由铝矾土制明矾

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由铝矾土制备明矾

1实验目的

1.掌握复盐制备的原理和方法。 2.了解铝矾土的组成及一般应用。

3.熟练应用配位滴定方法测定晶体组成及纯度。

2实验原理

铝矾土的主要成分是氧化铝（约50%~70%）及二氧化硅，此外还含有铁、钙、镁等多种金属的氧化物[1]。采用合理的方法提取其中的氧化铝并将其用于化工生产，可大大提高其附加值，取得良好的经济效益及社会效益。本实验以铝矾土为原料，采用煅烧及酸溶的方式提取原料中的氧化铝，采用合理的步骤提纯后获得硫酸铝，再将硫酸铝与一定比例的硫酸钾混合溶解，浓缩结晶后即可得到明矾。

采用合理的步骤掩蔽杂质离子的干扰，利用配位滴定法可测定所得晶体的纯度。

3实验用品

3.1仪器

台秤，分析天平，马弗炉，三口瓶，电炉，坩埚，球形冷凝管，烧杯，量筒，吸滤装置，容量瓶，蒸发皿，移液管，酸式滴定管，锥形瓶。

3.2 试剂

铝矾土，硫酸钾，浓硫酸，氢氧化钾，金属锌（基准物），六次甲基四胺，乙二胺四乙酸二钠（EDTA），磺基水杨酸，浓盐酸，NH3?H2O(浓)，二甲酚橙。

4实验过程

4.1 铝矾土成分分析

4.1.1 基准锌溶液的配制[2]

分析天平称取基准锌试剂1.6478 g，加入50 mL烧杯中，杯口盖上表面皿（凸面朝下），从烧杯斜口处加入7.5 mL浓盐酸加热溶解，溶解后用2 mL蒸馏水将表面皿凸面冲洗三次，并使洗液流入烧杯，将烧杯中溶液转移至250 mL容量瓶中，定容至刻度。即得基准锌溶液[c(ZnCl2)=0.1014 mol/L]。

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化学化工学院 合化1001 学生 于振宁 综合实验 第 2 页 共 6页 4.1.2 EDTA溶液的配制

台秤称取乙二胺四乙酸二钠18.6 g用500 mL蒸馏水在电炉上边搅拌边加热至溶解，冷却至室温，小心转移至500 mL细口瓶中备用。

4.1.3 EDTA溶液的标定[2]

用移液管吸取25.00 mL新配基准锌溶液于锥形瓶中，加一滴甲基红，用（1+2）氨水中和Zn2+基准溶液中的HCl，溶液由红变黄时即可。加20 mL水和10 mL NH3-NH4Cl缓冲溶液（pH=10），再加3滴铬黑T试剂，用新配EDTA溶液滴定，当溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。平行滴定三次。数据记录如下：

实验编号 1 2 3 数据处理：

c（ZnCl2）=0.1014 mol/L,V平均(ZnCl2)=25.00 mL，V平均(EDTA)=26.38 mL

c(EDTA)?c(ZnCl2)V(ZnCl2)25.00mL?0.1014mol/L??0.09610mol/LV(EDTA)26.38mL

V（ZnCl2）/ mL 25.00 25.00 25.00 V（EDTA）/ mL 26.36 26.52 26.26 4.1.4铝矾土成分分析[3][4][5]

在镍坩埚中加入1.0588 g铝矾土，表面覆盖3.8 g NaOH，在马弗炉中600℃下灼烧4个小时，冷却至室温，用pH值为1~2的稀盐酸溶解，过滤滤去不溶物，蒸馏水冲洗滤渣及滤纸3次，将滤液及洗液转移至250 mL容量瓶中，定容至刻度线，摇匀备用，此即为试液。

移液管吸取10.00 mL试液于锥形瓶中，加入10 mL水稀释，用（1+1）氨水和（1+1）盐酸调节溶液pH至1.8~2.0（pH计检验）。加三滴磺基水杨酸指示剂溶液（100 g/L），用已标定的EDTA溶液缓慢滴定至亮黄色。再在滴定铁后的试液中加入15.00 mL EDTA溶液，加入两滴二甲酚橙指示剂，用（1+4）氨水调至溶液有黄色刚变为红色，然后滴加 3mol/L盐酸3滴，将溶液煮沸3分钟左右。冷却至室温，加入pH=5.8的六亚甲基四胺-盐酸溶液20mL，再补加二甲酚橙两滴，用基准锌溶液滴定至溶液由黄色变为红紫色即为终点。平行滴定三次[4] 数据记录如下： 实验编号 滴铁时消耗EDTA体积V1/ mL 1 2 3

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0.32 0.40 0.32 滴完铁后返滴定V2/ mL 15.00 15.00 15.00 消耗ZnCl2溶液测铝所加EDTA体积体积V/ mL 10.71 10.77 9.92 化学化工学院 合化1001 学生 于振宁 综合实验 第 3 页 共 6页 数据处理：

1V1?(0.32?0.40?0.32)mL?0.35mL3，V2=15.00mL，

1V?(10.71?10.77?9.92)mL?10.47mL3

?c(Fe)?V1?c(EDTA)0.35mL?0.09610mol/L=?3.364?10?3mol/LV(试液)10.00mL

c(Al)?c(EDTA)V(EDTA)?c(ZnCl2)V(ZnCl2)V(试液)0.09610mol/L?15.00mL-0.1014mol/L?10.47mL =10.00mL?0.03798mol/L

c(Al3?)V(Al3?)??(Al2O3)??M(Al2O3)?100%2?1.05880.03798?0.25??102g/mol?100%2?1.0588?45.74% ??(Fe2O3)?c(Fe)V(Fe)M(Fe2O3)?100%2?1.05883.364?10?3mol/L?0.25L??160g/L?100%2?6.35%

4.1.5 明矾的制备

（1）酸溶法：称取5.0 g铝矾土于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中600℃焙烧4h，使其中的α型Al2O3转化为β型Al2O3[6]。将焙烧后的铝矾土置于三口瓶中，加入一定量的50% H2SO4溶液（铝矾土适当过量），加上冷凝回流装置，沸水浴加热，以提取试样中的Al2O3。加热过程中适量补水以维持溶液体积。加热5小时后，冷却至室温，抽滤，收集滤液。 将滤液用NaOH调节pH至14，煮沸并不断搅拌以防止Fe以胶体形式存在，冷却至室温后抽滤，蒸馏水冲洗滤渣，收集滤液和洗液，用2 mol/L硫酸调节pH至最初加硫酸时生成的沉淀消失，然后用（1+2）氨水调节pH至沉淀不再增多[5]（整个过程中，沉淀较少），煮沸并充分搅拌，以保证Al不以胶体存在，冷却至室温后抽滤，收集滤渣，80℃干燥30 min，称量所得白色絮状沉淀为0.1127 g，产量偏低。将白色絮状沉淀转移至50 mL烧杯中，用适量（1+4）硫酸溶解，加入0.3784 g干燥后的硫酸钾固体，加热浓缩至有少量水，此时产物突然变为无法解释的黑色固体，在后来的检验中此黑色固体既不溶于酸又不溶于碱，很难解释产物突然变为黑色的现象，初步猜想为加热浓缩后剩余硫酸变浓碳化某些物质的原因。

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化学化工学院 合化1001 学生 于振宁 综合实验 第 4 页 共 6页 （2）碱溶法：称取1.0 g铝矾土于镍坩埚中，表面覆盖3.8 g NaOH，在马弗炉中600℃下灼烧4个小时，冷却至室温，蒸馏水溶解灼烧后产物，过滤滤去不溶物，蒸馏水冲洗滤渣及滤纸3次，收集滤液及洗液于50 mL烧杯中 ，用2 mol/L硫酸调节pH至最初加硫酸时生成的沉淀消失，然后用（1+2）氨水调节pH至沉淀不再增多（此次沉淀较多），煮沸并充分搅拌，以保证Al不以胶体存在，冷却至室温后抽滤，收集滤渣，80℃干燥30 min，称量所得白色絮状沉淀为0.5506 g ，将白色絮状沉淀转移至50 mL烧杯中，用适量（1+4）硫酸溶解，加入1.8424 g干燥后的硫酸钾固体，加热浓缩至有晶体析出，静置1.5 h，抽滤，得透明光亮白色晶体，用K2SO4和Al2(SO4)3饱和过的（1+1）乙醇溶液洗涤，此时滤纸被抽破一小眼，后赶快连滤纸转入干燥箱中80℃干燥0.5 h，取出后发现滤纸被严重碳化，原因很可能为浓缩后变浓的剩余硫酸所致。小心分出滤纸，称量所得白色透明发亮晶体为3.0 g。

4.1.6产品中铝含量测定[3][4]

移液管移取25.00 mL标准EDTA溶液于250mL容量瓶中，定容至刻度，此溶液浓度即为0.009610 mol/L，同样取25.00 mL基准锌溶液于250 mL容量瓶中定容至刻度，此溶液浓度即为0.01014 mol/L。称取1.1208 g样品，用pH为2~3的稀硫酸50 mL溶解，然后将溶液转移至250 mL容量瓶中，定容至刻度线，此为明矾试液。移液管移取25.00 mL于锥形瓶中，加入30 mL上述稀释的EDTA溶液，加入两滴二甲酚橙指示剂，用（1+4）氨水调至溶液有黄色刚变为红色，然后滴加3 mol/L盐酸3滴，将溶液煮沸3分钟左右。冷却至室温，加入pH=5.8的六亚甲基四胺-盐酸溶液30 mL，再补加二甲酚橙两滴，用上述稀释的基准锌溶液滴定至溶液由黄色变为红紫色即为终点。平行滴定三次。 数据记录如下： 实验编号 1 2 3 数据处理：

1V(EDTA)?(31.01?30.07?30.03)mL?30.37mL3 1V(ZnCl2)?(11.90?11.07?10.94)mL?11.30mL3 c(Al3?)?c(EDTA)V(EDTA)?c(ZnCl2)V(ZnCl2)V(Al3?)0.009610mol/L?30.37mL?0.01014mol/L?11.30mL?25mL?0.007091mol/L

V(EDTA)/ mL 31.01 30.07 30.03 V(ZnCl2)/ mL 11.90 11.07 10.94 济南大学综合实验用纸

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c(Al3?)V(Al3?)??(KAl(SO4)2?12H2O)??M(KAl(SO4)2?12H2O)?100%m(产品)0.007091mol/L?0.25L??474g/mol?100%1.1208g?74.97%

5结果分析

5.1 总产率分析

本实验中由铝矾土碱溶法制明矾，计算其产率为：

3.0g?74.97%?102g/mol474g/mol?2???100%?52.91%1.0g?45.74%

5.2 铝矾土成分分析结果

5.2.1 铝矾土中铁铝含量及分析

ω(Al2O3)=45.74%，ω(Fe2O3)=6.35%

此结果中，铝矾土中氧化铝含量低于理论值[1]（60%~80%），氧化铁含量高于理论值，分析原因如下：

（1）滴定分析中，因pH调节不合适可能导致终点迟钝，以致难以观察终点，造成 较大误差。

（2）灼烧过程中可能因马弗炉温控程序问题，致使灼烧温度较低，从而没有将氧化铝提取完全。

（3）操作问题，加热试液与EDTA混合液时，可能因时间太短使EDTA未完全与Al络合，从而使其含量降低。

（4）滴定过程中滴定速度过快，致使判断终点产生偏差，也使Al含量降低，铁含量偏高。

5.2.2 产品中明矾含量及分析

?(KAl(SO4)2?12H2O)=74.97%

此结果不太理想，纯度较低。分析原因如下：

（1）滴定过程中由于操作问题，致使铝含量偏低，从而使明矾含量降低。

（2）产品由于与滤纸碳化物混合，分离时可能不完全，致使引入外界不明杂质，也使含量降低。

（3）K2SO4后，结晶过程中可能混入过量K2SO4，使铝含量偏低。

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化学化工学院 合化1001 学生 于振宁 综合实验 第 6 页 共 6页 5.2.3 实验中存在问题及原因分析

（1）滴定铁铝含量时，最初实验中终点不出现，可能与二甲酚橙本身性质有关，本身终点不好判断，也有可能磺基水杨酸会与其产生干扰，但最大可能是pH值的影响，最初实验中未运用pH计，使pH调节不准确，使终点不出现或者使终点迟钝。

（2）酸溶法中，实验失败，过程中Al(OH)3沉淀很少，可能为灼烧不完全（温度太低），或者沸水浴温度太低，使氧化铝未完全与硫酸反应。结晶时突然变黑，可能为硫酸碳化某些物质，也有可能是其他不明原因，但归根结底是因为其量太少，而操作又不严谨，也因为设备问题，使某些不可控因素影响产品的制得。

（3）最初标定EDTA时，选择二甲酚橙作指示剂，终点颜色不好判断，致使开始几次标定EDTA不成功，后选用铬黑T，效果良好，终点较敏锐。

6结论

本实验中，尝试用酸溶法和碱溶法提取氧化铝，但酸溶法效果不好，碱溶法产率也不是很高，滴定过程中因pH调节不准确使滴定分析结果重现性不高。本实验中因操作或试剂问题，使产品产率不高。总体来说，本次实验虽然得到期望产品，但产率不高，纯度不够，方法不够成熟，路线设计不太完善，实验效率太低。在以后的研究中，应注重路线的最合理设计和可操作性以及实验操作的严密性。

建议：活化铝矾土使温度适当升高，时间适当加长，酸溶时温度适当提高，可考虑采用油浴，碱溶时，所覆盖NaOH的比例量也应适当提高。滴定分析时，建议采用pH计调节。混合结晶时，可使K2SO4比例适当减少，也可考虑重结晶，另外溶解时所加稀硫酸的量也应严格控制，以防干燥过程中变浓碳化其他物质。明矾遇水本身具腐蚀性，干燥时，最好不要将产品放在滤纸上，以免干燥完后增加产品与滤纸分离的困难。 参考文献

[1]程小苏，曾令可. 铝矾土的组成和工艺性能研究.[J].佛山陶瓷，2004(5):7~9 [2]魏琴，盛永丽.无机及分析化学实验[M].北京：科学出版社.2008.11，212-215 [3]武汉大学.分析化学（上册）.[M]北京：高等教育出版社.2006.7，166-213

[4]陈焕光，李焕然，张大经，谢天尧，黄滨等.分析化学实验.第二版.[M]广州：中山大学出版社，1998.9,72

[5]赵亚娟.铝的分析方法简介.[J].科技风，2010.12（上）:206

[6]吉林大学，武汉大学，南开大学等.无机化学.[M]北京：高等教育出版社,2010.4，454-457

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化学化工学院 合化1001 学生 于振宁 综合实验 第 6 页 共 6页 5.2.3 实验中存在问题及原因分析

（1）滴定铁铝含量时，最初实验中终点不出现，可能与二甲酚橙本身性质有关，本身终点不好判断，也有可能磺基水杨酸会与其产生干扰，但最大可能是pH值的影响，最初实验中未运用pH计，使pH调节不准确，使终点不出现或者使终点迟钝。

（2）酸溶法中，实验失败，过程中Al(OH)3沉淀很少，可能为灼烧不完全（温度太低），或者沸水浴温度太低，使氧化铝未完全与硫酸反应。结晶时突然变黑，可能为硫酸碳化某些物质，也有可能是其他不明原因，但归根结底是因为其量太少，而操作又不严谨，也因为设备问题，使某些不可控因素影响产品的制得。

（3）最初标定EDTA时，选择二甲酚橙作指示剂，终点颜色不好判断，致使开始几次标定EDTA不成功，后选用铬黑T，效果良好，终点较敏锐。

6结论

本实验中，尝试用酸溶法和碱溶法提取氧化铝，但酸溶法效果不好，碱溶法产率也不是很高，滴定过程中因pH调节不准确使滴定分析结果重现性不高。本实验中因操作或试剂问题，使产品产率不高。总体来说，本次实验虽然得到期望产品，但产率不高，纯度不够，方法不够成熟，路线设计不太完善，实验效率太低。在以后的研究中，应注重路线的最合理设计和可操作性以及实验操作的严密性。

建议：活化铝矾土使温度适当升高，时间适当加长，酸溶时温度适当提高，可考虑采用油浴，碱溶时，所覆盖NaOH的比例量也应适当提高。滴定分析时，建议采用pH计调节。混合结晶时，可使K2SO4比例适当减少，也可考虑重结晶，另外溶解时所加稀硫酸的量也应严格控制，以防干燥过程中变浓碳化其他物质。明矾遇水本身具腐蚀性，干燥时，最好不要将产品放在滤纸上，以免干燥完后增加产品与滤纸分离的困难。 参考文献

[1]程小苏，曾令可. 铝矾土的组成和工艺性能研究.[J].佛山陶瓷，2004(5):7~9 [2]魏琴，盛永丽.无机及分析化学实验[M].北京：科学出版社.2008.11，212-215 [3]武汉大学.分析化学（上册）.[M]北京：高等教育出版社.2006.7，166-213

[4]陈焕光，李焕然，张大经，谢天尧，黄滨等.分析化学实验.第二版.[M]广州：中山大学出版社，1998.9,72

[5]赵亚娟.铝的分析方法简介.[J].科技风，2010.12（上）:206

[6]吉林大学，武汉大学，南开大学等.无机化学.[M]北京：高等教育出版社,2010.4，454-457

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