库仑卡尔·费休法测水

先用水标准检查仪器,再测一个只含 25 ppm 水的干燥溶剂和一个含水 0.5 % 的溶剂。改变电解电流和漂移,看结果何时可靠、何时需要扣除漂移。

难度 ●●○ 约 25 分钟

实验目的 由电量按法拉第定律算出水量(每毫克 10.71 C),用水标准检验回收率,并说明漂移校正为什么对小样品和慢滴定最重要。
电量由法拉第定律换算 · 滴定池为确定性模型

库仑卡尔·费休水分仪

滴定池
499.9μg H₂O电解电极0.99μA双铂指示电极进样
电解电流(面积 = 电量)
漂移电流 终点 0204060进样后的时间 / s020406080100电流 / mA
双铂指示电流(死停终点)
0204060进样后的时间 / s00.51指示电流 / μA

58.9 s 内通过 5.4605 C → 509.8 μg 水;其中漂移 10 μg/min × 58.9 s = 9.82 μg。

结果 499.9 μg,即 999.9 ppm(真实值 1000.0 ppm,误差 −0.01 %)。

阳极上 2I⁻ → I₂ + 2e⁻,生成的碘在甲醇、SO₂ 和碱存在下与水按 1 : 1 反应,所以每毫克水需要 2F/M(H₂O) = 10.71 C。模型假定电流效率 100 %、反应瞬间完成;控制器按过量碘距设定点的差额比例调节电流(设定点相当于 20 μg 水,比例带 10 μg),电流回落到“漂移 + 3 μg/min”以内即判为终点。指示电流取与过量碘成正比(双铂电极在小电压下的极限电流)。这些控制参数是手动设定的,不是某台仪器的规格;样品含水量是为练习设定的。

操作步骤

  1. 漂移 10 μg/min、最大电流 100 mA。注入 0.50 g 水标准(1.00 mg/g),记下滴定时间、电量和结果,算出回收率。
  2. 取消“扣除漂移”,重复一次;再把电流降到 20 mA,分别在扣除和不扣除漂移时各做一次。
  3. 换成干燥溶剂(25 ppm),注入 2.0 g。先在 100 mA、漂移 10 μg/min 下测;再把电流调到 20 mA、漂移调到 20 μg/min,比较扣除与不扣除漂移的结果。
  4. 换成含水溶剂(0.50 %),注入 0.50 g,分别用 20 mA 和 400 mA 滴定,比较所需时间。

注意观察

  • 水标准:58.9 s 内通过 5.461 C,对应 509.8 μg 水,其中 9.8 μg 是漂移;扣除后得 499.9 μg,回收率 99.99 %。不扣除漂移,结果偏高 2.0 %。
  • 电流降到 20 mA,同一针样品要滴定 307.5 s,其间渗入 51.3 μg 水:扣除后仍得 499.7 μg,不扣除则偏高 10.2 %。
  • 干燥溶剂只含 50 μg 水:100 mA 下 9.9 s 就到终点,得 25.0 ppm;在 20 mA、漂移 20 μg/min 时滴定 45.5 s,不扣除漂移会得到 32.4 ppm,偏高近 30 %。
  • 含水溶剂 0.50 g 含 2500 μg 水,要 26.8 C:20 mA 下需要 1483.6 s(将近 25 分钟),400 mA 下只需 68.6 s。含水多的样品适合用大电流,或改用容量法。

真实实验室

  • 卡尔·费休试剂含碘、二氧化硫和有机碱,溶剂多为甲醇,有毒、易燃,要在通风处操作,废液单独回收。
  • 进样用干燥的注射器,称量注射器进样前后的质量差得到样品质量;针头穿过隔垫后插到液面以下再推注。
  • 滴定池的干燥管要定期更换干燥剂。漂移突然升高,常常是隔垫被扎漏、干燥剂失效或试剂用尽的信号。

全部实验