前言:
1. 碳酸锰(MnCO3):玫瑰三角系菱面体或无定形亮白的棕粉末,不常溶于水,但稍溶于含二氧化碳的水中,溶于稀无机盐,微溶于普通有机酸中,不溶于液氨。在干燥空气中稳定,潮湿时易氧化,形成三氧化二锰而逐渐变为棕黑,受热时分解放出二氧化碳,与水共沸时即水解。在沸腾的氢氧化钾中生成氢氧化锰。
2. 二氧化锰(MnO2):黑粉末状固体物质,晶体呈金红石结构,不溶于水,二氧化锰显弱酸性,在酸性介质中是一种强氧化剂,在碱性介质中,易被氧化成锰酸盐。
3. 由二氧化锰制备碳酸锰,可用草酸作还原剂把Mn(Ⅳ)还原成Mn多媒体操作系统(Ⅱ)转移至溶液 中,
再与碳酸氢铵反应,生成碳酸锰沉淀。反应方程式:
MnO2 + H2C2O4 + H2SO4→MnSO4 + 2H2O+ 2CO2
MnSO4 + 2NH4HCO3 → MnCO3 + (NH4)2SO4 + + H2O
在与碳酸氢铵进行复分解反应时,加入试剂的速度不能快,且要边搅拌,边滴加,避免局部碱性过大而使二价锰氧化。故在制备过程中要控制反应的pH值在3—7间,但pH值又不能太小,否则会使碳酸盐分解。
车位管理系统
原理: Y4- + Mn2+ → MnY2-
仪器与药品:
1. 烧杯,250 mL 容量瓶,吸量管,表面皿,电子天平,锥形瓶,酸式滴定管
2. 药品:EDTA ,二氧化锰(C.P),6 mol/L盐酸溶液,100g/L盐酸羟氨溶液,氯化铵-氨缓冲溶液,5 g/L络黑T指示剂,碳酸氢铵(C.P),碳酸钙(C.P),草酸(C.P),3 mol/L硫酸溶液
实验过程:
一. 碳酸锰的制备
1. 量取3 mol/L硫酸15 mL 于100 mL 小烧杯中,准确称取5.0 g(约0.057mol)二氧化锰,将二氧化锰固体加入到盛有15 mL 硫酸的小烧杯中,边加边搅拌,置于30℃水浴中4-5分钟。称取5.7 g草酸(约0.045mol),配成饱和溶液,保持温度为70-85 ℃,在搅拌下分批加入饱和溶液,将固体全部溶解,少加热除去过量草酸。
2. 将澄清透明的反应液在室温下冷却至30℃左右,用稀氨水调节pH = 5 ~ 6,在碳化过程中,以硫酸锰溶液为底液,缓慢滴加NH4HCO3溶液(1 mol/L),进行碳化结晶。静置,待溶液澄清后滴加饱和NH4HCO3溶液至不再形成MnCO3沉淀为达到反应终点。
3. 反应结束后静置一段时间,用双层滤纸过滤,并用少量水洗涤以除去SO42-,NH4+
等,再用40-50℃。再用热水反复洗涤2-3次。最后,在烘箱中干燥,称重,计算产率。
4. 二价锰离子含量的测定(EDTA滴定法)
1) 0.05 mol/L EDTA标准溶液的配制:称取约4.56 g EDTA于烧杯中,加少量蒸馏水溶解,定量转移至250 mL容量瓶中,并用少量蒸馏水洗涤烧杯2-3次。洗涤液并入到容量瓶中,加水稀释至刻度线,摇匀,待用。
2) 0.05 mol/LCa2+基准试剂的配制:准确称取120℃下烧干过的1.2505 g(0.0125mol)碳酸钙,在小烧杯中用少量水润湿,慢慢滴加25 mL 6 mol/L盐酸溶液至小烧杯中至完全溶解并加热煮沸,加少量水稀释,冷却后转移至250 mL容量瓶中。用蒸馏水洗涤烧杯2-3次,并入容量瓶,稀释至刻度线,摇匀,待用。
3) 用0.05 mol/LCa2+基准试剂滴定EDTA:用压铸机料筒的设计10 mL移液管移取EDTA标准溶液3份于3只250 mL 锥形瓶中,10 ml氯化铵-氨缓冲溶液,2-3滴络黑T指示剂。用配好的Ca2+基准试剂溶液滴定。当溶液由红→蓝,且半分钟内不褪即达到滴定终点。记录用去CaCO3基准试剂的体积,计算EDTA的浓度。
4) Mn2+溶液的配制:准确称取碳酸锰1.4375 g 在250 mL烧杯中,慢慢滴加25 mL 6 mol/L盐酸溶液直至完全溶解并加热煮沸,加少量水稀释,定量转移至250 mL容量瓶中,稀释至刻度线,摇匀,待用。
5) 用Mn2+溶液滴定EDTA溶液(反滴定):准确移取10 mL EDTA溶液,加20 mL水,加2 mL 100g/L盐酸羟氨溶液,用配制好的Mn2+溶液滴定,近终点时,加10 mL氯化铵溶液(pH= 10),5滴5 g/L络黑T指示剂,继续滴定至溶液由纯蓝变成紫红。平行滴定两次。
6) 用EDTA溶液滴定Mn2+钯铂催化剂回收溶液(顺滴定):准确移取10 mL Mn2+溶液,加20 mL水,加2 mL 100g/L盐酸羟氨溶液,用EDTA溶液滴定,近终点时,加10 mL氯化铵溶液(pH= 10),5滴5 g/L络黑T指示剂,继续滴定至溶液由紫红变成纯蓝。平行滴定两次。
注意事项:
1. 配制草酸饱和溶液,保持温度为70-85℃,温度过高,草酸会分解。在搅拌下分批加入草酸饱和溶液,否则容易产生大量气泡而使溶液溢出而造成损失。
2. 碳酸氢铵要慢慢加入,以免过快而使温度过高,而使晶体形成过程中,带入过多杂质,后处理困难。
3. 碳酸锰在碱性溶液中二价锰易被氧化,需在pH 3-7 的溶液中进行,当pH 为7.0时,碳酸锰的纯度和锰的转化率都出现最大值,但此时Mn(OH)2沉淀生成,所以实验pH值得水平范围可选为 5-6。
4. 在滴定过程中,要严格控制好溶液的pH ,防止二价锰被氧化,从而使结果偏低。
.
5. 由于碳酸锰在潮湿空气中易被氧化,同时,考虑到碳酸锰在温度高于100℃就会分解,因此,在实验中,过滤洗涤后的样品应立即置于干燥箱中,在70-80 ℃下恒温干燥。
实验数据与分析:
(1) 碳酸锰产率的计算:
取用二氧化锰质量为 5.0323 g ,得到碳酸锰的质量为5.9268 g
产率 = (5.9266*87)/(5.0323*115) = 89 %
(2) EDTA溶液浓度的计算:
实验次数 | Ca2+溶液的浓度 | Ca2+溶液的体积 | EDTA溶液体积 | EDTA溶液浓度 |
(1) | 0.05 mol/L | 10 mL | 10.75 mL | 0.0538 mol/L |
(2) | 0.05 mol/L | 10 mL | 10.90 mL | 0.0545 mol/L |
平均值 | | | | 0.0541 mol/L |
| | | | |
(3) Mn2+浓度的计算:(顺滴定)
实验次数 | EDTA溶液浓度 | EDTA溶液体积 | Mn2+溶液体积 | Mn2+溶液浓度 |
(1) | 0.0541 mol/L | 7.65 mL | 10 mL | 0.0414 mol/L |
(2) | 0.0541mol/L | 7.56 mL | 10 mL | 0.0409 mol/L |
平均值 | | | 自动平开门 | 0.0412 mol/L |
| | | | |
实际值(实际上MnCO3中Mn2+的含量):
W(Mn2+) =(0.0412 mol/L *55 g/mol *10.0 mL/1000)/(1.4375 g *10.0mL/250 mL)=39.41 %
理论值(理论上MnCO3中Mn2+的含量):
W(Mn2+) =55 g/mol/(55+60)g/mol/ = 47.826%
产率=39.41 %/47.826%=82.4%
Mn2+浓度的计算:(反滴定)
实验次数 | EDTA溶液浓度 | EDTA溶液体积 | Mn2+溶液体积 | Mn2+溶液浓度 |
(1) | 0.0541 mol/L | 10 mL | 12.4 mL | 0.0436 mol/L |
(2) | 0.0541mol/L | 10 mL | 12.8 mL | 0.0423 mol/L |
平均值 | | | 12.6 mL | 0.0430 mol/L |
| | | | |
实际值(实际上MnCO3中Mn2+的含量):
W(Mn2+) =(0.0430 mol/L *55 g/mol *12.6 mL/1000)/(1.4375 g *12.6 mL/250 mL)= 41.13%
理论值(理论上MnCO3中Mn2+的含量):
W(Mn2+) =55 g/mol/(55+60)g/mol/ = 47.826%
产率=41.13%/47.826%=86.00%
结论:
与理论含量相比,锰含量偏低,其原因可能有:
1. 配制草酸饱和溶液,保持温度应为70-85℃,温度过高,草酸会分解。在搅拌下分批加入草酸饱和溶液,否则容易产生大量气泡而使溶液溢出而造成损失。实际操作中可能温度控制不当,而使温度过高。
2. 碳酸氢铵加入过快温度过高,而使晶体形成过程中,带入过多杂质,且在除杂质过程中没有除净。
3. 在滴加过程中,出于处理不当,而使部分二价锰被氧化,从而使结果偏低。
4. 在滴定过程中,无论是顺滴定还是反滴定,其终点颜变化都不是很明显。但是从理论上说,因为EDTA滴定金属离子要在碱性环境下较准确,而二价锰在碱性环境中易水解,故用反滴定法,让Mn2+滴到EDTA溶液中,在这种条件下,由于Mn淀粉牙签2+浓度低,一滴下来立即与EDTA络合而不易水解。从实验的角度来说,也刚好证实了这一点。