混合堿滴定分析

楊文靜， 黎學(xué)明， 李武林， 牛麗丹

(重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，重慶400044)

0 引言

混合堿一般是由碳酸鈉、碳酸氫鈉以及氫氧化鈉的一種或幾種組成。混合堿滴定分析是分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的重要組成部分，而目前廣泛使用的滴定方法是酚酞+甲基橙雙指示劑法，其測定結(jié)果準(zhǔn)確度及重現(xiàn)性較差［1-2］。為解決上述問題，眾多改進(jìn)和替代方法早已報(bào)道，如使用混合指示劑法［3-5］、利用碳酸鈉和碳酸氫鈉在氯化鈉水溶液中溶解度不同的分離法［6］、碳酸鋇沉淀分離法［7-8］、電位滴定法［9］、等離子體原子反射光譜法［10-11］等，但這些方法均比較耗時(shí)，且操作者不易掌握。廢渣中混有一部分有色雜質(zhì)，使滴定分析結(jié)果的可靠性不高。本文通過對雙指示劑法測定混合堿中指示劑進(jìn)行優(yōu)化，能夠較準(zhǔn)確地判斷滴定終點(diǎn)，滴定結(jié)果的準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性均比較好［12-15］。

1 混合堿測定原理

混合堿滴定通常采用標(biāo)準(zhǔn)HCl溶液為滴定劑來計(jì)算產(chǎn)品純度，其滴定總反應(yīng)式為:

第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)的滴定反應(yīng)式為:

溶液中NaOH全部中和;Na2CO3只被滴定到NaHCO3，即只中和了一半。第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)的滴定反應(yīng)式為:

第一步生成的NaHCO3被進(jìn)一步中和為CO2。

碳酸鈉為多元弱堿，其 Kb1=1．79×10－4，Kb2=2．38 ×10－8，Kb1/Kb2≈104，基本滿足被強(qiáng)酸準(zhǔn)確滴定以及分布滴定的條件(CKb≥10－8。Kb1/Kb2≥104)。

根據(jù)其水解常數(shù)，通過計(jì)算可以得到如圖1所示的碳酸鈉分布系數(shù)曲線。

圖1 碳酸鹽分布曲線

從圖1可以看出，第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，pH約為8．31，由于CO2－3的Kb1/Kb2的值略小于104，使滴定的第一個(gè)突躍不明顯，當(dāng)用酚酞作指示劑時(shí)，酚酞從紅色到無色的變化不是很敏銳，終點(diǎn)誤差較大。第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，pH約為3．88，溶液容易生成H2CO3過飽和溶液，影響第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的準(zhǔn)確判斷。使得結(jié)果的準(zhǔn)確度及重現(xiàn)性較差［16］。

2 實(shí)驗(yàn)

2．1 指示劑的選擇

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果，選取酚酞、甲酚紅-百里酚藍(lán)作為第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn)指示劑，甲基橙作為第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn)指示劑，比較不同指示劑時(shí)滴定的準(zhǔn)確度。

2．2 混合堿液

(1)標(biāo)準(zhǔn)混合堿溶液配置。稱取 2．674 9 g Na2CO3和1．987 5 g NaOH 于100 mL小燒杯中，用少量蒸餾水溶解并定量轉(zhuǎn)移到1 000 mL容量瓶，稀釋到相應(yīng)刻度，并搖勻。

(2)稱取4 g重慶某化工廠提供的堿樣，加熱溶于100 ml小燒杯中并定量轉(zhuǎn)移到1 000 ml容量瓶，稀釋到相應(yīng)刻度，并搖勻。

2．3 滴定分析

用25．00 mL移液管移取25．00 mL溶液于250 mL錐形瓶中，分別加入上述指示劑，以HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液(0．095 2 mol/L)滴定，平行測定3次。

3 結(jié)果討論

3．1 第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn)指示劑比較

由表1可以看出，使用酚酞作為第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn)指示劑，由于其是從紅色變到無色，顏色變化不是很敏銳，滴定劑鹽酸用量很容易過等當(dāng)點(diǎn)。如果使用甲酚紅-百里酚藍(lán)指示劑，其接近化學(xué)等當(dāng)點(diǎn)時(shí)顏色是由紫色變?yōu)槊倒寮t色，變化敏銳，其滴定劑用量較少。通過理論計(jì)算可以得知，當(dāng)混合堿溶液達(dá)到第一化學(xué)等當(dāng)點(diǎn)時(shí)，鹽酸用量約為19．68 mL?？梢?，采用酚酞作為指示劑的結(jié)果偏大，而使用甲酚紅-百里酚藍(lán)作為指示劑的滴定結(jié)果更為合理。

表1 混合堿滴定第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn)消耗鹽酸量

3．2 第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn)準(zhǔn)確性比較

采用甲基橙作為第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn)指示劑，對混合堿樣進(jìn)行分析，并通過BaCl2法對第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn)鹽酸用量進(jìn)行了比較，結(jié)果如表2所示。

表2 混合堿滴定第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn)消耗鹽酸量

從表2中可以看出，采用雙指示劑法滴定的結(jié)果與BaCl2法得到的結(jié)果非常接近，說明采用甲基橙作為第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn)指示劑還是比較準(zhǔn)確。下述分析混合堿樣時(shí)采用甲酚紅-百里酚藍(lán)作為第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn)指示劑，甲基橙作為第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn)指示劑。

3．3 混合堿樣的分析

重慶某化工廠提供的樣品呈黑色，溶于水中后形成的溶液略顯黃色，采用傳統(tǒng)的雙指示劑法滴定結(jié)果重現(xiàn)性也不好。采用上述建立的方法對未知堿樣進(jìn)行分析，并采用電位滴定法對結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果如表3所示。

表3 未知堿樣滴定分析結(jié)果

從滴定結(jié)果來看，雙指示劑法滴定結(jié)果與電位滴定結(jié)果非常接近，可以作為該化工廠堿樣的化學(xué)分析檢測方法。

3．4 注意事項(xiàng)

(1)混合堿滴定快到終點(diǎn)時(shí)有可能生成H2CO3飽和溶液，pH為3．9。為了防止終點(diǎn)提前，需在接近終點(diǎn)時(shí)劇烈振蕩溶液或加熱以驅(qū)除CO2，本文采用的是加熱溶液。

(2)本文采用雙指示劑法測定混合堿的含量時(shí)，使用了甲酚紅-百里酚藍(lán)(由紫色至玫瑰紅)、甲基橙(由黃色至橙色)，顏色變化明顯，消除了主觀因素，分析結(jié)果準(zhǔn)確度較高，溶液中含少量有色雜質(zhì)也不會影響滴定結(jié)果。

4 結(jié)語

混合堿含量的測定時(shí)使用甲酚紅-百里酚藍(lán)+甲基橙雙指示劑進(jìn)行滴定，通過消耗的鹽酸的體積計(jì)算混合堿中的組分與含量，整個(gè)操作簡潔實(shí)用，測定結(jié)果較為準(zhǔn)確，有較大推廣價(jià)值。

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