高锰酸钾法测定石灰石中钙的含量

1、高锰酸钾法测定石灰石中钙的含量化学生物学一班 王泽宇 20122982指导教师：吴明君摘要：本次实验用间接滴定法测定石灰石中的钙含量。先制备KMnO4标准溶液，用Na2C2O4为基准物进行标定，以KMnO4自身为指示剂，测得KMnO4标准溶液的浓度为(0.020080.00004)mol/L。然后用已标定的KMnO4标准溶液来滴定处理过后的石灰石。测得石灰石中的钙含量为(37.960.05)%。关键词：间接滴定法；KMnO4标准溶液；Na2C2O4基准物；石灰石中的钙含量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综述：市售的高锰酸钾常含有少量杂质，如硫酸盐、氯化物及硝酸盐以及MnO2等，不是基准物，因此不能用精确称量高锰酸钾来直接配制标准溶液。KMnO4氧化性强，还易和水中的有机物、空气中的尘埃及氨等还原性物质作用。KMnO4能自行分解，其分解反应如下：4 KMnO4+2H2O=4MnO2+4KOH+3O2分解速度随溶液的pH而改变。在中性溶液中，分解很慢，但Mn2+离子和MnO2能加速KMnO4的分解，见光则分解得更快。由此可见，KMnO4溶液的浓度容易改变，必须正确的配置和保存。正确配制和保存的KMnO4溶液应呈中性，不含MnO2，这样，

5、浓度就比较稳定，放置数月后浓度大约只降低0.5%。但是如果长期使用，仍应定期标定。KMnO4 标准溶液常用还原剂草酸钠Na2C2O4作基准物来标定。Na2C2O4不含结晶水，容易提纯，性质稳定。用Na2C2O4标定KMnO4溶液的反应如下：2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2+10CO2+8H2O滴定时可利用MnO4-离子本身的颜色指示滴定终点。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。前者比较简便但干扰也较多，后者干扰少、准确度高、但较费时。

6、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+8H2O此法是根据Ca2+与C2O42-生成1：1的CaC2O4沉淀。因此为使测定结果准确，必须控制一定的条件，以保证Ca2

7、+与C2O42-有1：1的关系，并要得到颗粒较大、便于洗涤的沉淀。为此，采取如下措施：试液酸度控制在pH4，酸度高时CaC2O4沉淀不完全，酸度低则会有Ca（OH）2或碱式草酸钙沉淀产生；采用在待测的含Ca2+的酸性溶液中加入过量的（NH4）2 C2O4（此时C2O42-浓度较小，主要以HC2O4-形式存在，故不会有CaC2O4生成），再滴加氨水逐步中和以求缓慢的增大C2O42-浓度的方法进行沉淀，沉淀完全后再稍加陈化，以使沉淀颗粒增大，避免穿滤；必须用冷水少量多次彻底洗去沉淀表面及滤纸上的C2O42-和Cl-（这常是造成结果偏离的主要因素），但又不能用水过多，否则因沉淀的溶解损失过大。除碱金

8、属离子外，多种离子对测定有干扰。若有大量的Al3+或Fe3+，则应预先分离。如有Mg2+存在，也能生成Mg C2O4沉淀，但当有过量的C2O42-存在时，Mg2+能形成Mg（ C2O4）22-配离子而与Ca2+分离，不干扰测定。 1 实验部分1.1 仪器和试剂1.1.1仪器：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、定性滤纸、漏斗。1.1.2药品：KMnO4(固)、Na2C2O4（A.R.或基准试剂于105干燥2h，储存于干燥器中）、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%甲基橙指示剂、10%柠檬酸铵、0.5mol/LCaCl2、石灰石试样、0.1%（NH4）2C2O41.2实验方法1.2.1 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，用玻璃砂芯漏斗或玻璃纤维过滤除去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

10、。1.2.2CaC2O4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。在试液中加入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，此时溶液显红色，再加入15mL20mL0.25mol/L（NH4）2C2O4，加热溶液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

11、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。1.2.3 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

12、，立即用待标定的KMnO4滴定（不能沿杯壁滴入）至呈粉红色经30 s不褪色，即为终点。平行标定34次。1.2.4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不褪色为止，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34次结果相对误差不大于0.2%即可2、实验数据记录与处理

13、2.1高锰酸钾标准溶液的标定表1 KMnO4标准溶液的配制和标定Table 1 KMnO4 standard solution preparation and calibration1234Na2C2O4质量/g0.16450.17090.16700.1734KMnO4初读数/mL0.200.100.000.00KMnO4终读数/mL24.6025.5524.8525.75KMnO4体积/mL24.4025.4524.8525.75KMnO4浓度/(mol/L)0.020120.020050.020060.02010KMnO4平均浓度/(mol/L)0.02008个别测定绝对误差0.00004

14、-0.00003-0.000020.00002平均偏差0.00003相对平均偏差0.1%将四个数据按从小到大的顺序排列为:0.02005 0.02006 0.02010 0.02012可疑值为0.02005和0.02012用Q检验法进行检验：Q1=（0.020060.02005）/（0.020120.02005）=0.14 Q2=（0.020120.02010）/（0.020120.02005） =0.29由Q值表可知当置信度为90%时，Q1、Q2均小于Q表。故两数据均应保留。S=3.3210-5RSD=100%=0.2%由t值查表得置信度为90%、自由度为3时t=2.35，由得到高锰酸钾标准

15、溶液浓度为(0.020080.00004)mol/L2.2钙含量的测定KMnO4测定钙的含量Determination of calcium KMnO41234CaCO3质量/g0.17690.18140.17900.1784KMnO4初读数/mL0.200.200.050.00KMnO4终读数/mL33.5534.4533.8033.70KMnO4体积/mL33.3534.2533.7533.70（Ca）/%37.9337.9937.9338.01（Ca）/%37.96个别测定绝对误差-0.030.03-0.030.05平均偏差0.04相对平均偏差0.1%将四个数据按从小到大的顺序排列为:0

16、.3793 0.3793 0.3799 0.3801可疑值为0.3801用Q检验法进行检验：Q1=（0.38010.3799）/（0.38010.3793）=0.25由Q值表可知当置信度为90%时，Q1小于Q表。故数据应保留。S=0.04RSD=100%=0.1%由t值查表得置信度为90%、自由度为3时t=2.35，由得到高锰酸钾标准溶液浓度为(37.960.05)%3、结果与讨论3.1试验误差 实验误差来自以下几方面：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 由于C

17、aC2O4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 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

18、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，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。实验刚开始进行较慢，随着反应的进行，生成的Mn2+离子会催化该反应，所以反应速率会大大加快；接近终点的时候，反应速率随着反应物浓度的下降而降低，于是，在接近终点的时候，滴定不宜过快。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，为空气中的还原性气体和灰尘都能使MnO4-还原，使溶液中的粉红色消失。3.7陈化 .在同样条件下，小晶粒的溶解度比大晶粒的大，同一溶液中，对大晶粒为饱和溶液时，对小晶粒则为未饱和，因此小晶粒就要溶解，这便是陈化的原理，通过加热可以缩短陈化的时间。3.8滤纸对实验的影响 实验过程中如果先将带有CaC2O4沉淀的滤纸一起投入烧杯，以硫酸处理后再用KMnO4滴定，会使实验结果偏大，因为滤纸中含有还原性物质，在酸性环境下会被KMnO4氧化。3.9其他方法 本实验也可采用络合滴定法以及酸碱滴定法来完成。络合滴定法滴定的方法是，在加入少