用废铝制备明矾及组分测定一、实验目的1.认识铝和氢氧化铝的两性。
2.了解资源综合利用的意义。
3.巩固无机制备中的常用基本操作。
二、实验原理1.铝是一种两性元素，既与酸反应，也与碱反应。
可以利用其特性将废铝重新利用制成明矾。
2.碱溶法原理2Al+2OH-+6H2O=2Al(OH)4-+3H2Al(OH)4-+H+= Al(OH)3+H2OAl(OH)3+3H+=Al3++3H2OAl2(SO4)3+K2SO4+24H2O=2KAl(SO4)2 · 12H2O3.返滴定法测样品中的铝含量在Al3+的配位滴定中，Al3++ Y4- (过量)=AlY-+ Y4- (剩余)加热溶液使得Al3+全部转化为AlY-，再进行返滴定，Zn2++ Y4- (剩余)=ZnY2-4.双波长分光光度法测定铝含量(1)定义双波长分光光度法是在单位时间内有两条波长不同的单色光以一定的频率交替照射同一吸收池的溶液，然后经过检测器和电子控制系统，计算出这两个波长下吸收度的差值△A，与被测定物质的浓度成正比，这个方法称双波长分光光度法。
(2)原理由朗伯比耳定律可以得到 A=Kbcb为液层厚度 c为溶液浓度 K为摩尔吸光系数所以可以得到:在两个波长λ1和 λ2下，A1=K1bcA2=K2bc即△A=(K1-K2)bc所以有双波长分光光度法测出的吸光度之差与待测组分浓度成正比，这就是此方法定量分析的理论依据。
在双波长分光光度法中，通过选择适当波长λ1、λ2 ，能很好地消除共存组分的干扰或混浊物的影响，可以不加分离地分别测定溶液中的两种组分。
(3) 双波长分光光度法测定铝含量光度法测定铝的显色剂较多，其中以铬天青S为最佳。
铬天青简写为CAS，是一种酸性染料，其结构式为:Al3+和铬天青S在弱酸性介质中铬天青S及溴化十六烷基三甲胺反应形成蓝色三元络合物，最大吸收波长为640nm左右，摩尔吸收系数ε=4×104L/mol·cm。
5.重量法测定SO42-SO42-和Ba2+能定量地生成BaSO4沉淀，沉淀经干燥后称量，根据BaSO4的质量即可求出SO42-的量。
Ba2++ SO42-= BaSO4Ksp(BaSO4)=1.1×10-10三、实验试剂及仪器1.试剂:废铝、KOH固体，H2SO4(2mol/L)、K2SO4、铬天青S、溴化十六烷基三甲胺、六次甲基四胺、BaCl2、抗坏血酸、EDTA二钠盐、1:1的HNO3、二甲酚橙、Zn片。
2.仪器:烧杯、量筒、电子天平、玻璃棒、抽滤装置、pH试纸、水浴锅、分光光度仪、吸量管、移液管、50mL容量瓶、250mL容量瓶、铁架台、酸式滴定管、滴管、坩埚、坩埚钳、马弗炉。
四、实验步骤1.明矾的制备(1)称取2g废铝，加入盛有50mL1.5mol/L的KOH溶液的烧杯中，加热使Al全部溶解。
待无气泡产生后 实验现象及数据记录 1.当废铝加入盛有KOH 的烧杯中后就立即有大量气泡生成，待气泡不对溶液进行抽滤。
(2)将抽滤得到滴滤液先进行预热，热后便加热边滴加9mol/L的H2SO4溶液至反应过程中产生的沉淀全部溶解，浓缩溶液至50mL左右(过多会增加明矾的损失，过少会促进水解形成聚铝)。
将浓缩液转移到烧杯中，自然冷却，一段时间后会有大量晶体析出。
(3)对上述溶液进行抽滤，用乙醇淋洗后将食盐状的晶体粉末放置于空气中晾干，即可制得明矾，称重并记录数据。
(4)称取约1.2g明矾样品，先在小烧杯中用去离子水进行溶解，再用玻璃棒转移到250mL容量瓶中，加水定容，摇匀后静置。
2.返滴定法测样品中铝含量(1)EDTA标准溶液及Zn2+标准溶液的配置称取约4.8gEDTA二钠盐置于小烧杯中，加入少量去离子水溶解，再转移到600ml的大烧杯中，加水至600mL刻度线，搅拌均匀，静置。
称取约0.15gZn片置于小烧杯中，加入浓HCl至锌片恰好溶解，用玻璃棒转移到250mL容量瓶中，加去离子水定容，摇匀后静置。
(2)EDTA的标定用移液管移取25.00mLZn2+标准溶液于锥形瓶中，加入10mL蒸馏水，滴加2d二甲酚橙作为指示剂，再滴加20%六亚甲基次胺直至溶液由黄色变为紫红色，接着再加入5mL20%六亚甲基次胺，然后用已标定的EDTA溶液滴定待测液，直至溶液由紫红色变为黄色即为滴定终点，记录数据，平行滴定3次。
(3)返滴定法测铝用移液管移取25.00mL样品溶液于锥形瓶中，加入25mLEDTA标准溶液、1d二甲酚橙指示剂，摇匀，用浓氨水调至溶液显紫红色，再用1:1的HNO3调至刚变亮黄，并过量两滴。
煮沸15min，冷却后补加二甲酚橙1d、六亚甲基次胺5mL，再用1:1的HNO3调 再产生后，溶液中仍残留着许多黑灰色杂质，抽滤后得到无色溶液，再缓慢滴加硫酸的过程中，溶液中先是有白色沉淀生成，持续滴加沉淀消失。
加热浓缩后，静置的溶液里会渐渐有大量晶体析出，抽滤后得到透明颗粒状晶体。
m(Al)=2.0285g(设备编号:201647735) m(明矾)=5.1748gm(样品)=1.2053g(设备编号:201687047)2.(2)溶液初为无色加入二甲酚橙后溶液变成纯黄色，加缓冲液后溶液变为紫红色，滴定至终点溶液变为黄色。
m(Zn)=0.1596g(设备编号:201647735) V1=10.60mLV2=10.52mLV3=10.54mL(3)实验现象同实验步骤所述。
V1=38.62mLV2=38.72mLV3=38.74mL至刚变亮黄，用锌标准溶液滴定至红紫色即为终点，记录数据，平行滴定三次。
3.双波长分光光度法测样品中铝含量(1)1μg/mL的铝标准溶液的配制用电子天平称取0.2500g标准铝粉于小烧杯中，加入浓HCl至铝片恰好溶解，转移到250mL容量瓶中，定容后摇匀。
再用吸量管吸取5mL标准液至一空的250mL容量瓶中，定容并摇匀。
再用吸量管吸取5mL 稀释过的铝标液至100mL容量瓶中，加去离子水定容，摇匀后静置。
即得到1μg/mL的铝标准溶液。
(2)最大吸收波长的确定取4.00mL1μg/mL的铝标准溶液于50mL容量瓶中，加入5.0mL六次甲基四胺缓冲液、1.0mL10g/L 抗坏血酸、2.0mL0.2g/L溴化十六烷基三甲胺、2.0mL0.5g/L铬天青S溶液，定容并摇匀，放置20min。
以蒸馏水作参比，在560-670nm之间每隔10nm 测一次吸光度A，在最大吸收波长附近梯度缩小为1nm，做A- λ曲线，确定最大吸收波长λmax，记为λ1。
(3)另一特定波长的确定取1个50mL容量瓶，加入5.0mL六次甲基四胺缓冲液、1.0mL10g/L抗坏血酸、2.0mL0.2g/L溴化十六烷基三甲胺、2.0mL0.5g/L铬天青S溶液，定容并摇匀，放置20min。
以蒸馏水作参比，在λmax下测定该溶液吸光度A1，再在其他波长下测定该溶液的吸光度，直至找到另一个λ下测定的吸光度A2，使得A1= A2，即确定了另一特定波长，记为λ2。
(4)标准曲线的绘制取6个50mL容量瓶，分别加入1.0mL、2.0mL、4.0mL、5.0mL、6.0mL、8.0mL1μg/mL的铝标准溶液，再各加入5.0mL六次甲基四胺缓冲液、1.0mL10g/L 抗坏血酸、2.0mL0.2g/L溴化十六烷基三甲胺、 3.(4)一系列浓度梯度的溶液都呈蓝绿色，且随着浓度的增加，颜色变深。
2.0mL0.5g/L铬天青S溶液，定容并摇匀，放置20min。
用1mL比色皿，以蒸馏水为参比，分别在λ1和λ2下测定各溶液的吸光度。
以所取铝标液体积V为横坐标、两个波长下吸光度的差值△A为纵坐标，绘制标准曲线。
(5)试样中铝含量的测定先吸取1mL先前配制的明矾溶液，置于250mL容量瓶中，加水定容，摇匀并静置。
准确吸取8mL稀释过的明矾样品溶液于50mL容量瓶中，再加入5.0mL六次甲基四胺缓冲液、1.0mL10g/L抗坏血酸、2.0mL0.2g/L溴化十六烷基三甲胺、2.0mL0.5g/L铬天青S溶液，定容并摇匀，放置20min。
用1mL比色皿，以蒸馏水为参比，分别在λ1和λ2下测定各溶液的吸光度。
计算出两次测量的吸光度的差值△A，从标准曲线上查出和计算试液中的铝含量。
4.重量法测样品中SO42-含量用电子天平准确称取约1g明矾样品，加去离子水溶解，滴加一滴甲基橙指示剂，加1:1盐酸调至恰好变为红色，再过量2ml，在酒精灯上加热，称取约1.5gBaCl2•2H2O，加水溶解，缓慢加入明矾溶液中，并不断搅拌。
待沉淀完全后，盖上表面皿，放置过夜进行陈化。
待陈化完成后，用常压过滤的方法，以无灰滤纸对陈化后对溶液进行过滤。
过滤完成后，需要对沉淀进行洗涤，即用洗瓶的水流从滤纸的多重边缘开始，螺旋形地往下移动，最后到多层部分停止。
然后把滤纸和沉淀静置于表面皿，于空气中干燥。
先用电子天平称取1个空坩埚的质量，待沉淀和滤纸完全干燥后，把它们转移到坩埚里，置于煤气灯上灼烧。
待沉淀和滤纸灰化后，将坩埚移入高温炉中，盖上坩埚盖，但留有空隙。
在高温下，灼烧40-50min，取出，冷至室温，称量。
然后进行第二次、第三次灼 4.明矾:m1=0.9532gm2=0.9878gm3=1.0045g 空坩埚: m1=39.3698gm2=35.2905gm3=32.7544g (仪器编号:201687047) 恒重质量:m1=40.3705gm2=36.3199gm3=33.8111g (仪器编号:201687043)烧，直至坩埚和沉淀恒量为止(一般第二次以后每次再灼烧20min即可)。
所谓恒量，是指相邻两次灼烧后的称量差值为0.2-0.4mg。
待恒重后，记录下数据，平行重复3次。
五、实验数据的处理及分析1.明矾的制备理论的产出:废Al完全转化为明矾M(明矾)=474g/molm(Al)=2.0285gn(Al)=0.07513molm(理论)=35.61gm(明矾)=5.1748g产率=5.1748g/35.61g×100%=14.53%样品溶液m(样品)=1.2053gc(样品液)= 1.2053g/(474g/mol×250ml)=0.01017mol/L2.返滴定法测样品中铝含量(1)EDTA标准溶液及Zn2+标准溶液的配置m(Zn)=0.1596gc(Zn2+)=9.822×10-3mol/L(2)EDTA的标定1 2 3c(Zn2+)／mol/L 9.822×10-3V(Zn2+)／mL 25.00滴定管初读数／mL 0.00 0.00 0.00 滴定管末读数／mL 10.60 10.52 10.54 消耗EDTA体积／mL 10.60 10.52 10.54 V(平均)／mL 10.55c(EDTA)／mol/L 0.02327EDTA:V1=10.60mL V2=10.52mL V3=10.54mLV(平均)=(V1+V2+V3)/3=10.55mLc(EDTA)= 9.822×10-3mol/L×25.00mL/10.55mL=0.02327mol/L(3)返滴定法测铝1 2 3c(EDTA)／mol/L 0.02327V(EDTA)／mL 25.00滴定管初读数／mL 0.00 0.00 0.00 滴定管末读数／mL 38.62 38.72 38.74 消耗EDTA体积／mL 38.62 38.72 38.74 V(平均)／mL 38.69c(Al3+)／mol/L 8.069×10-3Zn2+:V1=38.62mL V2=38.72mL V3=38.74mLV(平均)=(V1+V2+V3)/3=38.69mLV(EDTA)=25.00mL V(样品液)=25.00mLc(Al3+)=[c(EDTA)×V(EDTA)- c(Zn2+)×V(平均)]/V(样品液)=8.069×10-3mol/LAl含量=8.069×10-3mol/L×250mL×27g/mol／1.2053g=4.52%理论值=5.7%>4.52%3.双波长分光光度法测样品中铝含量(1)最大吸收波长的确定由测定数据作图，可得A- λ曲线，根据图像可以确定铝标液的最大吸收波长λmax=642nm。