制的溶液的量/ml所需固体质量/gPb(NO3)2固体0.1mol/L2508.3308Ni（NO3）2·6H2O固体7.2698Cu（NO3）2·3H2O固体6．0400Fe（NO3）3固体6．0465EDTA二钠盐0.020mol/L5003．7224锌粒0.010mol/L2000.1171~0.1439五水硫代硫酸钠粉末10%505(CH2)6N4固体200g/L102二甲酚橙固体0.2%500.1磺基水杨酸固体2%100.20.01mol/LHNO330K4[Fe(CN)6]·3H2O固体0.1mol/L502.1浓氨水2002mol/LHCl100浓HAc501%丁二酮肟100.1KF20%5010K2CrO45%100.5灯用酒精50溶液的配制0.01mol·L-1Zn2+标准溶液的配制用干净的小烧杯（或称量纸）准确称取0.1171~0.1439g配制200mL0.01mol·L-1的锌溶液所需的纯锌粒于150mL烧杯中，加入5mL6mol·L-1的HCl溶液，立即盖上表面皿，微热，待锌完全溶解后，以少量水冲洗表面皿和烧杯内壁，冷却后，定量转移至200.00mL的容量瓶中，以水稀释至刻度，摇匀。计算其准确浓度。0.01mol·L-1EDTA标准溶液的配制及标定用洁净的1000mL容量瓶称取配制1000mL0.01mol·L-1EDTA溶液所需的EDTA二钠盐（Na2H2Y·2H2O）固体3.8g，在烧杯中加水、温热溶解、冷却后转移入试剂瓶中，摇匀。吸取20.00mL0.01mol·L-1的Zn2+标准溶液于锥形瓶中。加入2滴二甲酚橙指示剂，滴加200g/L六亚甲基四胺溶液至溶液呈现稳定的紫红色，再过量5mL。用0.01mol·L-1EDTA溶液滴定至溶液由紫红色变为亮黄色即为终点。平行标定三份，计算EDTA溶液的准确浓度。数据记录和结果表达如表1所示。约0.01mol·L-1未知混合溶液的配制称取配制各离子浓度约0.01mol·L-1的固体于100ml小烧杯当中，用20ml去离子水溶解，转移至250.00ml的容量瓶中，洗涤烧杯，玻棒3~4次，将洗液移至容量瓶中，定容，摇匀。备用。200g/L的六亚甲基四胺溶液的配制称取所需的六亚甲基四胺固体，溶于小烧杯中，加入少量水溶解后，移至50.00ml容量瓶中，洗涤，移液，3~4次，最后，定容，摇匀，备用。10%Na2S2O3，%的磺基水杨酸，0.2%的二甲酚橙溶液等配制操作如上。除实验柜中以外仍需的仪器仪器规格数量FA1104型电子天平0.1mg1台秤1烘箱1精密ph试纸若干容量瓶50.00ml3250.00ml、1000ml1温度计100摄氏度1白色滴定板1常压过滤漏斗1滤纸>2五、实验内容和步骤混合溶液中各离子的测定实验步骤实验现象与分析Fe的测定：取原液20.00mL于100mL容量瓶中，以水稀至刻度，摇匀。从中吸取10.00mL溶液于锥形瓶中，加入10mL0.01mol·L-1HNO3（pH=1.5~2.5），摇匀后，加热到40~50C（注意：实验过程中应保持在40~50C）。加入2%磺基水杨酸1滴，用0.01mol·L-1EDTA进行滴定，消耗体积为VEDTAmL，由紫红色变成黄绿色为终点。平行测定三份，计算Fe的含量。数据记录和结果加入磺基水杨酸后，溶液由翠绿色变成酒红色随着EDTA的加入，颜色由酒红色逐渐变为棕红色，最后变为黄绿色。分析：颜色总体算是挺正常的Fe3+定性分析：取原液2滴于白色点滴板上，加入1滴定K4[Fe(CN)6]溶液，立即生成蓝色沉淀，示Fe3+存在。产生蓝色沉淀说明溶液中含有三价铁离子混合液预处理（Fe3+、Pb2+与Cu2+、Ni2+分离）取原液10.00mL于150mL烧杯中，小心分次加入10mLNH3·H2O（1+1），再多加20mL浓氨水。加热，微沸腾1min。冷却，将沉淀与溶液一起转移至100.00mL容量瓶中，以水稀至刻度，摇匀。干过滤（滤纸、漏斗、接滤液的烧杯都应是干的）。过滤后的滤液含Cu(NH3)42+、Ni(NH3)42+；沉淀含Pb(OH)2、Fe(OH)3。产生棕黄色沉淀，滤液呈深蓝色分析：产生了Pb(OH)2、Fe(OH)3。沉淀，氢氧化铅是白色无定型沉淀，氢氧化铁是深棕色絮状沉淀，混合在一起沉淀呈棕黄色。滤液中含深蓝色的Cu(NH3)42+、黄褐色的Ni(NH3)42+等离子，颜色互相干扰，最终呈深蓝色Ni的测定：吸取滤液10.00mL于锥形瓶中，用2mol·L-1HCl酸化（留意能否观察到有沉淀产生后又溶解）。加入10mL200g/L的六亚甲基四胺，摇匀后再加入10%Na2S2O36mL（或加Na2S2O3至无色后多加1mL）。加入过量的0.01mol·L-1EDTAV1mL，用0.01mol·L-1Zn2+标准溶液进行返滴定，消耗V2mL，以二甲酚橙为指示剂，亮黄色变成酒红色为终点。平行测定三份，确定Ni的含量。数据记录和结果表达如表3所示。加入盐酸，溶液由蓝色变成浅黄绿色，最后变成淡绿色，加入六次甲基四胺，溶液变成翠绿色，滴定终点为酒红色分析：一开始氯化铜是蓝色的，氯化镍是黄色的，氯化铅是白色沉淀氯化铁呈黄色的，后来四氯合铜离子是绿色的，四氯合镍是黄色的，之所以加入盐酸无沉淀产生可能由于沉淀产生过快后立刻溶解生成配离子观察不到现象。二甲酚橙本身是亮黄色的，可能颜色受到以上配离子颜色的干扰而呈翠绿色，滴定终点颜色接近酒红但还有点偏紫色。Ni2+定性分析：取滤液2滴于白色点滴板上，加1%的丁二酮肟1滴，生成红色沉淀示有Ni2+存在。有红色沉淀生成说明溶液中有镍离子Cu的测定：吸取滤液10.00mL于锥形瓶中，用2mol·L-1HCl酸化（留意能否观察到有沉淀产生后又溶解）。加入10mL200g/L的六亚甲基四胺液，加入10滴20%的KF溶液，加入V3mL过量的0.01mol·L-1EDTA，用0.01mol·L-1Zn2+标准溶液进行返滴定，以二甲酚橙为指示剂，滴定终点后，消耗V4mL。平行测定三份，确定Cu的含量。数据记录和结果表达如表4所示。加入盐酸，溶液由蓝色变成浅黄绿色，最后变成淡绿色，加入二甲酚橙为浅绿色，滴定终点为灰紫色分析：颜色变化的原因同镍离子滴定相同，不同离子颜色产生干扰，同时，最后本来应由亮黄色变为酒红色，但由于其他离子可能产生干扰导致呈现灰紫色。Cu2+定性分析：取少量原溶液于离心管中，加入过量氢氧化钠之沉淀不再增加，离心滤去沉淀，取滤液2滴于试管中，加浓硝酸至蓝色褪去，再加入2滴K4[Fe(CN)6]溶液，生成红棕色Cu2[Fe(CN)6]沉淀，示Cu2+存在。加氢氧化钠除去铁离子，最终有红棕色沉淀生成说明溶液有铜离子Pb2+的测定：吸取步骤3（Fe的测定）原液稀释液10.00mL于锥形瓶中，加入V5mL过量的0.01mol·L-1EDTA，加入10mL200g/L的六亚甲基四胺，用0.01mol·L-1Zn2+标准溶液进行返滴定，以二甲酚橙为指示剂，滴定终点后，消耗V6mL。平行测定三份，确定Pb的含量。数据记录和结果表达如表5所示。加入盐酸，溶液由蓝色变成浅黄绿色，最后变成淡绿色，加入二甲酚橙为亮绿色，滴定终点为灰紫色。分析：颜色产生原因与镍离子滴定相似。Pb2+定性分析：取原溶液5滴于离心管中，加入2滴定2mol·L-1HCl溶液于混合液中，充分搅拌并加热2分钟，冷却后，分离。加5滴热水于沉淀上，滴加1滴6mol·L-1HAc溶液和2滴5%的K2CrO4溶液，如有黄色沉淀，有Pb2+存在。没加醋酸时已经产生黄色沉淀说明溶液中含有铅离子六、实验数据与结果表10.01mol·L-1EDTA溶液的标定标定次数123/g0.12990.12990.1299VEDTA/mL19.1519.1519.12CEDTA/mol·L-1*0．010380．010380．01039/mol·L-10．01038单次测定偏差d/mol·L-1000．00001相对平均偏差/%0．00033%*mol·L-1表2Fe含量的测定测定次数123V/mL10.00VEDTA/mL22．0422．0822．04CFe/g·L-1*6．38856．40016．3885/g·L-16．3885理论上/g·L-15.9631单次测定偏差d/g·L-100．01160相对平均偏差/%0．061%误差7．1%*g·L-1，mol·L-1表3Ni含量的测定测定次数123V滤液/mL10.00V１/mL14.8412.9614.85V2/mL5.904.005.85CNi/g·L-1*5.60105.56345.6363/g·L-15.6002理论上/g·L-15.6516单次测定偏差d/g·L-10.0008-0.03680.0361相对平均偏差/%0.44%误差-0.91%g·L-1，mol·L-1表4Cu含量的测定测定次数123V滤液/mL10.00V3/mL22.0522.0821.05V4/mL2.803.001.85CCu/g·L-1*6.71386.60746.6539/g·L-16.6584理论上/g·L-16.6194单次测定偏差d/g·L-10.0554-0.0510-0.0045相对平均偏差/%0.56%误差0.59%g·L-1，mol·L-1表5Pb含量的测定测定次数123V/mL10.00V5/mL40.8240.9041.02V6/mL4CPb/g·L-1*20.464620.409020.4819/g·L-120.4517理论上/g·L-120.4304单次测定偏差d/g·L-10.0125-0.04270.0302相对平均偏差/%0.14%误差0.10%g·L-1七、结果与讨论通过处理比较滴定的数据，发现在铁含量的滴定与实验理论结果有较大偏差。可能原因：1、铁与EDTA在PH=2时并不是严格按1:1反应，可能是1:2甚至是1:3反应。为了验证假设，配了含铁的纯溶液，在采用相同处理条