测定铁矿石中铁的质量分数时，如何确保结果准确可靠？

测定铁矿石中铁的质量分数是冶金工业、地质勘探及质量控制中的关键环节，其结果的准确性直接关系到矿石的经济价值评估和后续冶炼工艺的优化，常用的测定方法主要包括滴定法、重量法、分光光度法及原子吸收光谱法等，其中滴定法（如重铬酸钾滴定法）因操作简便、结果准确、成本较低，成为实验室最常用的方法之一，以下以重铬酸钾滴定法为例，详细介绍测定流程及注意事项。

测定原理与方法选择

铁矿石中铁的存在形式主要为Fe³⁺和Fe²⁺，需通过预处理将铁全部转化为可被滴定的Fe²⁺，重铬酸钾滴定法的核心原理是在酸性介质中，以二苯胺磺酸钠为指示剂，用重铬酸钾标准溶液滴定Fe²⁺，反应如下：
[ \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 6\text{Fe}^{2+} + 14\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 6\text{Fe}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O} ]
该方法的关键步骤包括样品溶解、铁价态转化、滴定操作及结果计算，样品溶解通常采用盐酸-氢氟酸分解硅酸盐，再用氯化亚锡将Fe³⁺还原为Fe²⁺，过量的氯化亚锡需用氯化汞除去，生成氯化亚汞沉淀以消除干扰。

实验步骤与操作要点

1. 样品预处理：称取约0.2000 g铁矿石样品（精确至0.0001 g）于250 mL烧杯中，加入10 mL盐酸，低温加热溶解10 min，再加入5 mL氢氟酸并蒸发至近干，以除去硅，冷却后加入10 mL盐酸，温热使可溶性盐溶解，过滤并用热水洗涤残渣，滤液收集于250 mL锥形瓶中。

2. 铁的还原与除干扰：向滤液中滴加10%氯化亚锡溶液至溶液由黄色变为浅绿色，过量1-2滴，摇匀后静置2 min，迅速加入10 mL饱和氯化汞溶液，此时应有白色丝状氯化亚汞沉淀生成，摇匀后静置3-5 min，确保氯化亚锡完全氧化。

3. 滴定操作：用蒸馏水稀释溶液至150 mL，加入10 mL硫酸-磷酸混酸（以降低Fe³⁺黄色对终点判断的干扰），再加入2-3滴二苯胺磺酸钠指示剂（0.2%），立即用0.017 mol/L重铬酸钾标准溶液滴定至溶液呈稳定的紫色，即为终点，同时进行空白实验。

4. 结果计算：铁的质量分数按下式计算：
   [ w(\text{Fe}) = \frac{c(V - V_0) \times 55.85 \times 10^{-3}}{m} \times 100\% ]
   (c)为重铬酸钾标准溶液浓度（mol/L），(V)为样品消耗体积（mL），(V_0)为空白消耗体积（mL），(m)为样品质量（g），55.85为铁的摩尔质量（g/mol）。

误差来源与质量控制

1. 系统误差：主要包括标准溶液浓度不准、指示剂选择不当或仪器精度问题，需定期标定重铬酸钾标准溶液（采用基准物质草酸钠），并选择合适的指示剂（如邻二氮菲亚铁可提高终点灵敏度）。
2. 操作误差：样品溶解不彻底、还原剂过量不足、滴定速度过快或终点判断过早/过晚均会影响结果，需严格控制加热温度，还原后立即除干扰，滴定近终点时放慢速度并充分摇匀。
3. 环境干扰：空气中氧气可能氧化Fe²⁺，导致结果偏低，实验应避免长时间暴露空气，且滴定需在酸性条件下快速完成。

以下为常见操作步骤中的关键控制点总结：

相关问答FAQs

Q1：为何在滴定前需加入硫酸-磷酸混酸？
A：硫酸提供必要的酸性环境，使滴定反应顺利进行；磷酸能与Fe³⁺形成无色[Fe(HPO₄)]²⁺络合物，降低Fe³⁺的黄色干扰，使终点颜色变化更敏锐（由绿色突变为紫色），同时避免Fe³⁺氧化指示剂导致终点提前。

Q2：实验中氯化汞的使用有何注意事项？
A：氯化汞为剧毒物质，需在通风橱中操作，且加入氯化亚锡后必须静置足够时间，确保氯化亚锡完全氧化为Sn⁴⁺，否则未反应的Sn²⁺会消耗重铬酸钾，导致结果偏高，含汞废液需集中收集并经处理（如硫化物沉淀）后排放，避免环境污染。