浅析准确测定高锰酸盐指数的影响因素

2016-05-19刘秀周宇峰郭志宇陈玲瑚

中国水利 2016年1期

关键词：高锰酸盐烧瓶高锰酸钾

刘秀，周宇峰，郭志宇，陈玲瑚

（1.江苏省苏州市自来水有限公司，215100，苏州；2.江苏省水文水资源勘测局苏州分局，215001，苏州）

浅析准确测定高锰酸盐指数的影响因素

刘秀1，周宇峰2，郭志宇1，陈玲瑚1

（1.江苏省苏州市自来水有限公司，215100，苏州；2.江苏省水文水资源勘测局苏州分局，215001，苏州）

高锰酸盐指数；酸性高锰酸钾；滴定法；氧化还原

水中的亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等还原性无机物和可被氧化的有机物，均可消耗高锰酸钾，因此，高锰酸盐指数常被作为地表水体受有机污染物和还原性无机物污染程度的综合指标。耗氧量的测定是一个复杂的氧化还原反应过程，反应分步进行，并伴有副反应发生，另外容易受反应温度、时间、器皿、试剂等条件影响，过程难以控制，笔者结合工作实践，对高锰酸盐指数的测定进行了深入研究，并对影响因素作了详细分析与研究。

一、实验过程

1.仪器与试剂准备

25mL棕色酸式滴定管×2，250mL三角烧瓶若干，250mL容量瓶，10mL移液管，100mL移液管，八孔数显恒温水浴锅。

纯水，1+3（体积比）硫酸溶液（进口），0.01000mol/L草酸钠标准溶液（基准试剂），0.01000mol/L高锰酸钾标准溶液（亚世A.R.）

2.实验方法和原理

用高锰酸钾在沸水浴酸性的环境下氧化水样中的有机物，30min后取出滴定测量消耗高锰酸钾的量。耗氧量测定过程相对复杂，要准确测定出反应消耗的高锰酸钾的量，就要控制反应过程中各种影响反应效率的因素，这样才能得出精确的数据。

吸取100.00mL充分混匀的水样，置于250mL三角烧瓶中，加入5mL（1+3）的硫酸溶液，用滴定管加入0.01000mol/L高锰酸钾溶液10.00mL，将三角烧瓶放入沸腾的水浴锅内，准确加热30min。取下三角烧瓶待水样冷却至70～80℃时，滴加0.01000mol/L草酸钠溶液10.00mL，然后摇匀。再于白色背景上，用高锰酸钾标准溶液滴定，至溶液呈微红色且30s内不褪色即可,记录用量V1（mL）。向滴定至终点的水样中，趁热加入10.00mL草酸钠标准溶液，立即用高锰酸钾标准溶液滴定至微红色，记录用量V2（mL）。如高锰酸钾溶液浓度为准确的0.01000 mol/L，滴定时用量应为10.00mL，否则可求校正系数：K=10/V2。

最终结果计算公式：

式中，V0为空白试验中高锰酸钾标准溶液消耗量（mL），c为高锰酸钾标准溶液浓度（mol/L），V3为分取水样量（mL）。

二、影响因素及相应分析

1.试剂

（1）硫酸溶液

本次实验使用进口硫酸配制（1+3）硫酸溶液，相对而言进口酸的纯度高、杂质少，配制后能长时间保持微红色，国产硫酸在配制后第二天微红色即会褪去。因而，用进口硫酸可以尽可能减弱由于硫酸试剂带入的还原物质影响。

（2）草酸钠溶液

采用基准试剂来配制草酸钠溶液，精确配制到0.01000mol/L。由于草酸钠溶液具有还原性，长期放置会缓慢氧化，导致浓度不准确，所以采用即时配制或者短期存放，并且使用棕色试剂瓶存放在冰箱中，以减少误差。

（3）高锰酸钾溶液

严格按照生活饮用水标准检验方法（GB/T 5750.7—2006）中规定的方法流程来配制高锰酸钾溶液，并准确配制到0.01000 mol/L。同时也使用棕色试剂瓶存放在冰箱中，并且每次使用时都摇匀并滴定K值，消除试剂带来的误差。

2.仪器

（1）水浴锅

水浴锅的温度需设置为100℃，确保水浴保持沸腾状态，放置三角烧瓶时使用靠近加热管的孔，因水浴锅内加热管分布不均，离加热管较远处的水浴温度可能达不到沸腾的要求。

（2）玻璃仪器

①仪器准备

所有的玻璃仪器都要清洗干净，并晾干备用。移液管和滴定管使用前都要充分润洗。对三角烧瓶严格按照生活饮用水标准检验方法（GB/T 5750.7—2006）中三角烧瓶的预处理方法进行预处理：向250mL三角烧瓶内加入1mL（1+3）硫酸溶液及少量高锰酸钾标准溶液。煮沸数分钟，取下三角烧瓶用草酸钠标准使用溶液滴定至微红色，将溶液弃去。

考虑到按上述处理溶剂的使用量少，不能将三角烧瓶内壁完全处理到，所以将预处理方法作适当改良，即用纯水做水样，按照做样的分析步骤来测定纯水的耗氧量，这样做的优点在于不但可以大面积处理三角烧瓶内壁，将还原物质大量去除，另外由于三角烧瓶本身的不确定因素，在煮沸30min后滴加10mL草酸钠标准溶液时，有的三角烧瓶显色不明显或者颜色变化不正常时可以将其剔除。

②不同壁厚三角烧瓶的选择

高锰酸盐指数的测定是一个不完全的氧化还原反应过程，容易受到环境影响。而三角烧瓶的不同厚度会使得烧瓶内溶液的温度变化过程产生不同，使氧化还原反应程度受到影响。

针对壁厚分别为1.5mm与0.8mm的三角烧瓶，通过一系列实验来考查壁厚对测定结果的影响。图1显示的是不同厚度装有待测溶液的三角烧瓶放入沸腾的水浴锅后的温度变化过程，可以看出薄壁三角烧瓶的温度升得比厚壁的快，但8min后基本都恒定在93.9℃。对比开口大小不同的两种厚壁三角烧瓶的温度变化曲线分析可知，开口大小对于传热总量基本没有影响。

3.实验操作过程

除了上述准备工作对检测结果会产生影响，在实际的操作过程中也有许多需要注意的地方。

（1）空白实验

准确量取100mL纯水，按照水样的实验步骤操作，加试剂、沸水浴30min并取出滴定。特别要注意的是，在滴定空白水样时一定要精确地控制滴定终点，一旦滴过头了颜色过深，一定要重做。因为空白值的精确是最终结果准确的必要基础。

（2）反应温度

因为耗氧量的氧化还原反应是不彻底的反应，所以温度对反应结果有很大影响。国标规定要在沸水浴中加热30min，如果水浴锅内未能沸腾则检测结果会偏低，所以一定要保证检测过程中水浴锅始终处于沸腾状态，并且水浴锅内液面一定要超过三角烧瓶内水样的高度。另外，为避免大量样品放入时水浴锅内温度突然降低而导致温度误差，操作中每次只放入一个样品，每个样品间隔约8min，样品放在沸腾效果好的位置上。

图1 不同规格瓶子温度随时间变化

（3）滴定过程

水样滴定的最佳温度在60～80℃，温度过高会使得来不及反应的草酸钠分解，温度过低会导致反应速度降低，影响滴定终点的判断。因此统一选择水样在80℃左右开始滴加0.01000mol/L草酸钠标准使用溶液10.00mL。经反复验证，水样出水浴后10s将降到80℃左右，所以操作中严格计时，尽可能统一样品的操作条件。高锰酸钾和草酸钠的反应是自催化反应，在反应刚开始时高锰酸钾褪色较慢,滴定速度过快会使高锰酸钾来不及与草酸钠反应,直接分解为Mn2+,影响结果的准确度。

所以在对样品进行滴定时,开始速度不宜太快,待滴加到样品中的Mn2+增多产生催化作用后,滴定速度可稍微加快，这样也有利于提高测定结果的准确度。另外在滴定终点时，一定要尽可能使得颜色与空白样的颜色一致。