铝盐中铝含量的测定

铝盐中铝含量的测定化学工程系09工业分析与检验一、铝的物理性质及用途(1)铝的密度很小，仅为2.7g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金。例如，一架超音速飞机约由70%的铝及其合金构成。船舶建造中也大量使用铝，一艘大型客船的用铝量常达几千吨。(2)铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的2/3，但密度只有铜的1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。铝的物理性质及用途(3)铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。(4)铝有较好的延展性(它的延展性仅次于金和银)，在100℃～150℃时可制成薄于0.01mm的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品。(5)铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等铝的物理性质及用途(6)铝粉具有银白色光泽(一般金属在粉末状时的颜色多为黑色)，常用来做涂料，俗称银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观。(7)铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如铵铝炸药(由硝酸铵、木炭粉、铝粉、烟黑及其他可燃性有机物混合而成)、燃烧混合物(如用铝热剂做的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等)和照明混合物(如含硝酸钡68%、铝粉28%、虫胶4%)。铝的物理性质及用途（8)铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。铝还用做炼钢过程中的脱氧剂。铝粉和石墨、二氧化钛(或其他高熔点金属的氧化物)按一定比率均匀混合后，涂在金属上，经高温煅烧而制成耐高温的金属陶瓷，它在火箭及导弹技术上有重要应用。(9)铝板对光的反射性能也很好，反射紫外线比银强，铝越纯，其反射能力越好，因此常用来制造高质量的反射镜，如太阳灶反射镜等。(10)铝具有吸音性能，音响效果也较好，所以广播室、现代化大型建筑室内的天花板等也采用铝。二、铝的化学性质•和氧气反应：铝粉可燃铙4Al+3O2==2Al2O3（发强白光）•和非金属反应：2Al+3S==Al2S3•和热水反应：2Al+6H2O==2Al(OH)3+3H2↑（反应缓慢）•和较不活动金属氧化物反应：3Fe3O4+8Al==9Fe+4Al2O3•和酸反应：在常温下浓硫酸和浓硝酸可使铝钝化。•盐酸和稀硫酸可跟铝发生置换反应，生成盐并放出氢气。2Al+6H2O=2AlCl3+3H2↑2Al+3H2SO4(稀)=Al2(SO4)3+3H2↑铝的化学性质•和盐溶液反应：2Al+3Hg(NO3)2=3Hg+2Al(NO3)3•和碱溶液反应：主要和NaOH、KOH强碱溶液反应，可看做是碱溶液先溶解掉铝表面氧化铝保护膜Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O•铝和水发生置换反应：2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑Al(OH)3溶解在强碱溶液中，Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O三、铝的生产制造•铝电解生产流程现代铝工业生产采用冰晶石――氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝是溶质被溶解，以碳素作为阳极（预焙阳极块），铝液作为阴极，通入直流电流后，在940℃～970℃下，电解槽两极上进行电化学反应，即电解。阳极产物主要是二氧化碳，和一氧化碳气体，但其中含有一定量的氟化氢（HF）等有害气体和固体粉尘，须对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在混合炉内净化澄清之后，浇注成铝锭，或生产成线坯，型材等。铝的生产制造•铝电解生产原辅材料1.氧化铝：•氧化铝通常称为“铝氧”，是一种白色粉状物，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm3。它的流动性好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。它是铝电解生产的中的主要原料。氧化铝在电解生产中的作用是：a.不断地补充电解质中的铝离子，使其浓度保持在一定的范围内，保证电解生产的持续进行；b.氧化铝覆盖在电解质壳面上可以起到良好的保温作用，覆盖在阳极炭块的氧化；c.在烟气净化系统中充当吸附剂，用来吸附阳极气体中的氟化氢（HF）气体。在化学纯度方面，要求氧化铝中杂质含量和水份要低。因为氧化铝中那些电位正于铝元素的氧化物，例如SiO2(二氧化硅)和Fe2O3(氧化铁)，在电解过程中会被铝还原，或者优先于铝离子在阴极析出。析出的硅、铁，进入铝内，降低铝的品位，而那些电位负于铝元素的氧化物，如Na2O、CaO（氧化钙）会分解冰晶石，一是引起氟化盐消耗，二是增加铝中的氢含量，三是产生氟化氢气体，污染环境。P2O3（五氧化二磷）会影响电流效率。氧化铝的化学成分要求见表3-1。铝的生产制造•2.氟化盐：铝电解生产中所用氟化盐主要是冰晶石和氟化铝，其次有一些用来调整和改善电解质性质的添加剂，如：⑴冰晶石⑵氟化钙⑶氟化钠⑷氟化锂四、铝盐中铝含量的测定方案1、实验原理•在试样中加入过量的EDTA，调节溶液的pH=3-4，加热煮沸使Al与EDTA完全配合（反滴定）。冷却后，加入缓冲溶液调节溶液的pH=5-6，以二甲酚橙做指示剂，此时溶液的颜色呈现黄色，用锌标准溶液滴定剩余的EDTA，稍过量的Zn2+与二甲酚橙指示剂配位形成红色配合物显示终点，不记录此次消耗锌标准溶液的体积。然后在此溶液中加入过量的氟化铵，加热至沸腾后1~2分钟，使AlY-与F-完全反应，置换出等物质量的EDTA，用锌标准溶液滴定置换出的EDTA至终点。终点时颜色由黄色变为紫红色。铝盐中铝含量的测定方案•pH=3.5时，Al3+（试液）＋Y4-（过量）＝AlY-,Y4-(剩)•pH=5-6时，加XO指示剂，用Zn2+盐标液滴定剩余的Y4-Zn2+＋Y4-(剩)＝ZnY2-终点：Zn2+(过量）＋XO＝Zn-XO黄色→紫红色置换反应:AlY-+6F-=AlF63-+Y4-(置换)滴定反应:Y4-(置换)+Zn2+＝ZnY2-终点：Zn2+(过量）＋XO＝Zn-XO黄色→紫红色计算结果:%10025000.25)(%mcVAlZn铝盐中铝含量的测定方案2、试剂与仪器•NaOH(200g/L);•HCl(1+1),(1+3);•EDTA溶液(0.02mol/L);•二甲酚橙(2g/L);•氨水(1+1);•六次甲基四胺（200g/L);•Zn标准溶液(0.02mol/L);•NH4F(200g/L铝盐中铝含量的测定方案3、实验步骤•准确称取0.10-0.11g铝合金于250mL烧杯中，加10mLNaOH，在沸水浴中使其完全溶解，稍冷后，加（1+1）HCl盐酸溶液至有絮状沉淀产生，再多加10mLHCl溶液。定容于250mL容量瓶中。•准确移取试液25.00mL于250mL锥形瓶中，加30mLEDTA，2滴二甲酚橙，此时溶液为黄色，加氨水至溶液呈紫红色，再加（1+3）HCl溶液，使呈黄色。煮沸3min，冷却。铝盐中铝含量的测定方案•加20mL六次甲基四胺，此时应为黄色，如果呈红色，还需滴加（1+3）HCl，使其变黄。•把Zn2+滴入锥形瓶中，用来与多余的EDTA络合，当溶液恰好由黄色变为紫红色时停止滴定。•于上述溶液中加入10mLNH4F，加热至微沸，流水冷却，再补加2滴二甲酚橙，此时溶液为黄色。再用Zn2+标液滴定，当溶液由黄色恰好变为紫红色时即为终点，根据这次标液所消耗的体积v，计算铝的质量。铝盐中铝含量的测定方案%100)(322132mMVCSOAlSOAlZnZn4、结果计算铝盐中铝含量的测定方案5、注意事项（1）pH的调整•本实验所用的金属指示剂二甲酚橙只有在pH=5-6时，才能用Zn2+直接滴定EDTA，溶液的颜色由黄色转变为红色指示终点的到达。当溶液的pH＞6时加入指示剂后溶液呈现红色和ZnIn的颜色一致，没有终点颜色的变化，不能指示终点；当溶液的pH＜4时加入指示剂后，溶液的颜色虽然能呈现出黄色，但随着Zn2+的逐渐滴入反应生成的H+使溶液的酸度越来越大，Zn2+和指示剂形不成稳定的红色配合物，溶液的颜色会越来越黄，同样指示不出终点。如何调整合适的pH呢？一般是在铝盐溶液中加入盐酸或氨水把其pH调整到4-5后，再加入pH为5-6的缓冲溶液来实现所需的酸度条件。（在实际操作中常常是这一步骤容易出现问题导致实验的失败）。那么又如何判断溶液的pH被调整到4-5了呢？即可以用pH试纸来判断；又可以采用甲基橙指示剂来判断；也可以用百里酚蓝和溴酚蓝指示剂来判断。在实际应用中，前三者在指示pH值时要么是比较迟钝指示不准；要么是颜色的变化不够明显不容易判断，使pH调整的不准确导致实验的失败。经过反复实验，采用0.1％溴酚蓝做指示剂效果较好。溶液的pH值由一点多被调整到四点多时，溴酚蓝指示溶液的颜色由红色变为蓝紫色非常明显，指示比较准确。铝盐中铝含量的测定方案（2）缓冲溶液的选择•因为在反应过程中会生成少量的H+从而改变溶液的酸度，破坏二甲酚橙变色的条件，要使溶液的酸度维持在5-6，必须加入缓冲溶液来调节。缓冲溶液即可以采用20％的六次甲基四铵-盐酸溶液又可以采用pH=5.7的NaAc-Hac溶液。通过对比，加入10mL的NaAc-Hac缓冲溶液效果较好，终点颜色比较容易观察。铝盐中铝含量的测定方案（3）终点的判断•当反应达到第一个终点时，溶液的颜色由黄色变化到红色，颜色的变化非常明显终点很容易判断。而加入氟化铵煮沸后，溶液的颜色变成黄中带红的状态，再判断第二个终点时就不是很容易了。要准确的判断第二个终点的颜色，可以采取两种手段辅助判断。一是再补加两滴指示剂，使溶液的颜色变深；二是在摇动时观察锥形瓶中溶液的中心，当溶液中心的颜色突跃为红色时，终点就达到了。