沉淀分離-酸堿中和容量法測(cè)定硼

梁慧貞青海省核工業(yè)地質(zhì)局

沉淀分離-酸堿中和容量法測(cè)定硼

梁慧貞
青海省核工業(yè)地質(zhì)局

試樣用酸或堿分解，以碳酸鋇沉淀分離鐵、鋁、鈣和鎂，硼則以偏硼酸鋇留在溶液中，用甲基紅作指示劑，準(zhǔn)確中和，加入甘露醇或轉(zhuǎn)化糖等多元醇使硼酸定量的轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂协h(huán)狀結(jié)構(gòu)的離解度較大的絡(luò)合酸，因而可用酚酞作指示劑，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。其反應(yīng)式如下：C3H5(OH)3+H3BO3→C3H5OH·HBO3+ 2H2O；C3H5OH·HBO3+NaOH→C3H5OH·NaBO3+H2O。本法可測(cè)定0.2%以上的三氧化二硼。

沉淀分離；酸堿中和；碳酸鈉；甘露醇；氫氧化鈉

概述

硼在自然界分布廣泛，但在地殼中的克拉克值較低，約為0.001%。自然界中的硼只呈化合物形式存在，在火山及鹽湖地區(qū)常形成較大的硼礦床。它們的產(chǎn)出分布廣泛，既可在巖層中，又可在海水、地下水、鹵水、油田水、溫泉水中，甚至火山噴氣中；既可產(chǎn)于古代，又可產(chǎn)于現(xiàn)代。

在自然界硼礦物有120多種，大部分屬硼酸鹽礦物，占93%；少量呈氧化物，占4%；氫氧化物占2%。在硼礦物中，三氧化二硼含量達(dá)5%～50%。

硼礦是一種用途廣泛的化工原料，硼與氫、鋰、鈹?shù)鹊幕衔锬苋紵歉吣車姎馊剂稀Ｅ鸷团鸬幕衔铮瑥V泛應(yīng)用于化工、冶金、光學(xué)玻璃、國(guó)防、原子能、醫(yī)藥、橡膠及輕工業(yè)等部門。化學(xué)工業(yè)用以制造硼砂、硼酸和各種硼的化合物，主要用作洗滌劑、漂白劑、醫(yī)藥及化妝品。冶金工業(yè)用作冶煉硼鋼。硼砂有熔融金屬氧化物的能力，用作冶金熔劑。硬硼鈣石可代替螢石用于堿性氧化轉(zhuǎn)爐煉鋼。銅鋁合金加入微量硼可提高其導(dǎo)電性能。硼在高溫下能同氧和氮反應(yīng)，在冶金工業(yè)中常用作去氣劑。加0.001%～0.005%的硼到鋼中，可提高高溫強(qiáng)度，使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性。鋼表面滲硼后，能顯著增加表層硬度，同時(shí)也提高化學(xué)穩(wěn)定性。將0.001%～0.003%硼加到可鍛鑄鐵中，可縮短熱處理時(shí)間，使石墨細(xì)化，分布均勻。在國(guó)防航天工業(yè)中，硼的化合物可作高能噴氣燃料和火箭燃料。碳化硼用于制造噴氣機(jī)葉片和金屬陶瓷。氮化硼是超高溫、超硬質(zhì)材料，用以制造火箭噴嘴、燃燒室內(nèi)襯等。硼的同位素吸收中子能力強(qiáng)，所以硼化物在原子反應(yīng)堆中用作控制棒調(diào)節(jié)器和防護(hù)屏材料。塑料加入硼就具備防輻射性能。硼還大量用于玻璃、陶瓷工業(yè)，制造高品質(zhì)耐熱硼硅酸玻璃、玻璃纖維、絕緣材料和玻璃鋼。硼和鈷、鈦、鎳等可制成金屬陶瓷。硼還用于制造搪瓷和琺瑯、彩釉等。此外，硼還用作防腐劑、焊接劑、制造高硬度研磨材料。近年來(lái)，硼晶體用于制作濾光器、熱敏電阻和耐熱耐腐蝕窗口。高純硼可作為半導(dǎo)體材料硅和鍺的摻雜劑。

硼位于元素周期表第二周期第三族中，硼的性質(zhì)卻大部分與第四族的硅相似。硼是親石和親生物元素。硼與氧結(jié)合主要呈共價(jià)鍵而不形成離子鍵。硼酸鹽的特點(diǎn)是易于水解，并產(chǎn)生氫氧化硼沉淀。硼的測(cè)定。

1.試劑

碳酸鉀或碳酸鈉。

氫氧化鈉。

鹽酸。

硝酸。

混合酸（鹽酸：硝酸=4:1）：水=1:1。

氯化鋇 30%的水溶液。

甘露醇或轉(zhuǎn)化糖。轉(zhuǎn)化糖制備手續(xù)：稱取蔗糖（白糖或冰糖）2000g，置于3000 mL玻璃瓶中，將剛煮沸并冷至40～50℃的蒸餾水注入瓶中，攪動(dòng)使糖溶解，加入10mL鹽酸，加水稀釋至3000mL，用脫脂棉過(guò)濾，轉(zhuǎn)化時(shí)間一般夏季需40h以上，冬季需5d以上。使用前以酚酞作指示劑，以新配制的20%的氫氧化鈉溶液中和至微紅色。

氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液 0.05mol/L或0.1mol/L 用苯二甲酸氫鉀標(biāo)定其濃度。

甲基紅指示劑 0.1%的乙醇溶液。

酚酞指示劑 0.1%的乙醇溶液。

2.分析步驟

⑴酸分解

準(zhǔn)確稱取0.3g試樣，置于200mL燒杯中，用少許水潤(rùn)濕。加入混合酸15mL，蓋上表面皿，于電熱板上微沸30-40min，并隨時(shí)補(bǔ)加混合酸使體積保持在7-8mL。取下，用水吹洗表面皿和杯壁，加入氯化鋇溶液10mL，用水稀釋至40mL。

⑵堿熔融分解

準(zhǔn)確稱取0.3g試樣，用碳酸鉀或碳酸鈉在850℃馬弗爐中熔融于鐵或鎳坩堝中，取出，放入盛有沸水的250 mL燒杯中，浸泡過(guò)夜。用水洗出坩堝，加熱使熔塊完全分解，加入甲基紅指示劑5滴，用鹽酸酸化。滴加50%氫氧化鈉溶液中和至氫氧化鐵沉淀析出，再用（1+1）鹽酸將沉淀溶解。

將上述酸分解或堿熔融分解制備的溶液，加熱煮沸，取下，加入甲基紅指示劑5滴，用粉末狀碳酸鈉（或碳酸鈉飽和溶液）中和至指示劑為黃色，置于電熱板上，煮沸片刻，取下，迅速冷卻，定溶于100 mL容量瓶中，澄清。取清液20 mL于250 mL燒杯中，加入甲基紅指示劑2滴，用0.1mol/L鹽酸中和至紅色，煮沸約20min，以驅(qū)盡二氧化碳，取下，迅速冷卻，用3%氫氧化鈉溶液中和至剛變?yōu)辄S色，加入酚酞指示劑10滴和甘露醇1g（或轉(zhuǎn)化糖5mL），用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈現(xiàn)紅色，再加入甘露醇1g（或轉(zhuǎn)化糖5mL），如紅色消失，則繼續(xù)滴定至溶液呈現(xiàn)紅色，重復(fù)數(shù)次，直至紅色不消失為終點(diǎn)。

c—?dú)溲趸c標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L

V—消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL

G—稱取試樣的質(zhì)量，g

34.81—1/2三氧化二硼的摩爾質(zhì)量，g/mol

3.注意事項(xiàng)

⑴硼酸是一種弱酸，它的鹽易于水解，因此不能直接用堿滴定，否則會(huì)出現(xiàn)可逆反應(yīng)，加入甘露醇，它可與硼酸形成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的離解度較強(qiáng)的配位（絡(luò)合）酸，這種配位（絡(luò)合）酸的解離常數(shù)比硼酸的解離常數(shù)大一萬(wàn)倍以上，借此性質(zhì)用堿直接滴定。

⑵轉(zhuǎn)化糖溶液配制時(shí)出現(xiàn)黃色，則調(diào)節(jié)酸度時(shí)將發(fā)生困難，可加入活性炭，然后濾出透明清液使用。配置好的轉(zhuǎn)化糖溶液不宜放置過(guò)久，一般不要超過(guò)兩個(gè)星期。

⑶加甘露醇（或轉(zhuǎn)化糖溶液）應(yīng)分次加，加入時(shí)不斷攪拌使之反應(yīng)完全，否則結(jié)果偏低。

⑷含氟高的試樣不適用本法測(cè)定硼。

⑸測(cè)定高含量的試樣時(shí)，可采用濃度較大的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液。

[1]巖石礦物分析.第三分冊(cè)《/巖石礦物分析》編委會(huì)編著. [S].2011.北京：地質(zhì)出版社

[2]非金屬礦工業(yè)手冊(cè)編輯委員會(huì).1991.非金屬礦工業(yè)手冊(cè)（下）[M].北京：冶金工業(yè)出版社