化学分析操作规程(C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Ti、Mo、V).doc

1.钢铁中碳的测定碳是钢铁中最为重要的元素之一，它是钢铁编号的重要依据，也是衡量 钢铁机械性能优劣的重要依据，所以说测准钢铁中碳的含量十分重要。碳在钢铁中的存在形式一般有两种，一种是以游离状态的 石墨形式，另一种是碳与其它金属元素如铁、铬、锰、钨等化合形成的化合碳化物（Fe3C2，Cr3C2, WC）碳在钢铁中或以游离碳，或以化合碳、或以两种形式共存的形式出现。由于化合碳易被酸溶解从而使分析成为可能，然而，游离碳即石墨具有很大的化学惰性，给溶解试样带来很大的困难，所以，在测定钢铁中含碳量（指游离碳与化合碳之和）时，不是用一般的酸进行溶解处理的方法，而是用高温燃烧法测定。燃烧法测定钢铁中碳是首先制取合格的被测试样，将试样称量后放入船形瓷舟中，然后放入高温管式电炉内，经一段时间的予热后通氧气燃烧。使碳生成二氧化碳再测定之。根据测定形式的不同分为容量法和非水滴定法两种常见方法。燃烧 气体容量法：原理：试样在高温下（1300）通氧燃烧，碳被氧化生成二氧化碳，二氧化碳气体通过氢氧化钾或氢氧化钠溶液将二氧化碳气体吸收，根据吸收前后的体积差，换算出碳的百分含量。主要反应： C+O2=CO24Fe3C+13O2=4CO2+6Fe2O3 CO2+2KOH=K2CO3 +H2O在高温氧化过程中，钢铁中的硫同时也被氧化生成二氧化硫，当燃烧气体通过氢氧化钾吸收液时二氧化硫也被吸收，这样就会影响碳的测定。消除硫的影响是采用装有固体二氧化锰的特殊装置来吸收二氧化硫。反应式： 4FeS+7O2=2Fe2O3 +4SO2 SO2+KOH=KHSO3仪器及试剂：氧气净化和燃烧装置及定碳仪（见图71）。水银气压计。氢氧化钾溶液：（40%）。酸性水：于水中加数滴硫酸及钾基橙指示剂熔剂：纯锡、纯铋等。操作步骤：称取试样0.25002.0000g，置于瓷舟内，加适当助溶剂约0.2克，立即将瓷舟用紫铜或低碳不锈钢长钩送于炉管高温处（11501250），立即用橡皮塞将燃烧管塞住，保温0.51分钟，通氧燃烧（氧气流量1.52升/分），生成的二氧化碳和混合气体，经过除硫器及冷凝管进入量气管内，待量气管内酸性水液面在稳定一段时间以后开始下降时，将水准瓶 移至量气管的零点处，当液面降到接近零点时，将量气管通大气，切断氧气流。封闭量气管，读取刻度，将混合气体压入碱吸收器内，吸收后将水准瓶回到原处，再读取量气管水柱读数。所得吸收最后的读数差，按下式计算试样含碳量：量气管读数差（%）XKG C%=式中：K：温度压力核正系数 G：称取试样重（克）燃烧 非水滴定法：在容量分析中，滴定一般在水溶液中进行，原因是水对各种物质溶解能力强：性质稳定。但是遇到弱酸弱碱的滴定，则十分困难，这是因为弱酸弱碱的酸度常数大都小于10-7不容易准确滴定，如果采用非水溶剂作为滴定介质如：甲醇丙酮、乙醇乙醇胺等，就可以解决滴定困难的问题。二氧化碳就是一种弱酸酐，在水溶液中直接滴定时，离子突跃范围小，获得等当点不明显，滴定误差大。如在非水介质甲醇丙酮或乙醇乙醇胺碱性介质中，由于甲醇和乙醇同样具有水分子的质子自递作用，即溶剂分子之间有质子的转移，使溶剂本身产生解离，象二氧化碳这种在水溶液中不能滴定的物质，在非水介质甲醇、乙醇介质中出现滴定突跃范围较大，终点明显，使滴定成为现实。例甲醇质子转移反应及滴定主要反应：CH3OH+CH3OH CH3OH2+CH3O-CH3O-+KOH CH3OK+OH - CH3OK+CO2 CH3CO3K乙醇质子转移反应与甲醇类同。在甲醇丙酮体系中，丙酮分子是极难解离的，但加入丙酮的目的是增强二氧化碳的溶解量，即增加二氧化碳的吸收率，但甲醇丙酮体系具有毒性，而且溶解二氧化碳的能力不及乙醇体系。（甲醇PK3 =16.7 乙醇PKs=19.1）在乙醇乙醇胺体系中，由于乙醇的酸度比甲醇大，加入乙醇胺可以降低溶剂的酸度，和增强二氧化碳的酸度，此可提高滴定突跃的敏感性和降低二氧化碳的逸出量。：仪器及试剂： 氧气瓶 高温管式电炉 定碳装置（包括连接管、洗瓶、干燥塔、吸收器、滴定管等） 非水溶液甲醇丙酮体系滴定液配制：取1000ml甲醇量于2000ml容量瓶中，加氢氧化钾2g(2g稀溶液适用做钢样，4g浓溶液适用做铸铁）摇匀，待全溶后，称百里酚酞450mg，百里香酚蓝10mg倒入瓶中，用丙酮稀释至刻度摇匀备用。乙醇乙醇胺体系：称取2g氢氧化钾（2g稀溶液适用钢、4g浓适用铸铁）置于2000ml容量瓶中，加水20ml待氢氧化钾溶解后，加1000ml乙醇，65ml乙醇胺，称450mg酚酞10mg酚蓝置于容量瓶中，然后用乙醇稀释至刻度，摇匀备用。操作方法：称取试样0.5g置于经高温处理过的瓷舟中，加少量锡酚，将瓷舟用低碳钢丝做成的长钩送到瓷管中心高温处，立刻 用橡皮塞将瓷管塞紧，保温4560秒后，以0.51升/分的流速同氧燃烧当氧化产生的二氧化碳出现在吸收器中时，吸收液由浅蓝变成黄色，此时开始滴定，直至液体由黄转变为浅蓝与开始滴定时颜色一致，停止滴定，计下滴定消耗的滴定液体，将测定过的瓷舟拉出。用标准 钢铁样品按上述方法操作，求出滴定度，然后确定待测试样的含碳量：标样碳含量（%）滴定毫升数滴定度计算：TC = 试样含碳量：C% = T C X VV：待测试样消耗滴定液数附注： 滴定前需仔细检查各管道是否接通，瓷管是否漏气； 利用甲醇丙酮系统，严格控制滴定速度，吸收器内隔壁上方必须始终保持蓝色，防止黄色出现，避免二氧化碳气体逸出，使测量结果偏低。 甲醇、丙酮易燃且有毒，废液需收集于密闭容器内。 乙醇乙醇胺体系，配制滴定液时，水或者乙醇胺的量 应严格控制乙醇胺量少时，滴定终点不易观察。 不论甲醇或乙醇体系。酚蓝的量不宜超过15mg，否则终点观察困难，一般加10mg足够。 废液经蒸馏回收可使用，但终点观察不如新液。 测碳时，需装有二氧化锰除硫装置。 称样的多少，根据含碳量决定。2.普通钢中硅的测定钼兰法一、方法要点：试样溶解于稀硝酸中，硅生成硅酸，硅酸与钼酸作用生成硅钼酸，在草酸存在下用硫酸亚铁铵 还原 成硅钼兰进行比色测定。二、试剂： 硝 酸：1：6 钼酸铵溶液：5%，称钼酸铵5克，溶解于93ml水中，加7ml浓铵水。 草酸溶液：2% 硫酸亚铁铵溶液：6%，每100ml加硫酸（1+1）6滴。三、操作方法：称取试样0.05克（铸铁0.02克）于150ml锥形瓶中，加入硝酸（1+6）10ml，低温加热溶液试样并煮沸，立即加入钼酸铵 （5%）10ml，摇匀，加草酸（2%）溶液50ml，立即加入硫酸亚铁铵溶液（6%）10ml，摇匀，（铸铁试样需再加水50升）。用0.5厘米比色皿、S66滤光片，以水为空白测其吸光度。四、标准曲线的绘制：称取含硅量不同的标样，按方法操作，测其吸光度，绘制曲线。五、注意事项： 溶解试样：温度不宜太高，以免硅酸凝聚脱水而使结果偏低。 操作条件应控制一致。3.合金钢中锰的测定 高锰酸比色法一、方法要点：在酸性介质中，以硝酸银为催化剂，用过硫酸铵 将二价锰氧化为紫红色的高锰酸，借此进行比色，测其吸光度。二、试剂： 混合酸：于500ml水中，加硫酸150ml，磷酸150ml以水稀至1升。 定锰混合酸：于915ml水中加浓硫酸25ml，浓磷酸30ml，浓硝酸30ml，硝酸银2克，混匀。 过硫酸铵溶液：20%，当日配制。 EDTA溶液：5%三、操作方法：称取0.05克 试样置于50ml量瓶中，加王水（HNO3：HCl=1：2）5ml，加热溶解，加硫、磷、混合酸5ml（或加高氯酸2ml）蒸至冒烟，稍冷加定锰混合酸5ml，过硫酸铵5ml，煮沸约30秒，冷却，以水稀至刻度。用1厘米比色皿，S53滤光片，以剩余溶液中滴加EDTA5滴，摇匀使高锰酸褪色以此为空白，测其吸光度。四、标准曲线的绘制：称取不同含锰量的标样钢样数份，按方法操作测其吸光度，绘制曲线。五、注意事项： 含钨试样可补加1ml浓磷酸溶解试样。 含碳量较高时，可将试样蒸至冒烟滴加硝酸破坏碳化物。 试样煮冲时间不易过长，一般可在30秒左右。4.碳钢、低合金钢、铸铁中磷的测定氟化钠 氯化亚锡直接比色法一、方法要点：试样用氧化性酸溶解后，将磷氧化成正磷酸在约2N硝酸介质中，与铜酸铵生成磷铜杂多酸用氯化亚锡还原呈磷钼兰进行比色。 溶解： 3Fe3P+41HNO3=3H3PO4+9Fe(NO3)3+16H2O+14NOFe3P+13HNO3 =H3PO3+3Fe(NO3) 3+5H2O+4NO 加入高锰酸钾溶液氧化亚磷酸5H3PO3+2KMnO4+6HNO3=5H3PO4+2KNO3+2Mn(NO3)2+3H2O 过量之高锰酸钾溶液加热将生成二氧化锰沉淀2KMnO4+2HNO3=2KNO3+2MnO2+3O+3H2O 钼酸铵与正磷酸作用形成磷钼酸铵络合物H3PO4+12（NH4）2MOO4+21HNO3 =（NH4）3PO412MOO3（2H2O）+21NH4NO3 +10H2O 加入还原剂二氯化物将磷钼酸还原成磷钼兰。二、试剂： 硝酸：1：3 氟化钠 氯化亚锡溶液：每100ml中含氟化钠2.4克氯化亚锡0.2克（当日配制）氯化亚锡也可以配制成20%的甘油溶液贮存，每100ml2.4%氟化钠溶液中加入1ml氯化亚锡溶液，氯化亚锡的甘油溶液可以使用半年。 钼酸铵溶液：5% 钼酸铵 酒石酸钾钠溶液：100ml溶液中含钼酸铵、酒石酸钾钠各9克。 尿素溶液：5% 高锰酸钾溶液：2%三、操作方法： 碳钢、低合金钢、铸铁：碳钢、低合金钢称取试样0.05克 （铸铁称取0.02克）放入100ml锥形瓶中，加1：3硝酸10ml，加热低温溶解，煮沸滴加2%高锰酸钾溶液5滴，氧化使磷全部成正磷酸，微沸半分钟，取下立刻加入5%钼酸铵 溶液5ml（铸铁加钼酸铵酒石酸钾钠5ml）摇匀，迅速加入氟化钠氯化亚锡溶液20ml摇匀，加5%尿素溶液5ml，放置5分钟，冷至室温（铸铁加20ml水），用1或2厘米比色皿，660毫微米波长以水为参比测定吸光度。检量线：用标准钢样同样操作显色绘制。 合金钢：称取试样0.05克，加王水23ml，温加热溶解，加高氯酸2ml蒸至无流动性，但不 要蒸糊（若含铬高时可加高氯酸5ml冒浓高氯酸烟约2030秒此时铬已被氧化成Cr+6加1滴管盐酸飞铬）取下冷却加3：97硫酸10ml10%无水亚硫酸钠溶液1.5ml，还原铬、钒煮沸取下，同上加钼酸铵及氟化钠 氯化亚锡溶液放置5分钟，冷却以水作 参比测定吸光度检量线：用合金钢标样同样操作显色绘制。四、注意事项： 钒0.2%或钨0.5%的试样按合金钢的方法分析，多数低合金钢试样溶解 后，无黑色碳化物沉淀如有沉淀对磷的结果影响不大。 加尿素为破坏氧化氮，否则在放置过程中能使磷钼兰色泽消退。 铸铁溶样后有游离石墨，加水后摇匀静置，倒入比色皿时不要再摇动，并要小心。 含砷大于0.05%稍有干扰使磷的结果偏高可加12ml盐酸510滴氢溴酸再加热冒烟、除砷。 单用高氯酸冒烟氧化、磷可全部氧化成正磷酸不必再辅以高锰酸钾氧化。 不用硝酸溶样 ，无氧化氮、色泽稳定，无需加尿素溶液。 测磷的三角烧瓶切易冒磷酸烟，否则偏高。5.钢铁中硫的测定硫是钢中有害杂质，它的存在容易使钢在热加工时发生热裂现象，所以钢件需严格控制硫的含量范围。普通钢硫的含量一般控制在0.05%以内，优质钢控制范围是不大于0.035%，猛的存在可以降低硫的有害程度。硫在钢铁中多是以化合物形式出现，它与猛形成硫化锰，与铁形成硫化铁，钢铁中测定硫的含量常见的是燃烧碘量法，该法操作简便易行，准确度也较高。原理： 含有硫的试样，在高温下（1300）通氧燃烧，硫被氧化生成二氧化硫，二氧化硫气体用水吸收生成亚硫酸。然后以碘作为氧化剂将亚硫酸氧化成硫酸以淀粉作指示剂，滴定出现蓝色为终点。主要反应： 4FeS+7O2 =4SO2 +2Fe2O34MnS+7O2 =2Mn2O3+4SO2 SO2+H2O=H2SO3 H2SO3 +I2+H2O=H2SO4+2HI仪器与试剂：仪器与做碳同，只是定硫吸收器与定碳吸收器外形不同。试 剂： 碘溶液：称1.99g碘置于玻璃烧杯内，加碘化钾15g水50ml，溶解碘，待碘溶解完以后，加水稀释至2000ml摇匀，放入棕色瓶内备用。 淀粉溶液：称2g淀粉用少量水 调成水溶液，倒入2000ml煮沸的蒸馏水中，煮沸2分钟，取下冷却，取上层澄清液备用。 锡粉、五氧化二钒粉。分析方法：称取试样0.5g置入经过高温处理过的瓷舟中，加少量锡粉和五氧化二钒粉，用低碳钢长钩将瓷舟推入瓷管中高温处，立刻用橡皮塞将瓷管塞紧，保温1分钟，然后通氧（2升/分）当吸收器内颜色由蓝变为无色时，开始滴定，直至吸收器内溶液颜色由无色再变为蓝色并与开始滴定前一致时停止滴定记录滴定消耗的碘溶液ml数。同样操作标样，以求出滴定度，然后计算试样含硫量的多少。标样含硫量（%）消耗碘毫升数滴定度计算： Ts=试样硫含量计算：S% = TsVV：试样消耗碘ml数附注： 检查管道是否接通，瓷管是否漏气。 碘溶液的浓度是根据含硫量的多少配制的，由配好的浓碘液量取的多少决定。 称样的数量是 根据被测试样含量的多少决定。 一个样做完后，需要放掉废渣新加吸收液重新调底色，否则酸度过大，影响测定的准确度。 加锡粉是助熔，加五氧化二钒是增加硫的转化率。6.合金钢中铬的测定 过硫酸铵容量法一、方法要点：以硫磷混合酸溶解试样，加硝酸氧化铬则转化成Cr2(SO4)3等形式存在于溶液中。以硝酸银作催化剂，用过硫酸铵氧化铬。Cr2(SO4)3+3(NH4)2S2O8+8H2O=2H2CrO4+3(NH4)2SO4+6H2SO4此时锰也被氧化2MnSO4+5(NH4)2S2O8+8H2O=2HMnO4+5(NH4)2SO4+7H2SO4当溶液呈紫红色时表明Cr+3已全部被氧化成 Cr+3(Cr+的标准氧化电位Eo=+1.36伏，Mn+2标准氧化电位Eo=+1.52伏）但HMnO4存在首先被亚铁滴定干扰铬的测定，必须用亚硝酸钠还原消除干扰，过量的亚硝酸钠用尿素破坏，以N 苯代邻氨基苯甲酸作指示剂，用亚硫酸亚铁滴定。2H2CrO4+6(NH4)2Fe(SO4)2+6H2SO4=Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+6(NH4)2SO4+8H2O二、试剂： 硫磷混合酸溶液：于500ml水中，小心加浓硫酸150ml冷却后加入浓磷酸150ml用水稀至1升。 亚硝酸钠溶液：1% 硝酸银溶液：1% 过硫酸铵溶液：15% N 苯代邻氨基苯甲酸溶液：0.2%（100ml水 中含N苯代邻氨基苯甲酸、无水碳酸钠各0.2克）。 硫酸亚铁铵标准溶液：0.025N称取硫酸亚铁铵10克，溶于（5：95）硫酸1升中摇匀。三、分析方法： 试样中不含钒：TV100G称取试样0.2克于300ml锥形瓶中，加硫磷混合酸30ml，于电热板上加热溶解待试样全部溶解后，滴加硝酸破坏碳化物，除去氮氧化物（高合金钢蒸至冒烟），取下稍冷加水6070ml，硝酸银5ml，过 硫酸铵溶液1520ml煮沸使过量的过硫酸铵分解，取下、冷却加固体尿素1克（一小匙）缓慢滴加亚硝酸钠溶液使红色退去立即加入N 苯代邻铵荃苯甲酸指示剂2滴以硫酸亚铁铵标准溶液滴至亮绿色为终点计算：Cr% = 式中：T 1ml硫酸亚铁铵溶液相当于铬克的数V 滴定时用去标液的ml数G 试样克重炉前快速分析（试样不含钒）称取试样0.1克，于200ml锥形瓶中加硫磷混合酸10ml加热溶解加12滴硝酸破坏碳化物，煮沸除去氮氧化物，加2%高锰酸钾710ml氧化铬煮沸约30秒，保持褐色MnO2,加20%氯化铵1220ml，煮沸使MnO2还原溶液呈清亮黄色，取下，冷却加10ml硫磷混合酸，加N 苯代邻氨基苯甲酸指示剂2滴，用0.01N硫酸亚铁铵标准溶液滴至亮绿色为终点。TV100G计算：Cr%=式中： T 1ml硫酸亚铁铵溶液相当于铬的克数 V 滴定时用去标液的ml数 G 试样克重 钢中铬钒联合测定钒的测定：TVVG称取试样0.2克，于300ml锥形瓶中，加入硫磷混合酸30ml，加热溶解，滴加硝酸破坏碳化物，再蒸至冒烟，稍冷加入30ml水（易多加），滴加0.5%高锰酸钾溶液呈稳定的微红色，放置23分钟，加尿素1克，然后缓慢 滴加亚硝酸钠使高锰酸褪色，再过量12滴，加 N 苯代邻氨基苯甲酸指示剂2滴，用硫酸亚铁铵标准滴至亮绿色为终点。100计算：V% = 式中：Tv 每ml亚铁标液相当于钒的克数 V 试样消耗亚铁标液的ml数 G 试样克重铬钒含量的测定：7.钢中镍的测定 丁二肟比色法一、试剂： 高氯酸：比重175 王水：1份硝酸，2份盐酸 柠檬酸三铵溶液：20% 碘溶液：0.1N，称取碘12.7克，碘化钾25克用少量水溶解并稀至1升。 氨性丁二肟溶液：0.1%，称取丁二肟1克溶于500ml氨水中，以水稀至1升。 混合显色液：（水65ml，20%柠檬酸三铵10ml，0.1N碘溶液5ml）+0.1%氨性丁二肟溶液20ml。二、操作方法：称取试样1050mg（根据试样中含镍量而定），置于100ml锥形瓶中，加王水（二滴管盐酸、一滴管硝酸）溶解试样，加高氯酸2ml并冒烟至瓶口，稍冷，加水10ml溶解盐类，加柠檬酸三铵溶液（20%）10ml，加碘液5ml，加丁二肟溶液25ml（含镍量在1%以下可加10ml），摇匀，（也可加混合显色液100ml摇匀），于530毫微米波长处，1厘米比色皿，以水参比，测其吸光度。三、注意事项： 硅高的试样，可滴加数滴氢氟酸助溶。 丁二肟注意保存，氨水易挥发会使结果偏低。 大量锰存在，会使镍的结果偏高，每10%的锰可使镍偏高0.09%，应从结果中扣除。 锰含量高，柠檬酸氨加入量适当增加。8.钢中钛的测定 变色酸的比色法一、试剂： 王 水：1份硝酸、2份盐酸 高氯酸（比重为175） 亚硫酸钠溶液：1% 氟化氢铵溶液：25%，贮盛于塑瓶中。 变色酸溶液：10%的草酸溶液580ml，1.6%的变色酸溶液200ml，10%的亚硫酸钠溶液16ml，水加160ml及溶硫酸50ml混匀。二、操作方法：称取试样20mg，置于100ml锥形瓶中，加王水（一滴管硝酸、二滴管盐酸）溶解试样后，加高氯酸2ml并冒高氯酸白烟出瓶口，稍冷，加变色酸溶液30ml，冷却，将显色液倒入2厘米比色皿中，于剩余显色液中滴加三滴氟化氢铵溶液，摇匀，褪色后为参比液，于500毫微米波长处测其吸光度。三、注意事项： 硅高试样可滴加数滴氢氟酸助溶，经冒高氯酸白烟驱氟。 变色酸易被空气氧化失效，不易放置时间过长。 氟化氢铵滴加要准确，氟化氢铵对玻璃有腐蚀，比色完应立即洗净比色皿。9.钢中钼的测定 氯化亚锡还原、硫氰酸盐比色法一、试剂： 王 水：1份硝酸、2份盐酸 高氯酸：（比重为175） 显色混合液：称取2克氯化亚锡用10ml盐酸加热溶解，加少量水，加2克硫氰酸铵，以水稀至100ml。二、操作方法：称取试样20mg（含钼在1%以下称50mg），置于100ml锥形瓶中，加王水（二滴管盐酸、一滴管硝酸）溶解试样后加2ml高氯酸并冒烟至瓶口，稍冷，加水10ml，加显色混合液20ml，十分钟后于490毫微米波长处，0.5厘米或1厘米比色皿，水为参比，测其吸光度。高合金钢中钼可用下列方法测定：称取试样20mg，加王水（一滴管硝酸、2滴管盐酸）溶解后加高氯酸4ml并冒烟至瓶口，稍冷，加水10ml，加三滴亚硫酸钠（10%）还原铬（此时溶液呈兰绿色），加水10ml，加混合显色液20ml，十分钟后于490毫微米波长处，0.5厘米比色皿，水为参比，测其吸光度。三、注意事项： 硅高的试样可加数滴氢氟酸助溶，冒高氯酸白烟驱氟。 高氯酸冒烟不易太长，以防钼酸折出，使结果偏低。 含铜量在2%以下对测定无影响，否则会 产生硫氰酸亚铜