李銀菊

摘 要：鋁酸鈉溶液全堿分析屬于酸堿滴定分析，分析過(guò)程酸堿反應(yīng)生成的CO2，對(duì)滴定分析結(jié)果造成影響，所以溶液要進(jìn)行煮沸1-2min，以趕跑溶液中的CO2，但同時(shí)溶液中過(guò)量的鹽酸的揮發(fā)，指示劑指示終點(diǎn)的變化，也對(duì)滴定分析結(jié)果造成影響。本文主要探討全堿分析過(guò)程對(duì)滴定分析結(jié)果的影響因素。

關(guān)鍵詞：鋁酸鈉溶液;溫度;揮發(fā);酚酞指示劑

1 背景

拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程物料--鋁酸鈉溶液，在各生產(chǎn)階段了解其中的全堿含量，是生產(chǎn)過(guò)程中一項(xiàng)重要的分析指標(biāo)，對(duì)氧化鋁生產(chǎn)管理控制有著重要的意義。鋁酸鈉溶液中堿存在的形式有苛性堿和碳酸堿，這兩種堿的總和稱為全堿，所以全堿的分析實(shí)際是對(duì)這兩種形式堿含量的分析。苛性堿是指鋁酸鈉溶液中游離的OH-根，以Na2OK來(lái)表示;而鋁酸鈉溶液中CO3-的含量以Na2OC來(lái)表示，即碳酸堿;全堿則以Na2OT表示。

2 全堿分析方法

在測(cè)定全堿時(shí)，同時(shí)對(duì)鋁酸鈉溶液中氧化鋁含量進(jìn)行測(cè)定。用過(guò)量的EDTA絡(luò)合氧化鋁，再在試樣溶液中加入過(guò)量的鹽酸，進(jìn)行加熱煮沸1-2min，使反應(yīng)完全，然后用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液返滴定過(guò)量的鹽酸，測(cè)定全堿含量;再用標(biāo)準(zhǔn)醋酸鋅溶液返滴定過(guò)量的EDTA，測(cè)定氧化鋁含量。但在滴定全堿含量過(guò)程，過(guò)剩的EDTA在酚酞變色時(shí)，要離解出一個(gè)氫離子，消耗等當(dāng)量的堿，因此計(jì)算全堿時(shí)應(yīng)加以補(bǔ)正。以下為相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)式：

加入過(guò)量EDTA和鹽酸化學(xué)反應(yīng)式：

NaAl（OH）4+Na2H2Y+2HCl（pH=5）→NaAlY+2NaCl+4H2O

NaOH+HCl→NaCl+H2O

Na2CO3+2HCl→2NaCl+H2O+CO2

返滴定化學(xué)反應(yīng)式：

HCl+NaOH→NaCl+H2O

NaAlY+NaOH→Na2Al（OH）Y

Na2H2Y+NaOH→NaAlY+H2O

式中Na2H2Y為EDTA二鈉。

分析結(jié)果計(jì)算：

式中：

V-所取試樣的毫升數(shù);

V1-加入0.3226mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù);

V2-消耗0.3226mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù);

V3-消耗0.03226mol/L醋酸鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)。

3 分析過(guò)程的影響因素

由于全堿分析屬于酸堿滴定分析，所使用的指示劑為綠光--酚酞指示劑，滴定達(dá)到終點(diǎn)時(shí)pH=9左右，偏堿性。而鋁酸鈉溶液溶液中碳酸堿在跟鹽酸反應(yīng)后生成的CO2，在水溶液中有一定的溶解度，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，酸堿滴定在達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)，在水溶液中CO2有94%左右以HCO3-形式存在，HCO3-是CO2跟氫氧化鈉反應(yīng)的產(chǎn)物，說(shuō)明滴定過(guò)程溶液中的CO2消耗了氫氧化鈉，影響分析結(jié)果。所以在進(jìn)行酸堿滴定前，溶液要進(jìn)行煮沸1-2min排除CO2，以減小分析誤差。但在煮沸過(guò)程中溶液過(guò)量的鹽酸也會(huì)造成揮發(fā)，從而影響分析結(jié)果。同時(shí)滴定分析使用的綠光--酚酞指示劑在不同的溫度下，達(dá)到變色點(diǎn)不同，也會(huì)對(duì)分析結(jié)果造成影響。

3.1 溶液中CO2的影響

鋁酸鈉溶液在加入過(guò)量鹽酸時(shí)，其中的碳酸堿跟鹽酸反應(yīng)生產(chǎn)CO2，CO2能溶解在水中，跟水反應(yīng)生產(chǎn)碳酸，常溫、常壓條件下其在水中的溶解度在0.05%以下，飽和溶液的濃度為0.033mol/L，在水溶液中大部分以水合物的形式存在，只有1%CO2與水化合形成碳酸。溶液中存在的CO2在以酚酞為指示劑，滴定達(dá)到變色終點(diǎn)時(shí)，會(huì)跟氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)，影響分析結(jié)果。CO2在水中溶解度跟溫度成反比關(guān)系，隨溫度的升高而降低。實(shí)驗(yàn)室在常壓下，以溶液煮沸1-2min，達(dá)到排除CO2的目的。

3.2 煮沸溶液鹽酸揮發(fā)的影響

溶液在加入過(guò)量鹽酸后，需煮沸1-2min，以排除溶液中的CO2，但在煮沸過(guò)程，溶液中過(guò)量的鹽酸也會(huì)揮發(fā)，對(duì)分析結(jié)果造成影響。根據(jù)實(shí)際樣品分析時(shí)溶液的總量以純水代替，再加入鹽酸過(guò)量的量，一份直接用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，另一份進(jìn)行煮沸2min后，再進(jìn)行滴定。滴定結(jié)果如下表1：

3.3 溶液溫度對(duì)滴定的影響

酚酞指示劑本身是有機(jī)弱酸，其能作為指示劑是酚酞分子在不同的稀酸、稀堿溶液中形成不同型體，在用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液返滴定過(guò)量的鹽酸過(guò)程中，溶液pH值由酸性到滴定達(dá)到終點(diǎn)時(shí)pH=9左右，偏堿性。酚酞分子由無(wú)色的內(nèi)酯型結(jié)構(gòu)逐步轉(zhuǎn)變成紅色的醌式結(jié)構(gòu)，達(dá)到指示滴定終點(diǎn)的目的。由于酚酞指示劑本身是有機(jī)弱酸，所以在溶液中存在無(wú)色內(nèi)酯型結(jié)構(gòu)與紅色的醌式結(jié)構(gòu)電離平衡，而溶液溫度對(duì)這一電離平衡移動(dòng)有影響，不同溫度全堿滴定結(jié)果，如表2。

4 影響因素分析

CO2能溶解在水中，在以酚酞為指示劑進(jìn)行溶液滴定，達(dá)到變色點(diǎn)時(shí)pH=9左右，溶液中的CO2跟氫氧化鈉標(biāo)液反應(yīng)，造成分析結(jié)果偏低，所以滴定前需要煮沸1-2min，排除溶液中的CO2。從表1可以看出，由于鹽酸極易揮發(fā)，溶液煮沸過(guò)程，造成鹽酸的揮發(fā)加速，使分析結(jié)果偏高。雖然溶液溫度升高有利于酚酞指示劑的電離，解離出更多的紅色的醌式結(jié)構(gòu)，使滴定終點(diǎn)提前，但從表2的對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，同一樣品在不同溶液溫度下，隨溫度的升高分析結(jié)果偏低，說(shuō)明溶液溫度的升高可能使酚酞指示劑電離平衡向無(wú)色內(nèi)酯型結(jié)構(gòu)移動(dòng)，或者溫度升高使酚酞分子發(fā)生內(nèi)部結(jié)構(gòu)重排，使紅色醌式結(jié)構(gòu)減少，滴定分析時(shí)只有在滴加更多的氫氧化鈉標(biāo)液后，紅色的醌式結(jié)構(gòu)達(dá)到一定濃度時(shí)，人眼才能識(shí)別出顏色的變化，從而造成分析結(jié)果偏低。

5 結(jié)論

樣品分析過(guò)程產(chǎn)生的CO2可以通過(guò)煮沸，消除影響，但同時(shí)必須注意鹽酸的揮發(fā)會(huì)造成分析結(jié)果偏高，溶液的溫度會(huì)影響酚酞指示劑的滴定終點(diǎn)，且隨溫度的升高，使分析結(jié)果偏低。

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