李銀菊
摘 要:鋁酸鈉溶液全堿分析屬于酸堿滴定分析,分析過程酸堿反應生成的CO2,對滴定分析結(jié)果造成影響,所以溶液要進行煮沸1-2min,以趕跑溶液中的CO2,但同時溶液中過量的鹽酸的揮發(fā),指示劑指示終點的變化,也對滴定分析結(jié)果造成影響。本文主要探討全堿分析過程對滴定分析結(jié)果的影響因素。
關(guān)鍵詞:鋁酸鈉溶液;溫度;揮發(fā);酚酞指示劑
1 背景
拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程物料--鋁酸鈉溶液,在各生產(chǎn)階段了解其中的全堿含量,是生產(chǎn)過程中一項重要的分析指標,對氧化鋁生產(chǎn)管理控制有著重要的意義。鋁酸鈉溶液中堿存在的形式有苛性堿和碳酸堿,這兩種堿的總和稱為全堿,所以全堿的分析實際是對這兩種形式堿含量的分析??列詨A是指鋁酸鈉溶液中游離的OH-根,以Na2OK來表示;而鋁酸鈉溶液中CO3-的含量以Na2OC來表示,即碳酸堿;全堿則以Na2OT表示。
2 全堿分析方法
在測定全堿時,同時對鋁酸鈉溶液中氧化鋁含量進行測定。用過量的EDTA絡合氧化鋁,再在試樣溶液中加入過量的鹽酸,進行加熱煮沸1-2min,使反應完全,然后用標準氫氧化鈉溶液返滴定過量的鹽酸,測定全堿含量;再用標準醋酸鋅溶液返滴定過量的EDTA,測定氧化鋁含量。但在滴定全堿含量過程,過剩的EDTA在酚酞變色時,要離解出一個氫離子,消耗等當量的堿,因此計算全堿時應加以補正。以下為相關(guān)的化學反應式:
加入過量EDTA和鹽酸化學反應式:
NaAl(OH)4+Na2H2Y+2HCl(pH=5)→NaAlY+2NaCl+4H2O
NaOH+HCl→NaCl+H2O
Na2CO3+2HCl→2NaCl+H2O+CO2
返滴定化學反應式:
HCl+NaOH→NaCl+H2O
NaAlY+NaOH→Na2Al(OH)Y
Na2H2Y+NaOH→NaAlY+H2O
式中Na2H2Y為EDTA二鈉。
分析結(jié)果計算:
式中:
V-所取試樣的毫升數(shù);
V1-加入0.3226mol/L鹽酸標準溶液的毫升數(shù);
V2-消耗0.3226mol/L氫氧化鈉標準溶液的毫升數(shù);
V3-消耗0.03226mol/L醋酸鋅標準溶液的毫升數(shù)。
3 分析過程的影響因素
由于全堿分析屬于酸堿滴定分析,所使用的指示劑為綠光--酚酞指示劑,滴定達到終點時pH=9左右,偏堿性。而鋁酸鈉溶液溶液中碳酸堿在跟鹽酸反應后生成的CO2,在水溶液中有一定的溶解度,根據(jù)相關(guān)文獻,酸堿滴定在達到滴定終點時,在水溶液中CO2有94%左右以HCO3-形式存在,HCO3-是CO2跟氫氧化鈉反應的產(chǎn)物,說明滴定過程溶液中的CO2消耗了氫氧化鈉,影響分析結(jié)果。所以在進行酸堿滴定前,溶液要進行煮沸1-2min排除CO2,以減小分析誤差。但在煮沸過程中溶液過量的鹽酸也會造成揮發(fā),從而影響分析結(jié)果。同時滴定分析使用的綠光--酚酞指示劑在不同的溫度下,達到變色點不同,也會對分析結(jié)果造成影響。
3.1 溶液中CO2的影響
鋁酸鈉溶液在加入過量鹽酸時,其中的碳酸堿跟鹽酸反應生產(chǎn)CO2,CO2能溶解在水中,跟水反應生產(chǎn)碳酸,常溫、常壓條件下其在水中的溶解度在0.05%以下,飽和溶液的濃度為0.033mol/L,在水溶液中大部分以水合物的形式存在,只有1%CO2與水化合形成碳酸。溶液中存在的CO2在以酚酞為指示劑,滴定達到變色終點時,會跟氫氧化鈉標準溶液反應,影響分析結(jié)果。CO2在水中溶解度跟溫度成反比關(guān)系,隨溫度的升高而降低。實驗室在常壓下,以溶液煮沸1-2min,達到排除CO2的目的。
3.2 煮沸溶液鹽酸揮發(fā)的影響
溶液在加入過量鹽酸后,需煮沸1-2min,以排除溶液中的CO2,但在煮沸過程,溶液中過量的鹽酸也會揮發(fā),對分析結(jié)果造成影響。根據(jù)實際樣品分析時溶液的總量以純水代替,再加入鹽酸過量的量,一份直接用氫氧化鈉標準溶液滴定,另一份進行煮沸2min后,再進行滴定。滴定結(jié)果如下表1:
3.3 溶液溫度對滴定的影響
酚酞指示劑本身是有機弱酸,其能作為指示劑是酚酞分子在不同的稀酸、稀堿溶液中形成不同型體,在用標準氫氧化鈉溶液返滴定過量的鹽酸過程中,溶液pH值由酸性到滴定達到終點時pH=9左右,偏堿性。酚酞分子由無色的內(nèi)酯型結(jié)構(gòu)逐步轉(zhuǎn)變成紅色的醌式結(jié)構(gòu),達到指示滴定終點的目的。由于酚酞指示劑本身是有機弱酸,所以在溶液中存在無色內(nèi)酯型結(jié)構(gòu)與紅色的醌式結(jié)構(gòu)電離平衡,而溶液溫度對這一電離平衡移動有影響,不同溫度全堿滴定結(jié)果,如表2。
4 影響因素分析
CO2能溶解在水中,在以酚酞為指示劑進行溶液滴定,達到變色點時pH=9左右,溶液中的CO2跟氫氧化鈉標液反應,造成分析結(jié)果偏低,所以滴定前需要煮沸1-2min,排除溶液中的CO2。從表1可以看出,由于鹽酸極易揮發(fā),溶液煮沸過程,造成鹽酸的揮發(fā)加速,使分析結(jié)果偏高。雖然溶液溫度升高有利于酚酞指示劑的電離,解離出更多的紅色的醌式結(jié)構(gòu),使滴定終點提前,但從表2的對比數(shù)據(jù)可以看出,同一樣品在不同溶液溫度下,隨溫度的升高分析結(jié)果偏低,說明溶液溫度的升高可能使酚酞指示劑電離平衡向無色內(nèi)酯型結(jié)構(gòu)移動,或者溫度升高使酚酞分子發(fā)生內(nèi)部結(jié)構(gòu)重排,使紅色醌式結(jié)構(gòu)減少,滴定分析時只有在滴加更多的氫氧化鈉標液后,紅色的醌式結(jié)構(gòu)達到一定濃度時,人眼才能識別出顏色的變化,從而造成分析結(jié)果偏低。
5 結(jié)論
樣品分析過程產(chǎn)生的CO2可以通過煮沸,消除影響,但同時必須注意鹽酸的揮發(fā)會造成分析結(jié)果偏高,溶液的溫度會影響酚酞指示劑的滴定終點,且隨溫度的升高,使分析結(jié)果偏低。
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