明矾中铝含量的测定

明矾中铝含量的测定

　　摘要 明矾中铝含量的测定，不宜采用直接滴定法。因为Al3+对二甲酚橙指示剂有封闭作用，且Al3+与EDTA络合缓慢，需要加过量EDTA并加热煮沸，络合反应才比较完全，且在酸度不高时，Al3+水解生成一系列多核氢氧基络合物，如[Al2(H2O)6(OH)3]3+，[Al3(H2O)6(OH)6]3+等，即使将酸度提高至EDTA滴定Al3+的最高酸度，仍不能避免多核络合物的生成。铝的多核络合物与EDTA络合缓慢，且络合比不恒定，对滴定不利。为避免上述问题，可采用返滴定法。如先加一定量过量的EDTA标准溶液，在pH≈3.5时，煮沸溶液，由于此时酸度较大，故不利于形成多核氢氧基络合物，又因EDTA过量较多，故能使Al3+与EDTA络合完全，络合完全后，调节溶液pH至5～6，(此时AlY稳定，也不会重新水解析出多核络合物)，加入二甲酚橙，即可顺利的用Zn2+标准溶液进行返滴定。该测定方法简便易行且准确度较高，基本符合实验要求。

　　关键词 明矾[KAl(SO4)2·12H2O]，返滴定法，酸度，二甲酚橙指示剂，铝，EDTA(Y)溶液

　　Aluminum alum Determination

　　Abstract alum in the determination of aluminum, not by direct titration. Al3 + because of the XO, and other indicators have closed, and Al3 + and EDTA complex slow, the need to increase heat and boil over EDTA, the reaction is rather complex fully, and when the acidity is not high, Al3 + hydrolysis generation A series of multi-hydrogen complexes, such as [Al2 (H2O) 6 (OH) 3] 3 +, [Al3 (H2O) 6 (OH) 6] 3 + and so on, even if the acidity will be increased to EDTA Titration of Al3 +The maximum acidity, can not avoid the generation of complex multi-core. The aluminum complex and multi-EDTA complex slow and complex than a constant, the titration of the negative. To avoid these problems could be back titration. If the first increase in over a certain amount of EDTA standard solution in the pH ≈ 3.5, the solution to boil, due to higher acidity at this time, it is not conducive to the formation of hydrogen-based multi-core complex, due to excess EDTA more, it can Al3 +EDTA complex and completely, totally complex, the solution pH adjustment from 5 to 6, (at this time AlY stability, and will not re-analysis of water out of complex multi-core), joined the XO can be successful with the Zn2 + standard solution for back titration. The method is user-friendly andhigh accuracy, in line with the basic requirements of the experiment.

　　Key words alum, back titration, acidity, complex complete, the indicator

　　1 引言

　　KAl(SO4)2·12H2O俗称明矾或白矾，是一种无色透明的晶体，其溶液呈弱酸性，常用作净水剂、食品添加剂，在工农业、食品加工业中有着重要的作用。

　　目前国内外测定食用明矾中铝的含量主要有三种方案：

　　第一种方案是直接滴定法:即DCTA(环己烷二胺四已酸)在室温下与Al3+迅速定量络合。这种方法操作简便，但所使用的DCTA价格比较昂贵[1]。

　　第二种方案为置换滴定法：此法用于测定像合金，硅酸盐，水泥和炉渣等复杂试样中铝的含量，以此提高选择性 。在pH=3-4时，加入定过量的EDTA溶液煮沸使Al3+与EDTA充分配合，冷却后调PH至5-6，以二甲酚橙为指示剂，用Zn标准溶液滴定过量的EDTA(不记体积)至微红色，然后加入过量的NH4F，加热至沸，使AlY-与F-之间发生置换反应，并释放出与Al3+配合的EDTA，然后用Zn2+标准溶液滴定，直至锥形瓶中颜色变为紫红色，即为终点 [2]。

　　AlY-+6F-+2H+ = AlF63-+H2Y2-

　　第三种方案为返滴定法：此法用于简单试样如明矾，氢氧化铝，复方氢氧化铝片，氢氧化铝凝胶等药物中铝含量的测定。由于Al3+ 易形成一系列多核羟基络合物，这些多核羟基络合物与EDTA络合缓慢，且Al3+ 对二甲酚橙指示剂有封闭作用，故通常采用返滴定法测定铝。加入定量且过量的EDTA标准溶液，先调节溶液pH至3~4，煮沸几分钟，使A13+ 与EDTA络合反应完全。冷却后，再调节溶液pH至5~6，以二甲酚橙为指示剂，用Zn2+ 标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色，即为终点 [3]。

　　第四种方案为分光光度法：此法的测定条件是在pH = 7时,铝在十六烷基三甲基溴化铵和聚乙二醇辛基苯基醚溶液(OP乳化剂)存在下,与铬天青S反应生成绿色的四元混合胶束,于630 nm处比色定量。其中对样品进行处理：将粉丝剪碎后,于85℃烘箱中干燥2h,取出冷却至室温后,准确称取2.00 g样品于瓷坩埚中,加入少量水浸润,置于电炉上慢慢炭化至不再冒烟,再于550℃电阻炉中灰化4h,冷却后取出,用10mL (1+5)盐酸溶液溶解灰分,转移至100mL容量瓶中,用蒸馏水定容。标准曲线绘制及样品测定：取1.00mL样品溶液于25mL比色管中,加入2mL 1%氨水液。另取7支25mL比色管,依次加入0.10、0.25、0.50、1.00、2.00、4.00、8.00mL铝标准使用液,即含有铝0.10、0.25、0.50、1.00、2.00、4.00、8.00μg ,分别加入1mL 1%氨水溶液。然后在标准管和样品管中分别加入1mL 1%的抗坏血酸溶液，1mL 1.0g/L的铬天青S溶液,混匀后再加入1mL (3+100)OP乳化剂,1mL 3.0g/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，2mL 200g/L的乙酸铵缓冲液,加蒸馏水至25mL,混匀。室温放置30 min后,于分光光度计上,用1cm比色皿以试剂空白为参比在630nm处测量吸光度值[4]。

　　第五种方案为重量分析法：精确称取三份明矾试样(2g左右)与250mL的烧杯中，按如下方法处理：

　　加热溶解烧杯中的明矾试样，直至溶液澄清。调节pH=3~9。往烧杯中滴加0.2mol/L的8-羟基喹啉至过量，此时溶液产生沉淀。

　　Al3+ +3C9H7ON =Al(C9H6ON)3 ↓+3H+

　　抽滤分离沉淀，将沉淀定量转入瓷坩埚中，高温灼烧1小时后，置于干燥器中冷却，分析天平生恒重至相邻两次质量差为2mg。称得的质量即为Al2O3的质量[5]。

　　比较上述五种方案可知，第三种方案操作简便易行且准确度较高，故本实验采用第三种方案返滴定法：即先调节溶液pH至3~4，加入定过量的EDTA溶液，煮沸，冷却，再调节溶液pH至5~6，以二甲酚橙为指示剂，用Zn2+ 标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色。

　　2 实验原理

 明矾KAl(SO4)2·12H2O中Al的测定，可采用EDTA配位滴定法。由于Al3+ 易形成一系列多核羟基络合物，这些多核羟基络合物与EDTA络合缓慢，且Al3+ 对二甲酚橙指示剂有封闭作用，故通常采用返滴定法测定铝，加入定量且过量的EDTA标准溶液。

　　因为氢氧化铝的溶度积常数KSP=1.3×10-33，[A13+]=0.020mol/L,

　　所以冷却后，再调节溶液pH至5~6(此时AlY稳定，也不会重新水解析出多核络合物)，以二甲酚橙为指示剂，用Zn2+ 标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色：Zn + Y = ZnY，即为终点。

　　滴定完毕后,计算公式为：

　　3 实验用品

　　3.1 仪器

　　全自动电光分析天平，酸式滴定管﹙50mL﹚，电子秤，容量瓶(100 mL 、250mL各一个)，锥形瓶(250mL三个)，烧杯﹙500 mL﹚，胶头滴管，玻璃棒，塑料试剂瓶，电炉，量筒，移液管﹙25 mL﹚，表面皿，称量瓶，药匙

　　3.2 药品 明矾 [KAl(SO4)2·12H2O] 试样，乙二胺四乙酸二钠盐(Na2H2Y·2H2O)，二甲酚橙指示剂(2g/L)，六亚甲基四胺溶液(200g/L)，盐酸溶液(1︰1)，基准锌粒(99.9%),pH=3.5的缓冲溶液

　　4 实验步骤

　　4.1 溶液的配制

　　4.1.1 0.02mol/LEDTA的配制

　　用电子秤称取约3.72g固体EDTA二钠盐于500mL的烧杯中，加入蒸馏水加热使其完全溶解，然后加水稀释至500mL。冷却后转入塑料试剂瓶中，盖紧瓶塞，摇匀备用。

　　4.1.2 0.02mol/L Zn2+标准溶液的配制

　　用分析天平准确称取含Zn99.9%以上的基准锌粉0.3~0.4 g于小烧杯中，盖上表面皿，沿烧杯嘴滴加约10mL(1︰1)HCl溶液，加热煮沸至完全溶解(防止蒸干)后，用少量水淋洗表面皿及烧杯内壁，然后将溶液定量转移至250mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀备用。根据数据计算Zn2+标准溶液的准确浓度。

　　4.2 EDTA标准溶液的标定

　　用移液管平行移取三份25.00mLZn2+标准溶液分别置于250mL锥形瓶中，滴加2滴二甲酚橙指示剂，加入10mL20%的六亚甲基四胺溶液，用EDTA溶液滴定，直至锥形瓶中溶液颜色由紫红色恰好转变为亮黄色，并持续30s不褪色即为终点。记录所用EDTA溶液的体积，并计算EDTA溶液的浓度和相对平均偏差(≤0.2%)。

　　4.3 明矾试样中Al含量的测定

　　用分析天平准确秤取明矾试样[ KAl(SO4)2·12H2O, Mr=474.4 ]0.95~1.00g于小烧杯中，加热使其完全溶解，待冷却后将溶液定量转移至100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀备用。

　　用移液管移取25.00mL明矾试样标准溶液置于250mL的锥形瓶中，用滴定管准确加入EDTA标准溶液50.00mL，然后加入10mL pH=3.5的缓冲溶液，在电炉上加热煮沸近10min,然后放置冷却至室温。

　　在锥形瓶中加入六亚甲基四胺10mL，二甲酚橙指示剂3~4滴，用Zn2+标准溶液返滴定至溶液由黄色变为橙色，并持续30s不褪色即为终点。

　　平行测定三份，根据所消耗的Zn2+标准溶液的体积，计算所测明矾中铝的含量和相对平均偏差(≤0.2%)。

　　5 实验记录及数据处

　　5.1 0.02mol/EDTA溶液的标定

　　5.2 明矾试样中Al含量的测定

　　6 实验结果与讨论

　　6.1 测定结果

　　本实验采用返滴定法测定明矾中铝的含量，其中所配制的Zn2+标准溶液的浓度为 0.02208mol/L ，所标定EDTA的标准浓度为 0.02441mol/L ，明矾中铝的含量为 5.70% 。 ﹙明矾中铝的理论含量为 5.69% ﹚。实验所得结果与理论值较接近，说明此实验方法较好。

　　6.2 误差分析

　　6.2.1 分析天平仪器老化，灵敏度不高，有系统误差;

　　6.2.2 滴定过程中，有少量溶液滞留在锥形瓶内壁，未用蒸馏水完全冲入溶液中，导致误差;

　　6.2.3 滴定过程中滴定终点判断有误，读数时有人为误差;

　　6.2.4 试剂纯度可能不够和蒸馏水中可能含有微量杂质从而引起系统误差。

　　6.3 注意事项

　　6.3.1 pH<6时，游离的二甲酚橙显黄色，滴定至Zn2+稍微过量时，Zn2+与部分二甲酚橙生成紫红色配合物，黄色与紫红色混合呈橙色，故终点颜色为橙色;

　　6.3.2 注意滴定时指示剂的用量，及滴定终点颜色的正确判断;

　　6.3.3 注意滴定时的正确操作：滴定成线，逐滴滴入，半滴滴入;

　　6.3.4 明矾溶于水后，因缓慢溶解而显浑浊，在加入过量EDTA并加热后，不影响滴定;

　　6.3.5 确定滴定终点时，要注意在规定时间内不退色再读数;

　　6.3.6 处理数据时注意有效数字的保留。

　　参考文献

　　[1] 蔡维平.基础化学实验(一)[M].北京:科学出版社,2004,298

　　[2] 武汉大学,吉林大学,中山大学，中国科学技术大学.分析化学实验(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2001,209

　　[3] 宋光泉.通用化学实验技术[M].广州:广东高等教育出版社,1999,85

　　[4] 文建国,常慧,徐勇军.基础化学实验教程[M].北京:国防工业出版社,2006,97-98

　　[5] http://jc2.ecjtu.jx.cn/huaxue/te/uploadfile/2008428161533257.doc