Na2S2O3溶液标定方法改进试验

2019-07-25李伟，熊健，周毅，杨灿

湖北农业科学 2019年13期

李伟，熊健，周毅，杨灿

（西藏大学理学院，拉萨 850000）

硫代硫酸钠作为碘量法中常用物质之一，在化工行业，高校以及基层检测单位中用途极为广泛［1，2］。实验室常用重铬酸钾作为基准物质对Na2S2O3溶液进行标定［3，4］，但会产生含铬离子废液，如果处理不当，易对周围水体、土壤和人类生活环境等造成较为严重的污染［5］。鉴于此，Na2S2O3的标定方法有必要向绿色环保方向考虑，根据刘中兴等［6］、杨兵等［7］、杨维强［8］、朱华英等［9］对双氧水和碘化钾性质、反应特点的研究，探讨了利用H2O2标准溶液间接测定Na2S2O3浓度的可能性。

1 试验部分

1.1 仪器和试剂

碘量瓶、水浴锅、容量瓶、滴定管、移液管等。

0.1 mol／L Na2S2O3溶液的配制：称取五水硫代硫酸钠24.80 g于烧杯中，加入约0.2 g碳酸钠并用去离子水溶解，定容至1 L棕色容量瓶，贴上标签放置约 7 d 后待标定；3%H2O2；25%磷酸溶液；20 g／L碘化钾溶液；0.2 mol／L高锰酸钾溶液；0.5%淀粉指示剂（新配）；草酸钠等，以上试剂均为分析纯。

1.2 试验原理

在磷酸作用下，H2O2标准溶液将I-定量氧化为I2，用Na2S2O3滴定至终点，间接测定其浓度，反应方程式如下：

根据上述反应关系，Na2S2O3溶液浓度的计算公式如下：

式中，cNa2S2O3表示Na2S2O3标准溶液的浓度，单位mol／L；cH2O2表示 H2O2溶液的浓度，单位 mol／L；VH2O2表示所用H2O2溶液的体积，单位mL；VNa2S2O3表示消耗Na2S2O3溶液的体积，单位mL。

1.3 试验方法

1.3.1 定性试验分析在定性试验中分别对H2O2、磷酸用量和反应温度进行探讨。试验所用20 g／L碘化钾溶液与25%磷酸混合溶液在静置2 h后滴加淀粉指示剂均无明显变化，说明溶液在该时间段内未被氧化。

1）H2O2浓度的影响。将碘量瓶编号1至5，分别加入20 g／L碘化钾溶液30 mL、25%磷酸溶液6 mL，置于30℃的恒温水浴锅中，再依次加入3%、5%、10%、15%、30%的H2O2溶液1 mL，观察记录为现象1；滴加淀粉指示剂2滴，观察并记录现象2，结果见表1。通过表1试验现象可知，H2O2达到5%时有分解的趋势，不利于目标反应的进行，故选择3%H2O2溶液。

表1 H2O2浓度的影响

2）温度的影响。H2O2在磷酸环境中与碘化钾的反应速率较慢，但在高温中又容易分解，因此设计如下试验，将碘量瓶编号1至5，分别加入3%H2O2溶液 10 mL，分别置于 20、30、40、50、60 ℃的恒温水浴锅中，观察碘量瓶中是否出现气泡，记录现象1，然后依次加入20 g／L碘化钾溶液30 mL和25%磷酸溶液6 mL，观察并记录现象2；最后滴加淀粉指示剂2滴，观察溶液颜色并记录现象3，试验结果见表2。通过表2中现象1可知，当温度为40℃时，H2O2开始分解，与文献一致［6］，现象 2、现象 3 说明 H2O2在磷酸作用下与碘化钾反应能生成碘，最佳试验温度为30℃。

表2 温度的影响

3）磷酸用量的影响。将碘量瓶编号1至5，分别加入 20 g／L碘化钾溶液 30 mL，3% H2O2溶液1 mL，置于30℃的恒温水浴锅中，依次加入25%磷酸溶液 0、2、4、6、8mL，观察溶液变化，并记录现象 1，然后滴加淀粉指示剂2滴，观察记录现象2，结果见表3。通过试验可选择磷酸用量为6 mL。

表3 磷酸用量的影响

1.3.2 单因素定量试验通过大量的定性试验分析，筛选出影响该反应的3个主要因素：磷酸、碘化钾用量以及反应时间。利用重铬酸钾法（n＝6）测得 cNa2S2O3＝0.099 6 mol／L，S1＝0.08%，同时利用 cKMnO4＝0.277 8 mol／L 标定 3%H2O2，测得该 H2O2浓度为0.821 8 mol／L。

1）磷酸用量的影响。将碘量瓶依次编号1至5，分别加入20 g／L碘化钾溶液30 mL和0.821 8 mol／L H2O21.00 mL，再按顺序取 25%磷酸溶液 2、4、6、8、10 mL于碘量瓶，置于30℃恒温水浴锅中，约10 min后滴加淀粉指示剂溶液2滴，溶液变蓝，用Na2S2O3溶液滴定至终点，平行3次，结果见表4。通过表4可知，当磷酸用量达6 mL时，结果趋于稳定，与表3的结论一致。

表4 磷酸用量对硫代硫酸钠标定结果的影响

2）碘化钾用量的影响。将碘量瓶依次编号1至5，分别加入 0.821 8 mol／L H2O2溶液 1.00 mL，25%磷酸溶液6 mL，再依次取20 g／L碘化钾溶液20、30、40、50、60 mL于碘量瓶，置于 30℃恒温水浴锅中，约10 min后滴加淀粉指示剂溶液2滴，溶液变蓝，用Na2S2O3溶液滴定至终点，平行3次，结果见表5。通过表5可知，过量碘化钾能促使反应正向进行，当用量达40 mL时，结果趋于稳定。

3）反应时间的影响。将碘量瓶依次编号1至5，分别取 0.821 8 mol／L H2O2溶液 1.00 mL，25%磷酸溶液 6 mL，20 g／L碘化钾溶液 40 mL于 30℃恒温水浴锅中，分别静置 10、15、20、25、30 min 后，滴加淀粉指示剂溶液2滴，溶液变蓝，用Na2S2O3溶液滴定至终点，平行3次，结果见表6。通过表6发现，增加时间能促使反应正向进行，反应时间为25 min时，结果趋于稳定。

表5 碘化钾用量对硫代硫酸钠标定结果的影响

表6 反应时间对硫代硫酸钠标定结果的影响

1.3.3 正交试验通过单因素试验探究，以磷酸用量、碘化钾用量和反应时间设计正交试验，以Na2S2O3浓度0.099 6 mol／L为参考指标，确定该试验的最佳条件。

2 结果与分析

2.1 正交试验结果

正交试验结果见表7。通过表7得出，各因素影响强弱为：反应时间＞磷酸用量＞碘化钾用量，综合试剂用量和反应时间因素及实践操作等考虑，最佳条件为 25%磷酸溶液6 mL，20 g／L碘化钾溶液40 mL，0.821 8 mol／L 的 H2O2溶液 1.00 mL 反应 30 min，此条件下对 Na2S2O3溶液进行标定（n＝6），测得c＝0.099 4 mol／L，S2＝0.09%。