重量法硫酸鹽測定

作者：烏爾裡希·德拉坎普和奧利弗·西利 [1]（經允許複製，對當前內容不承擔任何責任。）

討論

含有鹼金屬硫酸鹽的樣品被幹燥、稱重並溶解在稀鹽酸中。加入過量的氯化鋇溶液沉澱出硫酸鋇，沉澱物在熱溶液中消化。沉澱物透過紙質濾紙過濾，然後灼燒並完全灰化。根據樣品的重量和沉澱物的重量，計算出樣品中硫酸鹽的百分比。沉澱反應如下

Ba²⁺ (aq) + SO₄^2- (aq) → BaSO₄ (s)

酸度、溫度、沉澱劑的新增方式和消化時間等變化會顯著影響硫酸鋇沉澱物的可過濾性和各種外來離子共沉澱的程度。硝酸根、氯酸根和氯離子等外來陰離子以其鋇鹽的形式共沉澱，灼燒後的沉澱物含有該鹽或氧化物作為雜質。緩慢新增沉澱劑可以減少氯離子的共沉澱。由於硝酸根和氯酸根即使在低濃度下也會干擾，因此在沉澱之前應將它們從溶液中去除。

外來陽離子，如鐵（II）('鐵'鐵)、鈣和在較小程度上，鹼金屬，以硫酸鹽的形式共沉澱。這些是替代雜質，誤差的大小取決於外來硫酸鹽或氧化物的重量與等量硫酸鋇的重量之間的差異。鐵（II）的存在會導致測定結果誤差高達 2%。

一般準備工作。

洗滌三個 100 毫米的表面皿、三根攪拌棒和三個 400 釐米³ 燒杯；用自來水徹底沖洗，然後用蒸餾水沖洗。使用石墨鉛筆在燒杯的底部區域編號，以便識別。用表面皿蓋住每個燒杯，並將裝置儲存起來，以備不時之需。

將未知樣品轉移到乾淨乾燥的稱量瓶中。將未蓋的稱量瓶放在其倒置的蓋子中，放在一個小燒杯中，用乾燥的表面皿蓋住燒杯，用石墨鉛筆識別燒杯，並在 105-110 攝氏度的烘箱中乾燥樣品至少一個小時。

將乾燥的樣品儲存在乾燥器中，直到冷卻至室溫。

您將向三個 400 釐米³ 燒杯中轉移三個樣品，每個樣品的重量大約為 0.35 克，但精確到±0.001 克。您將使用差量稱重法。

差量稱重法：取三個 400 釐米³ 燒杯、裝有樣品的稱量瓶和實驗室筆記本，到稱量室。將蓋住的稱量瓶精確到±0.001 克。開啟稱量瓶，輕輕地將少量未知物倒入第一個燒杯中。將稱量瓶再次豎立起來，輕輕地敲打它，以使可能殘留在邊緣的任何數量的未知物恢復到稱量瓶中。蓋住稱量瓶，再次稱量其內容物。繼續這樣做，直到後續稱量與第一次稱量之間的差值接近 0.35... 克（但精確到±0.001 克）。這個差值就是第一個樣品的重量。使用另外兩個 400 釐米³ 燒杯重複此過程。必須注意，不要丟失留在稱量瓶邊緣的任何樣品，然後掉落在稱量瓶外的實驗室工作臺上。您還必須注意，不要將超過 0.35 克的樣品倒入燒杯中。

直接稱重法：我們的分析天平的準確性保持到 400 釐米³ 燒杯的質量，並略高於該質量。如果您選擇直接稱量樣品，必須確保您的 400 釐米³ 燒杯是乾淨、乾燥且處於室溫。乾燥是為了防止蒸發造成負的系統誤差，處於室溫是為了防止對流氣流造成正或負的系統誤差。將第一個 400 釐米³ 燒杯放在天平秤盤上，關閉所有天平門。短暫按下“去皮”按鈕，觀察天平讀數是否顯示 0.000 克。觀察 10-15 秒，以確保它不會改變。如果它發生了改變，再次按下“去皮”按鈕，並觀察它直到穩定下來。使用乾淨乾燥的鏟子，將 0.32 至 0.38 克的樣品轉移到燒杯中。關閉所有天平門，並將質量記錄到±0.001 克。如果您選擇這種方法，您必須注意，不要將任何樣品丟失在稱量盤上的燒杯外部，或者不要將任何樣品從燒杯的邊緣掉落，因為樣品可能會從燒杯的外部掉落。使用另外兩個 400 釐米³ 燒杯重複此過程。

向每個燒杯中的樣品中加入 50 釐米³ 蒸餾水，然後加入 5 釐米³ 6 摩爾/分米⁻³ 鹽酸，然後加入另外 200 釐米³ 蒸餾水。用 100 毫米的表面皿蓋住燒杯，並將它們儲存在您的櫃子裡，直到方便進行測定為止。

沉澱

在小型熱板上將上述製備的溶液加熱到大約 90 攝氏度。必須避免將溶液煮沸，因為可能會因飛濺而損失一些溶液。但是，有必要將溶液保持在升高的溫度下，以促進形成大而可過濾的顆粒，並最大限度地減少外來離子的共沉澱。如果在此階段使用溫度計測量溶液的溫度，則在完全從燒杯中取出溫度計之前，必須非常小心地用蒸餾水沖洗溫度計。溫度計或攪拌棒插入溶液時，取出時會帶走大量的溶液。

從安裝在燒杯上方的滴定管中逐滴加入 5% 的氯化鋇溶液。加入 15-20 釐米³ 後，中斷操作，讓沉澱物沉澱，然後加入幾滴氯化鋇，檢驗沉澱是否完全。如果您檢測到一些細小的沉澱物隨著氯化鋇溶液的滴落而向下移動，則再加入 5 釐米³ 的氯化鋇溶液。蓋住燒杯，在熱板上以 90 攝氏度加熱一個小時。這種“消化”過程將有助於形成更大更純的硫酸鋇晶體。一個小時後，沉澱物應該足夠粗糙，在攪拌後容易沉澱，上清液應該澄清。

過濾和洗滌

獲取三個玻璃漏斗和一個木製漏斗架。清潔漏斗，並將它們放在編號的燒杯或容量合適的燒瓶上方的漏斗架中。

過濾將使用裝有無灰濾紙的玻璃或塑膠漏斗進行。無灰濾紙是純纖維素，在熱量和空氣的作用下分解為水和二氧化碳。沒有殘留的非揮發性物質。無灰濾紙以圓形形式提供，必須以適當的方式摺疊，以截住所有硫酸鋇沉澱物。

以這種方式將三張 Whatman 無灰 #42 濾紙插入漏斗中。將 200 釐米³ 蒸餾水加熱到 80 攝氏度，用於以後的洗滌。

從熱溶液中過濾硫酸鋇比較方便，因為在更高的溫度下過濾速度更快（溶解度損失可以忽略不計）。必須注意，在將濾液（液體）和沉澱物（固體）轉移到濾紙時，不要丟失任何沉澱物。

將上清液透過濾紙過濾，然後用橡膠刮刀和少量熱蒸餾水將沉澱轉移到漏斗中。由於沉澱很容易粘附在燒杯壁上，因此必須用橡膠刮刀仔細刮擦燒杯壁，並用少量水洗滌去除任何粘附的顆粒。將所有沉澱物轉移後，用三份 5 cm³ 的熱蒸餾水洗滌漏斗中的物質。將每次洗滌液分別收集在一個小的乾淨燒杯中，然後加入兩滴 AgNO₃ 溶液。出現渾濁的白色沉澱表明沉澱物仍被氯離子汙染。如果三次洗滌後仍然觀察到一些渾濁，則將沉澱物再洗滌第四次。從漏斗中取出濾紙，摺疊起來，然後放入你的坩堝中。確保記錄每個坩堝中儲存的樣品的識別資訊。如果立即灰化濾紙不方便，請將坩堝存放在你櫃子裡的蓋著燒杯中。不要將坩堝存放在乾燥器中！

灰化並稱重至恆重

將坩堝放在鐵絲三角架上，用小火焰開始加熱。移動火焰，使坩堝的各個部分均勻受熱。逐漸增加火焰的大小。避免過度加熱樣品，以免紙張著火。如果發生這種情況，請迅速移除火焰，等待燃燒停止。一旦紙張被炭化，就增加火焰的溫度。再次，根據需要移動火焰，使坩堝的各個部分都受到強烈的加熱。當所有碳殘留物都被去除後，應將藍色火焰的錐形尖端移至坩堝壁下方，以最大限度地提高溫度。以這種方式加熱坩堝十分鐘。讓坩堝冷卻幾分鐘；然後將其放入乾燥器中，使其冷卻至室溫。稱重後，重複此過程，直到連續的加熱和稱重結果在 0.2 mg 以內一致。

計算每個樣品中 SO₄^2- 的百分比，平均百分比和結果的平均偏差。

報告

在報告單上，提供以下資訊

未知物的編號。
每個樣品中使用的未知物的重量。
每個樣品中沉澱物的重量。
每個樣品中 SO₄^2- 的百分比。
三個樣品的平均百分比。
三個樣品的百分比的平均偏差。
包含相關資料的實驗記錄本中的頁碼。

硫酸鹽分析問題。

如果假設樣品是純硫酸鈉，大約需要多少 cm³ 的 5% BaCl₂ 2 H₂O 溶液才能沉澱所有硫酸鹽？假設氯化鋇溶液的密度為 1.00 g cm⁻³。
如果樣品是純硫酸鉀，你需要比 1. 中計算的量更小或更大的氯化鋇溶液體積嗎？
如果使用普通濾紙而不是無灰濾紙，你的實驗結果會受到什麼影響？結果會偏高還是偏低？
為什麼用 AgNO₃ 測試硫酸鋇的洗滌液？
隨著溶液溫度的升高，BaSO₄ 的溶解度會顯著增加嗎？
此程式中最主要的誤差是什麼？
根據你對問題 6. 的回答，你是否認為硫酸鹽分析程式可能導致結果偏高或偏低？