离子膜烧碱生产过程中精制盐水课件

离子膜烧碱生产过程中精制盐水离子膜烧碱生产过程中精制盐水 质量的检验质量的检验 项项 目目 二二 1任务任务1 盐水中盐水中NaOH和和Na2CO3含量的测定含量的测定 思考思考 1.如何测定过称产品盐水中如何测定过称产品盐水中NaOH和和Na2CO3含量含量？2.所测定盐水的质量合格吗？工艺需调整吗？所测定盐水的质量合格吗？工艺需调整吗？任务1 盐水中NaOH和Na2CO3含量的测定 2 能力目标能力目标 熟练酸碱平衡理论和酸碱滴定法相关操作；熟练酸碱平衡理论和酸碱滴定法相关操作；能用双指示剂法测定氢氧化钠和碳酸钠含量；能用双指示剂法测定氢氧化钠和碳酸钠含量；熟悉滴定管、容量瓶、移液管和吸量管的使用；熟悉滴定管、容量瓶、移液管和吸量管的使用；会配制盐酸标准溶液会配制盐酸标准溶液 能记录和处理实验数据能记录和处理实验数据 3 知识目标知识目标 实验原理；酸碱平衡理论；溶液的pH值及其计算；酸碱指示剂；酸碱滴定法原理(几种类型)；重点掌握 1.酸碱滴定曲线；2.指示剂的选择；3.影响滴定突跃的因素；知识目标 4 学习情境学习情境1.试验原理：盐水溶液中NaOH和Na2CO3含量，可在同一份试液中用两种不同指示剂分别测定，测定时NaOH和Na2CO3是用盐酸标准溶液滴定的，可用酚酞及甲基橙分别指示滴定两个终点。根据消耗体积关系分别计算含量。学5 2.试验仪器和试剂 滴定分析常用的仪器。酚酞指示剂（0.1%)；甲基橙指示剂（0.1%）；盐酸标准溶液：0.05mol/L 2.试验仪器和试剂63.试验程序：吸取盐水样品溶液10mL，加入2-3滴酚酞指示剂，然后用0.05mol/L盐酸标准溶液滴定至溶液刚好由红色变为无色为终点，消耗盐酸标准溶液体积为V1;再加入甲基橙指示剂2-3滴，继续用盐酸标准溶液滴定至橙红色为终点，消耗盐酸标液体积为V23.试验程序：吸取盐水样品溶液10mL，加入2-3滴酚酞指示74.结果的表示和计算：Na2CO3含量（g/L）=CV20.0531000/10.0 式中 C-盐酸标准溶液的浓度，mol/L；V2-甲基橙指示剂变色时，盐酸 标准溶液的用量，mL；0.053-碳酸钠毫摩尔质量的1/24.结果的表示和计算：8NaOH含量（g/L）C(V1-V2)0.0401000/10.0式中 C-盐酸标准溶液的浓度，mol/L；V1-酚酞指示剂变色时，盐酸标准溶液的用量，mL；0.040-氢氧化钠毫摩尔质量 NaOH含量（g/L）C(V1-V2)0.04010095.中控要求 每隔4小时取样一次，12小时为一分析周期5.中控要求106.分析次数和报告值 同一实验室取双样进行平行测定，其测定值之差超过差时应重做，若不超差则取平均值作为报告值6.分析次数和报告值117实验结果分析：判断精制盐水中Na2CO3和NaOH质量是否合格？工艺需要调整么？（链接企业标准Q/ZLH.JS.23.05-2006）7实验结果分析：121.酸碱指示剂变色原理 在酸碱滴定中一般是利用酸碱指示剂颜色的变化来指示滴定终点。酸碱指示剂一般都是有机弱酸或弱碱，它们的酸式结构和碱式结构具有不同的颜色。当溶液pH改变时，由于结构发生改变，溶液颜色也发生相应的变化。如甲基橙是一种有机弱碱，它在水溶液中存在如下平衡和颜色变化：红色（醌式）黄色（偶氮式）一一一一.酸碱指示剂酸碱指示剂酸碱指示剂酸碱指示剂 相关理论知识相关理论知识1.酸碱指示剂变色原理一.酸碱指示剂 13 另一种常用的指示剂酚酞是一种有机弱酸，在水溶液中有如下平衡和颜色变化：142.酸碱指示剂的变色范围 根据实验测定，酚酞在溶液的pH小于8时呈无色，在溶液的pH大于10时呈红色，pH从8到10是酚酞逐渐由无色变为红色的过程，称为酚酞的变色范围。甲基橙则在溶液pH小于3.1时呈红色，大于4.4时呈黄色，pH从3.1到4.4是甲基橙的变色范围。各种酸碱指示剂的平衡常数不同，指示剂的变色范围和变色点也不同。表4-3列出了几种常用的酸碱指示剂的变色范围。从表4-3可以清楚地看出，各种不同的酸碱指示剂，具有不同的变色范围，有的在酸性溶液中变色，如甲基橙、甲基红等;有的在中性溶液中变色，如中性红、酚红等;有的则在碱性溶液中变色，如酚酞、百里酚酞等。表4-3几种常用的酸碱指示剂的变色范围2.酸碱指示剂的变色范围 表4-3 几种常用15表4-3几种常用的酸碱指示剂的变色范围指示剂变色范围pH颜色pKHIn浓度酸色碱色百里酚蓝(TB)（第一步解离）1.22.8红黄1.70.1%的20%乙醇溶液甲基黄(MY)2.94.0红黄3.30.1%的90%乙醇溶液甲基橙(MO)3.14.4红黄3.40.05%的水溶液溴酚蓝(BPB)3.04.6黄蓝紫4.10.1%的20%乙醇溶液溴甲酚绿(BCG)3.85.4黄蓝4.90.1%的水溶液，每100mg指示剂加0.05molL-1NaOH2.9mL甲基红(MR)4.46.2红黄5.00.1%的60%乙醇溶液溴甲酚紫(BCP)5.26.8黄紫0.1%的水溶液溴百里酚蓝(BTB)6.07.6黄蓝7.30.1%的20%乙醇溶液或其钠盐溶液中性红(NR)6.88.0红黄橙7.40.1%的60%乙醇溶液酚红(PR)6.48.2黄红8.00.1%的60%乙醇溶液或其钠盐溶液百里酚蓝(TB)（第二步解离）8.09.6黄蓝8.90.1%的20%乙醇溶液酚酞(PP)8.09.8无红9.10.1%的90%乙醇溶液百里酚酞(TP)9.410.6无蓝10.00.1%的90%乙醇溶液表4-3 几种常用的酸碱指示剂的变色范围 变色范16 酸碱指示剂的颜色变化与溶液的pH有关。指示剂的酸式HIn和碱式In-在水溶液中有下列平衡:HInH+In-KHIn=式中KHIn为指示剂的解离常数，也称指示剂常数。上式可写为=溶液颜色决定于指示剂碱式和酸式的浓度比值。该比值决定于KHIn和溶液的H+。在一定条件下，某一指定的指示剂的KHIn是常数。因此溶液颜色的变化是由溶液的H+所决定的。酸碱指示剂的颜色变化与溶液的pH有关。指示剂的酸式17 需要指出的是，并非In-/HIn值的任何微小的改变都能使人观察到溶液颜色的变化，因为人眼辨别颜色的能力有一定限度。一般说来，当一种颜色相当于另一种颜色浓度的10倍或1/10的浓度时，就能辨认出浓度大的存在形式的颜色，但不能辨认出浓度小的存在形式的颜色。因此指示剂颜色变化与溶液pH有如下关系 =H+10KHIn，pHpKHIn-1呈酸式色=H+K HIn/10，pHpK HIn+1 呈碱式色 在10 之间，pH=pK HIn 1，呈混合色 当In-=HIn时，溶液H+=K HIn，即pH=pK HIn，这一点通常称为指示剂的理论变色点，而在pH=pK HIn 1的范围内能看到指示剂颜色的过渡色，所以这一范围被称为指示剂的变色范围。需要指出的是，并非In-/HIn值183.混合指示剂 在某些酸碱滴定中，pH突跃范围很窄，使用一般的指示剂难以判断终点，此时可采用混合指示剂。混合指示剂利用颜色之间的互补作用，具有颜色改变较为敏锐和变色范围较窄的特点。混合指示剂可分为两类:一类是由两种或两种以上的指示剂混合而成。例如，溴甲酚绿和甲基红混合后，当pH=5.1时由酒红色变为绿色，变色很敏锐。另一类是由某种指示剂与另一种惰性染料（该染料颜色不随溶液pH的变化而改变）混合而成的。例如，由甲基橙和靛蓝组成的混合指示剂，靛蓝在滴定过程中不变色，只作为甲基橙的蓝色背景。甲基橙本身的颜色为黄色橙色（pH4.43.1），在pH4.4的溶液中，甲基橙显示黄色，靛蓝显示蓝色，黄色与蓝色混合，指示剂显示绿色;在pH20Kw，c/Ka500，则用最简式H+=将数值代入后计算得H+=1.3410-3molL-1pH=2.87（二）一元弱酸碱的滴定292.滴定开始至化学计量点前滴入的NaOH溶液与HAc反应生成NaAc，同时还有剩余的HAc。此时溶液组成为HAc-Ac-缓冲体系，溶液pH按下式计算pH=pKa+lg例如，当滴入19.98mLNaOH溶液时c（HAc）=0.1000molL-1=5.0010-5molL-1c（Ac-）=0.1000molL-1=5.0010-2molL-1代入上式计算得pH=7.76 2.滴定开始至化学计量点前代入上式计算得 303.化学计量点滴入20.00mLNaOH溶液，此时HAc全部被中和生成NaAc，c（Ac-）=0.05000molL-1。溶液的pH用Ac-水解公式来求得 c（OH-）=将数值代入后计算得c（OH-）=5.310-6molL-1pOH=5.28pH=8.72 4.化学计量点后溶液的组成为NaAc和过量的NaOH，Ac-的碱性比NaOH弱，因此溶液pH由过量的NaOH所决定。其计算方法与强碱滴定强酸时相同，当滴入20.02mLNaOH溶液时，pH=9.70。如此逐一计算，将计算结果列于表4-6，并绘制滴定曲线，如图4-4所示。3.化学计量点31加入的NaOH溶液剩余HAc溶液体积V/mL过量NaOH溶液的体积V/mL溶液的pH%mL090.099.099.9100.0100.1101.0110.0200.00.0018.0019.8019.9820.0020.0220.2022.0040.0020.002.000.200.020.000.020.202.0020.002.885.716.767.768.739.7010.7011.7012.50表2-6 0.1000molL-1NaOH溶液滴定20.00mL0.1000molL-1HAc溶液的pH变化 加入的NaOH溶液剩余HAc溶液体积过量NaOH溶液的体积溶32图2-40.1000molL-1NaOH溶液滴定20.00mL0.1000molL-1HAc溶液的滴定曲线图2-4 0.1000molL-1 NaOH溶液滴定33从表2-6和图2-4，可以看出强碱滴定弱酸有如下特点:（1）滴定曲线的起点高。（2）滴定曲线的形状不同。（3）滴定突跃范围小。对于不同的弱酸，因解离常数Ka不同，其滴定曲线前半部的位置也不同，如图4-5所示:图2-50.1000molL-1NaOH溶液滴定不同强度的0.1000molL-1弱酸溶液的滴定曲线Ka=10-3Ka=10-5Ka=10-7Ka=10-9从表2-6和图2-4，可以看出强碱滴定弱酸有如下特点:图2-34 Ka值越小，曲线前半部pH越向上移动，滴定突跃范围越小。如当弱酸溶液的浓度c与解离常数Ka的乘积cKa10-8，则在等当点附近pH突跃很小，在水溶液中滴定时，就难于指示等当点而无法进行直接滴定。对强酸滴定一元弱碱可以参照以上方法处理，滴定曲线的特点与强碱滴定一元弱酸相似，但化学计量点不是弱碱性，而是弱酸性，故应选择在弱酸性区域内变色的指示剂，如甲基橙、甲基红等。K a值越小，曲线前半部pH越向上移动35（三）（三）多元酸和多元碱的滴定多元酸和多元碱的滴定常见的多元酸多数是弱酸，在水溶液中分步解离，如三元酸H3PO4，在水溶液中分三步解离:H3PO4H+H2PpK =2.12H2POH+HPOpK =7.12HPOH+POpK =12.66多元弱酸的滴定与一元弱酸相似，必须用强碱作滴定剂。但是每步解离出的氢离子能不能准确滴定，应根据下列原则判断:（1）当其中一步解离满足cKa10-8时，该级氢离子的滴定有足够大的滴定突跃范围，能准确滴定。（2）当相邻两个Ka值相差105倍以上（如K 105K ），该级氢离子的滴定不受次级氢离子的干扰，有单独的滴定突（三）多元酸和多元碱的滴定 常见的多元酸多数36跃和等当点，能准确滴定。（3）当cK 10-8，cK 10-8（cK 10-8），而K105K（K10-8，c K =6.210-910-8，c K =4.810-1410-8，c K =5.1610-8可以滴定到第二级由于=105，故不能分级滴定，两级混合在一起被滴定，只有一个滴定突跃和等当点。等当点时（溶液组成为C2O）:2OH-+H2C2O4=C2O+2H2OOH-=2.510-6molL-1终点时C2O的浓度约为原来H2C2O4的1/3。pOH=5.6，pH=8.4，可选用酚酞作指示剂。H+=39多元碱分步滴定的方法和多元酸的滴定相似，只需将caKa换成cbKb即可。现以HCl滴定Na2CO3为例。Na2CO3为二元碱，在水溶液中分步离解，pK =3.75，pK =7.62，显然CO为可直接滴定的碱，可用强酸直接滴定，首先生成HCO，再进一步滴定生成H2CO3，其滴定反应为：CO+H+HCOHCO+H+H2CO3由于K /K 104，两步中和反应有交叉，突跃范围不明显，达到第一化学计量点时，H+=pH=（pK +pK ）=（6.38+10.25）=8.32故选酚酞作指示剂。多元碱分步滴定的方法和多元酸的滴定相似，只需40第二化学计量点时溶液为CO2的饱和溶液，在常压下其浓度约为0.04molL-1，则有H+=1.3010-4molL-1pH=3.89可用甲基橙作指示剂。滴定曲线如图4-6所示。图4-6HCl溶液滴定Na2CO3溶液的滴定曲线A甲基橙B酚酞 工业上常采用双指示剂法测定纯碱Na2CO3和混合碱（NaOH+Na2CO3或NaHCO3+Na2CO3）的含量。第二化学计量点时溶液为CO 2 的饱和溶液，在41酸碱滴定中最常用的标准滴定溶液是HCl和NaOH，也可用H2SO4、HNO3、KOH等其他强酸强碱，浓度可在0.011molL-1之间，最常用的浓度是0.1molL-1。1.盐酸酸标准滴定溶液准滴定溶液盐酸标准滴定溶液通常是先配制成近似于所需浓度的溶液，然后用基准物质进行标定。常用的基准物质有无水碳酸钠和硼砂。无水碳酸钠（Na2CO3）:碳酸钠容易制得纯品，价格便宜，但有强吸湿性，因此使用前需在270300下加热约一小时，应保存于干燥器中。使用时称量要快，以免吸收空气中的水分而导致误差。三.标准溶液的配制和标定 酸碱滴定中最常用的标准滴定溶液是HCl和NaOH42用Na2CO3标定HCl溶液时，利用的是下述反应，以甲基橙作指示剂:Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2Na2CO3基准物质的缺点是易吸水，相对分子质量较小，由于称量而造成的误差稍大，终点时变色也不是特别敏锐。硼砂（Na2B4O710H2O）:硼砂容易制得纯品，不易吸水，由于称量而造成的误差较小。但当空气中相对湿度小于39%时，易失去结晶水，因此应把它保存在相对湿度为60%的恒湿器中。以硼砂为基准物质的标定反应为Na2B4O7+2HCl+5H2O=4H3BO3+2NaCl用甲基红作指示剂，终点时变色明显。(链接实验)用Na 2 CO 3 标定HCl溶液时，利用432.氢氧化钠标准滴定溶液NaOH具有很强的吸湿性，也易吸收空气中的CO2，因此不能用直接法配制标准滴定溶液，而是先配制成近似于所需浓度的溶液，然后进行标定。由于NaOH强烈吸收空气中的CO2，因此在NaOH溶液中常含有少量的Na2CO3。用该NaOH溶液作标准滴定溶液，若滴定时用甲基橙或甲基红作指示剂，则其中的Na2CO3被中和至CO2和H2O;若用酚酞作指示剂时，则其中的Na2CO3仅被中和至NaHCO3。这样就使滴定产生误差。因此应配制不含CO的NaOH标准滴定溶液。配制不含CO2的NaOH标准滴定溶液最常用的方法是先配制NaOH的饱和溶液（约50%），此时Na2CO3因溶解度小，作为不溶物下沉于溶液底部，取上层清液，用经煮沸而除去CO22.氢氧化钠标准滴定溶液44的蒸馏水稀释至所需浓度。配制成的NaOH标准滴定溶液在使用和保存时，应装在配有虹吸管及碱石棉管（含Ca（OH）2）的瓶中，以防止吸收空气中的CO2。放置过久，NaOH溶液的浓度会发生改变，应重新标定。常用来标定NaOH溶液的基准物质有草酸、苯甲酸等，但最常用的是邻苯二甲酸氢钾。这种基准物质容易用重结晶法制得纯品，不含结晶水，不吸潮，容易保存，且相对分子质量大，由于称量而造成的误差较小，是一种良好的基准物质。标定反应为 +NaOH=+H2O可选用酚酞为指示剂，终点时变色相当敏锐。(链接实验）的蒸馏水稀释至所需浓度。配制成的NaOH标准滴定溶液在使45 总结总结 实验原理实验原理 实验仪器和试剂实验仪器和试剂 实验步骤实验步骤 注意事项注意事项 实验结果分析计算实验结果分析计算 酸碱滴定法理论及应用酸碱滴定法理论及应用 总结 46