A. 任務鐵礦石中全鐵的測定
——三氯化鈦還原-重鉻酸鉀滴定法
任務描述
鐵是地球上分布最廣的金屬元素之一。鐵礦石中含鐵量均較高，對於高含量鐵的測定，目前主要採用滴定法。常用的有EDTA滴定法、重鉻酸鉀滴定法、高錳酸鉀滴定法、鈰量法和碘量法。由於重鉻酸鉀滴定法具有快速、准確和容易掌握等優點，被廣泛採用。本任務通過實際操作訓練，學會三氯化鈦還原-重鉻酸鉀滴定法測定鐵礦石中鐵含量，學會用酸分解法對試樣進行分解。能真實、規范記錄原始記錄並按有效數字修約進行結果計算。
任務實施
一、儀器和試劑准備
（1）玻璃儀器：酸式滴定管、錐形瓶、容量瓶、燒杯。
（2）SnCl2溶液：100g/L，稱取10g SnCl2·2H2O溶於20mL HCl中，通過水浴加熱溶解，冷卻，用水稀釋到100mL。
（3）硫-磷混酸（2＋3）：邊攪拌邊將30mL濃磷酸放入約50mL水中，再加入20mL濃硫酸，混勻，流水冷卻。
（4）二苯胺磺酸鈉：0.5% 水溶液。
（5）鎢酸鈉溶液：稱取25g鎢酸鈉溶於適量的水中，加5mL磷酸用水稀釋至100mL。
（6）三氯化鈦溶液（15g/L）：用9體積的鹽酸稀釋1體積的三氯化鈦溶液（約15%的三氯化鈦溶液）。
（7）重鉻酸鉀標准溶液：0.01667mol/L。稱取4.904g預先在140～150℃烘乾1h的重鉻酸鉀（基準試劑）於250mL燒杯中，以少量水溶解後移入1 L容量瓶中，用水定容。
（8）氟化鈉。
二、分析步驟
稱取一份鐵礦石試樣0.2000 g於300mL錐形瓶中，用少量水潤濕，加入10mL濃鹽酸，低溫加熱溶解，必要時加入0.2 g氟化鈉助溶，也可滴加二氯化錫助溶。試樣分解完全後，用少量水吹洗錐形瓶壁，加熱至沸，取下趁熱滴加二氯化錫溶液還原三價鐵至溶液呈淺黃色。加水稀釋至約150mL。加入25% 鎢酸鈉溶液0.5mL，用三氯化鈦溶液還原至呈藍色。滴加K2Cr2O7溶液至鎢藍色剛好褪去。加入15mL硫酸-磷酸混酸，加0.5% 二苯胺磺酸鈉指示劑5滴，立即以重鉻酸鉀標准溶液滴至穩定的紫色即為終點。同時做空白試驗。
三、結果計算
鐵礦石中鐵的質量分數為：
岩石礦物分析
式中：w（Fe）為鐵的質量分數，%；V為滴定試液消耗重鉻酸鉀標准溶液的體積，mL；V0為滴定空白消耗重鉻酸鉀標准溶液的體積，mL；0.0055847為與1mL重鉻酸鉀標准溶液相當的鐵量，g/mL；m為稱取試樣的質量，g。
四、質量記錄表格填寫
任務完成後，填寫附錄一質量記錄表格3、4、5。
任務分析
一、方法優點
重鉻酸鉀溶液比較穩定，滴定終點的變化明顯，受溫度的影響（30℃以下）較小，測定的結果比較准確。
二、SnCl2-TiCl3-K2Cr2O7法測定鐵礦石中鐵含量（無汞法）原理
在酸性條件下，先用SnCl2溶液還原大部分Fe（Ⅲ），再以TiCl3溶液還原剩餘部分的Fe（Ⅲ），稍過量的TiCl3可使作為指示劑的NaWO4溶液由無色還原為藍色，從而指示終點。接著用K2Cr2O7標准溶液定量氧化Fe（Ⅱ），測定全鐵含量，並以二苯胺磺酸鈉為指示劑，滴至溶液變紫色即達到終點。
實驗有關方程式如下：
2Fe3＋＋Sn2＋→2Fe2＋＋Sn4＋
岩石礦物分析
岩石礦物分析
三、化驗室廢水處理
廢液中有害物質的處理方法主要是通過物理過程和化學反應等，將有害物回收或分解、轉化生成其他無毒或低毒的化合物。下面是一些有害廢棄物的處理方法。
（1）含砷廢液的處理：三氧化二砷是劇毒物質，其致死劑量為0.1g。在溶液中的濃度不得超過5×10-7。處理時可利用硫酸鐵在鹼性條件下形成氫氧化鐵沉澱與砷的化合物共沉澱和吸附作用，將廢水中的砷除去。注意，Fe3＋和As3＋的摩爾比約為10∶1，pH值在9左右效果最好，充分攪拌後靜置過夜，分離沉澱，排放廢液。
Fe3＋＋3OH-→Fe（OH）3↓
As3＋＋3OH-→As（OH）3↓
（2）含鉻廢液的處理：Cr（Ⅵ）有劇毒，在溶液中的濃度不得超過5×10-7。可在酸性（調pH＝2～3）含鉻廢液中，加入約10% 的硫酸亞鐵溶液，Fe2＋能把Cr（Ⅵ）還原為Cr3＋。然後用熟石灰或鹼液調溶液的pH＝6～8（防止pH＞10時Cr（OH）3轉變成
Fe2＋＋2OH-→Fe（OH）2↓
Fe3＋＋3OH-→Fe（OH）3↓
Cr3＋＋3OH-→Cr（OH）3↓
（3）含氰化物廢液的處理：氰化物有劇毒，在溶液中的濃度不得超過1.0×10-6。我們利用CN-的強配位性，採用配位法即普魯士藍法處理含氰化物的廢液。先在廢液中加入鹼液調pH＝7.5～10.5，然後加入約10% 的硫酸亞鐵溶液，充分攪拌，靜置後分離沉澱，排放廢液。
有關方程式如下：
Fe2＋＋6CN-→［Fe（CN）6］4-
2Fe2＋＋［Fe（CN）6］4-→Fe2［Fe（CN）6］↓
（4）含汞廢液的處理：含汞廢液的毒性極大，其最低濃度不得超過5.0×10-9，若廢液經微生物等的作用後會變成毒性更大的有機汞。可用Na2S把Hg2＋轉變成HgS，然後使其與FeS共沉澱而分離除去。
有關反應如下：
Hg2＋＋S2-→HgS↓
Fe2＋＋S2-→FeS↓
（5）含鉛廢液的處理：含鉛廢液的濃度不得超過1.0×10-6。可用氫氧化物共沉澱法處理。先用鹼液調pH＝11，把Pb2＋轉變成難溶的Pb（OH）2沉澱，然後加鋁鹽凝聚劑Al2（SO4）3使生成Al（OH）3沉澱，此時pH值為7～8，即產生Al（OH）3和Pb（OH）2共沉澱。靜置澄清後分離沉澱，排放廢液。
有關反應如下：
Pb2＋＋2OH-→Pb（OH）2↓
Al3＋＋3OH-→Al（OH）3↓
（6）含鎘廢液的處理：90% 的鎘應用於電鍍、顏料、合金及電池等，對環境監測站化驗室含鎘廢水實用的處理方法有沉澱法、吸附法。使用沉澱法，沉澱劑有氫氧化物、硫化物、聚合硫酸鐵，使用氫氧化物，pH控制在10以上，可達滿意效果；使用硫化物pH控制在9以上；使用聚合硫酸鐵pH控制在8.5～9.5范圍。吸附法，可使用活性炭、風化煤、磺化煤作吸附劑。
（7）含酚廢液的處置：隨著石油化工、塑料、合成纖維、焦化等工業的迅速發展，各種含酚廢水也相應增多，酚的毒性較高，使用活性炭作吸附劑是一種可行的方法。對於其他有毒有害有機廢水，化驗員也可用此方法。
實驗指南與安全提示
鹽酸既有揮發性，又有腐蝕性，使用時注意通風，避免吸入、接觸皮膚和衣物。
試樣分解完全時，剩餘殘渣應為白色或接近白色的SiO2，如仍有黑色殘渣，則說明試樣分解不夠完全。
含鐵的硅酸鹽難溶於鹽酸，可加入少許NaF、NH4F使試樣分解完全。磁鐵礦溶解的速度緩慢，可加幾滴SnCl2助溶。
對於含硫化物或有機物的鐵礦石，應將試樣預先在550～600℃溫度下灼燒以除去硫和有機物，再以HCl分解。對於酸不能分解的試樣，可以採用鹼熔融法。
用SnCl2還原Fe3＋時，溶液體積不能過大，HCl濃度不能太小，溫度不能低於60℃，否則還原速度很慢。容易使滴加的SnCl2過量太多，故沖洗表面皿及燒杯內壁時，用水不能太多。
滴定前要加入一定量的硫-磷混酸。這是由於一方面滴定反應需在一定酸度下進行（1～3mol/L），另一方面磷酸與三價鐵形成無色配合離子，利於終點判別。在硫-磷混酸溶液中，Fe2＋極易被氧化，故還原後應馬上滴定。二苯胺磺酸鈉指示劑加入後，溶液呈無色。隨著K2Cr2O7的滴入，Cr3＋生成，溶液由無色逐漸變為綠色。終點時，由綠色變為紫色。
指示劑必須用新配製的，每周應更換一次。
由於在無Fe2＋存在的情況下，K2Cr2O7對二苯胺磺酸鈉的氧化反應速率很慢。因此，在進行空白試驗時，不易獲得准確的空白值。為此，可在按分析手續處理的介質中，分三次連續加入等量的Fe（Ⅱ）標准滴定溶液，並用K2Cr2O7標准滴定溶液做三次相應的滴定。將第一次滴定值減去第二、第三次滴定值的差值的平均值，即為包括指示劑二苯胺磺酸鈉消耗K2Cr2O7在內的准確的空白值。
案例分析
贛州鈷鎢公司實驗室某員工在使用氯化亞錫還原-重鉻酸鉀滴定法測定含鐵礦石中的總鐵含量時，用王水溶解礦石樣品氯化亞錫還原等步驟圴按照操作規程進行，但在進行滴定操作過程中，發現滴定終點不敏銳，測定結果嚴重偏低，以你所學知識，分析造成結果偏低的可能原因。
拓展提高
鐵礦石分析總述及鐵礦石系統分析流程
鐵礦石的簡項分析，一般需要測定全鐵、二氧化硅、硫和磷等，因為鐵礦石中硅、硫和磷等屬於有害雜質。有時需要測定亞鐵及可溶鐵，以便對於鐵礦進行工業評價。在組合分析中還需增加氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化錳及砷、鉀和鈉等。在全分析中主要考慮鐵礦的綜合利用、綜合評價以及特殊的需要，還要測定釩、鈦、鉻、鎳、鈷、吸附水、化合水、灼燒減量及二氧化碳等。稀有、分散元素也必須考慮綜合利用。為了減少一些不必要的化學分析工作量，在確定分析項目之前，應先進行光譜半定量全分析。
鐵礦石系統分析流程，可採用氫氧化鉀（或加入少許過氧化鈉）分解試樣，水浸取後加酸酸化，過濾後濾液裝於250mL容量瓶中。流程圖見2-1。
圖2-1 鐵礦石系統分析流程圖