滴定分析法测定铁矿石中铁含量
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作者: 周岩
【摘 要】我国蕴含着丰富的矿产资源，其中铁矿的产量居世界领先水平。铁在工业中有大量的应用，存在于生活中的各个角落，社会的发展使得对铁的需求量逐渐增大，人们对铁矿的开采日益增多，铁矿石根据不同的含铁量可以分为不同的品位，铁含量越高铁矿石质量越好品位越高。铁是发现较早的金属之一，对于铁的测定方法有很多，其中重铬酸钾滴定法较为准确，其过程简单易行，其结果稳定可靠，是一种科学的测定方法。但这种方法中的汞会对环境造成污染，因此使用具有一定的局限性。现在人们逐渐使用其他物质代替汞元素，消除汞、铬对于环境造成的污染，提高了此方法的环保性与可行性。本文就简要的论述重铬酸钾滴定法的原理及其优点，并介绍一下改进后的滴定分析法。
【关键词】滴定分析法；铁矿石；铁含量
0.引言
铁是人们发现较早，使用较早的一种金属元素。铁一般以化合物的形态存在与自然界中，想要使用铁就需要对含有铁元素的矿产进行提取。铁的含量不同铁矿可以分为不同的种类，其中磁铁矿和赤铁矿中的铁含量较多，品味较高，其他的几种铁矿含铁量较少，提取铁的过程较为复杂，成本较高，需要更多地人力物力财力。矿质一般混合为一体，有多种元素组合而成，因此对矿质的测定分析提取显得尤其的重要。铁矿石中含有其他的物质，如锰、铜、金、银等，测定铁矿石中的铁含量需要排除其他元素的影响。铁的历史较为悠久，对测定铁的研究方法也有很多，传统的铁测定方法较为复杂，不适合在现场施工的环境中使用，因此测定方法不断地被更新，测定更加的快速准确。
目前研究发现矿石中铁的测定方法最为准确可靠地就是重铬酸钾滴定法，重铬酸钾做为一种高效的还原剂，可以将铁离子通过化学反应转化成铁元素从而使铁的提取成为可能。在最开始的研究方法中利用氯化亚锡-氯化汞作为其中的以一种反应溶液，测定的效果比以往的各种方法都要稳定准确，其数据的信度和效度有较大的提高，但反应过程中的汞会对环境造成较大的污染，铬又有一定的污染性，无法大量的应用于矿石实际工作鉴定当中。随着科技水平的提高以及研究的不断进步，为了减小对环境的污染，建设绿色工程，基于重铬酸钾滴定法的原理人们提出了一种无汞的反应方法，其效果与之前的方法一样，但更加具有环保性，因此被较多的使用。下面我们就来详细的介绍一下最初重铬酸钾滴定法的原理和他的优点，以及改进后的具体实验方法。
1.有关重铬酸钾滴定法
基本原理：在酸性溶液中，用氯化亚锡将三价铁还原为二价铁，加入氯化高汞以除去过量的氯化亚锡，以二苯胺磺酸钠为指示剂，用重铬酸钾标准溶液滴定至紫色。反应方程式：
2Fe3++Sn2++6Cl―—→2Fe2++SnCl62―
Sn2++4Cl―+2HgCl2—→SnCl62―+Hg2Cl2↓
6Fe2++Cr2O72-+14H+—→6Fe3++2Cr3++2Cr3++7H2O
计算结果：Fe（%）=×100=
此法的优点是：过量的氯化亚锡容易除去，重铬酸钾溶液比较稳定，滴定终点的变化明显，受温度的影响（30℃以下）较小，测定的结果比较准确，具体有点如下：
①重铬酸钾容易提纯，是一种基准物质，可以直接称取一定量的试剂配制标准溶液而不需要进行标定。
②重铬酸钾溶液非常稳定，可以长期保存。
③重铬酸钾的氧化能力虽然没有高锰酸钾强，但在室温下和1Μ盐酸中，重铬酸钾不与Cl-作用，故可在盐酸溶液中滴定铁。当盐酸浓度较大或溶液煮沸时，重铬酸钾会部分被还原，在浓盐酸中则全部被还原。
重铬酸钾是一种较强的氧化剂，反应要求在较强的酸性溶液中进行，Cr2O崻与还原剂作用被还原为Cr3+，标准电位（Cr2O崻/Cr3+）为+1.36伏。在实际工作中，电位明显地比标准电位小，即实际上表现出来的氧化能力明显地比理论上的小，例如在3Μ盐酸中。E=+1.08伏；4Μ硫酸中，E=+1.15伏；在1Μ高氯酸中，E=+1.025伏。
在反应过程中，橙色的 Cr2O崻被还原转化为绿色的Cr3+。由于两者的颜色都不很深，所以不能根据这一颜色变化来确定终点，而需要借助于指示剂，如二苯胺磺酸钠和邻苯胺基苯甲酸。使用时，应注意它们有较大的空白值，且空白值的大小与滴定时的情况有关，应按照一定的方法进行校正。
经典的重铬酸钾法测定铁时，采用氯化亚锡将溶液中的 Fe3+还原为Fe2+。然后用氯化汞除去过量的氯化亚锡，汞盐会造成污染，因此中国在20世纪60年代以来发展了“不用汞盐的定铁法”。重铬酸钾滴定法主要用于铁矿石的勘探和采掘以及钢铁冶炼过程的控制中；也用于水和废水的检验，如利用水中还原性物质所消耗的重铬酸钾量可以测定其化学耗氧量；还可用于有机化合物的测定。
2.实验过程
本实验采用改进的重铬酸钾法，即SnCl-TiCl联合还原的无汞测铁方法。其基本原理是：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SnCl2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TiCl3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TiCl3溶液，即可使溶液中的Na2WO4，还原为蓝色，滴入少量K2Cr2O7，使过量的TiCl3氧化，刚好褪色。在无汞测定铁的方法中，常采用SnCl2-TiCl3联合还原，其反应方程式为：2Fe3++Sn3+=Sn4+Fe2+ Fe3++Ti3++H2O=Fe2++TiO2++2H+此时试液中的Fe3+已被全部还原为Fe2+，加入硫磷混酸和二苯胺磺酸钠指示剂，标准重铬酸钾溶液滴定至溶液呈稳定的紫色即为终点，在酸性溶液中：Cr2O72-+6Fe2++14H+=6Fe2++2Cr3++7H2O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-，Fe3+的浓度大量下降，避免了二苯磺酸钠指示剂被Fe3+氧化而过早的改变颜色，使滴定终点提前到达的现象，提高了滴定分析的准确性。 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：
ω（Fe）=×100%
式中C（1/6KCrO）为KCrO标准溶液的物质的量浓度/mol·dm-3，m为试样的质量/g，55.85为铁在滴定反应中的摩尔质量/g·mol-1。K2Cr2O7标准溶液用干燥后的固体K2Cr2O7直接配制。
2.1仪器与试剂
（1）60g·LSnCl溶液。（2）硫磷混酸。（3）250g·LNaWO150～200mL溶液。（4）（1+19）TiCl溶液。（5）2g·L二苯胺磺酸钠溶液。（6）浓盐酸。（7）0.008mol·L-1K2Cr2O7标准溶液。（8）铁矿石试样。
2.2实验步骤
准确称取0.3～0.35g（称准至0.0002g）铁矿石试样，置于250mL锥形瓶中，加几滴水润是样品，再加10～20mL浓盐酸，低温加热10～20min，滴加60g·LSnCl溶液至浅黄色，继续加热10～20min（此时体积约为10mL）至剩余残渣为白色或浅色时表示溶解完全。调整溶液体积至70～100mL，加15滴250g·LNaWO溶液，用（1+19）TiCl溶液滴至溶液呈蓝色，再滴加K2Cr2O7标准溶液至无色，迅速加入10mL硫磷混酸，5滴2g·L二苯胺磺酸钠指示剂，立刻用K2Cr2O7标准溶液滴定至呈稳定的紫色。根据滴定结果，计算铁矿中铁及Fe2O3表示的铁的质量分数。
2.3结果与分析
（1）以二苯胺磺酸钠为指示剂，用K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2+离子时，由于滴定过程中生成黄色的Fe3+离子，影响终点的最终判断，故需加入H3PO4，消除Fe3+离子的黄色影响。
（2）用SnCl还原Fe3+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SnCl过量。
（3）用TiCl还原Fe3+时，溶液温度也不能太低，否则反应速度慢，易使TiCl过量。
（4）在硫酸磷酸混酸中铁电对的电极电位降低，Fe2+更易被氧化，故不应放置而应立即滴定。
3.结语
铁是工业与生活中使用最为普遍的一种元素，对铁矿的开采量较大，所以测定方法越简单准确其工作效率效率越高。滴定分析法是目前较为准确快速的测定铁含量方法，现在改进的方法已经消除了汞和铬对环境的污染，可以应用于实际的工作当中。改进后的滴定分析法可以更好地观测到铁矿石中铁的含量，对于矿区的开采，经济的发展，地质的勘探都有重要的影响。目前虽然使用滴定法较多但它仍然有不足之处，我们应该注意创新，不断探索更科学更准确的方法。
【参考文献】
[1]武汉大学主编.分析化学第五版（上册）.高等教育出版社，2009.
[2]北京大学仪器分析教学组.仪器分析教程.北京大学出版社，1997.
[3]胡忠鲠主编.现代化学基础.北京：高等教育出版社，2000.
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