項(xiàng)目二 測(cè)定工業(yè)硫酸的純度

項(xiàng)目二測(cè)定工業(yè)硫酸的純度81任務(wù)三

混合堿組分含量測(cè)定任務(wù)一

準(zhǔn)備N(xiāo)aOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液任務(wù)二

測(cè)定工業(yè)硫酸樣品的純度項(xiàng)目二測(cè)定工業(yè)硫酸的純度82該項(xiàng)目有3個(gè)代表性工作任務(wù)。硫酸(H2SO4)是無(wú)機(jī)化工“三酸兩堿”(硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉、碳酸鈉)中三大無(wú)機(jī)強(qiáng)酸之一，“三酸兩堿”是最重要的通用基礎(chǔ)化工原料，用途十分廣泛。硫酸是一種無(wú)色無(wú)味油狀液體。常用的濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.3%，密度為1.84g/cm3、物質(zhì)的量濃度為18.4mol/L、熔點(diǎn)為10.371℃、沸點(diǎn)為337℃。濃硫酸易溶于水，能以任意比與水混溶，溶解時(shí)放出大量的熱，因此濃硫酸稀釋時(shí)應(yīng)該“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不斷攪”。硫酸具有非常強(qiáng)的腐蝕性，在使用、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中要注意安全。任務(wù)引入83工業(yè)硫酸純度常用酸堿滴定法測(cè)定，酸堿滴定法是以酸堿反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法。酸堿滴定法的反應(yīng)實(shí)質(zhì)是:在酸堿滴定法中，常用的標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液有強(qiáng)酸溶液如鹽酸、硫酸，強(qiáng)堿溶液如氫氧化鈉、氫氧化鉀等。工業(yè)硫酸純度測(cè)定常用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液進(jìn)行直接測(cè)定，測(cè)定反應(yīng)如下:任務(wù)引入84【知識(shí)、技能與素養(yǎng)】任務(wù)目標(biāo)85任務(wù)一準(zhǔn)備N(xiāo)aOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液86電子臺(tái)秤、稱(chēng)量紙、分析天平、滴定分析成套玻璃儀器?；顒?dòng)一準(zhǔn)備儀器與試劑87準(zhǔn)備儀器準(zhǔn)備試劑NaOH(A.R.)、鄰苯二甲酸氫鉀(基準(zhǔn)物質(zhì))、10g/L酚酞指示劑乙醇溶液。一、化學(xué)計(jì)量點(diǎn)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式:2molNaOH與1molH2SO4的滴定反應(yīng)，剛好完成的點(diǎn)就是化學(xué)計(jì)量點(diǎn)。88必備知識(shí)二、指示劑為確定化學(xué)計(jì)量點(diǎn)，往錐形瓶溶液中加入少量能在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近發(fā)生顏色變化的指示劑，并把指示劑顏色發(fā)生變化的這一點(diǎn)稱(chēng)為滴定終點(diǎn)。酸堿滴定所用的指示劑又稱(chēng)為酸堿指示劑，常用的酸堿指示劑有酚酞、甲基橙等。89酸堿指示劑一般是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿。改變?nèi)芤旱膒H值，指示劑的解離平衡被破壞，從而使指示劑呈現(xiàn)不同的顏色，這就是酸堿指示劑的變色原理。甲基橙的變色原理如圖所示。甲基橙在pH<3.1的溶液顯紅色，在pH>4.4的溶液里顯黃色，在pH3.1~4.4間溶液則顯紅黃的混合色，即橙色，因此，把pH值為3.1~4.4的區(qū)間稱(chēng)為指示劑的變色范圍。為使指示劑變色更敏銳、變色范圍更窄、誤差更小，常用混合指示劑。90甲基橙變色原理NaOH不是基準(zhǔn)物質(zhì)，其標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液用間接法配制。間接法是先配制近似于所需濃度的溶液，再用其他標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液或基準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定其準(zhǔn)確濃度，間接法也稱(chēng)標(biāo)定法。NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的配制過(guò)程如圖所示?；顒?dòng)二配制NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液91配制NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液一、基準(zhǔn)物質(zhì)——鄰苯二甲酸氫鉀鄰苯二甲酸氫鉀是一種有機(jī)化合物，分子式是C8H5O4K，熔點(diǎn)為295~300℃、沸點(diǎn)為378.3℃、密度為1.006g/cm3，白色結(jié)晶粉末，在空氣中穩(wěn)定，能溶于水，微溶于醇，用作pH值測(cè)定的緩沖劑、分析基準(zhǔn)物質(zhì)。92必備知識(shí)二、鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)定NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液反應(yīng)原理鄰苯二甲酸氫鉀基準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度。反應(yīng)方程式為:若鄰苯二甲酸氫鉀的濃度為0.1mol/L，化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的pH=9.11，因此，可用酚酞(變色范圍pH8.2~10.0)作指示劑，溶液由無(wú)色變?yōu)闇\粉紅色，半分鐘不褪色為滴定終點(diǎn)。93三、滴定分析對(duì)化學(xué)反應(yīng)的基本要求1.反應(yīng)必須嚴(yán)格按化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)量關(guān)系進(jìn)行，沒(méi)有副反應(yīng)。2.化學(xué)反應(yīng)必須進(jìn)行完全，被測(cè)組分必須有99.9%以上轉(zhuǎn)化為生成物。3.反應(yīng)速度要快，速度較慢的反應(yīng)可通過(guò)加熱或加入催化劑等方法來(lái)加快反應(yīng)速度。4.有適當(dāng)?shù)闹甘緞┗蚱渌椒ù_定滴定終點(diǎn)。94四、稱(chēng)量范圍萬(wàn)分之一分析天平稱(chēng)量誤差為±0.0001g，一次稱(chēng)量要讀兩次數(shù)，可能造成的最大誤差為±0.0002g。所以，為了保證稱(chēng)量的相對(duì)誤差控制在±0.1%，稱(chēng)取的最小質(zhì)量m應(yīng)滿足:則m≥0.2g。95五、空白試驗(yàn)空白試驗(yàn)就是在不加試樣的情況下，按照試樣分析同樣的操作規(guī)程和條件進(jìn)行的平行測(cè)定，測(cè)定所得結(jié)果稱(chēng)為空白值?？瞻字狄话阌稍噭┖推髅髱нM(jìn)的雜質(zhì)造成，處理檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)扣除空白值。96活動(dòng)三標(biāo)定NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液97一、標(biāo)定標(biāo)定NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度的過(guò)程見(jiàn)表。標(biāo)定NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度98二、數(shù)據(jù)記錄與處理數(shù)據(jù)記錄與處理見(jiàn)表。標(biāo)定NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度任務(wù)二測(cè)定工業(yè)硫酸樣品的純度99電子分析天平(精度±0.0001g)，50mL滴定管(A級(jí)，容量允差0.05mL)、25mL單標(biāo)線移液管(A級(jí)，容量允差0.03mL)、滴定分析成套玻璃儀器?；顒?dòng)一儀器與試劑的準(zhǔn)備100準(zhǔn)備儀器準(zhǔn)備試劑0.1mol/LNaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液、工業(yè)硫酸試樣、甲基紅—亞甲基藍(lán)混合指示劑。配制工業(yè)硫酸樣品的待測(cè)溶液過(guò)程如圖所示?；顒?dòng)二配制工業(yè)硫酸樣品的待測(cè)溶液101配制工業(yè)硫酸樣品待測(cè)溶液測(cè)定工業(yè)硫酸純度的過(guò)程見(jiàn)表?；顒?dòng)三測(cè)定工業(yè)硫酸純度102測(cè)定工業(yè)硫酸純度一、滴定分析的基本單元標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，通常用物質(zhì)的量濃度來(lái)表示，單位是mol/L，因?yàn)槟柺潜硎疚⒘＜系膯挝?，所以必須指明?gòu)成微粒的基本單元。在滴定分析的計(jì)算中，為簡(jiǎn)化計(jì)算，引入了“等物質(zhì)的量反應(yīng)規(guī)則”，即nA=nB，表示消耗標(biāo)準(zhǔn)滴定物質(zhì)的量=待測(cè)物質(zhì)的量。103必備知識(shí)二、滴定體積與試樣溶液濃度的估算1.滴定體積的估算在滴定分析中，滴定管讀數(shù)誤差為±0.01mL，完成一次滴定一般要讀兩次數(shù)(調(diào)零讀一次、終點(diǎn)讀一次)，讀數(shù)可能造成的最大誤差為±0.02mL。2.試樣溶液濃度的估算滴定分析，一般用單標(biāo)線25mL移液管移取25mL待測(cè)溶液到錐形瓶，按照“等物質(zhì)的量nA=nB反應(yīng)規(guī)則”，若滴定管消耗的體積約為25mL，由cAVA=cB

VB可知，進(jìn)行試樣預(yù)處理時(shí)，盡可能把待測(cè)試樣的濃度調(diào)整到與滴定劑的濃度大體相當(dāng)，這是化學(xué)分析檢驗(yàn)的基本技能。104三、滴定曲線通常，將滴定過(guò)程消耗的滴定劑的體積與溶液對(duì)應(yīng)的pH值記錄下來(lái)，以pH值作縱坐標(biāo)，消耗滴定劑體積V為橫坐標(biāo)繪制的曲線稱(chēng)為滴定曲線。1050.1mol/LNaOH溶液滴定0.1mol

H2SO4溶液的滴定曲線通常情況下，滴定到化學(xué)計(jì)量點(diǎn)±0.1%范圍時(shí)，溶液的pH值變化較快，pH值的這一變化范圍叫滴定突躍。如上述滴定的pH值突躍范圍是4.30~9.70。由理論推算(或?qū)嶒?yàn))數(shù)據(jù)繪制的滴定曲線的主要作用是尋找合適的指示劑。為了減小滴定相對(duì)誤差，要求選用的指示劑的變色范圍必須全部或部分處于突躍范圍之內(nèi)。這樣才能保證滴定準(zhǔn)確度。106計(jì)算公式為:活動(dòng)四數(shù)據(jù)記錄與處理107將工業(yè)硫酸純度測(cè)定的數(shù)據(jù)記錄與處理填寫(xiě)于表。工業(yè)硫酸純度的測(cè)定108一、準(zhǔn)確度與精密度的關(guān)系1.誤差產(chǎn)生的原因誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。(1)系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是指由于某些固定原因所導(dǎo)致的誤差，具有“重復(fù)性”“單向性”“可測(cè)性”的特點(diǎn)。109知識(shí)拓展系統(tǒng)誤差分為以下幾種:1)儀器誤差。儀器誤差是指由于儀器本身的缺陷所造成的誤差，如天平靈敏度不符合要求、砝碼質(zhì)量未校正、滴定管刻度值與真實(shí)值不相符等引起的誤差。2)試劑誤差。試劑誤差是指由于試劑不純或蒸餾水中含有微量雜質(zhì)而引起的誤差。3)操作誤差。操作誤差是指由于操作不當(dāng)而引起的誤差。4)方法誤差。方法誤差是指由于所采用的分析方法本身所引起的誤差，這種誤差是不可避免的。110(2)偶然誤差。偶然誤差是指由于某些偶然的、微小的和不可知的因素所引起的誤差。例如，測(cè)量時(shí)環(huán)境溫度、壓力、濕度發(fā)生變化，儀器性能發(fā)生微小波動(dòng)，空氣中塵埃降落速度不恒定等其他未確定因素均將引起偶然誤差。偶然誤差的出現(xiàn)呈正態(tài)分布，小誤差出現(xiàn)的概率大，大誤差出現(xiàn)的概率小，大小相等的正負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相等。1112.減小分析誤差的方法(1)選擇適當(dāng)?shù)姆治龇椒āＴ谏a(chǎn)實(shí)踐和一般科研工作中，對(duì)測(cè)定結(jié)果要求的準(zhǔn)確度常與試樣的組成、性質(zhì)和待測(cè)組分的相對(duì)含量有關(guān)?；瘜W(xué)分析的靈敏度雖然不高，但對(duì)于常量組分的測(cè)定能得到較準(zhǔn)確的結(jié)果，一般相對(duì)誤差不超過(guò)千分之幾。儀器分析具有較高的靈敏度，用于微量或痕量組分含量的測(cè)定，對(duì)測(cè)定結(jié)果允許有較大的相對(duì)誤差。(2)減小測(cè)量的相對(duì)誤差。儀器和量器的測(cè)量誤差是產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的因素之一，應(yīng)根據(jù)其測(cè)量精度，選擇合理稱(chēng)量范圍。112(3)檢驗(yàn)和消除系統(tǒng)誤差1)對(duì)照試驗(yàn)。對(duì)照試驗(yàn)用于檢驗(yàn)和消除方法誤差。2)空白試驗(yàn)?？瞻自囼?yàn)是在不加試樣的情況下，按照與試樣測(cè)定完全相同的條件和操作方法進(jìn)行試驗(yàn)，所得的結(jié)果稱(chēng)為空白值，從試樣測(cè)定結(jié)果中扣除空白值，就起到了校正誤差的作用?？瞻自囼?yàn)的作用是檢驗(yàn)和消除由試劑、溶劑和分析儀器中某些雜質(zhì)引起的系統(tǒng)誤差。3)校準(zhǔn)儀器。由于儀器不準(zhǔn)確引起的系統(tǒng)誤差，可以通過(guò)校準(zhǔn)儀器減小誤差，如校準(zhǔn)天平、滴定管、移液管。4)適當(dāng)增加平行測(cè)定次數(shù)，減小隨機(jī)誤差。1133.準(zhǔn)確度和精密度的關(guān)系通常，精密度好是保證準(zhǔn)確度高的先決條件。若存在系統(tǒng)誤差，精密度雖高，但準(zhǔn)確度不一定高。如果精密度很低，說(shuō)明測(cè)定結(jié)果不可靠，在這種情況下，自然失去了衡量準(zhǔn)確度的意義。所以在評(píng)價(jià)分析結(jié)果時(shí)，必須將系統(tǒng)誤差和偶然誤差的影響結(jié)合起來(lái)考慮，以提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。114二、玻璃量器的校正隨著電子分析天平的廣泛使用，玻璃儀器滴定管、移液管常采用稱(chēng)量法進(jìn)行放出或裝入溶液體積的絕對(duì)校正。1.玻璃量器的體積校正許多玻璃儀器的刻度是在20℃刻制的，刻度是否精確，需要進(jìn)行校準(zhǔn)。2.滴定管體積校準(zhǔn)曲線的繪制與使用滴定管是化學(xué)分析必備的玻璃儀器，滴定管刻度線造成的體積系統(tǒng)誤差可以通過(guò)滴定體積校正克服。115以滴定管的標(biāo)稱(chēng)體積為橫坐標(biāo)，以滴定管滴定體積累計(jì)校正值為縱坐標(biāo)，利用EXCEL表繪制滴定管體積校正曲線，如圖所示。某滴定管的滴定體積校正曲線116三、溶液體積溫度校正溫度會(huì)引起玻璃容器和溶液的體積變化，不同濃度、不同溶液的體積膨脹系數(shù)還不一樣，當(dāng)溫度變化不大時(shí)，玻璃容器的容積變化很小，所以忽略不計(jì)。體積溫度補(bǔ)正值計(jì)算公式為:式中Vt———t℃時(shí)溶液體積，mL;

V補(bǔ)正值———t℃時(shí)查表所得的溶液體積補(bǔ)正值，mL。117任務(wù)三混合堿組分含量測(cè)定118無(wú)機(jī)化工中的“三酸兩堿”中的兩堿是指NaOH(俗名燒堿、火堿或苛性鈉)和Na2CO3

(俗稱(chēng)純堿、蘇打)。無(wú)論是在“兩堿”的生產(chǎn)過(guò)程中，還是在“兩堿”的運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中，“兩堿”易與容器和空氣中的水分和二氧化碳發(fā)生反應(yīng)形成混合堿，影響產(chǎn)品純度?；旌蠅A通常是指NaOH與Na2CO3或Na2CO3與NaHCO3(小蘇打)的混合物。119混合堿組分測(cè)定，實(shí)驗(yàn)室常采用雙指示劑法，先用酚酞作指示劑將混堿溶液滴定至接近無(wú)色(終點(diǎn)pH≈8.2)。滴定反應(yīng)為:記錄滴定劑HCl消耗的體積V1。加入甲基橙指示劑，繼續(xù)滴定至溶液由黃色變?yōu)槌壬?，到達(dá)第二個(gè)滴定終點(diǎn)(pH≈3.89)，形成CO2的飽和溶液。滴定反應(yīng)為:120記錄滴定劑HCl消耗的體積V2。根據(jù)連續(xù)滴定消耗HCl體積

V1

和V2的關(guān)系即可判斷混合堿的組成情況。V1和V2

關(guān)系與混合堿組成見(jiàn)表。V1、V2的關(guān)系與混合堿的組成121電子臺(tái)秤、分析天平、滴定分析成套玻璃儀器。活動(dòng)一準(zhǔn)備儀器與試劑122準(zhǔn)備儀器準(zhǔn)備試劑濃鹽酸、基準(zhǔn)物質(zhì)Na2CO3(于270~300℃灼燒至恒重)、溴甲酚綠—甲基紅混合指示劑(3份2g/L的溴甲酚綠乙醇溶液與2份1g/L的甲基紅乙醇溶液混合)。濃鹽酸濃度約為12mol/L。首先計(jì)算出配制500mL1mol/LHCl溶液所需濃鹽酸的體積，在抽風(fēng)櫥下，用潔凈的10mL規(guī)格的量筒量取所需的濃鹽酸約4.5mL，小心倒入盛有300mL蒸餾水的500mL燒杯中，再加水稀釋至約500mL，搖勻。轉(zhuǎn)移、倒入潔凈的500mL玻璃塞試劑瓶中，蓋好瓶塞，貼上標(biāo)簽，待標(biāo)定。123活動(dòng)二配制HCl標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液準(zhǔn)確稱(chēng)取無(wú)水碳酸鈉1.5~2.0g于250mL錐形瓶中，加50mL蒸餾水使其溶解，搖勻，加10滴溴甲酚綠—甲基紅混合指示劑，然后用HCl標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定，由綠色變?yōu)榘导t色，煮沸2min排出CO2，冷卻后繼續(xù)滴定至溶液再呈暗紅色為終點(diǎn)(pH=5.1)。平行測(cè)定三次，同時(shí)做空白試驗(yàn)。124活動(dòng)三標(biāo)定HCl標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液計(jì)算公式為:將鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液標(biāo)定的數(shù)據(jù)填寫(xiě)于表。125活動(dòng)四記錄與處理數(shù)據(jù)鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的標(biāo)定鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的標(biāo)定126準(zhǔn)確稱(chēng)取3份混合堿試樣1.5~2.0g于3個(gè)小燒杯，分別加50mL水使其溶解，將溶液轉(zhuǎn)移到3個(gè)250mL容量瓶，稀釋、定容、搖勻待用。127活動(dòng)五準(zhǔn)備混合堿試樣準(zhǔn)確移取25.00mL混合堿溶液于250mL錐形瓶中，加入50mL水，搖勻，加入2滴酚酞指示劑，用滴定管中的HCl標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至錐形瓶里溶液接近無(wú)色為第一滴定終點(diǎn)，記錄消耗HCl的體積為V1

。在錐形瓶溶液里，滴加1~2滴甲基橙指示劑，滴定管調(diào)零后，繼續(xù)用HCl標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至錐形瓶里溶液的顏色由黃色變?yōu)槌壬珵榈诙味ńK點(diǎn)，記錄消耗HCl的體積為V2。同理，準(zhǔn)確移取另外2個(gè)容量瓶的混合堿溶液于250mL錐形瓶中，按上述步驟完成平行測(cè)定實(shí)驗(yàn)。128活動(dòng)六測(cè)定混合堿各組分含量1.燒堿組分檢測(cè)計(jì)算公式式中m———燒堿試樣的質(zhì)量，g。129活動(dòng)七記錄與處理數(shù)據(jù)2.純堿組分檢測(cè)計(jì)算公式式中m———純堿試樣的質(zhì)量，g。1303.將混合堿組分的含量測(cè)定將混合堿組分的含量測(cè)定數(shù)據(jù)填寫(xiě)于表。131混合堿組分的含量測(cè)定132混合堿組分的含量測(cè)定133知識(shí)拓展一、酸堿質(zhì)子理論酸堿質(zhì)子理論認(rèn)為，凡是能給出質(zhì)子(H+)的物質(zhì)都是酸，如H2O、HCl、H2SO4、NH4+、H2PO4-等都能電離出H+，是酸。凡是能接受質(zhì)子的物質(zhì)都是堿，如H2O、OH-、NH3、H2PO4等都能接受H+，是堿。能給出H+又能接受H+的物質(zhì)，既是酸又是堿，是酸堿兩性物質(zhì)。如H