Na2S2O3溶液標定方法改進試驗

李 偉，熊 健，周 毅，楊 燦

（西藏大學理學院，拉薩 850000）

硫代硫酸鈉作為碘量法中常用物質之一，在化工行業，高校以及基層檢測單位中用途極為廣泛［1，2］。實驗室常用重鉻酸鉀作為基準物質對Na2S2O3溶液進行標定［3，4］，但會產生含鉻離子廢液，如果處理不當，易對周圍水體、土壤和人類生活環境等造成較為嚴重的污染［5］。鑒于此，Na2S2O3的標定方法有必要向綠色環保方向考慮，根據劉中興等［6］、楊兵等［7］、楊維強［8］、朱華英等［9］對雙氧水和碘化鉀性質、反應特點的研究，探討了利用H2O2標準溶液間接測定Na2S2O3濃度的可能性。

1 試驗部分

1.1 儀器和試劑

碘量瓶、水浴鍋、容量瓶、滴定管、移液管等。

0.1 mol／L Na2S2O3溶液的配制：稱取五水硫代硫酸鈉24.80 g于燒杯中，加入約0.2 g碳酸鈉并用去離子水溶解，定容至1 L棕色容量瓶，貼上標簽放置約 7 d 后待標定；3%H2O2；25%磷酸溶液；20 g／L碘化鉀溶液；0.2 mol／L高錳酸鉀溶液；0.5%淀粉指示劑（新配）；草酸鈉等，以上試劑均為分析純。

1.2 試驗原理

在磷酸作用下，H2O2標準溶液將I-定量氧化為I2，用Na2S2O3滴定至終點，間接測定其濃度，反應方程式如下：

根據上述反應關系，Na2S2O3溶液濃度的計算公式如下：

式中，cNa2S2O3表示Na2S2O3標準溶液的濃度，單位mol／L；cH2O2表示 H2O2溶液的濃度，單位 mol／L；VH2O2表示所用H2O2溶液的體積，單位mL；VNa2S2O3表示消耗Na2S2O3溶液的體積，單位mL。

1.3 試驗方法

1.3.1 定性試驗分析 在定性試驗中分別對H2O2、磷酸用量和反應溫度進行探討。試驗所用20 g／L碘化鉀溶液與25%磷酸混合溶液在靜置2 h后滴加淀粉指示劑均無明顯變化，說明溶液在該時間段內未被氧化。

1）H2O2濃度的影響。將碘量瓶編號1至5，分別加入20 g／L碘化鉀溶液30 mL、25%磷酸溶液6 mL，置于30℃的恒溫水浴鍋中，再依次加入3%、5%、10%、15%、30%的H2O2溶液1 mL，觀察記錄為現象1；滴加淀粉指示劑2滴，觀察并記錄現象2，結果見表1。通過表1試驗現象可知，H2O2達到5%時有分解的趨勢，不利于目標反應的進行，故選擇3%H2O2溶液。

表1 H2O2濃度的影響

2）溫度的影響。H2O2在磷酸環境中與碘化鉀的反應速率較慢，但在高溫中又容易分解，因此設計如下試驗，將碘量瓶編號1至5，分別加入3%H2O2溶液 10 mL，分別置于 20、30、40、50、60 ℃的恒溫水浴鍋中，觀察碘量瓶中是否出現氣泡，記錄現象1，然后依次加入20 g／L碘化鉀溶液30 mL和25%磷酸溶液6 mL，觀察并記錄現象2；最后滴加淀粉指示劑2滴，觀察溶液顏色并記錄現象3，試驗結果見表2。通過表2中現象1可知，當溫度為40℃時，H2O2開始分解，與文獻一致［6］，現象 2、現象 3 說明 H2O2在磷酸作用下與碘化鉀反應能生成碘，最佳試驗溫度為30℃。

表2 溫度的影響

3）磷酸用量的影響。將碘量瓶編號1至5，分別加入 20 g／L碘化鉀溶液 30 mL，3% H2O2溶液1 mL，置于30℃的恒溫水浴鍋中，依次加入25%磷酸溶液 0、2、4、6、8mL，觀察溶液變化，并記錄現象 1，然后滴加淀粉指示劑2滴，觀察記錄現象2，結果見表3。通過試驗可選擇磷酸用量為6 mL。

表3 磷酸用量的影響

1.3.2 單因素定量試驗 通過大量的定性試驗分析，篩選出影響該反應的3個主要因素：磷酸、碘化鉀用量以及反應時間。利用重鉻酸鉀法（n＝6）測得 cNa2S2O3＝0.099 6 mol／L，S1＝0.08%，同時利用 cKMnO4＝0.277 8 mol／L 標定 3%H2O2， 測得該 H2O2濃度為0.821 8 mol／L。

1）磷酸用量的影響。將碘量瓶依次編號1至5，分別加入20 g／L碘化鉀溶液30 mL和0.821 8 mol／L H2O21.00 mL， 再按順序取 25%磷酸溶液 2、4、6、8、10 mL于碘量瓶，置于30℃恒溫水浴鍋中，約10 min后滴加淀粉指示劑溶液2滴，溶液變藍，用Na2S2O3溶液滴定至終點，平行3次，結果見表4。通過表4可知，當磷酸用量達6 mL時，結果趨于穩定，與表3的結論一致。

表4 磷酸用量對硫代硫酸鈉標定結果的影響

2）碘化鉀用量的影響。將碘量瓶依次編號1至5， 分別加入 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碘化鉀溶液20、30、40、50、60 mL于碘量瓶， 置于 30℃恒溫水浴鍋中，約10 min后滴加淀粉指示劑溶液2滴，溶液變藍，用Na2S2O3溶液滴定至終點，平行3次，結果見表5。通過表5可知，過量碘化鉀能促使反應正向進行，當用量達40 mL時，結果趨于穩定。

3）反應時間的影響。將碘量瓶依次編號1至5，分別取 0.821 8 mol／L H2O2溶液 1.00 mL，25%磷酸溶液 6 mL，20 g／L碘化鉀溶液 40 mL于 30℃恒溫水浴鍋中，分別靜置 10、15、20、25、30 min 后，滴加淀粉指示劑溶液2滴，溶液變藍，用Na2S2O3溶液滴定至終點，平行3次，結果見表6。通過表6發現，增加時間能促使反應正向進行，反應時間為25 min時，結果趨于穩定。

表5 碘化鉀用量對硫代硫酸鈉標定結果的影響

表6 反應時間對硫代硫酸鈉標定結果的影響

1.3.3 正交試驗 通過單因素試驗探究，以磷酸用量、碘化鉀用量和反應時間設計正交試驗，以Na2S2O3濃度0.099 6 mol／L為參考指標，確定該試驗的最佳條件。

2 結果與分析

2.1 正交試驗結果

正交試驗結果見表7。通過表7得出，各因素影響強弱為：反應時間＞磷酸用量＞碘化鉀用量，綜合試劑用量和反應時間因素及實踐操作等考慮，最佳條件為 25%磷酸溶液6 mL，20 g／L碘化鉀溶液40 mL，0.821 8 mol／L 的 H2O2溶液 1.00 mL 反應 30 min，此條件下對 Na2S2O3溶液進行標定（n＝6），測得c＝0.099 4 mol／L，S2＝0.09%。

2.2 兩種方法的對比分析

重鉻酸鉀法（方法1）與利用H2O2標準溶液對Na2S2O3濃度進行測定（方法2）的對比分析見表8。利用兩種方法對Na2S2O3進行標定，標準偏差分別為0.08%和0.09%，以F檢驗法對結果進行分析，無顯著性差異，表明該試驗方法綠色環保，準確度高，可用于Na2S2O3溶液的標定。

表7 正交試驗結果

表8 兩種方法的對比分析結果（n=6）

3 小結

各因素對試驗影響大小為：反應時間＞磷酸用量＞碘化鉀用量，最佳條件為25%磷酸溶液6 mL，20 g／L碘化鉀溶液 40 mL，0.821 8 mol／L H2O2溶液 1.00 mL在30℃下反應30 min，試驗效果最佳。