硫氰酸盐分光光度法测定水样中铁含量.doc

实验一 双氧水中过氧化氢含量的测定

【实验目的】
1. 学习并掌握高锰酸钾标准溶液的配制与标定方法。
2. 巩固滴定管、移液管、分析天平的规范化操作。
3. 学会用KMnO4法测定过氧化氢的含量。
【预习作业】
1. 过氧化氢（或双氧水）对人体的危害有哪些？为何还可医用？
2. 双氧水中过氧化氢含量的测定的原理是什么？检测过氧化氢含量的方法有哪些？
3. 在配制KMnO4标准溶液过程中要用烧结玻璃漏斗过滤，能否用滤纸？为什么？
4. 为何在KMnO4溶液的标定开始时先将约10mL的KMnO4溶液加入锥形瓶中？可以先不加入KMnO4溶液吗？
5. 用滴定管装有色溶液时如何准确读数？
6. 根据氧化还原滴定原理及相应的KMnO4滴定法原理给出本实验的设计流程图,并在流程中标注上测定的实验条件及保证实验准确度所采取的措施及缘由。
7. 如何通过实验措施解决引起误差的原因？保证实验结果的准确性？
【实验原理】
H2O2是医药上常用的消毒剂，市售的H2O2是3%～30%的水溶液，常用高锰酸钾滴定法测定其含量。在酸性溶液中，KMnO4能使过氧化氢被氧化成氧和水，而本身被还原成二价的锰盐。反应式如下：
2KMnO4+5H2O2+8H2SO4=2MnSO4+K2SO4+8H2O+5O2↑

使用KMnO4标准溶液滴定具有还原性的物质时，其酸性条件常用H2SO4来控制，H2SO4的适宜酸度是0.5～1.0mol·L-1。
KMnO4与H2O2的反应属于自动催化反应，反应产物Mn2+是该反应的催化剂，因此，无需另外加入催化剂，且随着反应的进行，滴定速度可稍加快些。当滴定至溶液呈微红色且在30s内不褪色即达到滴定终点。根据滴定消耗的KMnO4体积和相应物质的量，根据KMnO4溶液的准确浓度可计算样品中H2O2的含量。
【仪器与试剂】
仪器：分析天平，台秤，吸量管（1mL）,移液管(20mL×2)，酸式滴定管(25mL)，容量瓶(100mL，250mL)，锥形瓶(250mL×3)，烧杯(250mL)，烧杯(100mL)，量筒(10mL×2)，洗瓶，酒精灯，石棉网，洗耳球，玻棒
试剂：分析纯Na2C2O4，0.005mol·L-1KMnO4标准溶液，H2O2溶液，3mol·L-1H2SO4
【实验步骤】
1. KMnO4标准溶液的配制与标定
见本书实验六标准溶液的配制与标定相关部分内容。
2. 测定双氧水中的过氧化氢的含量
用吸量管吸取1.00mL市售H2O2溶液于100mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至标线，摇匀。然后用移液管自容量瓶中吸取待测H2O2溶液20.00mL置于锥形瓶中，加入3mol·L-1 H2SO4约5mL，用已标定过的KMnO4标准溶液滴定，至溶液呈淡红色并在30s内不褪色即达到滴定终点。记录滴定结果。平行测定三次。按照下式计算H2O2的百分含量。

ρ(H2O2)的单位为g/mL，V(KMnO4)为滴定时所用KMnO4平均mL数。
【数据记录与结果分析】
日期：
温度：
相对湿度
双氧水样品预处理：用吸量管吸取市售双氧水 mL，置于 mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，即得待测双氧水。
表2-8-1 双氧水中的过氧化氢含量测定
实验编号
1
2
3
V原液(H2O2)/mL

V稀释(H2O2)/mL

V待测(H2O2)/mL

V末(KMnO4)/mL

V初(KMnO4)/mL

⊿V(KMnO4)/mL

V平均(KMnO4)/mL

c(KMnO4) /mol·L-1

ρ(H2O2) /%

相对平均偏差

【思考题】
1. 配制好的KMnO4溶液为什么要盛放在棕色瓶中保存？
2. 高锰酸钾法常用什么作指示剂？如何指示终点？
3. 用KMnO4法测H2O2时，能否用HNO3或盐酸来控制溶液的酸度，为什么？
4. 在滴定过程中能否以酸碱滴定中的滴定速度进行？为什么？

实验二 硫氰酸盐可见分光光度法测定水样中铁含量

【实验目的】
1. 熟悉分光光度法测定物质含量的原理和方法。
2. 掌握吸收曲线和标准曲线的绘制。
3. 学习分光光度计的使用。
【预习作业】
1. 通过网络检索测定水样中铁含量的方法有哪些？各种方法所依据的原理是什么？
2. 本实验采用分光光度法测定水样中铁离子含量，是如何设计的？写出其设计流程，并标注上测定条件及保证实验结果准确性的解决措施？
3. 分光光度计的使用方法及注意事项有哪些？
4. 由标准曲线查出的待测铁离子浓度是否是原始待测液中铁离子的浓度？
【实验原理】
分光光度法是根据物质的吸收光谱及光的吸收定律，对物质进行定性、定量分析的一种方法。
实验证明，溶液对光的吸收除与溶液本性有关外，还与入射光波长λ，溶液浓度c，液层厚度b及温度t等因素有关。当吸光物质种类、溶剂、入射光波长和溶液温度一定时，溶液对光的吸光度与液层厚度及溶液浓度成正比，此为Lambert-Beer定律，又称光的吸收定律，用关系式表示为：
A=abc
式中A为吸光度，c用质量浓度（g·L-1）表示时，a称为吸光系数，单位为L·g-1·cm-1。若b一定，则吸光度仅与溶液浓度成正比。
在实际操作中，在相同测定条件下，可分别测出标准溶液和待测物的吸光度，代入下式：
A标准=abc标准
A待测=abc待测

图2-11-1（a） 标准曲线

图2-11-1（b） 吸收曲线
将两式相除可求得待测溶液的浓度：

上述方法称为标准对照法。此法适用于非经常性的测定。
通常为省去测量后的计算，提高测量的准确度，常用标准曲线法。其方法是：同时测定一系列已知准确浓度的标准溶液的吸光度，并以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制成标准曲线（或称工作曲线）如图2-11-1（a）所示，在同样条件下，测定待测溶液的吸光度后，即可从标准曲线上查出该吸光度所对应的溶液浓度。此法适用于经常性批量测定。
为提高测定灵敏度，通常选取最大吸收波长λmax作为测定的入射光，如图2-11-1（b）所示。通过测定待测溶液在不同波长下的吸光度A，以吸光度A为纵坐标，波长λ为横坐标，可得吸收光谱图，从图中可找出最大吸引波长λmax。
本实验测定Fe3+时，由于Fe3+含量很低时，溶液几乎是无色的，因此，通过加入显色剂KCNS ，使其与Fe3+形成稳定的血红色的配合物（lgKs=6.4），满足测定的条件。

为了防止Fe3+离子的水解，在溶液中应含有一定量的HNO3。Fe3+离子还能被CNS-离子慢慢还原为Fe2+离子，而使红色变浅，所以在待测溶液中应当含有少量强氧化剂过二硫酸铵(NH4)2S2O8，以防止Fe3+离子的还原。
【仪器与试剂】
仪器：721或722型分光光度计；洗瓶；滴管；比色管（25mL× 6）；刻度吸量管（2mL 、5mL×2，10 mL），烧杯（200 mL、100 mL）
试剂：含Fe3+50mg·L-1铁标准溶液（NH4Fe(SO4)2·12H2O）；未知铁盐溶液（含Fe3+约10 mg·L-1～40mg·L-1）；2mol·L-1HNO3；2.5%(NH4)2S2O8；2.0%KCNS；蒸馏水
【实验步骤】
(一)、标准溶液和待测溶液的配制
取25mL比色管6支，编号后分放在比色管架上。按表2-11-1将各种溶液加入各比色管中，加蒸馏水稀释至刻度，摇匀，配成一系列标准溶液及待测溶液。备用。
（二）吸收光谱曲线的绘制
取表2-11-1中的4号溶液，按分光光度计的使用方法（见本书第二章分光光度计的使用），选择波长为400～560nm范围内，以试剂空白作为参比溶液，每隔20nm，测定一次溶液的吸光度，每次改变波长测定均要用空白溶液调零。并在最大吸光度A附近±20nm每隔5nm测定一次溶液的吸光度。将数据记录在表2-11-2和表2-11-3中。
以吸光度A为纵坐标，波长λ为横坐标作图，绘制吸收光谱，找出最大吸引波长(λmax)。（文献参考值：λmax=480nm处）
（三）标准曲线的绘制及水样中Fe3+离子浓度测定
选择Fe3+标准溶液的最大吸引波长(λmax)，以空白溶液为参比，分别测定表2-11-1中的2-6号溶液的吸光度。以Fe3+离子浓度为横坐标，A为纵坐标绘制标准曲线。分别用标准曲线法和标准对照法求出原水样中Fe3+离子浓度。
【数据记录与结果分析】
日期：
温度：
相对湿度
表2-11-1 标准工作曲线的绘制
实验编号
1（空白）
2
3
4
5
6（水样）
50mg·L-1Fe3+标准/mL
0
0.50
1.00
1.50
2.00
0
水样/mL
0
0
0
0
0
5.00
2mol·L-1HNO3/mL
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
2.5%(NH4)2S2O8/滴
1
1
1
1
1
1
2%KCNS/mL
2.50
2.50
2.50
2.50
2.50
2.50
稀释后总体积/mL
25.00
25.00
25.00
25.00
25.00
25.00
稀释后Fe3+/g·L-1

吸光度A

参比溶液：
测定溶液：

表2-11-2 400nm～560nm吸收光谱的测定
波长λ/nm
400
420
440
460
480
500
520
560
吸光度A

表2-11-3 最大吸收峰附近±20nm吸收光谱的测定
波长/λnm

吸光度A

λmax/nm

表2-11-4 Fe3+的含量测定
标准对照法
数据
标准曲线法
数据
水样的吸光度A

水样的吸光度A

所选标准溶液的
吸光度A

所选标准溶液的
Fe3+含量/g·L-1

计算出Fe3+含量/g·L-1

从标准曲线上直接读出
的水样Fe3+含量/g·L-1

原水样
Fe3+含量/mg·L-1

原水样
Fe3+含量/mg·L-1

附图： （吸收光谱曲线） （标准曲线）

【思考题】
1. 吸收光谱曲线和标准曲线有何不同？
2. 透光度与吸光度有何关系？透光度为50%的溶液，它的吸光度为多少？吸光度为0.500的溶液，它的透光度为多少？
3. 吸光度与浓度的有何关系？浓度为1.00×10-3 g·L-1的某溶液，它的吸光度为0.200；若吸光度为0.45的溶液，它的浓度为多少？
4. 测定标准溶液、水样吸光度时，应在同一台分光光度计进行？
5. 为何比色杯必须配套使用？

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