电位滴定法测定铁离子含量的应用研究

第5期2018年10月No.5 October，2018金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属的腐蚀，腐蚀现象非常普遍，其中用量最大的金属—铁制品的腐蚀最为常见。

常见的铁的腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

而在酸性较强的溶液中发生电化学腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫作析氢腐蚀。

实验原理：通常析氢腐蚀只会产生Fe 2+，而Fe 2+在空气中易被氧化，所以采用液封的方法来隔绝空气。

用K 2Cr 2O 7溶液把Fe 2+完全氧化成Fe 3+，再用SnCl 2将Fe 3+还原为Fe 2+，通过电位的突越来确定终点，并通过滴定剂的用量确定Fe 2+浓度，以此来得到腐蚀速率。

主要反应式：Fe+2H +→Fe 2++H 2↑6Fe 2+ + Cr 2O 72-+14H +→6Fe 3+ +2Cr 3++7H 2O Sn 2++2Fe 3+→Sn 4++2Fe 2+分析溶液中亚铁离子含量的方法有很多种，例如原子吸收分光光度法，该方法虽然测量在小含量时精确度高、稳定性好，但实验条件较苛刻，成本较昂贵，稳定性好且使用条件固定，不能改变温度，不宜直接用于计算平均腐蚀速率。

电位滴定法是电位分析法的一种，是以测量电池电动势为基础的定量分析法，从滴定剂的体积和浓度来计算待测物的含量，在滴定到达终点前后，滴液中的待测离子浓度往往连续变化n 个数量级，引起电位的突跃，以此来指示滴定终点。

该方法温度、液体接界电位的影响并不重要，其准确度优于直接电位法，被测成分的含量仍然通过消耗滴定剂的量来计算，可用于有色或混浊的溶液的滴定，还可用于浓度较稀的试液或滴定反应进行不够完全的情况；灵敏度和准确度高。

而普通滴定法是依靠指示剂颜色变化来指示滴定终点，如果待测溶液有颜色或浑浊时，终点的指示就比较困难，或者根本找不到合适的指示剂。

此实验中，待测溶液本身就有颜色，用指示剂可能会导致滴定终点不易观察。

采用普通滴定管的电位滴定法，无法在进行了液封的待测溶液中直接滴加滴定剂。

如果把滴定管底部直接插入溶液中，则会因为气压原因无法加入滴定剂。

所以，本实验主要采用注射器来代替滴定管进行滴定。

注射器具有可以外部施压的优点，同时刻度精确，且易控制注射量，采用不锈钢针头，防止有些针头会被高浓度的盐酸腐蚀，影响测定结果。

1 实验部分1.1 仪器和试剂仪器：雷磁PHS-2F 型PH 计；雷磁232甘汞参比电极；雷磁213铂电极；IKA RCT 基本型加热磁力搅拌器；磁石；恒温水浴锅；兽用不锈钢注射器。

试剂：盐酸；N80钢；K 2Cr 2O 7固体；SnCl 2·2H 2O 固体；锡粒；液体石蜡。

1.2 溶液的配置标准重铬酸钾溶液的制备：将少量K 2Cr 2O 7固体至于干燥器干燥（T =120 ℃）2 h ，待冷却至室温，用分析天平准确称取1.860 2 g K 2Cr 2O 7药品用蒸馏水溶解，并洗涤3次，定容于1 L 量瓶中待用。

稀释：取125 mL 上述的K 2Cr 2O 7于500 mL 量瓶内进行定容。

C =0.001 580 mol/L 。

SnCl 2溶液的配置：称取1.161 0 g SnCl 2于200 mL 烧杯中。

加入30 mL 浓盐酸，用恒温水浴锅加热（50 ℃），边加热边搅拌，直到溶液澄清透明，待冷却至室温，移至500 mL 量瓶中用1∶1的盐酸洗涤3次并定容至刻度线。

加入两粒锡粒并用液体石蜡液封防止SnCl 2被空气氧化。

取用时倒入烧杯，用液体石蜡液封备用（由于SnCl 2不稳定，极易被氧化，不易保存，所以每次需现配现用）。

2 实验内容2.1 实验操作将N80钢预先称重，并用细绳悬挂卡入磨口锥形瓶加入1∶2的盐酸作腐蚀介质1 h 后取出挂片，用棉球擦洗，无水乙醇擦拭，吹干后称量挂片损失的质量。

后搭建如图1的电位滴定装置，预热装置。

在常温下，用移液管移取25 mL 腐蚀液放入100 mL 烧杯中，液面下加入磁石并插入已在饱和KCl 溶液里浸泡了2 h 的参比电极和清洗干净的铂电极。

接着用液体石蜡覆盖腐蚀液表面进行液封，防止Fe 2+被空气氧化。

记下初电位滴定法测定铁离子含量的应用研究胡 箫，朱锦旗，周永博，鲁凯能（长江大学 工程技术学院，湖北 荆州 434020）摘 要：本实验采用稍加改良的电位滴定法研究不同条件对铁的腐蚀速率的影响，该实验模拟在实验条件相对简便的条件下高效、相对准确地测定铁的平均腐蚀速率，并测定电位滴定法滴定亚铁离子浓度实验的灵敏度，即采用电位滴定法在一定条件下所能准确测定的最低亚铁离子浓度。

最后,通过与失重法对比研究了滴定法测定腐蚀速率的可行性，结果表明，电位滴定法与失重法测得的腐蚀速率有较高的一致性，相对平均偏差未超过4％。

关键词：析氢腐蚀；电位滴定法；失重法基金项目：长江大学工程技术学院大学生创新创业计划（201813245005）；长江大学工程技术学院科研基金项目（2018KY05）作者简介：胡箫（1997— ），男，湖北黄石人，本科生；研究方向：分析化学。

现代盐化工Modern Salt and Chemical Industry第5期2018年10月No.5October，2018始不加入K 2Cr 2O 7溶液时的数据，用不锈钢注射器每次准确吸取1 mL K 2Cr 2O 7溶液注入待测溶液中并记录每一次的电位数据，快到化学计量点前逐步改为加0.1 mL 。

当电位发生突变时停止注入K 2Cr 2O 7。

接着每次准确吸取1 mL SnCl 2溶液注入待测溶液中并记录每一次的电位数据，重复上述滴定操作，变量仅为不同浓度的不同溶液，当电位再一次发生突越时，停止注入SnCl 2溶液。

平行3次实验。

图1 电位滴定装置简图2.2 温度对铁腐蚀速率的影响完全重复滴定操作，仅改变加热磁力搅拌器的温度，同时改变电位计的设置温度，分别测定在32 ℃、42 ℃、52 ℃、62 ℃ 4组温度下的电位数据。

平行3次实验。

2.3 待测液浓度对电位滴定灵敏度的影响将配置好的SnCl 2溶液，K 2Cr 2O 7标准液，待测液全部分别稀释5倍、10倍、15倍，在常温下重复滴定操作。

平行3次实验，记录电位数据。

2.4 实验注意事项（1）注射器每次注射里面的空气必须全部排空。

（2）每滴定一次滴定剂，平衡后测定电动势。

（3）首先需要快速滴定寻找化学计量点所在的大致范围，正式滴定时，滴定突越范围前后每次加入的滴定剂体积可以较大，突越范围内每次滴加体积控制在0.1 mL 。

3 实验结果与讨论3.1 数据处理方法失重法通过式（1）计算得到的腐蚀速率，0W Wv St=－（1）式（1）中，v 为腐蚀速率［g/（m 2·h ）］，W 0和W 分别为腐蚀前和腐蚀后的挂片质量（g ），S 为挂片表面积（m -2），t 为腐蚀时间（h ）。

电位滴定法通过式（2）计算得到腐蚀速率：00Fe=V C M v St（2）式（2）中，v 为腐蚀速率［g/（m 2·h ）］，V 0为消耗滴定剂的用量，C 0为所使用滴定剂的浓度，S 为挂片表面积（m -2），t 为腐蚀时间（h ）。

用相邻两次的E 、V 值求△E =0时，即等当点时滴定溶液的体积其公式为：V e=V 1+（V 2－V 1）{（△2E /△V 2）/[（△2E /△V 2）+（△2E //△V /2）]}。

式中：△2E 为相邻电势增加值的增、减量。

△V 2为每次滴加液增加量的平方值（一般为0.1 mV 或0.05 mV ）。

V 1：电势增加最大前电势值对应的滴定体积。

V 2∶V 1电势值对应的滴定体积后面的滴定体积，图中虚线对应得V 轴上的值即滴定终点消耗溶液体积値V e 。

3.2 数据的处理由图2可得知，在32℃、盐酸浓度为1∶2的腐蚀的条件下失重法腐蚀速率测得为5 218.62 g/（m 2·h ），而电位滴定法测得的腐蚀速率为5 409.83 g/（m 2·h ），相对平均偏差为3.5%，则在此条件下，电位滴定法与失重法测得的腐蚀速率有较高的一致性。

图2 腐蚀速率与温度的关系4 实验结果与讨论实验操作过程中表明，当待测液及滴定液浓度稀释为10倍左右的时候即Fe 2+浓度在0.000 96 mol/L 左右的时候，电势会很难稳定，导致测量结果无法精准。

所以在实验条件简陋的条件下，尽量控制待测液浓度不要低于0.000 96 mol/L 。

该滴定结果的重现性比较差。

改进措施如下：（1）温度使水解平衡像右移动导致亚铁离子浓度测定不准确，温度越高误差越大。

（2）也许在实际测量前，样品可能来自于一个没有混合均匀的容器。

或在取样后，样品暴露在不同的环境条件下。

例如样品在滴定前放置不同的时间段，就会吸收不同量的空气中的二氧化碳。

（3）重复性较差还可能取决于用多少样品来做分析。

对于极少量的样品的分析，天平的性能就至关重要。

那么进行一次最小称样量的测试就可以了解天平是否符合要求。

[参考文献][1] 苏铁军，曹 发，杨 帆，等.滴定法与失重法测定碳钢腐蚀速率的比较研究[J]中国无机分析化学，2018（4）：29-32.[2] 赵淑楠，张绍举，刘钧泉.高温盐酸对碳钢腐蚀速率影响的探讨[J].石油化工设备技术，2008（4）：25-27.现代盐化工·研究与开发。