硫酸-氢氟酸混合酸中元素的测定

摘要

    氢氟酸生产过程中，洗涤氢氟酸气体产生的硫酸-氢氟酸混合酸，需选择恰当的分析方法，可靠、及时地分析出其组份H2S04、HF和H20的含量，为生产工艺控制提供决策依据。

    在氢氟酸生产过程中，氢氟酸气体洗涤系统的硫酸-氢氟酸混合酸，主要由H2SO2、HF和H20组成，需要及时了解其中各组份的含最，为生产工艺控制提供决策依据。对于生产控制过程.如果不能及时给出样品分析结果，耗时长的分析结果即使精确，对生产过程中工艺控制来说也没有太大的意义。

    本文对硫酸-氢氟酸混合酸组份的几种分析方法进行比较，选择出恰当的分析方法，能可靠、及时地分析出混合酸中组份H2SO2、HF和H20的含量，为生产工艺控制提供决策依据。

1分析方法

    1.1 主要仪器与试剂

    (1)设备仪器：电子分析天平(精确到0.00019)；50mL酸碱两用式滴定管；500mL塑料烧杯；3mL塑料滴定管；100mL塑料烧杯；50mL。滴液漏斗：100mL容量瓶；10mL、20mL移液管；塑料棒；离子计或PH计；氟离子选择电极及饱和甘汞电极；电磁搅拌器及磁力搅拌子。

    (2)药品试剂：0.5m0L/L氢氧化钠标准滴定溶液；溴百里酚兰-中性红作指示剂；柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液(称取柠檬酸(C6H807・H20)249、柠檬酸钠(Na3C。H507・H20)2709溶于水并稀释至1000mL，摇匀)；溴甲酚绿指示液(称取0.1ｇ溴甲酚绿溶于20mL乙醇，并用水稀释至100mL摇匀)；硝酸溶液(1＋5)；氢氧化钠溶液200S/L；溴甲酚绿指示液：1S/L；氯化钾-乙醇溶液(称取约29氯化钾溶于100mL50%的乙醇中)；二氯化铅。

    (3)其它说明：所用试剂除注明外均为分析纯，水为蒸馏水。

    1.2 实验方法

    在对硫酸-氢氟酸混合酸的组成成分进行分析时，先称取质量为m.的样品，采用酸碱滴定法可以测量样品的总酸度；再称取质量为m：的样品，选用合适的方法测苗出混合酸中其中-种酸的含量。本文设样品中H2SO2质量分数为t0，，HF质量分数为w2。

    称取样品0.59(精确到0.00019)左右样品至加入水的塑料烧杯中，记录称样质量mL，加入适当蒸馏水摇匀，加入3-4滴溴百里酚兰-中性红指示剂，用0.5m0L/L氢氧化钠标准溶液滴定至终点颜色不变色，记下消耗的氢氧化钠溶液的体积为V，则列得关于总酸度的方程式

    根据方程式(1)可计算出混合算的总酸度，总酸度包含了硫酸和氢氟酸的含量。

    1.2.1 测培硫酸-氢氟酸混合酸中H2SO2的含量

    测最原理是利用氢氟酸是挥发性酸，硫酸是不挥发性酸。取-个样品在聚四氟烧杯中加热挥发出其中的氢氟酸，待氢氟酸充分挥发后测量剩余样品的酸含量。

    取质量为m：的样品，对样品进行加热将其中的氟化氧尽屋完全挥发出，硫酸仍然留在聚四氟烧杯中。用氢氧化钠标准溶液滴定，溴百里酚兰-中性红作指示剂，滴到溶液变色，记下消耗的氢氧化钠溶液的体积为屹，则列得关于H2S0。含量的方程式：

    方程式(1)和(2)联合，得到原样品中H2S0.、HF和水的含量。

    1.2.2 硫酸铅-氟氯化铅称量法测量混合酸中各组分的含量称量法的分析原理是将样品中的氟和硫酸根全部沉淀，反应式为：

    取重量为m：的样品，在其中加入二氯化铅(PbCI：)，在酸性溶液中F-、CI-、S暖-和Pb2＋生成生成氟氯化铅(PbCIF)沉淀…和硫酸铅(PbSO2)沉淀。氟氯化铅沉淀和硫酸铅沉淀经过滤、洗涤、干燥、称量得质量为m，则由反应式(3)和
(4)列得关于重量的方程式：

    上述方程式(1)和(5)联合，可解得样品中的H2SO2、HF和水的含量。

    1.2.3 氟硅酸钾法测量混合酸中HF的含量

    测量原理是将样品中的F转化为H2SIF。，用氟硅酸钾沉淀法测量其中氟含量吨。反应式为：

    取质量为m：的样品在聚四氟烧杯中，加入适当的活性二氧化硅雎］，温度柏℃左右、适当间断轻微搅拌的条件下反应20mIN。在乙醇存在的条件下加入饱和硝酸钾溶液或硝酸钾固体并陈化，生成氟硅酸钾沉淀【31和硝酸。经过滤、洗涤后将滤饼在80摄氏度以上用溴百里酚兰-中性红作指示剂，用氢氧化钠标准溶液滴定水解出来的H＋，记下消耗的氢氧化钠溶液的体积为Ｋ。根据反应式(6)、(7)、(8)列得原样品中关于HF含量的方程式：

    方程式(1)和(9)联合，可解得样品中的H2SO2、HF和水的含量。

    1.2.4 氟离子选择电极法测量混合酸中HF含量

    测量原理是利用离子选择性电极对F-离子-。具有特定的选择性响应。它能将溶液中F-离子的离子含量转换成相应的电位，从而实现化学量到电学量的转换，而对溶液中的F-离子浓度进行测量。

    取-个质量为m：的样品用氟离子选择电极法测量混合酸中HF含量w：，联合总酸度方程式(1)解得样品中各组分的含量。

    氟离子选择电极法测量混合酸中HF含量F-离子浓度在10～～10。m0L/L(F-)范围内时，电动势￡与PF(F-离子浓度的负对数)成直线关系，E＝b－0.0592109CF-，可用标准曲线法进行测定。

    1.2.5 酸碱滴定法测跫混合酸中各组分的含量

    测量原理是在样品中加入过量的活性二氧化硅，将HF充分转化为H2SIF6；HF转化为H2SIF6后6t00L的H＋减小到2m0L，以此为依据列出相应的方程式。

    取质量为m，的样品放入聚四氟烧杯中，先加入过量饱和硝酸钾溶液或硝酸钾固体，加入适当的活性二氧化硅，搅拌均匀，其间适时适当搅拌。20ｒaIN后，加入3-4滴溴百里酚兰-中性红指示剂，用0.5m0L/L的氢氧化钠标准溶液滴定至终点，记录消耗体积V2。

    上述方程式(1)和(11)联合，可解得样品中的H2SO2、HF和水的含量。

2 分析方法比较

    2.1 分析方法评述

    测量硫酸-氢氟酸混合酸中H2S04的含量的方法，在进行样品加热挥发氢氟酸时，加热温度和时间直接影响结果的可靠性，加热温度过高样品易爆沸.液沫随气体飞溅，致使测量结果中氢氟酸和水含量偏高，若加热温度过低或时间不够，则致使测量结果中氢氟酸和水含量偏低。这-方法样品加热时间-般在3H以上，-个样品整个测量过程需近4H的时间才能完成。

    硫酸铅-氟氯化铅称量法，沉淀过程需水浴保温陈化30mIN，还要在室温下静置过夜。在洗涤沉淀时，洗涤次数多沉淀容易被溶解，使计算结果中硫酸偏低，氟含量偏高；洗涤量不够沉淀中杂质多，使计算结果中硫酸偏高，氟含量偏低。这种方法测定-个样品要-天半时间才能完成，显然生产中不宜采用。

    氟硅酸钾法测量混合酸中HF的含量的方法，在测量氟时，样品从F转化、沉淀、陈化、过滤、洗涤、滴定等步骤，涉及操作步骤较多，整个测量过程需近4H的时间才能完成。

    氟离子选择电极法测量混合酸中HF含量，氟离子选择电极法适应F-离子浓度在L0--10“m0L/L(F-)范围内”1。但测量样品中F-浓度-般在5～8m0L/L，因此需要将样品进行数次稀释，过程中带来较大的操作误差。

    酸碱滴定法测量混合酸中各组分含量的方法，整个过程只需要酸碱滴定，且加入活性二氧化硅的样品不需另处理即可滴定，从开始到出分析数据结果只需30mIN左右。

    2.2 所选分析方法的应用结果

    在认同采用酸碱滴定法能够可靠、及时地分析出混合酸中各组分含量的情况下，采用该方法对几个样品的组份进行分析。先用氟塑料烧杯取质量为m.的样品，加入10mL蒸馏水后用溴百里酚兰～中性红作指示剂，用标准氢氧化钠溶液(C＝0.4953m0L/L)滴定总酸度，消耗体积为¨；再用五个氟塑料烧杯取质量为%的样品五组，分别加入L0mL蒸馏水后在加入0.59活性二氧化硅，适时搅拌，20mIN后用溴百里酚兰-中性红作指示剂，用标准氢氧化钠溶液滴定总酸度，消耗体积为屹。使用方程式(1)和(11)可解得样品中的H2SO2、HF和水的含量。分析结果如表1。

    由上表中的分析数据可知，采用酸碱滴定法测量混合酸中各组分的含量，所得数据重复性好，能够可靠、及时得出测定结果。

3 结论

    综上所述，在氢氟酸生产中，分析氢氟酸气体洗涤系统的硫酸-氢氟酸混合酸中组份H2SO2、HF和H20的含量时，采用溴百里酚兰-中性红作指示剂，先取-个样品用氢氧化钠标准溶液滴定总酸度；再取另-个样品加入过量的活性二氧化硅，将HF充分转化为H2SIF6，用氢氧化钠标准溶液滴定酸度。整个过程只需要酸碱滴定，且加入活性二氧化硅的样品不需另处理即可滴定。该方法涉及步骤少，操作方法简单，数据可靠，从开始到出分析数据结果只需30mIN左右，能可靠、及时地为生产工艺控制提供决策依据。

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