铁矿石中铁含量的测定

一、实验目的

（1）了解测定铁矿石中铁含量的方法和基本原理。

（2）学习矿样的分解，试液的预处理等操作方法。

（3）进一步熟悉氧化还原滴定法。

二、实验原理

含铁的矿物种类很多，其中有工业价值可以作为炼铁原料的铁矿石主要有磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿 （Fe2O3）、褐铁矿 （Fe2O3·n H2O）和菱铁矿 （Fe CO3）等。测定铁矿石中铁的含量最常用的方法是重铬酸钾法。经典的重铬酸钾法 （即氯化亚锡－氯化汞－重铬酸钾法），方法准确、简便，但所用氯化汞是剧毒物质，会严重污染环境。为了减少环境污染，现在较多采用无汞分析法。本实验采用氯化亚锡－三氯化钛－重铬酸钾滴定法。

实验基本原理是：粉碎到一定粒度的铁矿石用热的盐酸分解

Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O

试样分解完全后，在体积较小的热溶液中，加入Sn Cl2将大部分Fe3＋还原为Fe2＋，溶液由红棕色变为浅黄色，然后再以Na2WO4为指示剂，用Ti Cl3将剩余的Fe3＋全部还原成Fe2＋，当Fe3＋定量还原为Fe2＋之后，过量1～2滴Ti Cl3溶液，即可使溶液中的Na2WO4还原为蓝色的五价钨化合物，俗称 “钨蓝”，故指示溶液呈蓝色。在其中滴入少量K2Cr2O7，使过量的Ti Cl3氧化，“钨蓝”刚好褪色。其反应方程式为：

此时试液中的Fe3＋已被全部还原为Fe2＋，加入H2SO4－H3PO4混酸和二苯胺磺酸钠指示剂，立即用K2Cr2O7标准溶液滴定至溶液呈稳定的紫色即为终点。在酸性溶液中，Cr2O2－7滴定Fe2＋的反应方程式如下：

在滴定过程中，不断产生的Fe3＋（黄色）对终点的观察有干扰，通常用加入磷酸的方法，使Fe3＋与磷酸形成无色的Fe（HPO4）－2配合物，消除Fe3＋（黄色）的颜色干扰，便于观察终点，同时由于生成了Fe（HPO4）－2，使Fe3＋／Fe2＋电对的电极电势降低，避免了二苯胺磺酸钠指示剂被氧化而过早地变色，引起滴定终点提前到达。

由滴定消耗的K2Cr2O7溶液的体积 （V），可以计算得到试样中铁的含量，其计算式为：

三、仪器和试剂

1．仪器

分析天平、酸式滴定管、锥形瓶 （250cm3）、电热板或电炉。

2．试剂

（1）HCl溶液2＋1。

（2）Sn Cl2溶液 （10％）：称取100g Sn Cl2·2H2O，溶于500cm3浓盐酸中，加热至澄清，然后加水稀释至1dm3。

（3）Na2WO4溶液 （10％）：称取100g Na2WO4，溶于约400cm3蒸馏水中，若浑浊则进行过滤，然后加入50cm3H3PO4，用蒸馏水稀释至1dm3。

（4）Ti Cl3溶液 （1＋9）：将100cm3Ti Cl3试剂 （15％～20％）与HCl溶液 （1＋1） 200cm3及700cm3水相混合，转于棕色细口瓶中，加入10粒无砷锌，放置过夜。

（5）二苯胺磺酸钠溶液：0．5％。

（6）硫磷混酸溶液：在搅拌下将200cm3H2SO4缓缓加到500cm3水中，冷却后再加300cm3H3PO4（市售）混匀。

（8）KMn O4溶液：1％。

（9）K2Cr2O7溶液：0．1mol／dm3。

四、实验内容

1．试样的分解

用分析天平准确称取约0．13～0．17g铁矿石试样3份，分别置于3个250cm3锥形瓶中，用少量蒸馏水润湿，加入20cm3HCl（2＋1）溶液，盖上表面皿，小火加热至近沸，待铁矿大部分溶解后，缓缓煮沸1～2min，以使铁矿石分解完全 （即无黑色颗粒状物质存在）[5]，这时溶液呈红棕色。用少量蒸馏水吹洗瓶壁和表面皿，加热至沸。

试样分解完全后，样品可以放置。用Sn Cl2还原Fe3＋至Fe2＋时，应特别强调，要预处理一份就立即滴定，而不能同时预处理几份并放置，然后再一份一份地滴定。

2．Fe3＋的还原

趁热滴加10％Sn Cl2溶液，边加边摇动，直到溶液由红棕色变为浅黄色，若Sn Cl2过量，溶液的黄色完全消失呈无色，则应加入少量1％KMn O4溶液使溶液呈浅黄色。加入50cm3去离子水及10滴10％Na2WO4溶液，在摇动下滴加Ti Cl3溶液至出现稳定的蓝色（即30s内不褪色），再过量1滴。用自来水流水冷却至室温，小心地滴加0．1mol／dm3 K2Cr2O7溶液至蓝色刚刚消失 （呈浅绿色或接近无色）。

3．滴定

试液中加入50cm3去离子水，10cm3硫磷混酸及6滴二苯胺磺酸钠指示剂，立即用K2Cr2O7标准溶液滴定至溶液呈稳定的紫色为终点，记下所消耗的K2Cr2O7标准溶液的体积。按照上述步骤测定另两份样品。

4．计算结果

根据所耗K2Cr2O7标准溶液的体积，按公式计算铁矿石中铁的含量 （％），以其平均值为最后结果。

五、思考题

（1）还原Fe3＋时，为什么要使用两种还原剂？只使用其中的一种有何不妥？

（2）滴定前为什么要加入硫磷混酸？

（3）试样分解完，加入硫磷混酸和指示剂后为什么必须立即滴定？

[1] Tris（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液：称取Tris盐12．1g，加水稀释至1dm3；1dm3Tris溶液加914cm30．1mol／dm3HCl，混匀后即为Tris缓冲液。

[2] 0．01％过氧化物酶溶液：称取过氧化物酶1mg，加入10cm3Tris缓冲液，摇匀，为避免失活，应用容量瓶现配现用，用后容量瓶放冰箱中保存或4℃左右冷藏。

[3] KMn O4和Na2C2O4的反应需要足够的酸度，滴定过程中若发现产生棕色混浊，是酸度不足引起的，应立即加入H2SO4补救；但若已达到终点，则加H2SO4已无效，这时应该重做。

[4] KMn O4滴定的终点是不太稳定的，这是由于空气中含有还原性气体及尘埃等杂质，落入溶液中能使KMn O4慢慢分解，而使粉红色消失，所以经过30s不褪色即可。

[5] 试样分解完全时，如仍有黑色残渣存在，可加入少量Sn Cl2溶液助溶，对于难溶或含硅量较高的试样，可加入少量Na F，以促进试样的溶解。