[实验过程]测定氯酸钾质量分数[科创基金项目]
周方圆
杭州高级中学
UICalc 2020-3-22原创 人类愚昧史

实验背景:

通过使用钌铱钛网阳极和TA1钛合金阴极,在平均电流约为3A的环境下电解接近饱和的氯化钾溶液1天多,随后煮沸电解液\冷却析晶\抽滤\干燥,我得到了约20g白色粉末.粉末吸湿性弱,易干燥,室温下在水中溶解度较小并且溶解度随温度变化大,推测是混有杂质的氯酸钾.

IMG_20200321_111027.jpg

图:一部分产物


实验目的:

测定自制氯酸钾中氯酸钾的质量分数,以便于制定改进方案或者进行下一步实验


溶液配置:

pH3.6缓冲液:将4mL冰乙酸与1.69g三水合乙酸钠于烧杯混合并加入少量水溶解,转移至50mL容量瓶,洗涤烧杯并将洗涤液转移至容量瓶,定容,摇匀,装瓶

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第一次实验:使用碘量法


实验原理:在酸性条件下碘化钾还原氯酸钾获得碘,用硫代硫酸钠标准溶液滴定测定碘的含量,从而计算出样品中氯酸钾的含量

实验原理验证:

将少量碘化钾与样品溶于约2mL水,混合,不出现黄色.加入1mL缓冲液,不出现黄色.加热至沸腾,不出现黄色.冷却,加入少量磷酸,出现较深黄色.说明KI与氯酸钾反应需要较低的pH,而缓冲液无法达到.继续加入硫代硫酸钠,溶液变为无色并带有少量黄色沉淀,伴有硫化氢臭,说明在反应所需的pH下硫代硫酸钠会分解,干扰滴定.

所以需要制定改进方案:

1.选用在反应所需酸性条件下不分解的还原剂,如抗坏血酸.抗坏血酸能被碘定量氧化,可以用来滴定,但其较易被空气氧化.

2.在使用硫代硫酸钠滴定前,调pH至3.5-4.0.可以通过加入缓冲液并稀释实现.

第一次实验失败

此处参考文献大多是中文


第二次实验:使用碘量法

实验原理:在酸性条件下碘化钾还原氯酸钾获得碘,用抗坏血酸标准溶液滴定测定碘的含量,从而计算出样品中氯酸钾的含量

实验原理验证:

将0.25g样品与5g碘化钾混合,加入适量水溶解,加入10mL磷酸,产生棕黄色.密塞,于暗处反应5分钟,打开塞子,洗涤容器壁,加入15mLpH缓冲液,用0.5mol/L的抗坏血酸溶液滴定,发现加入远超正常含量的抗坏血酸后仍然无法使滴定液变为无色.

IMG_20200322_103917.jpg

IMG_20200322_112310.jpg

分析原因:

在强酸性条件下,碘离子易被空气中的氧气氧化而造成较大误差.而氯酸根离子和碘离子反应也需要酸性较强的环境,这就造成了矛盾

第二次实验失败


随后我放弃了中文搜索,到谷歌去搜了一下"Titration chlorate",便有了后续改进的头绪.

文献:

attachment icon 95-unlocked.pdf 562.80KB PDF 76次下载 预览

该文献中提到,在强酸性条件下碘离子易被氧气氧化,而同样能被氯酸根氧化的溴离子不会.可以通过强酸性条件下溴离子与氯酸根反应,并将产生的溴和碘离子反应,并用磷酸钠稀释来解决碘离子被氧气氧化的问题.

A difficulty that can present itself under highly acidic reaction conditions is the oxidation of iodide ion to iodine resulting in a positive bias. To minimize this potential problem, bromide ion is used as the reducing agent. Bromide ion is not oxidized by oxygen under these conditions. After the reaction is completed (20 min), iodide ion is added to the sample and iodine is formed following reaction with bromine resulting from the reduction of the chlorine species originally present in the sample. Rapid dilution of the sample with sodium phosphate lowers the acidity of the sample thus minimizing unwanted side reactions.

由此制定下一步实验方案:

将样品溶于水,加入溴化钠和适量盐酸,反应后迅速加入过量碘化钾和磷酸钠,并使用硫代硫酸钠标准溶液测定碘的含量.

[未完待续]

来自:数理化 / 化学
5
UICalc 作者
1年1个月前 修改于 1年1个月前
1楼

此外,还有一些别的方法可用:

http://www.chlorates.exrockets.com/titrations.html提到的与亚铁离子反应,并用高锰酸钾回滴:

attachment icon Chlorate Titrations.pdf 63.79KB PDF 33次下载 预览

如果杂质全部都是KCl,还可以考虑加催化剂,反复加热至恒重并通过坩埚质量变化来计算出氯酸钾含量

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2
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UICalc作者
1年1个月前
2楼

预计的下一步实验:

  1. 热分解法粗略估计氯酸钾含量

  2. 制备浓盐酸,准备进行如下操作:

Titration at pH <0.1

 Add 1mL of 5%KBr and 10 mL of conc HCl to a 125 mL Ehrlenmeyer flask

 Add 10mL of sample to the Ehrlenmeyer flask and let the solution stand in the dark for 20 minutes

 Add 1g of KI to the flask and shake vigorously for 5 seconds

 Immediately add 25mL of saturated sodium phosphate to the flask and stir

 Titrate the solution with 0.1 N sodium thiosulfate (NTS)

 Record the number as A (A = mL titrant /mL sample)

在pH<0.1下滴定:

    在锥形瓶(我会使用碘量瓶)中加入1毫升5%溴化钾溶液和10毫升浓盐酸

    在锥形瓶(碘量瓶)中加入10毫升样品溶液(预先配好,将),密塞,避光反应10分钟

    打开塞子,加入1g碘化钾,大力摇晃5秒

    迅速加入25毫升饱和磷酸钠溶液,搅拌

    使用0.1mol/L硫代硫酸钠溶液滴定,记下所用体积V

即可计算出10毫升样品溶液中氯酸钾的含量

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Lihua
1年1个月前
3楼

我有个问题/建议:楼主用的厨房秤可能不是很准,称量0.25g固体会不会导致误差比较大?可以考虑用减量法称量,提高测量精度。

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UICalc作者
1年1个月前
4楼
引用Lihua发表于3楼的内容
我有个问题/建议:楼主用的厨房秤可能不是很准,称量0.25g固体会不会导致误差比较大?可以考虑用减量...

有可能。你的建议很好,似乎配合分析天平称量一定量的样品就是这么做的。

我以后还会考虑加大取用样品质量,并将样品溶液稀释,来减小误差

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Lihua
1年1个月前
5楼
引用UICalc发表于4楼的内容
有可能。你的建议很好,似乎配合分析天平称量一定量的样品就是这么做的。我以后还会考虑加大取用样品质量,...


取用样品溶液的时候可以用比较精密的移液管,或者滴定管。溶液可以一次配置多一点,一是减少测量误差(正如您所述),二是方便多次实验得出多组数据。


PS:你用的似乎是大茂的冰乙酸,西陇的碘化钾,垒固的量筒 sticker 。标签设计也比较美观实用。

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UICalc作者
1年1个月前
6楼
引用Lihua发表于5楼的内容
取用样品溶液的时候可以用比较精密的移液管,或者滴定管。溶液可以一次配置多一点,一是减少测量误差(正如...

移液管还没买 sticker 滴定管可以考虑.

待测的氯酸钾,自制;碘化钾,西陇化工,分析纯;五水合硫代硫酸钠,西陇化工,分析纯;可溶性淀粉,西陇化工,分析纯;冰乙酸,大茂,分析纯;三水乙酸钠,西陇化工,分析纯;L(+)-抗坏血酸,西陇化工,分析纯 sticker 西陇化工的包装还是不错的,内盖都有提手比较人性化.量筒不是垒固的,10mL的是BOMEX的(因为是申请基金,买了便宜的,质量一般),50mL的是华鸥的.我的全玻蒸馏套件是垒固的,挺厚质量不错可以拿来抽真空,磨口很细腻\密封性很好,不像BOMEX的磨口那么糙,就是有点贵.

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UICalc作者
1年1个月前
7楼

来上个图对比一下磨口质量

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左为BOMEX的碘量瓶塞,右为垒固24#标准磨口塞,不知道怎么差距那么大。。垒固的用手摸上去都没有颗粒感

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苯辛酸
1年0个月前 修改于 1年0个月前
8楼
引用UICalc发表于7楼的内容
来上个图对比一下磨口质量左为BOMEX的碘量瓶塞,右为垒固24#标准磨口塞,不知道怎么差距那么大。。...

垒固的东西貌似贵一些,蜀牛的质量也不错

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UICalc作者
1年0个月前
9楼
引用苯辛酸发表于8楼的内容
垒固的东西貌似贵一些,蜀牛的质量也不错

垒固的质量很好,磨口系列也很全,有点小贵.但是我找的的蜀牛仪器似乎更贵?感觉华鸥的不错,就是没有磨口系列.

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UICalc作者
11个月14天前
10楼

总结:先前实验部分失败.因为准备高中学业水平考试,暂时没有太多时间完成设计的研究过程,申请暂时以未完成状态结题,申请的资金已经全部使用,如果需要退款可以提出.

后续实验将在今年暑假计划完成.

项目完成情况:验证直接参照次氯酸盐的滴定方法完成实验由于pH不够低不可行,而直接在低pH下滴定碘离子易被氧化同样难以进行,并参考相关文献,提出了先生成中间产物溴,再进行滴定的方法.

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