化學分析法在工業中的應用

張 亮

(廣州大學，廣東 廣州 510000)

引 言

化學分析法是分析化學的一個分支。根據分析方法分類，可以將分析化學分為化學分析法和儀器分析法，二者分別用于常量組分和微量組分的測量，都可用于了解物質的化學組成、含量[1-2]。對于工業生產來說，知道原料和產品的純度及成分是工業生產的基礎。使用化學分析法進行定量分析，能夠幫助人們了解到試樣中待測組分的含量，因此，化學分析法在工業中有著非常重要的應用。其中，化學分析法又可以分為滴定分析法和重量分析法。

1 滴定分析法在工業上的應用

滴定分析法是化學分析法中主要的定量分析方法，根據滴定反應類型，可分為酸堿滴定法、絡合滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法四大類。滴定分析法即把標準溶液滴入待測溶液中，使其按照化學方程式反應，最后按照反應的化學計量關系、標準溶液的濃度和體積，計算出被測組分的含量[3-4]。

1.1 酸堿滴定法——混合堿的含量分析

酸堿滴定法的反應基礎為溶液中的酸堿反應，在混合堿的含量分析中有著重要應用。

工業制造的燒堿(氫氧化鈉)，在放置和儲存的過程中會因為吸收二氧化碳而混有碳酸鈉。在使用時，為了使燒堿更好地發揮作用，提高工業效率，通常需要測定氫氧化鈉和碳酸鈉的比例，對燒堿進行成分分析。一般使用雙指示劑法進行酸堿滴定分析，其基本原理如下：

采用標準HCl溶液為滴定劑，酚酞作為第一指示劑，到達第一化學計量點后，再加甲基橙作為第二指示劑。第一化學計量點時，氫氧化鈉被完全中和，生成氯化鈉；碳酸鈉被中和了一半，生成碳酸氫鈉。用酚酞作指示劑，消耗鹽酸標準液的體積為V1，滴定反應式見式(1)、式(2)。

(1)

(2)

第二化學計量點時，中間產物碳酸氫鈉被中和，生成氯化鈉。用甲基橙作指示劑，消耗鹽酸標準液的體積為V2，滴定反應式見式(3)。

(3)

根據V1和V2的比例關系并計算，即可確定混合堿的組成和含量。

1.2 EDTA絡合滴定法——測定水的硬度

絡合滴定法是以絡合反應為基礎的滴定方法，主要用于金屬物質含量的測量。絡合反應即金屬離子與配位體生成配合物的反應。EDTA(乙二胺四乙酸)絡合物具有絡合比簡單、絡合物穩定、反應速率快、顏色易觀察等優點，因此成為使用最廣泛的絡合滴定劑。當金屬離子被滴定時，隨著EDTA的加入，金屬離子被不斷絡合因而濃度不斷減小，直到到達滴定終點使指示劑變色，根據滴定劑的濃度和用量可計算出金屬離子含量。

EDTA絡合滴定法可用于水的硬度測定。通常將水中含有的鈣、鎂離子的總量稱為水的硬度，將含鈣、鎂離子含量較多的水稱為硬水。硬水對工業生產會產生一定影響：洗滌過程中，如果水的硬度過高，會使肥皂沉淀而影響洗滌效果；在紡織工業上，如果使用了硬度過大的水，會使紡織物粗糙且染色困難。水的硬度是水質的重要監測指標，通過監測可知道水是否適用于特定的工業生產和排放。因此，測量水的硬度對工業用水有著重要意義。應用EDTA絡合滴定法測定水的硬度原理如下：

pH=10時，水中的鈣、鎂離子能與EDTA生成穩定的可溶性無色絡合物，滴定時用鉻黑T作指示劑。鈣、鎂離子與鉻黑T生成的酒紅色絡合物的穩定性比鈣、鎂離子與EDTA生成的無色絡合物差。當EDTA滴定時，先將游離的鈣、鎂離子絡合完后，再奪取指示劑絡合物中的鈣、鎂離子，使指示劑釋放出來，溶液由酒紅色變成藍色，達到終點。反應方程式如式(4)～式(6)(M為金屬離子，In為指示劑的游離態，Y為配位劑)。

(4)

(5)

(6)

1.3 氧化還原滴定——重鉻酸鉀法測量鐵礦石全鐵含量

氧化還原滴定法是以氧化還原反應為基礎的滴定方法。而重鉻酸鉀法是以重鉻酸鉀作為滴定劑的氧化還原滴定法，其最重要的應用就是測定含鐵量。在工業上，重鉻酸鉀法更是用于測量鐵礦石中全鐵含量的標準方法。鐵礦石作為商品，在工業和貿易上位居第二，僅次于原油。鐵礦石的含鐵量是衡量其利用價值的重要標準，含鐵量越高的鐵礦利用價值越大。所以，準確快速地測量鐵礦石中的含鐵量是非常有意義的。重鉻酸鉀法的基本原理是：

用濃鹽酸將試樣溶解后，用氯化亞錫將三價鐵還原為二價鐵，見式(7)。

(7)

再加氯化汞與過量氯化亞錫反應除去，見式(8)。

(8)

最后，在酸性介質條件下用重鉻酸鉀標準溶液滴定二價鐵，見式(9)。

(9)

這種方法雖準確度高，但也因為引入了汞而產生環境污染的問題，同時也存在分析過程復雜的缺陷。為了優化該方法，現提倡采用無汞試劑或儀器分析法，但依然存在系統誤差大、試劑或儀器昂貴等問題。

1.4 沉淀滴定法——佛爾哈德法測定銀合金中銀含量

沉淀滴定法是以沉淀溶解平衡為基礎的滴定分析法。雖然形成沉淀的反應很多，但有些反應無法滿足滴定分析法對于準確度和反應速率的要求，因此可用于滴定分析的反應不多，比較有實際意義的是生成難溶性銀鹽的沉淀反應，即，銀量法。其中，以鐵銨礬為指示劑的銀量法稱為佛爾哈德法。在工業測量中，佛爾哈德法對測量銀合金中的銀含量十分有用。其基本原理如下：

先用硝酸溶解銀合金，后煮沸以免發生副反應，見式(10)。

(10)

再用硫氰酸銨直接滴定銀離子，首先生成硫氰酸銀沉淀，見式(11)。

(11)

銀離子定量沉淀后，過量的硫氰酸銨溶液與指示劑中的鐵離子反應生成紅色絡合物指示終點，見式(12)。

(12)

2 重量分析法

重量分析法是通過稱量物質的量或質量變化來確定被測組分含量的定量分析方法，與沉淀滴定法一樣，都是以沉淀溶解平衡為基礎。其原理比較簡單，就是運用主體元素在沉淀分離各步前、后質量守恒。重量分析法在工業上也有一定的應用，可以用于測量飲用水、地表水和廢水中硫酸根離子的含量和礦石中主體元素含量的測定。

3 結語

化學分析法具有操作簡單、方便快捷、耗時少等優點，且在檢測時需要的樣品量也很少，這些優點使其在工業生產檢測中占有很重要的地位。隨著科技不斷發展，化學分析法的實驗方法不斷精進，其在工業質檢上的將發揮越來越重要的作用。