钢铁中锰含量的测定

钢铁中锰含量的测定——银盐氧化光度法

班级：应091-4

姓名：任晓洁

     学号：200921501428

  指导老师：王老师

一．实验目的：

1.通过实验，了解钢铁中锰的存在形式，测定意义。

2.了解测定钢铁中锰含量的测定方法。

3.掌握钢铁中锰含量的测定原理。

4.熟练掌握分光光度计的使用，进一步训练移液管、容量瓶的正确使用。

5.掌握用比色法测定钢材中锰含量的方法

二．实验原理：

1.锰在钢铁中主要以MnC、MnS、FeMnSi或固溶体状态存在。生铁中一般含锰0.5％～6％，普通碳素钢中锰含量较低，含锰0.8％～14％的为高锰钢，含锰12％～20％的铁合金称为镜铁，含锰60％～80％的铁合金称为锰铁。

2. 锰溶于稀酸中，生成锰(Ⅱ)。锰化物也很活泼，容易溶解和氧化。在化学反应中，由于条件的不同，金属锰可部分或全部失去外层价电子，而表现出不同的价态，分析上主要有锰(Ⅱ)、锰(Ⅲ)、锰(Ⅳ)、锰(Ⅶ)，少数情况下亦有锰(Ⅵ)，这就为测定锰提供了有利条件。

3.常用测定方法：一般碳素钢，低合金钢，生铁试样常以HNO3（1+3）或硫磷混酸溶解。难溶的高合金钢以王水溶解，加HClO4或H2SO4冒烟溶解。溶解试样的酸主要依靠H2SO4，HCl，HNO3，因H2SO4－HCl可使MnS分解。HNO3分解碳化物（Mn3C）生成CO2逸出，加磷酸可使Fe3+配合成无色而消除Fe3+的干扰。同时因为磷酸的存在，防止了MnO2沉淀的生成和HMnO4的分解。

4.主要反应方程式：

3MnS+12HNO3=3Mn(NO3)2+6HNO3+3SO2+6H2O

3Mn3C+28HNO3=29Mn(NO3)2+3CO2+10NO+14H2O

MnS+H2SO4=MnSO4+H2S

2AgNO3+(NH4)2S2O8=Ag2S2O8+2NH4NO3

Ag2S2O8+2H2O=Ag2O2+2H2SO4

5Ag2O2+2 Mn(NO3)2+6HNO3=2HMnO4+10AgNO3+2H2O

三．实验仪器及试剂：

1.实验仪器：721型分光光度计，分析天平，容量瓶(50mL)，移液管(1ml，2ml，3ml)，吸量管(5mL)，滴管，洗耳球，电炉

2.实验试剂：溶液（1:3），王水（1浓+3浓盐酸）硫磷混酸（700ml水中加入150ml磷酸及硫酸150ml，摇匀），0.5%银溶液，20%过硫酸铵溶液，5%EDTA，锰标准溶液（0.1mg/ml）

四．实验步骤：

1.溶样：钢样0.25-0.3g于50ml烧杯→加5mlH2O，10-15ml王水溶解，（可稍热）→2mlHClO4→加热至冒白烟2min→冷却→加硫磷混酸10ml→加热至冒白烟，除尽Cl-→冷却，定量转移至50ml容量瓶定容，摇匀，备用。

2.显色：移取试样溶液5ml4份于4个小烧杯→加H2O5ml，硫磷混酸5ml→依次加入锰标准溶液0.00ml，1.00ml，2.00ml，3.00ml，AgNO32ml，(NH3)2S2O85.0ml→煮沸20-40s→放置1min→冷水冷却→转移定容至50ml容量瓶。

3.测定A：在530nm的波长下，测定溶液的吸光度，比色皿b=1cm，以水为参比溶液。

4.实验数据处理：

Ax=KC           A=Ao+Ax=K(Co+Cx)            

Cx=Ax/(Ao-Ax)*Co           

Mn%=[0.01*Vx*50/5.00/1000/m]%

五．实验注意事项：

1.方法关键在于使锰(Ⅱ)完全氧化为锰(Ⅶ)，并且生成的高锰酸切勿分解。酸度过高氧化不完全，过低则银失去催化活性，易形成锰(Ⅳ)沉淀。煮沸及放置可以保证氧化完全，还可使过剩的过硫酸铵分解。

2.如若遇到碳含量较高的试样，加硫磷混酸后，应该蒸发至冒白烟，以破坏碳化合物，或者接近冒烟时滴加破坏碳化物。

六．实验数据及数据处理：

1.实验原始数据：

 相关公式： Ax=KC           A=Ao+Ax=K(Co+Cx)            

Cx=Ax/(Ao-Ax)*Co           

Mn%=[0.01*Vx*50/5.00/1000/m]%

3.实验结果计算：

由图像的相关线性关系为y = 0.0227x + 0.0557

由标准加入法的计算得知：外延直线与x轴的相交即相应于原点与交点的距离，即为所求的待测元素浓度Cx。在此实验中对应的为Vx。

     所以：y = 0.0227x + 0.0557，解知：Vx=2.45ml

Mn%=[0.01*Vx*50/5.00/1000/m]%

           =[0.01*2.45*50/5.00/1000/0.2654]%

           =0.92%

七．实验总结

1.加HNO3破坏碳化物后，必须将氮氧化物NO除尽，否则会使Mn（Ⅶ）还原，使结果偏低。

2.混酸中的磷酸可以增加高锰酸的稳定性，防止二氧化锰的生成，并且磷酸与三价铁生成无色配合物，终点易于控制。当试样中含钨量高时，磷酸还可与钨配合生成易溶性磷钨酸，避免生成黄色的钨酸沉淀影响观察终点，可使碳化物氧化生成二氧化碳而逸出。

3.实验出现操作性失误，将最大吸收波长调制在580nm测定的吸光度，导致实验结果测定的A偏小。

4.发烟时间不宜过长，否则会有焦磷酸盐粘于瓶底不易溶解，使分析无法进行，一定要掌握好；如果发烟时间太长，易析出焦磷酸盐，对结果有影响。

八．实验结果分析：

1.实验过程出现理论性失误，测定波长设置成了580nm，导致测的的吸光度偏小，进而计算求得的含量偏高。

2.实验过程中的溶液的转移配置过程中由于操作失误，在三号瓶加入锰标准溶液时，移液管中液体滴至烧杯外边，导致含量偏小，在绘图之后导致吸光度偏低。

3.实验还存在由于操作人员定容带来的偶然误差。