高锰酸钾法测定石灰石中钙的含量(实验报告).doc

高锰酸钾法测定石灰石中钙的含量李开（四川农业大学 生命科学与理学院，四川 雅安，625014）摘 要 本实验以高锰酸钾法测定了石灰石中钙的含量，最终得到试样中钙的含量为41.57%0.43%，测定结果的相对标准误差（RSD）为0.85% 。关键词 高锰酸钾法 石灰石 钙Determination of Calcium Content in Limestone by Potassium Permanganate MethodLi Kai(College of Science and Life Science, Sichuan Agricultural University, Yaan 625014, China)Abstract: The experiment used Potassium Permanganate Method to determine calcium content in limestone. Finally, the calcium content in limestone was 41.57%0.43%, and the relative standard deviation(RSD) was 0.85% .Keywords：potassium permanganate method；limestone；calcium1 引言天然石灰石是工业生产中重要的原材料之一，它的主要成分是CaCO3，此外还含有SiO2、Fe2O3、Al2O3及MgO等杂质。石灰石中Ca2+含量的测定主要采用配位滴定法和高锰酸钾法。前者比较简单但干扰也较多，后者干扰少、准确度高、但较费时。用高锰酸钾法测定石灰石中的钙含量，首先将石灰石用盐酸溶解制成试液，然后将Ca2+转化为CaC2O4沉淀，将沉淀过滤、洗净，用稀H2SO4溶解，用KMnO4标准溶液间接滴定与Ca2+相当的C2O42-，根据KMnO4溶液的用量和浓度计算出试样中钙的含量。主要反应有：CaCO3+2HCl = CaCl2+H2O+CO2 Ca2+ C2O42- = CaC2O4 CaC2O4+2H+ = Ca2+ H2C2O42MnO4-+5 H2C2O4+6H+ = 2Mn2+10 CO2+8H2O2 实验部分2.1 实验试剂与仪器KMnO4（固）、Na2C2O4（A.R.或基准试剂于105干燥2h，贮存于干燥器中）、3molL-1 H2SO4、6 molL-1HCl、3 molL-1NH3H2O、0.25 molL-1（NH4）2C2O4、0.1%甲基橙指示剂、10%柠檬酸铵、0.1%（NH4）2C2O4、0.5 molL-1CaCl2、石灰石样试样50mL酸式滴定管、10mL量筒、250mL锥形瓶、250mL烧杯、滴管、玻璃棒、玻璃砂芯漏斗（或玻璃纤维）、棕色细口试剂瓶、台秤、分析天平、酒精灯、表面皿、漏斗、定性滤纸2.2 实验方法12.2.1 0.02 molL-1KMnO4溶液的配制 台秤上称取1.6 g KMnO4Mr（KMnO4）=158.04溶于500 mL水中，盖上表面皿，加热煮沸2030 min（随时加水以补充因蒸发而损失的水）。冷却后在暗处放置1周以上，用砂芯漏斗或玻璃纤维过滤出去MnO2等杂质。滤液贮于洁净的棕色瓶中，放置暗处保存。如果溶液经煮沸并在水浴上保温1h，冷却后过滤，则不必长期放置就可以标定其溶液。2.2.2 CaC2O4的制备 准确称取石灰石样品0.150.2 g置于250 mL烧杯中，滴加少量蒸馏水润湿试样，盖上表面皿，从烧杯嘴处慢慢滴入6 molL-1HCl溶液5 mL，同时不断轻摇烧杯，使试样溶解，待停止冒泡后，小火加热至沸2 min，冷却后用少量蒸馏水淋洗表面皿和烧杯内壁使飞溅部分进入溶液。在5 mL10%柠檬酸铵溶液（掩蔽其中的Fe3+和Al3+）和50 mL蒸馏水，加入2滴甲基橙指示剂，此时溶液7080，在不断搅拌下以每秒12滴的速度滴加3 molL-1氨水至溶液由红色变为黄色。将溶液热水浴30 min，同时用玻璃棒搅拌，使沉淀陈化。待沉淀自然冷却至室温后用定性滤纸以倾注法过滤。用冷的0.1%（NH4）2C2O4溶液洗涤沉淀34次，再用水洗涤至滤液中不含C2O42-为止。在过滤和洗涤过程中尽量使沉淀留在滤纸上，应多次用水淋洗滤纸上部，在洗涤接近完成时，用小表面皿接取约1 mL滤液，加入数滴0.5 molL-1的CaCl2溶液，如无浑浊现象，证明已洗涤干净。2.2.3 KMnO4溶液浓度的标定 分析天平上准确称取0.150.2 g（准确至0.1 mg）Na2C2O4基准物于250 mL烧杯中，加入30 mL蒸馏水及10 mL3 molL-1H2SO4，溶解后在水浴上加热至7580，立即用待标定的KMnO4滴定（不能沿杯壁滴入）至粉红色经30 s不褪色，即为终点。平行滴定5次，标定所得数据如表1。表1 KMnO4标准溶液的配制和标定实验序号12345m（Na2C2O4）/g0.1723 0.1719 0.1706 0.1933 0.1865 V（KMnO4）/mL23.20 23.20 23.05 26.38 25.33 2.2.4 沉淀的溶解和Ca2+含量的测定 将带有沉淀的滤纸小心展开并贴在原贮沉淀的烧杯内壁上，用50 mL 1 molL-1H2SO4溶液分多次将沉淀冲洗到烧杯内，用水稀释至100 mL，加热至7585用0.02 molL-1KMnO4标准溶液滴定至溶液呈粉红色，再将滤纸浸入溶液中，轻轻搅动，溶液褪色后再滴加KMnO4标准溶液，直至粉红色在半分钟内部褪色为止，即为终点，记录消耗KMnO4标准溶液的体积，计算试样中Ca2+的含量。平行测定5次，结果相对误差不大于0.2%即可，有关数据见表2。表2 KMnO4测定钙的含量实验序号12345m（CaCO3）/g0.19640.17510.16370.16110.1713V（KMnO4）/mL36.6133.3131.0530.0332.203 结果与讨论3.1 实验结果KMnO4标准溶液的标定结果为，平均浓度为0.02205 molL-1，变异系数为0.53%；最终测得石灰石中钙的含量的为41.57%0.43%，变异系数为0.85% 。由上述数据可以看出，本次实验的数据并不理想，实验误差无非来自以下几方面：高锰酸钾溶液颜色较深，使得滴定管读数不容易，有较大偏差；沉淀在过滤和洗涤过程中，钙有较大损失；用蒸馏水洗涤沉淀并不充分，没有将C2O42-洗涤彻底。3.2 洗涤剂的选择2 由于CaC2O4沉淀在水中的溶解度较大，所以根据同离子效应，本实验先采用沉淀剂的稀溶液洗涤沉淀，以降低沉淀的溶解度、减少溶解损失，并且洗去杂质。再用蒸馏水洗至滤液中无C2O42-，即表示沉淀中杂质已洗净。3.3 滴定时温度的选择3 在标定KMnO4标准溶液时及用KMnO4溶液滴定CaC2O4的过程中，溶液应加热到7580（触摸烧杯壁感觉烫手）时进行滴定，因为在室温下, 高锰酸钾与CaC2O4和Na2C2O4反应缓慢，但是温度不宜过高，若高于90，H2C2O4易发生分解。在滴定终点时，溶液的温度不应低于60。3.4 酸度 在生成草酸钙沉淀的过程中，应用甲基橙指示剂控制体系的酸度在pH=4左右，如果酸度过高，一方面受酸效应的影响，沉淀不完全；另一方面，会促使H2C2O4分解。酸度过低, KMnO4 易分解成MnO2。3.5 滴定速度 高锰酸钾溶液滴定草酸钙的过程中，开始时滴定的速度不宜太快，否则加入的KMnO4溶液来不及与草酸钙反应, 即在热的酸性溶液中发生分解。3.6 滴定终点 高锰酸钾滴定至终点后，溶液中出现的粉红色保持30s 不变即可，因为空气中的还原性气体和灰尘都能使Mn