Na2S2O3溶液標(biāo)定方法改進(jìn)試驗(yàn)

李 偉，熊 健，周 毅，楊 燦

（西藏大學(xué)理學(xué)院，拉薩 850000）

硫代硫酸鈉作為碘量法中常用物質(zhì)之一，在化工行業(yè)，高校以及基層檢測(cè)單位中用途極為廣泛［1，2］。實(shí)驗(yàn)室常用重鉻酸鉀作為基準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)Na2S2O3溶液進(jìn)行標(biāo)定［3，4］，但會(huì)產(chǎn)生含鉻離子廢液，如果處理不當(dāng)，易對(duì)周圍水體、土壤和人類生活環(huán)境等造成較為嚴(yán)重的污染［5］。鑒于此，Na2S2O3的標(biāo)定方法有必要向綠色環(huán)保方向考慮，根據(jù)劉中興等［6］、楊兵等［7］、楊維強(qiáng)［8］、朱華英等［9］對(duì)雙氧水和碘化鉀性質(zhì)、反應(yīng)特點(diǎn)的研究，探討了利用H2O2標(biāo)準(zhǔn)溶液間接測(cè)定Na2S2O3濃度的可能性。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

碘量瓶、水浴鍋、容量瓶、滴定管、移液管等。

0.1 mol／L Na2S2O3溶液的配制：稱取五水硫代硫酸鈉24.80 g于燒杯中，加入約0.2 g碳酸鈉并用去離子水溶解，定容至1 L棕色容量瓶，貼上標(biāo)簽放置約 7 d 后待標(biāo)定；3%H2O2；25%磷酸溶液；20 g／L碘化鉀溶液；0.2 mol／L高錳酸鉀溶液；0.5%淀粉指示劑（新配）；草酸鈉等，以上試劑均為分析純。

1.2 試驗(yàn)原理

在磷酸作用下，H2O2標(biāo)準(zhǔn)溶液將I-定量氧化為I2，用Na2S2O3滴定至終點(diǎn)，間接測(cè)定其濃度，反應(yīng)方程式如下：

根據(jù)上述反應(yīng)關(guān)系，Na2S2O3溶液濃度的計(jì)算公式如下：

式中，cNa2S2O3表示Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，單位mol／L；cH2O2表示 H2O2溶液的濃度，單位 mol／L；VH2O2表示所用H2O2溶液的體積，單位mL；VNa2S2O3表示消耗Na2S2O3溶液的體積，單位mL。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 定性試驗(yàn)分析 在定性試驗(yàn)中分別對(duì)H2O2、磷酸用量和反應(yīng)溫度進(jìn)行探討。試驗(yàn)所用20 g／L碘化鉀溶液與25%磷酸混合溶液在靜置2 h后滴加淀粉指示劑均無(wú)明顯變化，說(shuō)明溶液在該時(shí)間段內(nèi)未被氧化。

1）H2O2濃度的影響。將碘量瓶編號(hào)1至5，分別加入20 g／L碘化鉀溶液30 mL、25%磷酸溶液6 mL，置于30℃的恒溫水浴鍋中，再依次加入3%、5%、10%、15%、30%的H2O2溶液1 mL，觀察記錄為現(xiàn)象1；滴加淀粉指示劑2滴，觀察并記錄現(xiàn)象2，結(jié)果見表1。通過(guò)表1試驗(yàn)現(xiàn)象可知，H2O2達(dá)到5%時(shí)有分解的趨勢(shì)，不利于目標(biāo)反應(yīng)的進(jìn)行，故選擇3%H2O2溶液。

表1 H2O2濃度的影響

2）溫度的影響。H2O2在磷酸環(huán)境中與碘化鉀的反應(yīng)速率較慢，但在高溫中又容易分解，因此設(shè)計(jì)如下試驗(yàn)，將碘量瓶編號(hào)1至5，分別加入3%H2O2溶液 10 mL，分別置于 20、30、40、50、60 ℃的恒溫水浴鍋中，觀察碘量瓶中是否出現(xiàn)氣泡，記錄現(xiàn)象1，然后依次加入20 g／L碘化鉀溶液30 mL和25%磷酸溶液6 mL，觀察并記錄現(xiàn)象2；最后滴加淀粉指示劑2滴，觀察溶液顏色并記錄現(xiàn)象3，試驗(yàn)結(jié)果見表2。通過(guò)表2中現(xiàn)象1可知，當(dāng)溫度為40℃時(shí)，H2O2開始分解，與文獻(xiàn)一致［6］，現(xiàn)象 2、現(xiàn)象 3 說(shuō)明 H2O2在磷酸作用下與碘化鉀反應(yīng)能生成碘，最佳試驗(yàn)溫度為30℃。

表2 溫度的影響

3）磷酸用量的影響。將碘量瓶編號(hào)1至5，分別加入 20 g／L碘化鉀溶液 30 mL，3% H2O2溶液1 mL，置于30℃的恒溫水浴鍋中，依次加入25%磷酸溶液 0、2、4、6、8mL，觀察溶液變化，并記錄現(xiàn)象 1，然后滴加淀粉指示劑2滴，觀察記錄現(xiàn)象2，結(jié)果見表3。通過(guò)試驗(yàn)可選擇磷酸用量為6 mL。

表3 磷酸用量的影響

1.3.2 單因素定量試驗(yàn) 通過(guò)大量的定性試驗(yàn)分析，篩選出影響該反應(yīng)的3個(gè)主要因素：磷酸、碘化鉀用量以及反應(yīng)時(shí)間。利用重鉻酸鉀法（n＝6）測(cè)得 cNa2S2O3＝0.099 6 mol／L，S1＝0.08%，同時(shí)利用 cKMnO4＝0.277 8 mol／L 標(biāo)定 3%H2O2， 測(cè)得該 H2O2濃度為0.821 8 mol／L。

1）磷酸用量的影響。將碘量瓶依次編號(hào)1至5，分別加入20 g／L碘化鉀溶液30 mL和0.821 8 mol／L H2O21.00 mL， 再按順序取 25%磷酸溶液 2、4、6、8、10 mL于碘量瓶，置于30℃恒溫水浴鍋中，約10 min后滴加淀粉指示劑溶液2滴，溶液變藍(lán)，用Na2S2O3溶液滴定至終點(diǎn)，平行3次，結(jié)果見表4。通過(guò)表4可知，當(dāng)磷酸用量達(dá)6 mL時(shí)，結(jié)果趨于穩(wěn)定，與表3的結(jié)論一致。

表4 磷酸用量對(duì)硫代硫酸鈉標(biāo)定結(jié)果的影響

2）碘化鉀用量的影響。將碘量瓶依次編號(hào)1至5， 分別加入 0.821 8 mol／L H2O2溶液 1.00 mL，25%磷酸溶液6 mL，再依次取20 g／L碘化鉀溶液20、30、40、50、60 mL于碘量瓶， 置于 30℃恒溫水浴鍋中，約10 min后滴加淀粉指示劑溶液2滴，溶液變藍(lán)，用Na2S2O3溶液滴定至終點(diǎn)，平行3次，結(jié)果見表5。通過(guò)表5可知，過(guò)量碘化鉀能促使反應(yīng)正向進(jìn)行，當(dāng)用量達(dá)40 mL時(shí)，結(jié)果趨于穩(wěn)定。

3）反應(yīng)時(shí)間的影響。將碘量瓶依次編號(hào)1至5，分別取 0.821 8 mol／L H2O2溶液 1.00 mL，25%磷酸溶液 6 mL，20 g／L碘化鉀溶液 40 mL于 30℃恒溫水浴鍋中，分別靜置 10、15、20、25、30 min 后，滴加淀粉指示劑溶液2滴，溶液變藍(lán)，用Na2S2O3溶液滴定至終點(diǎn)，平行3次，結(jié)果見表6。通過(guò)表6發(fā)現(xiàn)，增加時(shí)間能促使反應(yīng)正向進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為25 min時(shí)，結(jié)果趨于穩(wěn)定。

表5 碘化鉀用量對(duì)硫代硫酸鈉標(biāo)定結(jié)果的影響

表6 反應(yīng)時(shí)間對(duì)硫代硫酸鈉標(biāo)定結(jié)果的影響

1.3.3 正交試驗(yàn) 通過(guò)單因素試驗(yàn)探究，以磷酸用量、碘化鉀用量和反應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，以Na2S2O3濃度0.099 6 mol／L為參考指標(biāo)，確定該試驗(yàn)的最佳條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見表7。通過(guò)表7得出，各因素影響強(qiáng)弱為：反應(yīng)時(shí)間＞磷酸用量＞碘化鉀用量，綜合試劑用量和反應(yīng)時(shí)間因素及實(shí)踐操作等考慮，最佳條件為 25%磷酸溶液6 mL，20 g／L碘化鉀溶液40 mL，0.821 8 mol／L 的 H2O2溶液 1.00 mL 反應(yīng) 30 min，此條件下對(duì) Na2S2O3溶液進(jìn)行標(biāo)定（n＝6），測(cè)得c＝0.099 4 mol／L，S2＝0.09%。

2.2 兩種方法的對(duì)比分析

重鉻酸鉀法（方法1）與利用H2O2標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)Na2S2O3濃度進(jìn)行測(cè)定（方法2）的對(duì)比分析見表8。利用兩種方法對(duì)Na2S2O3進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.08%和0.09%，以F檢驗(yàn)法對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，無(wú)顯著性差異，表明該試驗(yàn)方法綠色環(huán)保，準(zhǔn)確度高，可用于Na2S2O3溶液的標(biāo)定。

表7 正交試驗(yàn)結(jié)果

表8 兩種方法的對(duì)比分析結(jié)果（n=6）

3 小結(jié)

各因素對(duì)試驗(yàn)影響大小為：反應(yīng)時(shí)間＞磷酸用量＞碘化鉀用量，最佳條件為25%磷酸溶液6 mL，20 g／L碘化鉀溶液 40 mL，0.821 8 mol／L H2O2溶液 1.00 mL在30℃下反應(yīng)30 min，試驗(yàn)效果最佳。