明矾制备

一、前言：明矾的基本性质与用途

明矾，学名为十二水合硫酸铝钾，又称明矾、白矾、钾矾、钾铝矾、钾明矾，是含有结晶水的硫酸钾和硫酸铝的复盐。其分子式是KAl(SO4)2·12H2O，加合式是K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O，相对分子质量为474.39，无色立方，单斜或六方晶体，有玻璃光泽，密度为1.757g/cm，熔点92.5℃。在.5℃时失去9个分子结晶水，200℃时失去12个分子结晶水，溶于水，不溶于乙醇。

明矾性味酸涩，寒，有毒。故有抗菌作用、收敛作用等，可用做中药。明矾还可用于制备铝盐、发酵粉、油漆、鞣料、澄清剂、媒染剂、造纸、防水剂等。

明矾净水是过去民间经常采用的方法，它的原理是明矾在水中可以电离出两种金属离子：KAl(SO4)2= K + Al + 2SO4 ，而Al很容易水解，生成胶状的氢氧化铝Al(OH)3：Al + 3H2O = Al(OH)3（胶体）+ 3H，氢氧化铝胶体的吸附能力很强，可以吸附水里悬浮的杂质，并形成沉淀，使水澄清。所以，明矾是一种较好的净水剂。

3+

+

+

3+

2-3+

3

二、实验目的

（1）学会利用身边易得的废铝材料制备明矾的方法；

（2）巩固溶解度概念及其应用；认识铝和氢氧化铝的两性性质；

（3）练习和掌握溶解、过滤、结晶以及沉淀的转移和洗涤等无机制备中常用的基本操作和

测量产品熔点的方法。

（4）学习从溶液中培养晶体的原理和方法。

三、实验原理

（1）明矾的制备

将废铝样品溶解于稀氢氧化钾溶液中，值得偏铝酸钾：

2Al2KOH2H2O2KAlO23H2

在偏铝酸钾溶液中加入过量的浓硫酸，使其生成溶解度较小的复盐明矾（KAl(SO4)2·12H2O）反应式为：

在不同温度下明矾、硫酸铝、硫酸钾的溶解度（单位：g/100gH2O）如下表所示：

表1.1 明矾、硫酸钾、硫酸铝在不同温度下的溶解度

温度（K） 273 明矾 硫酸铝 硫酸钾 283 293 303 313 333 353 363 3.00 3.95 5.90 8.39 11.7 24.8 71.0 109 31.2 33.5 36.4 40.4 45.8 59.2 73.0 80.8 7.4 9.3 11.1 13.0 14.8 18.2 21.4 22.9 （2）单晶的培养

要使晶体从溶液中析出，从原理上有两种方法。溶解度曲线下方为不饱和区域，若从处于不饱和区域的状态出发，要使晶体析出，一种方法是保持浓度一定，降低温度；另一方法是保持温度一定，增加浓度。

（3）制备工艺路线

废铝 KOH 明矾 溶解 过滤 H2SO4 单晶培养 酸化 浓缩 分离 结晶 图2.1 明矾制备流程图

三、仪器和试剂

（1） 仪器：电子天平、烘箱、布氏漏斗、抽滤瓶、分光光度计、滴定管、容量瓶。 （2） 试剂：氢氧化钾（1.5 mol/L）、硫酸（f）、氨水（1+1）、盐酸（1+1）、EDTA（0.02205mol/L）、

ZnAc2（0.01974mol/L）、二甲酚橙指示剂、20%六次甲基四胺。

四、实验步骤及数据处理

1、明矾的制备

首先清除废铝表层的污染物，洗净，干燥，称重。用1.5mol/L的KOH溶液约50mL溶解2.0842g的废铝，抽滤，按化学计量关系滴加的3 mol/L硫酸，适当加热至沉淀溶解，浓缩，冷却结晶，抽滤，得到明矾晶体25.2280g。

产品回收率为25.2280274742.0842100%68.95%

2、产品定量鉴定

2.1铝离子的定量检测

称取1.0182产品，溶解，用蒸馏水定容至250mL，摇匀。取三个洁净的锥形瓶，分别

-1

移取上述产品溶液20mL，0.02205mol•LEDTA溶液15mL及2滴二甲酚橙指示剂，小心滴加(1+1)NH3•H2O调至溶液恰呈紫红色，然后滴加2滴(1+1)HCl。将溶液煮沸1min，冷却，加入20mL 20％六次甲基四胺溶液，此时溶液应呈黄色，用醋酸锌标准溶液（0.01974mol•L）滴定至溶液由黄色恰变为紫红色即为终点。根据醋酸锌标准溶液所消耗的体积，计算明矾中Al3+的百分含量。

表1.2 产品中Al的定量检测

-1

试剂 EDTA（ml） 醋酸锌（ml） 1号样 15 8.50 2号样 15 8.35 3号样 15 8.35 由于Al3+和Zn2+同EDTA的络合反应，计量系数比均为1∶1，由此可用公式如下公式计算产品中Al3+含量：

Al%cVEDTAcVZn225020M 1.0182100% Al根据上述公式计算产品中铝离子含量为：

表1.3 产品中Al3+的质量百分比

次数

1 2 3 平均值 理论值 5.434 5.696 铝的质量百分比（%） 5.401 5.450 5.450 2.2 硫酸根离子的定量检测

采用比浊法测定硫酸根离子的含量，首先，称取0.091g硫酸钾固体，配置成100mL浓

度为500μg/mL的标准硫酸钾溶液。称取1.018gKAl（SO4）2·12H2O晶体配置成250mL的样品溶液。分别量取0、1.0、2.0、3.0、4.0mLK2SO4标准溶液以及0.5、1.0mL产品溶液移入10mL的比色管中，然后分别加入5ml浓度为1g/mL的 BaCl2溶液，用蒸馏水定容。用分光光度计测量标准系列以及样品的吸光度（波长采用420nm）。

表1.3 产品中硫酸根离子的定量检测

K2SO4（ml） SO4（μg/ml） 吸光度A

2-

0.0 0 0

1.0 50 0.371

2.0 100 0.553

3.0 150 0.775

4.0 200 1.013

S1=0.5 72.93 0.414

S2=1.0 184.20 0.959

硫酸钡悬浊液的吸光光谱图绘制如下：

硫酸钡悬浊液的吸光光谱图1.21y = 0.0049x + 0.050.80.60.40.20050100150硫酸根离子的浓度（μg/ml）图2.2 硫酸钡悬浊液的吸光光谱图

吸光值200250

由表2.3的结果可计算出样品中硫酸根离子的质量百分比为：

表2.4产品中SO42-的质量百分比 次数 1 2 平均值 40.52 理论值 40.51 SO42-质量百分比（%） 35.82 45.23

五、实验相关注意事项

1、 抛光铝片时，小心割伤手。

2、 溶解铝片时，有氢气产生，应在通风橱中进行，实验室中严禁明火！ 3、 加硫酸制氢氧化铝时，反应放热，可以在冰水中进行。

4、 溶液最终体积不易太大，以免溶液未达到饱和，晶体难以析出。

5、 比色法测定硫酸钡时，波长任选，测定前摇匀溶液，确保硫酸钡均匀分散在溶液中。 6、 建议硫酸根标准溶液浓度为500μg/mL。

7、 在晶体培养时，细绳系好晶钟后，液面以下的绳表面要涂上少许凡士林，有利于晶体以

晶种为中心开始生长。