化学分析法在工业中的应用

张 亮

(广州大学，广东 广州 510000)

引 言

化学分析法是分析化学的一个分支。根据分析方法分类，可以将分析化学分为化学分析法和仪器分析法，二者分别用于常量组分和微量组分的测量，都可用于了解物质的化学组成、含量[1-2]。对于工业生产来说，知道原料和产品的纯度及成分是工业生产的基础。使用化学分析法进行定量分析，能够帮助人们了解到试样中待测组分的含量，因此，化学分析法在工业中有着非常重要的应用。其中，化学分析法又可以分为滴定分析法和重量分析法。

1 滴定分析法在工业上的应用

滴定分析法是化学分析法中主要的定量分析方法，根据滴定反应类型，可分为酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法和沉淀滴定法四大类。滴定分析法即把标准溶液滴入待测溶液中，使其按照化学方程式反应，最后按照反应的化学计量关系、标准溶液的浓度和体积，计算出被测组分的含量[3-4]。

1.1 酸碱滴定法——混合碱的含量分析

酸碱滴定法的反应基础为溶液中的酸碱反应，在混合碱的含量分析中有着重要应用。

工业制造的烧碱(氢氧化钠)，在放置和储存的过程中会因为吸收二氧化碳而混有碳酸钠。在使用时，为了使烧碱更好地发挥作用，提高工业效率，通常需要测定氢氧化钠和碳酸钠的比例，对烧碱进行成分分析。一般使用双指示剂法进行酸碱滴定分析，其基本原理如下：

采用标准HCl溶液为滴定剂，酚酞作为第一指示剂，到达第一化学计量点后，再加甲基橙作为第二指示剂。第一化学计量点时，氢氧化钠被完全中和，生成氯化钠；碳酸钠被中和了一半，生成碳酸氢钠。用酚酞作指示剂，消耗盐酸标准液的体积为V1，滴定反应式见式(1)、式(2)。

(1)

(2)

第二化学计量点时，中间产物碳酸氢钠被中和，生成氯化钠。用甲基橙作指示剂，消耗盐酸标准液的体积为V2，滴定反应式见式(3)。

(3)

根据V1和V2的比例关系并计算，即可确定混合碱的组成和含量。

1.2 EDTA络合滴定法——测定水的硬度

络合滴定法是以络合反应为基础的滴定方法，主要用于金属物质含量的测量。络合反应即金属离子与配位体生成配合物的反应。EDTA(乙二胺四乙酸)络合物具有络合比简单、络合物稳定、反应速率快、颜色易观察等优点，因此成为使用最广泛的络合滴定剂。当金属离子被滴定时，随着EDTA的加入，金属离子被不断络合因而浓度不断减小，直到到达滴定终点使指示剂变色，根据滴定剂的浓度和用量可计算出金属离子含量。

EDTA络合滴定法可用于水的硬度测定。通常将水中含有的钙、镁离子的总量称为水的硬度，将含钙、镁离子含量较多的水称为硬水。硬水对工业生产会产生一定影响：洗涤过程中，如果水的硬度过高，会使肥皂沉淀而影响洗涤效果；在纺织工业上，如果使用了硬度过大的水，会使纺织物粗糙且染色困难。水的硬度是水质的重要监测指标，通过监测可知道水是否适用于特定的工业生产和排放。因此，测量水的硬度对工业用水有着重要意义。应用EDTA络合滴定法测定水的硬度原理如下：

pH=10时，水中的钙、镁离子能与EDTA生成稳定的可溶性无色络合物，滴定时用铬黑T作指示剂。钙、镁离子与铬黑T生成的酒红色络合物的稳定性比钙、镁离子与EDTA生成的无色络合物差。当EDTA滴定时，先将游离的钙、镁离子络合完后，再夺取指示剂络合物中的钙、镁离子，使指示剂释放出来，溶液由酒红色变成蓝色，达到终点。反应方程式如式(4)～式(6)(M为金属离子，In为指示剂的游离态，Y为配位剂)。

(4)

(5)

(6)

1.3 氧化还原滴定——重铬酸钾法测量铁矿石全铁含量

氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定方法。而重铬酸钾法是以重铬酸钾作为滴定剂的氧化还原滴定法，其最重要的应用就是测定含铁量。在工业上，重铬酸钾法更是用于测量铁矿石中全铁含量的标准方法。铁矿石作为商品，在工业和贸易上位居第二，仅次于原油。铁矿石的含铁量是衡量其利用价值的重要标准，含铁量越高的铁矿利用价值越大。所以，准确快速地测量铁矿石中的含铁量是非常有意义的。重铬酸钾法的基本原理是：

用浓盐酸将试样溶解后，用氯化亚锡将三价铁还原为二价铁，见式(7)。

(7)

再加氯化汞与过量氯化亚锡反应除去，见式(8)。

(8)

最后，在酸性介质条件下用重铬酸钾标准溶液滴定二价铁，见式(9)。

(9)

这种方法虽准确度高，但也因为引入了汞而产生环境污染的问题，同时也存在分析过程复杂的缺陷。为了优化该方法，现提倡采用无汞试剂或仪器分析法，但依然存在系统误差大、试剂或仪器昂贵等问题。

1.4 沉淀滴定法——佛尔哈德法测定银合金中银含量

沉淀滴定法是以沉淀溶解平衡为基础的滴定分析法。虽然形成沉淀的反应很多，但有些反应无法满足滴定分析法对于准确度和反应速率的要求，因此可用于滴定分析的反应不多，比较有实际意义的是生成难溶性银盐的沉淀反应，即，银量法。其中，以铁铵矾为指示剂的银量法称为佛尔哈德法。在工业测量中，佛尔哈德法对测量银合金中的银含量十分有用。其基本原理如下：

先用硝酸溶解银合金，后煮沸以免发生副反应，见式(10)。

(10)

再用硫氰酸铵直接滴定银离子，首先生成硫氰酸银沉淀，见式(11)。

(11)

银离子定量沉淀后，过量的硫氰酸铵溶液与指示剂中的铁离子反应生成红色络合物指示终点，见式(12)。

(12)

2 重量分析法

重量分析法是通过称量物质的量或质量变化来确定被测组分含量的定量分析方法，与沉淀滴定法一样，都是以沉淀溶解平衡为基础。其原理比较简单，就是运用主体元素在沉淀分离各步前、后质量守恒。重量分析法在工业上也有一定的应用，可以用于测量饮用水、地表水和废水中硫酸根离子的含量和矿石中主体元素含量的测定。

3 结语

化学分析法具有操作简单、方便快捷、耗时少等优点，且在检测时需要的样品量也很少，这些优点使其在工业生产检测中占有很重要的地位。随着科技不断发展，化学分析法的实验方法不断精进，其在工业质检上的将发挥越来越重要的作用。