連續(xù)兩步滴定法測(cè)錳的氧化度畢業(yè)論文

1、JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：連續(xù)兩步滴定法測(cè)錳的氧化度學(xué) 院：國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院姓名：學(xué)號(hào)：專 業(yè)：農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境班 級(jí)：指導(dǎo)教師：職稱：講師二 0 一四年五月目錄摘要IAbstractII.前言1.1實(shí)驗(yàn)部分2.1.1主要的儀器與試劑 2.1.2實(shí)驗(yàn)方法152.1.2.1高錳酸鉀-草酸鈉返滴定法測(cè)定樣品中還原電子的物質(zhì)的量 21.2.2 EDTA滴定法測(cè)定溶液中總錳的含量 22實(shí)驗(yàn)條件的探索3.2.1加熱時(shí)間對(duì)氧化還原滴定的影響 32.2 EDTA濃度對(duì)錳氧化度的影響 32.3鉻黑T的用量對(duì)錳氧化度的影響42.4高錳酸鉀濃度對(duì)錳氧化

2、度的影響 53結(jié)果與討論 6.參考文獻(xiàn)7.致謝9摘要本文用已知濃度的草酸鈉溶液溶解樣品，用高錳酸鉀返滴定法測(cè)試樣品得失電子數(shù)，直接用EDTA溶液滴定二價(jià)錳，經(jīng)計(jì)算求出錳的氧化度。通過改變水浴時(shí)間、EDTA 的濃度、鉻黑T指示劑的用量、高錳酸鉀濃度探究最佳的實(shí)驗(yàn)方案。關(guān)鍵詞：錳氧化度；氧化-還原；EDTA滴定；鉻黑T;高錳酸鉀2AbstractIn this paper, sodium oxalate with a known concentration dissolved samples, potassium perma ngan ate back titrati on tested the

3、nu mber of gain or loss electr ons of samples, EDTA soluti on titrated bivale nt mangan ese in direct way, and the n the degree of oxidati on of mangan ese could be calculated. The experime nt con diti ons could be cha nged, such as water bath time, concen trati on of EDTA, the dosage of chrome blac

4、k T in dicator, and potassium perma ngan ate concen trati on to explore the best experime nt desig n.Key words： manganeseoxide degrees; the oxidation and reduction; EDTA titration; chrome black T; potassium perma ngan ate、尸、刖言錳氧化物廣泛分布于土壤、沉積物和海洋錳結(jié)核中，往往以細(xì)粒和膠膜狀的聚集 體，球狀、塊狀結(jié)核體形成于巖石圈和水圈、大氣圈或生物圈的交界面，通過包被在

5、其它礦物表面，使其表現(xiàn)出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出自身總量的活性潛能 。錳氧化物因電荷零點(diǎn)（PZC） 低、比表面積大、負(fù)電荷量高、表面活性強(qiáng)，影響和決定著許多其他營(yíng)養(yǎng)元素、重金 屬元素及有機(jī)污染物的行為和歸趨，錳氧化物以其氧化活性高、催化與吸附能力強(qiáng)、 成本低和環(huán)境友好等特性在化學(xué)電源、催化、氧化、吸附和磁性材料等領(lǐng)域得到了廣 泛應(yīng)用2-3。最近研究表明錳氧化物的氧化度顯著影響其物理化學(xué)性質(zhì)，氧化度越高的錳氧化物其化學(xué)活性也越強(qiáng)。氧化度是指錳氧化物中錳的平均價(jià)態(tài)。研究表明酸性水鈉錳礦（自然界中一種常見的錳氧化物）對(duì) Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附量均隨錳 氧化度的增加而升高5-6;此外，堿性水鈉錳

6、礦對(duì)Cr（III）氧化率隨著錳氧化物氧化度的 升高而升高。氧化度影響著錳氧化物的物理化學(xué)性質(zhì)，因此準(zhǔn)確測(cè)定錳氧化物的氧 化度對(duì)于研究錳氧化物的物理化學(xué)性質(zhì)具有重要意義。錳氧化度的測(cè)定分為錳礦中高價(jià)錳的測(cè)定和總錳的測(cè)定。高價(jià)錳的測(cè)定方法是氧 化還原法，有高錳酸鉀草酸鈉法和碘量法測(cè)反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的總電子數(shù)，高錳酸鉀草酸鈉 法是目前采用的最主要的方法。目前總錳的測(cè)定的方法大多采用等離子發(fā)射光譜法（ICP-AES）或原子吸收光譜法（AAS）。但由于ICP- AES和AAS的測(cè)定對(duì)象主 要是微量元素，因此測(cè)量時(shí)試樣的稀釋倍數(shù)過大易引起誤差。用分光光度法測(cè)定總錳 的含量9，該方法測(cè)定的對(duì)象主要是微量或低含量的

7、元素，同時(shí)操作復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)過程 比較長(zhǎng)，偶然誤差比較大。用配位滴定法測(cè)定錳氧化物中錳的含量10，可以避免稀釋樣品時(shí)產(chǎn)生的誤差，同時(shí)該方法不用使用大型儀器，操作簡(jiǎn)單，因此本文采用氧化還 原與絡(luò)合滴定相結(jié)合的方法來測(cè)定錳氧化物中錳的氧化度。目前對(duì)錳氧化度的測(cè)定方法主要集中在總錳測(cè)定的探究，但對(duì)于總錳測(cè)定的影響 因素方面研究較少，本文在李琪等-14采用方法的基礎(chǔ)上來測(cè)定錳氧化物中錳的氧化 度，進(jìn)一步探究影響錳氧化度結(jié)果準(zhǔn)確的因素，本文以二氧化錳為代表礦物，將實(shí)驗(yàn) 結(jié)果與理論值對(duì)比，通過改變不同的影響因素來探索最佳的實(shí)驗(yàn)方案，為其它錳氧化 物中錳氧化度的測(cè)定奠定基礎(chǔ)。尋找和建立準(zhǔn)確、快速測(cè)定錳氧化物的氧

8、化度的方法 為本論文主要研究?jī)?nèi)容。1實(shí)驗(yàn)部分1.1主要的儀器與試劑酸式滴定管、錐形瓶、分析天平、玻璃棒、燒杯、移液管（10 mL、25 mL ）、 量筒（100 mL）、容量瓶（100 mL、250 mL、500 mL）。二氧化錳（純度為99.99%進(jìn)口試劑，錳氧化度的理論值為4）、草酸鈉（基準(zhǔn)試劑）、 碳酸鈣（基準(zhǔn)試劑）、高錳酸鉀、硫酸、EDTA、鉻黑T、鹽酸、氯化銨、氨水、甲基 紅等其他實(shí)驗(yàn)所用藥品均為分析純，實(shí)驗(yàn)室用水均為去離子水。1.2實(shí)驗(yàn)方法151.2.1高錳酸鉀-草酸鈉返滴定法測(cè)定樣品中還原電子的物質(zhì)的量用分析天平準(zhǔn)確稱取0.1 g（精確至0.0001g）左右的二氧化錳于250 m

9、L錐形瓶中， 加入12 mL（ 1+5）H2SO4,25 mL濃度0.1 mol/L的草酸鈉溶液，加熱至試樣完全溶解， 趁熱用已知濃度的高錳酸鉀溶液（濃度約為 0.2 mol/L ）滴定過量的草酸鈉至溶液呈微 紅色保持30s不褪色為終點(diǎn)。測(cè)定至終點(diǎn)時(shí)溶液溫度不低于 65 C。所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng) 式如下：高價(jià)錳被草酸鈉還原的反應(yīng)：MnO2+C2O42-+4H+= Mn 2+2CO2 T +2HO過量的草酸鈉被高錳酸鉀返滴定，發(fā)生的反應(yīng)：-2-+2+木2Mn O4+5C2O4 +16H =2 Mn +10CO2? +8HO由此可知：試樣得失電子的物質(zhì)的量為：n 1=2C1V1-2.5C2V2采0-3

10、式中：n1為試樣得電子的物質(zhì)的量，mol; C1為Na2C2O4溶液的濃度，mol/L ； V1 為消耗Na2C2O4的體積，mL; C2為KMnO4溶液的濃度，mol/L ; V2為KMnO4消耗的 體積，mL。1.2.2 EDTA滴定法測(cè)定溶液中總錳的含量向上述溶液中加入1滴甲基紅，用氨水中和過量的酸，溶液由紅色變?yōu)辄S色即可， 加入10 mL氨緩沖溶液，用鉻黑T作指示劑，用濃度為0.05 mol/L的EDTA溶液滴定 Mn 2+，溶液由紅色變藍(lán)為滴定終點(diǎn)。為保證分析結(jié)果的可靠性，每個(gè)試樣平行測(cè)定3次。所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式如下：Mn2+ EDTA Mn（EDTA） 2+試樣中總錳的量為：n2=

11、 （C3V3-C2V2） X10-3式中：n2為樣品中錳的物質(zhì)的量，mol; C2為KMnO4溶液的濃度，mol/L ; V2為 KMnO4消耗的體積，mL ; C3為EDTA溶液的濃度，mol/L ; V3為EDTA消耗的體積， mL。還原電子的物質(zhì)的量說明錳離子價(jià)態(tài)的升高情況。結(jié)合樣品中的總錳量進(jìn)而可求 出錳元素的氧化度a。經(jīng)過推導(dǎo)，可以得到計(jì)算式是：a=2+ni/n2（2為皿門2+化合價(jià)）2實(shí)驗(yàn)條件的探索2.1加熱時(shí)間對(duì)氧化還原滴定的影響取25 mL草酸鈉溶液于250 mL錐形瓶，加入12 mL（ 1+5）的硫酸，分別在不同 的水浴時(shí)間下，做3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，用高錳酸鉀返滴定后加一滴草酸鈉溶

12、液，加一滴甲 基紅，用氨水中和過量的酸，加10 mL緩沖溶液，加10滴鉻黑T指示劑，用0.05 mol/L 的EDTA滴定，通過錳氧化度的測(cè)定來探索水浴時(shí)間長(zhǎng)短是否對(duì)草酸鈉有影響，實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)見表1。表1水浴時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)草酸鈉的影響123草酸鈉溶液（mL）25.0025.0025.00高錳酸鉀濃度（mol/L）0.0230.0230.023加熱1h消耗高錳酸鉀的體積43.8043.8043.80不加熱消耗高錳酸鉀的體積 （mL）43.8043.8043.80由表1可知，高錳酸鉀的用量與水浴時(shí)間的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)，故在75-85 oC內(nèi)水浴不會(huì)影響草酸鈉的分解。2.2 EDTA濃度對(duì)錳氧化度的影響稱取0.

13、1000 g左右的二氧化錳于250 mL錐形瓶，加入25 mL草酸鈉溶液，加入12 mL（ 1+5）硫酸，水浴完全溶解后，用高錳酸鉀返滴定后加一滴草酸鈉溶液，加一 滴甲基紅，用氨水中和過量的酸，加 10 mL緩沖溶液，加10滴鉻黑T指示劑，用不 同濃度的EDTA滴定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表2。表2 EDTA溶度的大小對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響名稱高錳酸鉀濃度（mol/L）草酸鈉濃度（mol/L）高錳酸鉀體積（mL）EDTA濃度（mol/L）EDTA體積(mL)錳氧化度10.0220.09923.700.0442.603.950.0220.09923.700.0442.653.940.0220.09923.75

14、0.0442.603.9420.0220.09923.700.0534.103.970.0220.09923.700.0534.103.970.0220.09923.750.0534.053.9730.0220.09923.750.0628.803.950.0220.09923.700.0628.803.950.0220.09923.700.0628.753.9540.0220.09923.750.0724.853.940.0220.09923.800.0724.803.940.0220.09923.800.0724.803.94由表2可知，EDTA濃度過高或過低都會(huì)產(chǎn)生較大的偏差，當(dāng)EDTA

15、濃度低于0.05mol/L時(shí)，加入EDTA的體積較多，使得溶液顏色較淺，顏色變化不明顯誤差較大； 當(dāng)EDTA濃度高于0.05mol/L時(shí)，由于EDTA濃度較高，易產(chǎn)生較大誤差，故 EDTA 濃度取0.05mol/L最佳。2.3鉻黑T的用量對(duì)錳氧化度的影響準(zhǔn)確稱取0.1000 g二氧化錳于250 mL錐形瓶中，加入25 mL草酸鈉溶液，12 mL （1+5）硫酸溶液，在完全溶解后用高錳酸鉀返滴定，后加入一滴草酸鈉溶液，用氨水 中和，并加入10 mL氨水緩沖溶液，加4滴，7滴，10滴，13滴鉻黑T，用0.05 mol/L 的EDTA滴定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果見表 3。表3 鉻黑T的用量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影

16、響名稱高錳酸鉀濃度（mol/L）草酸鈉濃度（mol/L）高錳酸鉀體積（mL）鉻黑T （滴）EDTA體積（mL）錳氧化度10.020.09926.7540.020.09926.8040.020.09926.80420.020.09926.75734.203.970.020.09926.80734.203.970.020.09926.80734.203.9730.020.09926.851034.203.970.020.09926.801034.203.970.020.09926.851034.203.9740.020.09926.851334.303.960.020.09926.901334.3

17、03.960.020.09926.851334.303.96注：表示無(wú)法測(cè)得。由表3可知，當(dāng)加入4滴鉻黑T時(shí)，溶液顏色較淺，實(shí)驗(yàn)過程中顏色變化不明顯， 無(wú)法測(cè)得錳氧化物的錳氧化度，加入7滴至10滴量為最佳，因?yàn)橹甘緞┝吭蕉?，顏?干擾就越大，導(dǎo)致誤差也越大。2.4高錳酸鉀濃度對(duì)錳氧化度的影響稱取0.1000 g左右的二氧化錳樣品于250 mL錐形瓶，加入25 mL草酸鈉溶液， 加入12 mL（ 1+5）硫酸，水浴完全溶解后，用不同濃度的高錳酸鉀返滴定后加一滴草 酸鈉溶液，加一滴甲基紅，用氨水中和過量的酸，加 10 mL緩沖溶液，加10滴鉻黑T 指示劑，用EDTA滴定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表4。表4高

18、錳酸鉀濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響名稱高錳酸鉀濃草酸鈉濃度高錳酸鉀體EDTA濃度EDTA體積錳氧化度（mol/L）（mol/L）積（mL）（mol/L）（mL）度10.0220.09923.650.0534.013.970.0220.09923.700.0534.023.960.0220.09923.650.0534.023.9720.0270.09919.500.0534.503.940.0270.09919.500.0534.533.940.0270.09919.500.0534.523.9430.0320.09916.720.0534.613.920.0320.09916.730.0534.60

19、3.920.0320.09916.760.0534.603.92由表4可知，當(dāng)高錳酸鉀濃度低于 0.02 mol/L時(shí)，高錳酸鉀的用量超過50 mL, 誤差較大；當(dāng)高錳酸鉀濃度越高，產(chǎn)生的誤差越大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果越不準(zhǔn)確，故高錳酸鉀 的濃度為0.02 mol/L為宜。3結(jié)果與討論由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，準(zhǔn)確稱取 0.1 g (精確至0.0001g)左右的錳氧化物，溶解 于25 mL濃度為0.1mol/L,并加入12 mL(1+5)硫酸，完全溶解后用濃度為0.02 mol/L 的高錳酸鉀來返滴定草酸鈉，再加入一滴草酸鈉溶液，加一滴甲基紅，用氨水中和過 量的酸，再加入10 mL氨水一氯化銨緩沖溶液，加入7至

20、10滴鉻黑T，用濃度為0.05 mol/L的EDTA滴定至溶液顏色由酒紅色變?yōu)樗{(lán)色即為滴定終點(diǎn)。用此方法測(cè)定二氧 化錳中錳的氧化度為3.97與理論值4.00的誤差為0.75%,其測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定，準(zhǔn)確度高， 精密度也好。11參考文獻(xiàn)1 Wei Zhao, XiongHan Feng, WenFeng Tan, etc. Relation of lead adsorption on birnessites with2+ + +different average oxidation states of manganese and release of Mn /H /K . Journal of Env

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