CN116087409B - 一种测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及松皮溶液成分检测分析领域，尤其涉及一种测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法，包括以下步骤：S1，制备样品；S2，针对同一浓度的两份碱性待测样品，分别利用高锰酸钾标准溶液和硫酸亚铁铵溶液进行滴定，并记录所消耗高锰酸钾标准溶液的体积V₂和所消耗硫酸亚铁铵溶液的体积V₁；针对纯水样品，利用高锰酸钾标准溶液进行滴定，并记录完成滴定时所消耗的高锰酸钾标准溶液的体积V₃；S3，计算锰酸钾、高锰酸钾以及总的高锰酸钾的含量。本发明采用数学思维，解决工业上快速准确分别测定松皮溶液中高锰酸钾与锰酸钾含量的难题。通过公式设计，可获得以总高锰酸钾表示的高锰酸钾和锰酸钾的合量，也可分别测得锰酸钾与高锰酸钾的含量。

Description

一种测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法

技术领域

本发明涉及松皮溶液成分检测分析领域，具体为一种测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法。

背景技术

航空、汽车、轮船行业大量使用高温合金、不锈钢材料，在加工、使用过程中受高温影响材料表面常会形成金属氧化物，降低材料表面质量、影响后续材料检测。为消除不利影响，通常采用在松皮溶液中加温浸泡的方法予以去除。

目前没有标准方法检测松皮溶液中高锰酸钾和锰酸钾的组分含量，难以控制高锰酸钾与锰酸钾各组分含量，槽液利用率低，浪费较大。而且现有方法需要进行沉淀分离，其步骤繁琐、周期长且操作不便。

发明内容

针对现有技术中利用松皮溶液处理金属氧化物时高锰酸钾和锰酸钾的浪费问题，本发明提供一种测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法，包括以下步骤：

S1，制备样品，样品包括碱性待测样品和纯水样品；

S2，针对同一浓度的两份碱性待测样品，分别利用浓度为C₂的高锰酸钾标准溶液和浓度为C₁的硫酸亚铁铵溶液进行滴定，并记录完成滴定时所消耗高锰酸钾标准溶液的体积V₂和所消耗硫酸亚铁铵溶液的体积V₁；

针对纯水样品，利用浓度为C₂的高锰酸钾标准溶液进行滴定，并记录完成滴定时所消耗的高锰酸钾标准溶液的体积V₃；

S3，根据所消耗高锰酸钾标准溶液的体积V₂、所消耗硫酸亚铁铵溶液的体积V₁和所消耗的高锰酸钾标准溶液的体积V₃分别计算锰酸钾、高锰酸钾以及总的高锰酸钾的含量。

优选的，碱性待测样品的制备过程如下：称取(m)g氢氧化钠，加入V ml纯水搅匀，再加入(1/2m)g高锰酸钾加热至高锰酸钾全部溶解，获得待测溶液；之后取待测溶液10ml于100ml容量瓶中，定容摇匀，获得碱性待测样品。

优选的，消耗硫酸亚铁铵溶液的体积V₁的获取步骤为：在体积为V₄的碱性待测样品中加入磷酸溶液和过氧化氢溶液形成第一混合溶液，加热煮沸第一混合溶液直至液面无气泡溢出；再向第一混合溶液中加入高氯酸溶液，直至第一混合溶液的液面不再冒烟；之后冷却第一混合溶液，然后加水溶解第一混合溶液中的盐类；当盐类完全溶解后进行二次冷却，之后加入N-苯代邻氨基苯甲酸指示剂，采用浓度为C₁的硫酸亚铁铵进行滴定直至溶液呈亮绿色，记录此时硫酸亚铁铵溶液的体积即为V₁。

优选的，加水溶解时，第一混合溶液的温度为50～70℃。

优选的，二次冷却结束时的温度为50～70℃。

优选的，消耗高锰酸钾标准溶液的体积V₂的获取步骤如下：在体积为V₅的碱性待测样品中依次加入硫酸溶液和过氧化氢溶液形成第二混合溶液，之后利用高锰酸钾标准溶液滴定第二混合溶液，直至第二混合溶液呈淡粉色，记录此时高锰酸钾标准溶液的体积即为V₂。

优选的，滴定纯水样品时所消耗的高锰酸钾标准溶液的体积V₃的获取步骤如下：在体积为V₅纯水中依次加入硫酸溶液和过氧化氢溶液，之后利用高锰酸钾标液滴定溶液至淡粉色，记录此时高锰酸钾标准溶液的体积即为V₃。

优选的，在S3中，锰酸钾的含量的计算表达式为：

优选的，在S3中，高锰酸钾的含量的计算表达式为：

优选的，在S3中，总高锰酸钾的含量的计算表达式为：

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明一种测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法采用数学思路，利用锰的不同价态的化学反应设计计算公式测定松皮溶液中高锰酸钾和锰酸钾含量，该方法准确、快速，解决了工业测定的一道难题，更可有效控制溶液中有效成分含量，提高槽液效率及产品质量。

本发明所提出的方法快捷准确，操作过程简便，无需进行沉淀、过滤分离等程序，不需要设备，滴定终点明显易判断；测定结果准确，方法稳定。

进一步的，在碱性待测样品中引入过氧化氢作还原剂，过量的过氧化氢容易去除，减小计算误差。同时，浓磷酸介质中高氯酸氧化Mn²⁺方便快捷，易于实现，且氧化的Mn³⁺稳定，测定结果准确。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明公开了一种测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法，包括以下步骤：

S1，制备样品，样品包括碱性待测样品和纯水样品；碱性待测样品的制备过程如下：称取(m)g氢氧化钠，加入V ml纯水搅匀，再加入(1/2m)g高锰酸钾加热至高锰酸钾全部溶解，获得待测溶液；之后取待测溶液10ml于100ml容量瓶中，定容摇匀，获得碱性待测样品。

S2，针对同一浓度的两份碱性待测样品，分别利用浓度为C₂的高锰酸钾标准溶液和浓度为C₁的硫酸亚铁铵溶液进行滴定，并记录完成滴定时所消耗高锰酸钾标准溶液的体积V₂和所消耗硫酸亚铁铵溶液的体积V₁；

消耗硫酸亚铁铵溶液的体积V₁的获取步骤为：在体积为V₄的碱性待测样品中加入磷酸溶液和过氧化氢溶液形成第一混合溶液，加热煮沸第一混合溶液直至液面无气泡溢出；再向第一混合溶液中加入高氯酸溶液，直至第一混合溶液的液面不再冒烟；之后冷却第一混合溶液至50～70℃，然后加水溶解第一混合溶液中的盐类；当盐类完全溶解后二次冷却至50～70℃，之后加入N-苯代邻氨基苯甲酸指示剂，采用浓度为C₁的硫酸亚铁铵进行滴定直至溶液呈亮绿色，记录此时硫酸亚铁铵溶液的体积即为V₁。

在酸性溶液中，锰酸钾发生歧化反应生成高锰酸钾与二氧化锰：

3MnO₄ ^2-+4H⁺＝2MnO₄ ^-+MnO₂↓+2H₂O

高锰酸钾与二氧化锰被定量过氧化氢还原至二价锰：

2MnO₄ ^-+6H⁺+5H₂O₂＝2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O

MnO₂+2H⁺+H₂O₂＝Mn²⁺+O²↑+2H₂O

余量过氧化氢用高锰酸钾滴定，根据过氧化氢消耗量计算获得以高锰酸钾表示的总锰量。

在磷酸溶液中，过氧化氢还原高价锰至Mn²⁺：

3MnO₄ ^2-+4H⁺＝2MnO₄ ^-+MnO₂↓+2H₂O

2MnO₄ ^-+6H⁺+5H₂O₂＝2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O

MnO₂+2H⁺+H₂O₂＝Mn²⁺+O₂↑+2H₂O

用高氯酸将Mn²⁺氧化至Mn³⁺，硫酸亚铁铵滴定获得Mn³⁺总量。

8Mn²⁺+8H⁺+ClO₄ ^-＝8Mn³⁺+Cl^-+4H₂O

Mn³⁺+Fe²⁺＝Mn²⁺+Fe³⁺。

消耗高锰酸钾标准溶液的体积V₂的获取步骤如下：在体积为V₅的碱性待测样品中依次加入硫酸溶液和过氧化氢溶液形成第二混合溶液，之后利用高锰酸钾标准溶液滴定第二混合溶液，直至第二混合溶液呈淡粉色，记录此时高锰酸钾标准溶液的体积即为V₂。

针对纯水样品，利用浓度为C₂的高锰酸钾标准溶液进行滴定，并记录完成滴定时所消耗的高锰酸钾标准溶液的体积V₃；获取步骤如下：在体积为V₅纯水中依次加入硫酸溶液和过氧化氢溶液，之后利用高锰酸钾标液滴定溶液至淡粉色，记录此时高锰酸钾标准溶液的体积即为V₃。

S3，根据所消耗高锰酸钾标准溶液的体积V₂、所消耗硫酸亚铁铵溶液的体积V₁和所消耗的高锰酸钾标准溶液的体积V₃分别计算锰酸钾、高锰酸钾以及总的高锰酸钾的含量。

锰酸钾的含量的计算表达式为：

在S3中，高锰酸钾的含量的计算表达式为：

在S3中，总高锰酸钾的含量的计算表达式为：

式中：C₁--硫酸亚铁铵溶液浓度，mol/l；

V₁—滴定碱性待测试样消耗硫酸亚铁铵溶液的体，ml；

c₂--高锰酸钾标准溶液浓度，mol/l；

V₂—滴定碱性待测试样消耗高锰酸钾标准溶液的体积，ml；

V₃—纯水试验消耗高锰酸钾标准溶液的体积，ml；

V₄—加入磷酸和高氯酸溶液时的碱性待测样品的取样体积，ml；

V₅--加入硫酸和过氧化氢溶液时碱性待测样品的取样体积，ml。

实施例

选用试剂如下：①过氧化氢：0.3％

②硫酸：

③高锰酸钾标准溶液：

④硫酸亚铁铵溶液：

⑤高氯酸：分析纯

⑥磷酸：分析纯

⑦N-苯代邻氨基苯甲酸：0.2％

⑧过氧化氢：3％

本实施例的具体操作步骤如下：

S1：制备样品：取干净烧杯1个称取6g氢氧化钠，加入50ml纯水搅匀，加入3g高锰酸钾加热至高锰酸钾全部溶解。之后取试样溶液10ml于100ml容量瓶中，定容摇匀，获得碱性待测样品。

S2，取碱性待测样品20ml于锥形瓶中，记录试样体积V₄，加入磷酸8ml，3％过氧化氢溶液10毫升，摇匀加热煮沸至无气泡溢出(即多余过氧化氢分解完全)，稍冷加入高氯酸10ml，加热冒烟至溶液由无色转变为紫色继续冒烟直至液面平静(多余高氯酸去除完全)。取下冷却至35℃，加水摇至盐类溶解完全，之后冷却至室温。再加入两滴N-苯代邻氨基苯甲酸指示剂，用硫酸亚铁铵滴定Mn3+至亮绿色，记录V₁。

取碱性待测样品5ml于锥形瓶中，记录实际试样体积V₅。加入0.18mol/L硫酸20ml，0.3％过氧化氢15ml，用高锰酸钾标液滴定至淡粉色，记录V₂。

锥形瓶加入纯水代替试样，加入0.18mol/L硫酸20ml，0.3％过氧化氢15ml，用高锰酸钾标液滴定至淡粉色，记录V₃。

移取硫酸亚铁铵10ml于锥形瓶中，加入50ml水，用KMnO₄标液标定硫酸亚铁铵溶液，记录硫酸亚铁铵溶液的浓度C₁。

S3，计算。

设C_KMnO4为X mol/l，C_K2MnO4为Y mol/l

则：5X+4Y＝C₂(V₃-V₂)/V₅

X+Y＝C₁ V₁/V₄

联立上面二式解得：X＝C₂(V₃-V₂)/V₅-4C₁ V₁/V₄

Y＝5C₁ V₁/V₄-C₂(V₃-V₂)/V₅

以高锰酸钾表示的高锰酸钾和锰酸钾的含量

本发明一种测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法采用数学思路，利用锰的不同价态的化学反应设计计算公式测定松皮溶液中高锰酸钾和锰酸钾含量，该方法准确、快速，解决了工业测定的一道难题，更可有效控制溶液中有效成分含量，提高槽液效率及产品质量。

以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，制备样品，样品包括碱性待测样品和纯水样品；

S2，针对同一浓度的两份碱性待测样品，分别利用浓度为C₂的高锰酸钾标准溶液和浓度为C₁的硫酸亚铁铵溶液进行滴定，并记录完成滴定时所消耗高锰酸钾标准溶液的体积V₂和所消耗硫酸亚铁铵溶液的体积V₁；

针对纯水样品，利用浓度为C₂的高锰酸钾标准溶液进行滴定，并记录完成滴定时所消耗的高锰酸钾标准溶液的体积V₃；

其中，消耗硫酸亚铁铵溶液的体积V₁的获取步骤为：在体积为V₄的碱性待测样品中加入磷酸溶液和过氧化氢溶液形成第一混合溶液，加热煮沸第一混合溶液直至液面无气泡溢出；再向第一混合溶液中加入高氯酸溶液，直至第一混合溶液的液面不再冒烟；之后冷却第一混合溶液，然后加水溶解第一混合溶液中的盐类；当盐类完全溶解后进行二次冷却，之后加入N-苯代邻氨基苯甲酸指示剂，采用浓度为C₁的硫酸亚铁铵进行滴定直至溶液呈亮绿色，记录此时硫酸亚铁铵溶液的体积即为；

消耗高锰酸钾标准溶液的体积V₂的获取步骤如下：在体积为V₅的碱性待测样品中依次加入硫酸溶液和过氧化氢溶液形成第二混合溶液，之后利用高锰酸钾标准溶液滴定第二混合溶液，直至第二混合溶液呈淡粉色，记录此时高锰酸钾标准溶液的体积即为；

滴定纯水样品时所消耗的高锰酸钾标准溶液的体积V₃的获取步骤如下：在体积为V₅纯水中依次加入硫酸溶液和过氧化氢溶液，之后利用高锰酸钾标液滴定溶液至淡粉色，记录此时高锰酸钾标准溶液的体积即为；

S3，根据所消耗高锰酸钾标准溶液的体积V₂、所消耗硫酸亚铁铵溶液的体积V₁和所消耗的高锰酸钾标准溶液的体积V₃分别计算锰酸钾、高锰酸钾以及总的高锰酸钾的含量。

2.根据权利要求1所述的测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法，其特征在于，碱性待测样品的制备过程如下：称取（m）g氢氧化钠，加入V ml纯水搅匀，再加入（1/2m）g高锰酸钾加热至高锰酸钾全部溶解，获得待测溶液；之后取待测溶液10ml于100ml容量瓶中，定容摇匀，获得碱性待测样品。

3.根据权利要求1所述的测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法，其特征在于，加水溶解时，第一混合溶液的温度为50~70℃。

4.根据权利要求1所述的测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法，其特征在于，二次冷却结束时的温度为50~70℃。

5.根据权利要求1所述的测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法，其特征在于，在S3中，锰酸钾的含量的计算表达式为：

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6.根据权利要求1所述的测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法，其特征在于，在S3中，高锰酸钾的含量的计算表达式为：

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7.根据权利要求1所述的测定碱性溶液中高锰酸钾、锰酸钾含量的方法，其特征在于，在S3中，总高锰酸钾的含量的计算表达式为：

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