混合碱分析方法的改进

2012-02-05邓艳丽杨诗佳

河南科技学院学报(自然科学版) 2012年4期

邓艳丽,杨诗佳

（1.河南化工职业学院,河南郑州450042；2.河南省有色金属地质矿产局,河南郑州450042）

混合碱分析是生产企业中的一个重要测定项目.所谓混合碱,一般指Na2CO3和NaHCO3或Na2CO3和NaOH的混合物.目前混合碱分析大多采用双指示剂法[1-2].首先制备分析试样液,然后向其中加入第一种指示剂酚酞,使用HCl标准溶液滴定,溶液由红色刚好变为无色为第一终点,读取消耗盐酸标准溶液体积为V1.接着再向这种溶液中加入第二种指示剂甲基橙,继续使用该盐酸标准溶液滴定,溶液由黄色变为橙色为终点,读取此阶段消耗盐酸标液体积为V2.根据V1和V2的关系首先确定混合碱组成,然后再分别计算出每种碱的具体含量.但是由于视觉原因,第一滴定终点溶液由红色变为无色不易准确观察,造成判断不准,影响读数,进而使计算结果不准确[3].此外,在第一等当点时,溶液中主要物质为NaCl和NaHCO3,而在这种测定条件下,溶液pH大约为8.3.酚酞指示剂变色范围pH为8～10,如果滴定至无色,此时溶液pH已经低于8,小于第一等当点的理论值较多,也会使测定结果出现较大误差,有时甚至会造成混合碱组成的错误判断.为了提高混合碱分析测定结果的准确度,目前文献中有很多关于混合碱分析方法改进的报道[4-8],比如：通过改变指示剂提高滴定终点判断的准确度[6]；改变操作步骤采用氯化钡法对混合碱进行分析[7]；利用条件浓度提高混合碱分析的准确度[8]等.但在实际中由于种种原因,没有得到广泛应用.通过一定的理论分析和实验验证,使用pH计法对混合碱进行分析,可以准确判断第一滴定终点,提高混合碱分析的准确度.

pH计法的基本原理与混合碱分析法完全相同,只是确定滴定终点的方法不同.pH计法是根据滴定过程中通过pH计来确定终点,这种方法判断滴定终点更加客观准确,对没有合适指示剂、深色或浑浊溶液等难以使用指示剂判断终点的滴定分析特别有用,并便于实现自动化[9].从混合碱分析的滴定曲线来看,化学计量点时溶液pH突跃不太明显,使用酚酞指示剂误差较大,终点不好观察,使用pH计指示滴定终点效果较好.在一些文献中也有使用pH计指示滴定终点可提高测定结果准确度的报道[6].pH计法对混合碱进行分析具体操作步骤为：pH是氢离子浓度的负对数,溶液中混合碱组分不同,其氢离子浓度不相同,pH也就不同.混合碱分析的第一等当点时pH为8.3,当pH计指示溶液pH为8.3时,就可以确定为混合碱分析的第一滴定终点,停止滴定,读取消耗盐酸标准溶液的体积.再加入甲基橙指示剂,继续用该盐酸标准溶液滴定,溶液由黄色变为橙色为终点,读取此阶段消耗盐酸标准溶液的体积,据此可以对混合碱进行分析.文中通过配制混合碱标准溶液,分别使用双指示剂法和pH计法进行分析,对测定结果进行计算比较,使用pH计确定第一滴定终点,可提高混合碱分析的准确度.

1 实验过程

1.1 仪器试剂

实验仪器：磁力搅拌器；pH计（上海雷磁仪器厂生产,S-3C型,配有复合电极）；电子天平（上海雷磁仪器厂生产,FA2004N型）；50 mL酸式滴定管；其他常用分析仪器

试剂：分析纯Na2CO3,NaHCO3,HCl（Na2CO3,NaHCO3使用前需要在270～300℃温度下恒重）,酚酞指示剂（10 g/L称取10 g分析纯酚酞溶于1 L分析纯乙醇中）、甲基橙指示剂（1 g/L,称取1 g分析纯的甲基橙溶于1 L纯水中）等.

1.2 操作过程

1.2.1 混合碱标准溶液的制备（标准溶液一）在电子天平上准确称取1.5230 g已恒重的基准物Na2CO3和0.5090 g NaHCO3pH计法代替双指示剂法于100 mL烧杯中,在容量瓶中使用无二氧化碳的纯水配制成250.00 mL标准溶液.则标准溶液中两种成分的理论值分别为：Na2CO3%=74.95,NaHCO3%=25.05.

1.2.2 HCl标准滴定溶液的制备用量筒量取浓盐酸8.3 mL于1000 mL烧杯中配成1000 mL 0.1 mol/L盐酸溶液,然后以Na2CO3为基准物,以甲基红-溴甲酚绿为指示剂进行标定,得出该盐酸标准滴定溶液的浓度为0.1182 mol/L[10].

1.2.3 混合碱的分析（pH计法）取1只125 mL的干净烧杯,准确加入25.00 mL的混合碱标准溶液,慢慢加入小磁子,将小烧杯放在磁力搅拌器的磁盘中间,然后分别使用混合磷酸盐标准溶液和硼砂标准溶液将pH计校正好并处在测定状态[5],将复合电极沿烧杯壁慢慢伸入液面以下.将酸式滴定管准备好并调至0刻度线安装好.开启磁力搅拌器,慢慢调好转速.再调节好滴定速度开始滴定,当pH计上读数接近8.3时放慢滴定速度,仔细观察,当读数刚好为8.3时,立即停止滴定,读取此时消耗盐酸标准溶液的体积为V1.再加入2滴甲基橙指示剂,继续用该盐酸标准溶液滴定,溶液由黄色变为橙色为终点,读取此时消耗盐酸标准溶液的总体积为V.平行测定3次.

1.2.4 混合碱的分析（双指示剂法）取1只125 mL的干净锥形瓶,准确加入25.00 mL的混合碱标准溶液,2滴酚酞指示剂,摇匀.使用HCl标准溶液滴定,溶液由红色变为无色为第一终点,读取消耗盐酸标准溶液体积为V1.再加入2滴甲基橙指示剂,继续用该盐酸标准溶液滴定,溶液由黄色变为橙色为终点,读取此时消耗盐酸标准溶液的总体积为V.平行测定3次.

1.2.5 测定结果处理根据盐酸标准溶液的浓度及滴定消耗体积分别计算Na2CO3和NaHCO3的含量.并与混合碱标准溶液准确含量进行比较.

1.2.6 检验性实验为检验测定方法的可靠性,按照1.2.1～1.2.5的测定步骤,相同条件下又配制了Na2CO3和NaHCO3混合碱标准溶液（标准溶液二）,准称Na2CO31.0773 g和1.8865 g NaHCO3,在容量瓶中使用无二氧化碳的纯水配制成250.00 mL标准溶液,浓度分别为Na2CO3%=36.35,NaHCO3%=63.65,分别用使用双指示剂法和pH计法进行测定.

1.3 测定所用物品质量控制

1.3.1 容量仪器的质量控制酸式滴定管应选择A级的,使用前应当进行检验,最大容量允差为±0.05 mL.并做出使用滴定管的校准曲线,对测定体积进行体积校正.同时对测定体积还要进行温度校正.使用已校正的测定体积计算分析结果.对配制标准混合碱溶液的容量瓶要选用A级,最大容量允差为±0.40 mL,也要进行绝对校正后再进行浓度的计算.对移取标准混合碱溶液的移液管要选用A级,最大容量允差为±0.030 mL,也要进行体积校正后进行计算,否则会影响测定结果.使用容量仪器时必须严格按照操作规程进行操作.本实验中使用的仪器的体积均进行检验校正.

1.3.2 电子天平的质量控制电子天平应使用经出厂检验合格的仪器,严格按照操作步骤进行.使用前必须预热,还要使用仪器配备的标准砝码进行校正,使用时动作要轻缓.

1.3.3 酸度计的质量控制酸度计应使用日常维护较好的仪器,各项测定指标经检验正常.严格按操作步骤使用仪器,使用前应使用混合磷酸盐标准溶液和硼砂标准溶液对仪器进行校正.所使用的复合电极使用前应浸泡在含KCl的pH=4的标准缓冲溶液中24 h,这样不仅可以充分润湿玻璃膜表面很薄的水合凝胶层,使复合电极与溶液中的H+离子有良好的响应,同时也可以防止液接界干涸而使液接界电势增大或不稳定,从而影响测定结果.

1.3.4 所需化学试剂的质量控制实验中所使用的化学试剂必须为分析纯及以上级别,且为正规厂家生产,产品合格.规范称取试剂,配制方法合理,取用方法正确.

1.3.5 所需纯水的质量控制本实验所使用纯水均为三级以上,使用前经过检验合格.

2 结果与讨论

2.1 实验结果

在以上实验程序的基础上,所采用的计算公式为：

式中W为质量分数（%）,C为标准溶液的浓度（mol/L）,M为相对分子质量（105.99 g/mol）,V为标准溶液的体积（mL）,m为混合碱的配制标准混合碱溶液Na2CO3和NaHC03质量之和（g）,实验结果见表1和表2.

表1 双指示剂法与pH计法测定比较（标准溶液一）Tab.1 Comparingdatas of the double-indicator and pH meter（standard solution 1）

表2 双指示剂法与pH计法测定比较（标准溶液二）Tab.2 Comparing datas of the double-indicator and pH meter（standard solution 2）

2.2 结果分析

（1）从以上数据分析可知：V1＜V2,混合碱组成为Na2CO3和NaHCO3.

（2）双指示剂法用酚酞指示剂指示第一终点时,容易造成滴定过量,V1偏大,V2偏小,进而使计算出的Na2CO3含量偏高,NaHCO3含量偏低.

（3）分别计算两种方法的测定结果,双指示剂法Na2CO3和NaHCO3测定的质量分数分别为78.63%和20.08%；pH计法测定的质量分别为75.85%和24.31%.通过与混合碱标准溶液真值对比,pH计法可使混合碱分析中Na2CO3含量准确度提高4倍,NaHCO3含量准确度也提高很多.经过精密度计算,两种方法测定结果精密度均很好.使用两种混合碱标准溶液测定比较,pH计法均比双指示剂法准确度高,并具有一定的稳定性.