沉淀分离-酸碱中和容量法测定硼

梁慧贞青海省核工业地质局

沉淀分离-酸碱中和容量法测定硼

梁慧贞
青海省核工业地质局

试样用酸或碱分解，以碳酸钡沉淀分离铁、铝、钙和镁，硼则以偏硼酸钡留在溶液中，用甲基红作指示剂，准确中和，加入甘露醇或转化糖等多元醇使硼酸定量的转变为具有环状结构的离解度较大的络合酸，因而可用酚酞作指示剂，用氢氧化钠标准溶液滴定。其反应式如下：C3H5(OH)3+H3BO3→C3H5OH·HBO3+ 2H2O；C3H5OH·HBO3+NaOH→C3H5OH·NaBO3+H2O。本法可测定0.2%以上的三氧化二硼。

沉淀分离；酸碱中和；碳酸钠；甘露醇；氢氧化钠

概述

硼在自然界分布广泛，但在地壳中的克拉克值较低，约为0.001%。自然界中的硼只呈化合物形式存在，在火山及盐湖地区常形成较大的硼矿床。它们的产出分布广泛，既可在岩层中，又可在海水、地下水、卤水、油田水、温泉水中，甚至火山喷气中；既可产于古代，又可产于现代。

在自然界硼矿物有120多种，大部分属硼酸盐矿物，占93%；少量呈氧化物，占4%；氢氧化物占2%。在硼矿物中，三氧化二硼含量达5%～50%。

硼矿是一种用途广泛的化工原料，硼与氢、锂、铍等的化合物能燃烧，是高能喷气燃料。硼和硼的化合物，广泛应用于化工、冶金、光学玻璃、国防、原子能、医药、橡胶及轻工业等部门。化学工业用以制造硼砂、硼酸和各种硼的化合物，主要用作洗涤剂、漂白剂、医药及化妆品。冶金工业用作冶炼硼钢。硼砂有熔融金属氧化物的能力，用作冶金熔剂。硬硼钙石可代替萤石用于碱性氧化转炉炼钢。铜铝合金加入微量硼可提高其导电性能。硼在高温下能同氧和氮反应，在冶金工业中常用作去气剂。加0.001%～0.005%的硼到钢中，可提高高温强度，使钢的晶粒细化，提高淬透性。钢表面渗硼后，能显著增加表层硬度，同时也提高化学稳定性。将0.001%～0.003%硼加到可锻铸铁中，可缩短热处理时间，使石墨细化，分布均匀。在国防航天工业中，硼的化合物可作高能喷气燃料和火箭燃料。碳化硼用于制造喷气机叶片和金属陶瓷。氮化硼是超高温、超硬质材料，用以制造火箭喷嘴、燃烧室内衬等。硼的同位素吸收中子能力强，所以硼化物在原子反应堆中用作控制棒调节器和防护屏材料。塑料加入硼就具备防辐射性能。硼还大量用于玻璃、陶瓷工业，制造高品质耐热硼硅酸玻璃、玻璃纤维、绝缘材料和玻璃钢。硼和钴、钛、镍等可制成金属陶瓷。硼还用于制造搪瓷和珐琅、彩釉等。此外，硼还用作防腐剂、焊接剂、制造高硬度研磨材料。近年来，硼晶体用于制作滤光器、热敏电阻和耐热耐腐蚀窗口。高纯硼可作为半导体材料硅和锗的掺杂剂。

硼位于元素周期表第二周期第三族中，硼的性质却大部分与第四族的硅相似。硼是亲石和亲生物元素。硼与氧结合主要呈共价键而不形成离子键。硼酸盐的特点是易于水解，并产生氢氧化硼沉淀。硼的测定。

1.试剂

碳酸钾或碳酸钠。

氢氧化钠。

盐酸。

硝酸。

混合酸（盐酸：硝酸=4:1）：水=1:1。

氯化钡 30%的水溶液。

甘露醇或转化糖。转化糖制备手续：称取蔗糖（白糖或冰糖）2000g，置于3000 mL玻璃瓶中，将刚煮沸并冷至40～50℃的蒸馏水注入瓶中，搅动使糖溶解，加入10mL盐酸，加水稀释至3000mL，用脱脂棉过滤，转化时间一般夏季需40h以上，冬季需5d以上。使用前以酚酞作指示剂，以新配制的20%的氢氧化钠溶液中和至微红色。

氢氧化钠标准溶液 0.05mol/L或0.1mol/L 用苯二甲酸氢钾标定其浓度。

甲基红指示剂 0.1%的乙醇溶液。

酚酞指示剂 0.1%的乙醇溶液。

2.分析步骤

⑴酸分解

准确称取0.3g试样，置于200mL烧杯中，用少许水润湿。加入混合酸15mL，盖上表面皿，于电热板上微沸30-40min，并随时补加混合酸使体积保持在7-8mL。取下，用水吹洗表面皿和杯壁，加入氯化钡溶液10mL，用水稀释至40mL。

⑵碱熔融分解

准确称取0.3g试样，用碳酸钾或碳酸钠在850℃马弗炉中熔融于铁或镍坩埚中，取出，放入盛有沸水的250 mL烧杯中，浸泡过夜。用水洗出坩埚，加热使熔块完全分解，加入甲基红指示剂5滴，用盐酸酸化。滴加50%氢氧化钠溶液中和至氢氧化铁沉淀析出，再用（1+1）盐酸将沉淀溶解。

将上述酸分解或碱熔融分解制备的溶液，加热煮沸，取下，加入甲基红指示剂5滴，用粉末状碳酸钠（或碳酸钠饱和溶液）中和至指示剂为黄色，置于电热板上，煮沸片刻，取下，迅速冷却，定溶于100 mL容量瓶中，澄清。取清液20 mL于250 mL烧杯中，加入甲基红指示剂2滴，用0.1mol/L盐酸中和至红色，煮沸约20min，以驱尽二氧化碳，取下，迅速冷却，用3%氢氧化钠溶液中和至刚变为黄色，加入酚酞指示剂10滴和甘露醇1g（或转化糖5mL），用氢氧化钠标准溶液滴定至溶液呈现红色，再加入甘露醇1g（或转化糖5mL），如红色消失，则继续滴定至溶液呈现红色，重复数次，直至红色不消失为终点。

c—氢氧化钠标准溶液的浓度，mol/L

V—消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL

G—称取试样的质量，g

34.81—1/2三氧化二硼的摩尔质量，g/mol

3.注意事项

⑴硼酸是一种弱酸，它的盐易于水解，因此不能直接用碱滴定，否则会出现可逆反应，加入甘露醇，它可与硼酸形成具有环状结构的离解度较强的配位（络合）酸，这种配位（络合）酸的解离常数比硼酸的解离常数大一万倍以上，借此性质用碱直接滴定。

⑵转化糖溶液配制时出现黄色，则调节酸度时将发生困难，可加入活性炭，然后滤出透明清液使用。配置好的转化糖溶液不宜放置过久，一般不要超过两个星期。

⑶加甘露醇（或转化糖溶液）应分次加，加入时不断搅拌使之反应完全，否则结果偏低。

⑷含氟高的试样不适用本法测定硼。

⑸测定高含量的试样时，可采用浓度较大的氢氧化钠标准溶液。

[1]岩石矿物分析.第三分册《/岩石矿物分析》编委会编著. [S].2011.北京：地质出版社

[2]非金属矿工业手册编辑委员会.1991.非金属矿工业手册（下）[M].北京：冶金工业出版社