铁矿中铁含量的测定
化学生物 郭梦雨 20114049
（四川农业大学 四川 雅安，625014）
【摘 要】本实验运用了改进的重铬酸钾法测定铁的原理，首先是试样用盐酸加热分解, 让有铁的氧化物及硅酸盐都变成氧化铁进入溶液中。先用氯化亚锡将大部分三价铁离子还原成二价铁, 以钨酸钠为指示剂, 用三氯化钛将剩余的三价铁还原成二价铁至生成/ 钨蓝 , 再用重铬酸钾标准溶液氧化至蓝色消失, 加入硫磷混合酸，以二苯胺磺酸钠为指示剂, 用重铬酸钾标准液滴定。用SnCl2- TiCl3- K2Cr2O7 滴定分析法测得铁矿石中铁含量为(19.46±0.78)%, 相对标准偏差为0.03
【关键词】重铬酸钾法、、铁矿石
In the iron mine the assaying of iron content
Guo Mengyu 20114049 Chemistry And Biology
(Sichuan Agricultural University, Yaan 625014)
【Abstract 】This experiment made use of potassium dichromate method to measurese ferrous principle . First of all, ferric ions was reduced toferrous iron by the stannous chloride, other ferric iron was reduced to ferrous iron by titanium trichloride to generate / tungsten blue0 with sodium tungstate as the indicator . Next, the solution was titratedby potassium dichromate standard solution until the blue was disappeared. After adding mixed acid, the solution was titrated by potassium dichromate standard solution with dipheny lamine sulfonante as indicator.Finally get, in iron content for (19.46±0.78)%,the average opposite error margin measuring distinguishes to 0.03.
【Key words】potassium dichromate method；scraps iron
1 引言
铁矿的主要成分是Fe2O3·xH2O。对铁矿来说，盐酸是很好的溶剂，溶解后生成的Fe3+ 离子，必须用还原剂将它预先还原，才能用氧化剂K2Cr2O7溶液滴定。重铬酸钾法是测铁的国家标准方法。在测定合金、矿石、金属盐及硅酸盐等的含铁量时具有很大实用价值。 经典的K2Cr2O7法测定铁时，用SnCl2作预还原剂，多余的SnCl2用HgCl2除去，然后用K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2+离子。这种方法操作简便，结果准确。但是HgCl2有剧毒，造成严重的环境污染，近年来推广采用各种不同汞盐的测定铁的方法。本实验采用的是SnCl2-TiCl3联
合还原铁的无汞测铁方法，即先采用SnCl2将大部分Fe3+离子还原，以钨酸钠为指示剂，再用TiCl3溶液还原剩余的Fe3+离子，其反应式如下:
2Fe3+ + SnCl42- + 2Cl- = 2 Fe2+ + SnCl62-
Fe3+ + Ti3+ + H2O = Fe2+ + TiO2+ + 2H+
过量的TiCl3使钨酸钠还原为钨蓝，然后用K2Cr2O7溶液使钨蓝褪色，以消除过量还原剂TiCl3的影响。最后以二苯胺磺酸钠为指示剂，用K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2+离子。
6 Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7 H2O
由于滴定过程中生成黄色的Fe3+离子，影响终点的正确判断，故加入H3PO4，使之与Fe3+离子结合成无色的[Fe(PO4)2]3-配离子，消除Fe3+离子的黄色影响。H3PO4的加入还可以降低溶液中Fe3+离子的浓度，从而降低Fe3+/ Fe2+电对的电极电位，使滴定突跃范围增大，用二苯胺磺酸钠指示剂能清楚正确地指示终点。
K2Cr2O7标准溶液可以用于干燥后的固体K2Cr2O7直接配制。
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
60 g·L-1SnCl2溶液：称取6 g SnCl2·2H2O溶于20 mL热浓盐酸中，加水稀释至100 mL。 硫磷混酸：将200 mL浓硫酸在搅拌下缓慢注入500 mL水中，冷却后加入300 mL浓磷酸，混匀。
250 g·L-1Na2WO4溶液：称取25 gNa2WO4溶于适量水中（若浑浊应过滤），加5 mL浓磷酸，加水稀释至100 mL。
（1+19）TiCl3溶液：取TiCl3溶液（15%~20%），用1+9盐酸稀释20倍，加一层液体石蜡保护。
2 g·L-1二苯胺磺酸钠溶液
浓盐酸:实验时应稀释至6mol/L
0.008 mol·L-1K2Cr2O7标准溶液：按计算量称取150℃烘了1 h的K2Cr2O7（AR或基准试剂），溶于水，移入1000 mL容量瓶，用水稀释至刻度，摇匀。计算出K2Cr2O7标准溶液的准确浓度（mol·L-1）。
铁矿石试样：先将矿样置入破碎机中, 再将破碎好的原矿样用制样机进行细致研磨。
2.2
2.2.1 实验方法 0.008 mol·L-1 K2C2O7标准溶液的配制
在分析天平上准确称取0.5888g K2Cr2O7基准物质置于烧杯中，加入一定量的蒸馏水使其溶
解，溶解后将溶液转入250mL容量瓶中，定容，摇匀，置于一旁待用。
2.2.2 铁屑中铁含量的测定
在分析天平上准确称取0.15~0.20g铁屑试样置于250mL锥形瓶中，加几滴蒸馏水润湿样品，再加入10-20mL浓盐酸，加热10~20min，使铁屑充分溶解，然后滴加60g/L SnCl2溶液至呈浅黄色，调整溶液体积至100mL，加入15滴250 g/LNa2WO4溶液，用（1+19）TiCl3溶液滴至溶液呈蓝色，再滴加K2Cr2O7标准溶液至无色（不计读数），迅速加入10mL硫磷混酸溶液和5滴2g/L二苯胺磺酸钠指示剂，立即用K2Cr2O7标准溶液滴定至呈稳定的蓝紫色，记录所消耗的K2Cr2O7标准溶液的体积，根据其用量计算出铁屑中所含铁的质量分数。平行滴定3次，取平均值。有关数据如表1所示。
3 结果与讨论
3.1 实验结果
表1 铁屑中铁含量的测定实验中数据记录
Table 1 The data in the measurement experiment of iron content records in iron scraps
结果分析：将数据从小到大排序依次为: 18.54% 19.21% 19.52% 19.83% 20.19%
可疑值为18.54% 20.19%；用Q检验法检验得：
Q1=( 20.19%-19.83%)/(20.19%-18.54%)=0.22
Q2=( 19.21%-18.54%)/(20.19%-18.54%)=0.41
Q表=0.64，Q1Q2均小于Q表，故可疑值应保留
置信度为95%，自由度为4时，t0.05,4=2.78
，u=x±t0.05,4
3.2 溶样对实验的影响
3.2.1 在盐酸溶样时，应置于低温，不能煮沸，以避免三氯化铁部分挥发。溶样温度低于55℃时溶样缓慢，超过75℃时，HCl挥发过快，浓度降低，溶样不完全。实验表明，溶样温度控制在65℃时效果最佳。溶解样品时，必须盖上表面皿，以防止FeCl2挥发或溶液溅出，溶样时如酸挥发太多，应适当补加盐酸，使最后定溶液中的盐酸量不少于10mL。该反应需要在HCl介质中进行，且要求还原Fe3+离子时盐酸的浓度为4mol/L，因为当盐酸浓度大于6mol/L时，Cl-浓度过高会消耗部分K2C2O7标准溶液，造成结果偏差。
3.2.2 如残渣颜色较深，则需分离出残渣，用氢氟酸或焦硫酸钾处理，所得溶液并入上面所得溶液中。
3.3 温度对实验的影响
氧化、还原和滴定时溶液温度控制在20～40℃较好
3.3.1 用SnCl2还原Fe离子时，溶液温度不能太低，否则反应速度慢，黄色褪去不易观察，易使SnCl2过量。
3.3.2 用 TiCl3还原Fe离子时，溶液温度也不能太低，否则反应速度慢，易造成TiCl3过量。
3.4 加入SnCl2的量对测定结果的影响
3.4.1 当其他测定条件一定时, 改变加入SnCl2 的量对测定结果产生影响。实验结果表明当SnCl2 用量不足时, 溶液中剩余的Fe 需要大量TiCl3来还原, 溶液中引入较多的钛, 当用水稀释时常出现大量四价钛盐沉淀, 使测定结果偏低; 若SnCl2 过量, 加入Na2WO4 后,即会出现不稳定的“钨蓝”, 再边摇动边滴加（1+19）TiCl3至溶液刚刚呈现钨蓝则对后面的操作带来不利, 使测定结果偏高且重现性不好。
3.4.2 SnCl2如过量，应滴加少量KMnO4溶液至溶液呈浅黄色。
3.5 硫磷混酸在滴定过程中的作用
3.5.1 具有强酸性，其中H3PO4有一定的配位能力。由于滴定过程中生成黄色的Fe离子，影响终点的正确判断，故加入H3PO4，使之与Fe离子结合合成无色的结果[Fe(PO4)2]配离子，消除了Fe离子的黄色影响。H3PO4的加入还可以降低溶液中Fe离子的浓度，从而降低Fe/Fe电对的电极电位，使滴定突跃范围增大，用二苯胺磺酸钠指示剂能清楚正确地指示终点。 3+2+3+3+3+3+2+3+3+3+=(19.46±0.78)%
3.5.2 在酸性溶液中，Fe易被氧化，故加入硫一磷混酸后应立即滴定，一般还原后，二十分钟以内进行滴定，重现性良好。
3.6 干扰元素的影响
当铁含量高时，其它干扰元素含量较低而铜在2mg以下时，不需用氨水分离。
3.7如重铬酸钾不是基准试剂，可按下述方案配制和标定
3.7.1 铁标准溶液：称取2.8594g三氧化二铁（优级纯）于250ml锥形瓶中，加100mL盐酸，盖上表面皿加热（勿煮沸），冷却后移入1L容量瓶中，加100mL盐酸，用水定容至刻度，此溶液含铁2mg/mL。
3.7.2 重铬酸钾标准溶液：称取1.76g重铬酸钾于250mL烧杯中，以少量水溶解后用水稀释至1L，摇匀。
标定：吸取20.00mL铁标准溶液于250mL锥形瓶中加热至近沸，趁热滴加100g/L二氯化锡溶液至铁（Ⅲ）的黄色完全消失并过量1～2滴，流水冷却至室温，加10mL二氯化汞饱和溶液，放置2～3min，加100mL水、20mL硫磷混酸，加5滴0.5%二苯胺磺酸钠指示剂，用重铬酸钾标准溶液滴定至紫色，即为终点。
【参考文献】
[1]《分析化学实验（第三版）》，四川大学化工学院、浙江大学化学系编，高等教育出版社
[2] 赵瑞兰，马铭，谢青季，舒维华.改进的SnCl2-TiCl3法测定铁含量[J].实验室研究与探索，2004年第8期：28—29，38
2+
致谢：感谢吴明君老师的精心指导！
铁矿中铁含量的测定
化学生物 郭梦雨 20114049
（四川农业大学 四川 雅安，625014）
【摘 要】本实验运用了改进的重铬酸钾法测定铁的原理，首先是试样用盐酸加热分解, 让有铁的氧化物及硅酸盐都变成氧化铁进入溶液中。先用氯化亚锡将大部分三价铁离子还原成二价铁, 以钨酸钠为指示剂, 用三氯化钛将剩余的三价铁还原成二价铁至生成/ 钨蓝 , 再用重铬酸钾标准溶液氧化至蓝色消失, 加入硫磷混合酸，以二苯胺磺酸钠为指示剂, 用重铬酸钾标准液滴定。用SnCl2- TiCl3- K2Cr2O7 滴定分析法测得铁矿石中铁含量为(19.46±0.78)%, 相对标准偏差为0.03
【关键词】重铬酸钾法、、铁矿石
In the iron mine the assaying of iron content
Guo Mengyu 20114049 Chemistry And Biology
(Sichuan Agricultural University, Yaan 625014)
【Abstract 】This experiment made use of potassium dichromate method to measurese ferrous principle . First of all, ferric ions was reduced toferrous iron by the stannous chloride, other ferric iron was reduced to ferrous iron by titanium trichloride to generate / tungsten blue0 with sodium tungstate as the indicator . Next, the solution was titratedby potassium dichromate standard solution until the blue was disappeared. After adding mixed acid, the solution was titrated by potassium dichromate standard solution with dipheny lamine sulfonante as indicator.Finally get, in iron content for (19.46±0.78)%,the average opposite error margin measuring distinguishes to 0.03.
【Key words】potassium dichromate method；scraps iron
1 引言
铁矿的主要成分是Fe2O3·xH2O。对铁矿来说，盐酸是很好的溶剂，溶解后生成的Fe3+ 离子，必须用还原剂将它预先还原，才能用氧化剂K2Cr2O7溶液滴定。重铬酸钾法是测铁的国家标准方法。在测定合金、矿石、金属盐及硅酸盐等的含铁量时具有很大实用价值。 经典的K2Cr2O7法测定铁时，用SnCl2作预还原剂，多余的SnCl2用HgCl2除去，然后用K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2+离子。这种方法操作简便，结果准确。但是HgCl2有剧毒，造成严重的环境污染，近年来推广采用各种不同汞盐的测定铁的方法。本实验采用的是SnCl2-TiCl3联
合还原铁的无汞测铁方法，即先采用SnCl2将大部分Fe3+离子还原，以钨酸钠为指示剂，再用TiCl3溶液还原剩余的Fe3+离子，其反应式如下:
2Fe3+ + SnCl42- + 2Cl- = 2 Fe2+ + SnCl62-
Fe3+ + Ti3+ + H2O = Fe2+ + TiO2+ + 2H+
过量的TiCl3使钨酸钠还原为钨蓝，然后用K2Cr2O7溶液使钨蓝褪色，以消除过量还原剂TiCl3的影响。最后以二苯胺磺酸钠为指示剂，用K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2+离子。
6 Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7 H2O
由于滴定过程中生成黄色的Fe3+离子，影响终点的正确判断，故加入H3PO4，使之与Fe3+离子结合成无色的[Fe(PO4)2]3-配离子，消除Fe3+离子的黄色影响。H3PO4的加入还可以降低溶液中Fe3+离子的浓度，从而降低Fe3+/ Fe2+电对的电极电位，使滴定突跃范围增大，用二苯胺磺酸钠指示剂能清楚正确地指示终点。
K2Cr2O7标准溶液可以用于干燥后的固体K2Cr2O7直接配制。
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
60 g·L-1SnCl2溶液：称取6 g SnCl2·2H2O溶于20 mL热浓盐酸中，加水稀释至100 mL。 硫磷混酸：将200 mL浓硫酸在搅拌下缓慢注入500 mL水中，冷却后加入300 mL浓磷酸，混匀。
250 g·L-1Na2WO4溶液：称取25 gNa2WO4溶于适量水中（若浑浊应过滤），加5 mL浓磷酸，加水稀释至100 mL。
（1+19）TiCl3溶液：取TiCl3溶液（15%~20%），用1+9盐酸稀释20倍，加一层液体石蜡保护。
2 g·L-1二苯胺磺酸钠溶液
浓盐酸:实验时应稀释至6mol/L
0.008 mol·L-1K2Cr2O7标准溶液：按计算量称取150℃烘了1 h的K2Cr2O7（AR或基准试剂），溶于水，移入1000 mL容量瓶，用水稀释至刻度，摇匀。计算出K2Cr2O7标准溶液的准确浓度（mol·L-1）。
铁矿石试样：先将矿样置入破碎机中, 再将破碎好的原矿样用制样机进行细致研磨。
2.2
2.2.1 实验方法 0.008 mol·L-1 K2C2O7标准溶液的配制
在分析天平上准确称取0.5888g K2Cr2O7基准物质置于烧杯中，加入一定量的蒸馏水使其溶
解，溶解后将溶液转入250mL容量瓶中，定容，摇匀，置于一旁待用。
2.2.2 铁屑中铁含量的测定
在分析天平上准确称取0.15~0.20g铁屑试样置于250mL锥形瓶中，加几滴蒸馏水润湿样品，再加入10-20mL浓盐酸，加热10~20min，使铁屑充分溶解，然后滴加60g/L SnCl2溶液至呈浅黄色，调整溶液体积至100mL，加入15滴250 g/LNa2WO4溶液，用（1+19）TiCl3溶液滴至溶液呈蓝色，再滴加K2Cr2O7标准溶液至无色（不计读数），迅速加入10mL硫磷混酸溶液和5滴2g/L二苯胺磺酸钠指示剂，立即用K2Cr2O7标准溶液滴定至呈稳定的蓝紫色，记录所消耗的K2Cr2O7标准溶液的体积，根据其用量计算出铁屑中所含铁的质量分数。平行滴定3次，取平均值。有关数据如表1所示。
3 结果与讨论
3.1 实验结果
表1 铁屑中铁含量的测定实验中数据记录
Table 1 The data in the measurement experiment of iron content records in iron scraps
结果分析：将数据从小到大排序依次为: 18.54% 19.21% 19.52% 19.83% 20.19%
可疑值为18.54% 20.19%；用Q检验法检验得：
Q1=( 20.19%-19.83%)/(20.19%-18.54%)=0.22
Q2=( 19.21%-18.54%)/(20.19%-18.54%)=0.41
Q表=0.64，Q1Q2均小于Q表，故可疑值应保留
置信度为95%，自由度为4时，t0.05,4=2.78
，u=x±t0.05,4
3.2 溶样对实验的影响
3.2.1 在盐酸溶样时，应置于低温，不能煮沸，以避免三氯化铁部分挥发。溶样温度低于55℃时溶样缓慢，超过75℃时，HCl挥发过快，浓度降低，溶样不完全。实验表明，溶样温度控制在65℃时效果最佳。溶解样品时，必须盖上表面皿，以防止FeCl2挥发或溶液溅出，溶样时如酸挥发太多，应适当补加盐酸，使最后定溶液中的盐酸量不少于10mL。该反应需要在HCl介质中进行，且要求还原Fe3+离子时盐酸的浓度为4mol/L，因为当盐酸浓度大于6mol/L时，Cl-浓度过高会消耗部分K2C2O7标准溶液，造成结果偏差。
3.2.2 如残渣颜色较深，则需分离出残渣，用氢氟酸或焦硫酸钾处理，所得溶液并入上面所得溶液中。
3.3 温度对实验的影响
氧化、还原和滴定时溶液温度控制在20～40℃较好
3.3.1 用SnCl2还原Fe离子时，溶液温度不能太低，否则反应速度慢，黄色褪去不易观察，易使SnCl2过量。
3.3.2 用 TiCl3还原Fe离子时，溶液温度也不能太低，否则反应速度慢，易造成TiCl3过量。
3.4 加入SnCl2的量对测定结果的影响
3.4.1 当其他测定条件一定时, 改变加入SnCl2 的量对测定结果产生影响。实验结果表明当SnCl2 用量不足时, 溶液中剩余的Fe 需要大量TiCl3来还原, 溶液中引入较多的钛, 当用水稀释时常出现大量四价钛盐沉淀, 使测定结果偏低; 若SnCl2 过量, 加入Na2WO4 后,即会出现不稳定的“钨蓝”, 再边摇动边滴加（1+19）TiCl3至溶液刚刚呈现钨蓝则对后面的操作带来不利, 使测定结果偏高且重现性不好。
3.4.2 SnCl2如过量，应滴加少量KMnO4溶液至溶液呈浅黄色。
3.5 硫磷混酸在滴定过程中的作用
3.5.1 具有强酸性，其中H3PO4有一定的配位能力。由于滴定过程中生成黄色的Fe离子，影响终点的正确判断，故加入H3PO4，使之与Fe离子结合合成无色的结果[Fe(PO4)2]配离子，消除了Fe离子的黄色影响。H3PO4的加入还可以降低溶液中Fe离子的浓度，从而降低Fe/Fe电对的电极电位，使滴定突跃范围增大，用二苯胺磺酸钠指示剂能清楚正确地指示终点。 3+2+3+3+3+3+2+3+3+3+=(19.46±0.78)%
3.5.2 在酸性溶液中，Fe易被氧化，故加入硫一磷混酸后应立即滴定，一般还原后，二十分钟以内进行滴定，重现性良好。
3.6 干扰元素的影响
当铁含量高时，其它干扰元素含量较低而铜在2mg以下时，不需用氨水分离。
3.7如重铬酸钾不是基准试剂，可按下述方案配制和标定
3.7.1 铁标准溶液：称取2.8594g三氧化二铁（优级纯）于250ml锥形瓶中，加100mL盐酸，盖上表面皿加热（勿煮沸），冷却后移入1L容量瓶中，加100mL盐酸，用水定容至刻度，此溶液含铁2mg/mL。
3.7.2 重铬酸钾标准溶液：称取1.76g重铬酸钾于250mL烧杯中，以少量水溶解后用水稀释至1L，摇匀。
标定：吸取20.00mL铁标准溶液于250mL锥形瓶中加热至近沸，趁热滴加100g/L二氯化锡溶液至铁（Ⅲ）的黄色完全消失并过量1～2滴，流水冷却至室温，加10mL二氯化汞饱和溶液，放置2～3min，加100mL水、20mL硫磷混酸，加5滴0.5%二苯胺磺酸钠指示剂，用重铬酸钾标准溶液滴定至紫色，即为终点。
【参考文献】
[1]《分析化学实验（第三版）》，四川大学化工学院、浙江大学化学系编，高等教育出版社
[2] 赵瑞兰，马铭，谢青季，舒维华.改进的SnCl2-TiCl3法测定铁含量[J].实验室研究与探索，2004年第8期：28—29，38
2+
致谢：感谢吴明君老师的精心指导！