高錳酸鉀法測(cè)定石灰石中鈣的含量

1、高錳酸鉀法測(cè)定石灰石中鈣的含量化學(xué)生物學(xué)一班 王澤宇 20122982指導(dǎo)教師：吳明君摘要：本次實(shí)驗(yàn)用間接滴定法測(cè)定石灰石中的鈣含量。先制備KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液，用Na2C2O4為基準(zhǔn)物進(jìn)行標(biāo)定，以KMnO4自身為指示劑，測(cè)得KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為(0.020080.00004)mol/L。然后用已標(biāo)定的KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液來滴定處理過后的石灰石。測(cè)得石灰石中的鈣含量為(37.960.05)%。關(guān)鍵詞：間接滴定法；KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液；Na2C2O4基準(zhǔn)物；石灰石中的鈣含量Determination of potassium content of calcium in the limestone

2、Chemical biology class Zeyu Wang 20122982Instructor: Wu MingjunAbstract: The experimental determination of the calcium content of the limestone by indirect titration. KMnO4 standard solution is first prepared , calibrated with Na2C2O4 based material to KMnO4itself as an indicator , the measured conc

3、entration of KMnO4standard solution (0.020080.00004)mol/L. Then KMnO4 standard solution has been calibrated to deal with after the titration of limestone . The measured content of calcium in limestone (37.960.05)%.Keywords : Indirect titration ; KMnO4 standard solution ; Na2C2O4 standard substance ;

4、 limestone and calcium content綜述：市售的高錳酸鉀常含有少量雜質(zhì)，如硫酸鹽、氯化物及硝酸鹽以及MnO2等，不是基準(zhǔn)物，因此不能用精確稱量高錳酸鉀來直接配制標(biāo)準(zhǔn)溶液。KMnO4氧化性強(qiáng)，還易和水中的有機(jī)物、空氣中的塵埃及氨等還原性物質(zhì)作用。KMnO4能自行分解，其分解反應(yīng)如下：4 KMnO4+2H2O=4MnO2+4KOH+3O2分解速度隨溶液的pH而改變。在中性溶液中，分解很慢，但Mn2+離子和MnO2能加速KMnO4的分解，見光則分解得更快。由此可見，KMnO4溶液的濃度容易改變，必須正確的配置和保存。正確配制和保存的KMnO4溶液應(yīng)呈中性，不含MnO2，這樣，

5、濃度就比較穩(wěn)定，放置數(shù)月后濃度大約只降低0.5%。但是如果長(zhǎng)期使用，仍應(yīng)定期標(biāo)定。KMnO4 標(biāo)準(zhǔn)溶液常用還原劑草酸鈉Na2C2O4作基準(zhǔn)物來標(biāo)定。Na2C2O4不含結(jié)晶水，容易提純，性質(zhì)穩(wěn)定。用Na2C2O4標(biāo)定KMnO4溶液的反應(yīng)如下：2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2+10CO2+8H2O滴定時(shí)可利用MnO4-離子本身的顏色指示滴定終點(diǎn)。天然石灰石是工業(yè)生產(chǎn)中重要的原材料之一，它的主要成分是CaCO3，此外還含有SiO2、Fe2O3、Al2O3及MgO等雜質(zhì)。石灰石中Ca2+含量的測(cè)定主要采用配位滴定法和高錳酸鉀法。前者比較簡(jiǎn)便但干擾也較多，后者干擾少、準(zhǔn)確度高、但較費(fèi)時(shí)。

6、用高錳酸鉀法測(cè)定石灰石中的鈣含量，首先將石灰石用鹽酸溶解制成試液，然后將Ca2+轉(zhuǎn)化為CaC2O4沉淀，將沉淀過濾、洗凈，用稀H2SO4溶解，用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液間接滴定與Ca2+相當(dāng)?shù)腃2O42-，根據(jù)KMnO4溶液的用量和濃度計(jì)算出試樣中鈣的含量。主要反應(yīng)有：CaCO3+2HCl = CaCl2+H2O+CO2 Ca2+ C2O42- = CaC2O4 CaC2O4+2H+ = Ca2+ H2C2O42MnO4-+5 H2C2O4+6H+ = 2Mn2+10 CO2+8H2O此法是根據(jù)Ca2+與C2O42-生成1：1的CaC2O4沉淀。因此為使測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，必須控制一定的條件，以保證Ca2

7、+與C2O42-有1：1的關(guān)系，并要得到顆粒較大、便于洗滌的沉淀。為此，采取如下措施：試液酸度控制在pH4，酸度高時(shí)CaC2O4沉淀不完全，酸度低則會(huì)有Ca（OH）2或堿式草酸鈣沉淀產(chǎn)生；采用在待測(cè)的含Ca2+的酸性溶液中加入過量的（NH4）2 C2O4（此時(shí)C2O42-濃度較小，主要以HC2O4-形式存在，故不會(huì)有CaC2O4生成），再滴加氨水逐步中和以求緩慢的增大C2O42-濃度的方法進(jìn)行沉淀，沉淀完全后再稍加陳化，以使沉淀顆粒增大，避免穿濾；必須用冷水少量多次徹底洗去沉淀表面及濾紙上的C2O42-和Cl-（這常是造成結(jié)果偏離的主要因素），但又不能用水過多，否則因沉淀的溶解損失過大。除堿金

8、屬離子外，多種離子對(duì)測(cè)定有干擾。若有大量的Al3+或Fe3+，則應(yīng)預(yù)先分離。如有Mg2+存在，也能生成Mg C2O4沉淀，但當(dāng)有過量的C2O42-存在時(shí)，Mg2+能形成Mg（ C2O4）22-配離子而與Ca2+分離，不干擾測(cè)定。 1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 儀器和試劑1.1.1儀器：50ml酸式滴定管、10ml量筒、250ml錐形瓶、250ml燒杯、滴管、玻璃棒、玻璃砂芯漏斗（或玻璃纖維）、棕色細(xì)口試劑瓶、臺(tái)秤、分析天平、酒精燈、表面皿、定性濾紙、漏斗。1.1.2藥品：KMnO4(固)、Na2C2O4（A.R.或基準(zhǔn)試劑于105干燥2h，儲(chǔ)存于干燥器中）、3mol/L硫酸溶液、6mol/LHCl、1

9、mol/L硫酸溶液、3mol/L氨水、0.25mol/L（NH4）2C2O4、0.1%甲基橙指示劑、10%檸檬酸銨、0.5mol/LCaCl2、石灰石試樣、0.1%（NH4）2C2O41.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1 0.02 molL-1KMnO4溶液的配制 臺(tái)秤上稱取1.6 g KMnO4Mr（KMnO4）=158.04溶于500 mL水中，蓋上表面皿，加熱煮沸2030 min（隨時(shí)加水以補(bǔ)充因蒸發(fā)而損失的水）。冷卻后在暗處放置1周以上，用玻璃砂芯漏斗或玻璃纖維過濾除去MnO2等雜質(zhì)。濾液貯于潔凈的棕色瓶中，放置暗處保存。如果溶液經(jīng)煮沸并在水浴上保溫1h，冷卻后過濾，則不必長(zhǎng)期放置就可以標(biāo)定其溶液

10、。1.2.2CaC2O4的制備 準(zhǔn)確稱取石灰石樣品0.150.2 g置于250 mL燒杯中，滴加少量餾水潤(rùn)濕試樣，蓋上表面皿，從燒杯嘴處慢慢滴入6 molL-1HCl溶液5 mL，同時(shí)不斷輕搖燒杯，使試樣溶解，待停止冒泡后，小火加熱至沸2 min，冷卻后用少量蒸餾水淋洗表面皿和燒杯內(nèi)壁使飛濺部分進(jìn)入溶液。在試液中加入5 mL10%檸檬酸銨溶液（掩蔽其中的Fe3+和Al3+）和50 mL蒸餾水，加入2滴甲基橙指示劑，此時(shí)溶液顯紅色，再加入15mL20mL0.25mol/L（NH4）2C2O4，加熱溶液7080，在不斷攪拌下以每秒12滴的速度滴加3 molL-1氨水至溶液由紅色變?yōu)辄S色。將溶液熱水

11、浴30 min，同時(shí)用玻璃棒攪拌，使沉淀陳化。待沉淀自然冷卻至室溫后用定性濾紙以傾注法過濾。用冷的0.1%（NH4）2C2O4溶液洗滌沉淀34次，再用水洗滌至濾液中不含C2O42-為止。在過濾和洗滌過程中盡量使沉淀留在濾紙上，應(yīng)多次用水淋洗濾紙上部，在洗滌接近完成時(shí)，用小表面皿接取約1 mL濾液，加入數(shù)滴0.5 molL-1的CaCl2溶液，如無渾濁現(xiàn)象，證明已洗滌干凈。1.2.3 KMnO4溶液濃度的標(biāo)定 分析天平上準(zhǔn)確稱取0.150.2 g（準(zhǔn)確至0.1 mg）Na2C2O4基準(zhǔn)物于250 mL燒杯中，加入30 mL蒸餾水及10 mL3 molL-1H2SO4，溶解后在水浴上加熱至7580

12、，立即用待標(biāo)定的KMnO4滴定（不能沿杯壁滴入）至呈粉紅色經(jīng)30 s不褪色，即為終點(diǎn)。平行標(biāo)定34次。1.2.4沉淀的溶解和Ca2+含量的測(cè)定 將帶有沉淀的濾紙小心展開并貼在原貯沉淀的燒杯內(nèi)壁上，用50 mL 1 molL-1H2SO4溶液分多次將沉淀沖洗到燒杯內(nèi)，用水稀釋至100 mL，加熱至7585用0.02 molL-1KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈粉紅色，再將濾紙浸入溶液中，輕輕攪動(dòng)，溶液褪色后再滴加KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液，直至粉紅色在半分鐘內(nèi)不褪色為止，即為終點(diǎn)，記錄消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，計(jì)算試樣中Ca2+的含量。平行測(cè)定34次結(jié)果相對(duì)誤差不大于0.2%即可2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理

13、2.1高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定表1 KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定Table 1 KMnO4 standard solution preparation and calibration1234Na2C2O4質(zhì)量/g0.16450.17090.16700.1734KMnO4初讀數(shù)/mL0.200.100.000.00KMnO4終讀數(shù)/mL24.6025.5524.8525.75KMnO4體積/mL24.4025.4524.8525.75KMnO4濃度/(mol/L)0.020120.020050.020060.02010KMnO4平均濃度/(mol/L)0.02008個(gè)別測(cè)定絕對(duì)誤差0.00004

14、-0.00003-0.000020.00002平均偏差0.00003相對(duì)平均偏差0.1%將四個(gè)數(shù)據(jù)按從小到大的順序排列為:0.02005 0.02006 0.02010 0.02012可疑值為0.02005和0.02012用Q檢驗(yàn)法進(jìn)行檢驗(yàn)：Q1=（0.020060.02005）/（0.020120.02005）=0.14 Q2=（0.020120.02010）/（0.020120.02005） =0.29由Q值表可知當(dāng)置信度為90%時(shí)，Q1、Q2均小于Q表。故兩數(shù)據(jù)均應(yīng)保留。S=3.3210-5RSD=100%=0.2%由t值查表得置信度為90%、自由度為3時(shí)t=2.35，由得到高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)

15、溶液濃度為(0.020080.00004)mol/L2.2鈣含量的測(cè)定KMnO4測(cè)定鈣的含量Determination of calcium KMnO41234CaCO3質(zhì)量/g0.17690.18140.17900.1784KMnO4初讀數(shù)/mL0.200.200.050.00KMnO4終讀數(shù)/mL33.5534.4533.8033.70KMnO4體積/mL33.3534.2533.7533.70（Ca）/%37.9337.9937.9338.01（Ca）/%37.96個(gè)別測(cè)定絕對(duì)誤差-0.030.03-0.030.05平均偏差0.04相對(duì)平均偏差0.1%將四個(gè)數(shù)據(jù)按從小到大的順序排列為:0

16、.3793 0.3793 0.3799 0.3801可疑值為0.3801用Q檢驗(yàn)法進(jìn)行檢驗(yàn)：Q1=（0.38010.3799）/（0.38010.3793）=0.25由Q值表可知當(dāng)置信度為90%時(shí)，Q1小于Q表。故數(shù)據(jù)應(yīng)保留。S=0.04RSD=100%=0.1%由t值查表得置信度為90%、自由度為3時(shí)t=2.35，由得到高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為(37.960.05)%3、結(jié)果與討論3.1試驗(yàn)誤差 實(shí)驗(yàn)誤差來自以下幾方面：高錳酸鉀溶液顏色較深，使得滴定管讀數(shù)不容易，有較大偏差；沉淀在過濾和洗滌過程中，鈣有較大損失；用蒸餾水洗滌沉淀并不充分，沒有將C2O42-洗滌徹底。3.2 洗滌劑的選擇 由于C

17、aC2O4沉淀在水中的溶解度較大，所以根據(jù)同離子效應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)先采用沉淀劑的稀溶液洗滌沉淀，以降低沉淀的溶解度、減少溶解損失，并且洗去雜質(zhì)。再用蒸餾水洗至濾液中無C2O42-，即表示沉淀中雜質(zhì)已洗凈。3.3 滴定時(shí)溫度的選擇 在標(biāo)定KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)及用KMnO4溶液滴定CaC2O4的過程中，溶液應(yīng)加熱到7580（觸摸燒杯壁感覺燙手）時(shí)進(jìn)行滴定，因?yàn)樵谑覝叵? 高錳酸鉀與CaC2O4和Na2C2O4反應(yīng)緩慢，但是溫度不宜過高，若高于90，H2C2O4易發(fā)生分解。在滴定終點(diǎn)時(shí)，溶液的溫度不應(yīng)低于60。3.4 酸度 在生成草酸鈣沉淀的過程中，應(yīng)用甲基橙指示劑控制體系的酸度在pH=4左右，如果酸度過

18、高，一方面受酸效應(yīng)的影響，沉淀不完全；另一方面，會(huì)促使H2C2O4分解。酸度過低, KMnO4 易分解成MnO2。3.5 滴定速度 高錳酸鉀溶液滴定草酸鈣的過程中，開始時(shí)滴定的速度不宜太快，則加入的KMnO4溶液來不及與草酸鈣反應(yīng), 即在熱的酸性溶液中發(fā)生分解。實(shí)驗(yàn)剛開始進(jìn)行較慢，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，生成的Mn2+離子會(huì)催化該反應(yīng)，所以反應(yīng)速率會(huì)大大加快；接近終點(diǎn)的時(shí)候，反應(yīng)速率隨著反應(yīng)物濃度的下降而降低，于是，在接近終點(diǎn)的時(shí)候，滴定不宜過快。3.6 滴定終點(diǎn) 高錳酸鉀滴定至終點(diǎn)后，溶液中出現(xiàn)的粉紅色保持30s 不變即可，為空氣中的還原性氣體和灰塵都能使MnO4-還原，使溶液中的粉紅色消失。3.7陳化 .在同樣條件下，小晶粒的溶解度比大晶粒的大，同一溶液中，對(duì)大晶粒為飽和溶液時(shí)，對(duì)小晶粒則為未飽和，因此小晶粒就要溶解，這便是陳化的原理，通過加熱可以縮短陳化的時(shí)間。3.8濾紙對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響 實(shí)驗(yàn)過程中如果先將帶有CaC2O4沉淀的濾紙一起投入燒杯，以硫酸處理后再用KMnO4滴定，會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大，因?yàn)闉V紙中含有還原性物質(zhì)，在酸性環(huán)境下會(huì)被KMnO4氧化。3.9其他方法 本實(shí)驗(yàn)也可采用絡(luò)合滴定法以及酸堿滴定法來完成。絡(luò)合滴定法滴定的方法是，在加入少