【硼酸在不同溶劑中的溶解度測定實驗探究報告5600字（論文）】

硼酸在不同溶劑中的溶解度測定實驗探究報告目錄TOC\o"1-2"\h\u17905引言 225011實驗 2167421.1實驗儀器與試劑 2290821.2實驗步驟與實驗方法 3313331.3溶解度的數(shù)學(xué)模型 4306511.3.1Apelblat模型 4196511.3.2經(jīng)驗?zāi)Ｐ?4271341.4可靠性試驗 4294492結(jié)果與討論 4216702.1硼酸在氯化鈣溶液中的溶解度的測定與關(guān)聯(lián) 573612.1.1Apelblat模型 551292.1.2經(jīng)驗?zāi)Ｐ?6153852.1.3關(guān)聯(lián) 7256282.2硼酸在氯化鈉中溶解度的測定與關(guān)聯(lián) 8280752.2.1Apelblat模型 8260242.2.2經(jīng)驗?zāi)Ｐ?9131582.2.3關(guān)聯(lián) 1135802.3硼酸在乙醇溶液中溶解度的測定與關(guān)聯(lián) 11173952.3.1Apelblat模型 11238942.3.2經(jīng)驗?zāi)Ｐ?12312392.3.3關(guān)聯(lián) 14228682.4硼酸在不同溶液溶解度的測定與關(guān)聯(lián) 1429453結(jié)論 1511851參考文獻 16摘要：采用甘露醇滴定和氫氧化鈉溶液滴定的方法測定了硼酸在不同溶液中的溶解度，用Apelbat模型，經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M行擬合方程，得到數(shù)據(jù)并進行關(guān)聯(lián)。結(jié)果可以得到硼酸在氯化鈉溶液、氯化鈣溶液和乙醇溶液中的溶解度變化規(guī)律：硼酸溶解度隨溫度的增大而增大；其中，在50℃以下硼酸在溶劑中溶解度大?。郝然c溶液>氯化鈣溶液>乙醇溶液。與Apelblat模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛿M合的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的相關(guān)系數(shù)均在0.9900以上，平均相對誤差均小于1.0000%，此次試驗硼酸在不同溶液中溶解度的測定更好地為以后研究硼酸在中性鹽類和醇類中的溶解度的測定提供了方法，為以后研究硼礦鹽類提供了思路。關(guān)鍵詞：硼酸；溶解度；氯化鈣；氯化鈉引言硼酸是工業(yè)化工所常見的無機原料。在制造業(yè)多用于制造玻璃和陶瓷，在制造陶瓷和玻璃的工業(yè)加工過程中加入一些硼酸，會使其增加光澤和透明度。在生活用品中多用紡織業(yè)，其中包括制造一些消防衣服，防火用品，阻燃用品。在化學(xué)方面，用于中和強堿造成的傷害，制造防腐劑、止血劑和殺蟲劑。用于最多的行業(yè)是制造硼酸鹽，硼酸鹽化合物廣泛用于國家的國防部門和科研部門，對我國的科技發(fā)展和技術(shù)更新起到了重要的作用[1]。硼酸易溶解于氯化物溶液和醇類溶液中，因此研究硼酸在這兩種溶液中溶解度的大小和關(guān)聯(lián)有利于對硼酸在工業(yè)中的生產(chǎn)和應(yīng)用。目前國內(nèi)外研究硼酸溶解度包含了硼酸在氯化鈉溶液中介穩(wěn)區(qū)寬度和穩(wěn)定性研究[2]；硼酸和硫酸鈉體系動力學(xué)研究[3]；硼酸與氯化鎂穩(wěn)定相和介穩(wěn)區(qū)性質(zhì)寬度研究[4-6]；硼酸在氯化鈣溶液中溶解度的測定[7]；其中所用的實驗方法多數(shù)采用靜態(tài)平衡法進行實驗，建立起的數(shù)學(xué)模型也相對模糊；并沒有聯(lián)立多種硼酸溶解度的模型，硼酸溶解度聯(lián)系也相對模糊，不利于對硼酸溶解度的其他研究。硼酸作為常見的弱酸，溶于水、乙醇和中性氯化物溶液中，不能用氫氧化鈉直接滴定，需先用甘露醇加大硼酸的酸性后用氫氧化鈉進行滴定。本文主要研究硼酸在不同溶液中的溶解度的測定，并利用數(shù)學(xué)模型建立關(guān)聯(lián)，本次實驗固定各溶液的濃度相同，控制其在25℃-70℃下，加入過量的硼酸進行溶解，采用甘露醇滴定法，用0.1mol/L氫氧化鈉溶液進行滴定，測定硼酸用量，用物質(zhì)的量計算出硼酸在不同溶液中的溶解度。利用Apelblat數(shù)學(xué)模型[8]和經(jīng)驗數(shù)學(xué)模型[9]與原溶液關(guān)聯(lián)作為對比，可以計算出各種模型的相對誤差和相關(guān)系數(shù)；關(guān)聯(lián)起來的模型可以更好的測定硼酸在氯化物溶液中和醇類溶液中溶解度。為以后研究硼、硼酸和硼礦鹽之間的關(guān)聯(lián)提供了研究方向和方法。1實驗1.1實驗儀器與試劑表1實驗主要試劑試劑名稱分子式濃度來源硼酸H3BO3分析純天津市化工三廠有限公司氯化鈣CaCl2分析純天津市化工三廠有限公司甘露醇C6H14O6分析純國藥集團化學(xué)試劑公司氯化鈉NaCl分析純天津市化工三廠有限公司氫氧化鈉NaOH分析純上海展云化工有限公司無水乙醇CH3CH2OH分析純上海展云化工有限公司表2實驗主要儀器儀器名稱型號廠家集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司電子天平FA1104上海越平科學(xué)儀器有限公司1.2實驗步驟與實驗方法將配置好的氯化鈣溶液加入攪拌磁子后置于磁力攪拌恒溫水浴槽中，設(shè)定溫度為25℃，稱量一定的硼酸加入到氯化鈣溶液中，打開攪拌器進行攪拌，攪拌時間為4h，停止攪拌后，靜置2h使溶液達到固液分離，以減小固體顆粒的實驗干擾所造成的誤差。用醫(yī)用注射器吸取5ml的上清液用0.45μm過濾膜過濾后進行滴定。同理可用同樣的方法測定硼酸在氯化鈉溶液、乙醇溶液中的溶解度。硼酸滴定方法采用甘露醇滴定法：取5ml的待測液于錐形瓶中，加入3-4滴的甲基紅指示劑，用氫氧化鈉溶液進行滴定，溶液變成金黃色時停止滴定，在待測液中加入4g的甘露醇和3-4滴酚酞指示劑，震蕩搖晃使甘露醇完全溶解后，溶液呈粉紅色，再用氫氧化鈉溶液進行滴定，至溶液由粉紅色-金黃色-微紅色即可。記錄此次滴定所用氫氧化鈉溶液的用量，通過公式計算硼酸的用量。硼酸溶于各種溶液中被氫氧化鈉滴定的反應(yīng)方程式：H3此時氫氧化鈉溶液與硼酸用量的比例為1：1H3BO3的溶解度用物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)表達，其表達式為：X=其表達式中M1為硼酸物質(zhì)的量，M2為溶劑物質(zhì)的量，M3為水的物質(zhì)的量；m1為硼酸的質(zhì)量，m2為溶劑的質(zhì)量，m3為水的質(zhì)量，以g為單位。1.3溶解度的數(shù)學(xué)模型1.3.1Apelblat模型Apelblat模型是溶解度X與溫度T有著線性關(guān)系的方程，溶解度X隨溫度的變化而變化。其方程為：lnX1.3.2經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒?jīng)驗?zāi)Ｐ褪怯糜谌芙舛扰c溫度之間的關(guān)聯(lián)，即當(dāng)物質(zhì)的濃度、壓強和種類條件不變的情況下，物質(zhì)的溶解度由溫度決定。假定物質(zhì)的溶解度隨溫度的變化而變化，則多項式溶解度經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜑椋篨=1.4可靠性試驗為保證本次硼酸在不同溶液中的溶解度實驗所用方法和實驗步驟所得數(shù)據(jù)的可靠性，本次實驗測定了硼酸在25℃-70℃的情況下在水中的溶解度，所得數(shù)據(jù)與文獻手冊做比較，見表3。由表3可見，對比資料中的數(shù)據(jù)和實驗所得數(shù)據(jù)相對誤差均小于0.1000%，由此可認(rèn)為此次實驗測定硼酸在不同溶劑中的溶解度實驗方法、實驗儀器和步驟是可靠的。表3硼酸在水中溶解度數(shù)據(jù)溫度/℃X1/%X2/%相對誤差RE/%251.64491.64360.0810301.92021.91880.0725402.48172.48130.0144503.25153.25030.0355604.13484.13330.0362704.64494.64430.0125表3中X1為實驗所得溶解度；X2為文獻中的溶解度2結(jié)果與討論本次實驗測定了在25℃-70℃情況下硼酸在不同溶液中的溶解度，X為溶解度，T為反應(yīng)溫度。相對誤差：RE=平均相對誤差：ARD=均方根誤差：RSMD=2.1硼酸在氯化鈣溶液中的溶解度的測定與關(guān)聯(lián)表4氯化鈣溶液中硼酸溶解度的數(shù)據(jù)溫度T/℃溶解度X/%254.3392304.9140405.9832507.1909608.82907010.1204從數(shù)據(jù)來看，氯化鈣濃度不變的情況下，硼酸的溶解度隨溫度的增大而增大。溫度為30℃時，硼酸的溶解度為4.9140%；溫度為70℃時，硼酸的溶解度為10.1204%，溫度為70℃時溶解度的數(shù)值是溫度為30℃時溶解度數(shù)值的兩倍左右。2.1.1Apelblat模型表5硼酸在氯化鈣溶液中的Apelblat模型氯化鈣溶液Apelblat模型ABC-3.6438320.567121.33432代入方程式可得：ln依次把溫度代入方程可得數(shù)據(jù)見表6：表6Apelblat模型擬合的溶解度數(shù)據(jù)溫度T/℃溶解度X/%254.3661304.855406.0044507.2965608.68947010.1635圖1Apelblat模型溶解度曲線和原數(shù)據(jù)溶解度曲線從圖1可以看出在25℃-40℃時，兩者曲線圖幾乎重合，相關(guān)程度接近1.0000；在40℃-70℃時，兩者的曲線圖稍微有些偏差；在40℃-55℃時，Apelblat數(shù)學(xué)模型聯(lián)立出的溶解度數(shù)值略大于原數(shù)據(jù)；在55℃-70℃時原數(shù)據(jù)溶解度數(shù)值略大于模型聯(lián)立出的溶解度數(shù)值?？傮w來看，Apelblat數(shù)學(xué)模型所聯(lián)立出的溶解度與原溶解的數(shù)值比較接近。2.1.2經(jīng)驗?zāi)Ｐ捅?硼酸在氯化鈣溶液中的經(jīng)驗?zāi)Ｐ吐然}溶液經(jīng)驗?zāi)Ｐ虯BC6.06133*10-40.072132.16336可得方程式為：X=6.06133把溫度帶入方程式可得數(shù)據(jù)：表8經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛿M合的溶解度數(shù)據(jù)溫度T/℃ 溶解度X/%254.3454304.8728406.0184507.2852608.67327010.1825圖2經(jīng)驗?zāi)Ｐ腿芙舛惹€和原數(shù)據(jù)溶解度曲線從圖2可以看出在25℃-40℃時，兩者曲線圖較為相似，相關(guān)程度接近1.0；在40℃-70℃時，兩者的曲線圖出現(xiàn)了偏差；在40℃-53℃時，經(jīng)驗數(shù)學(xué)模型聯(lián)立出的溶解度數(shù)值略大于原數(shù)據(jù)；在53℃-68℃時原數(shù)據(jù)溶解度數(shù)值略大于模型聯(lián)立出的溶解度數(shù)值。68℃-70℃經(jīng)驗?zāi)Ｐ退P(guān)聯(lián)數(shù)值有增長趨勢?？傮w來看，經(jīng)驗數(shù)學(xué)模型所聯(lián)立出的溶解度數(shù)值曲線與原溶解的數(shù)值曲線重合程度較好。2.1.3關(guān)聯(lián)圖3氯化鈣溶液、Apelblat模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ腿芙舛惹€從圖3中可以看出Apelblat模型的關(guān)聯(lián)程度略低于經(jīng)驗?zāi)Ｐ退脭?shù)據(jù)。比較Apelblat模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ退们€和數(shù)據(jù)，在溫度大于70℃時，用經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛠眍A(yù)測硼酸在氯化鈣溶液中溶解度的數(shù)值更好。2.2硼酸在氯化鈉中溶解度的測定與關(guān)聯(lián)表9氯化鈉溶液中硼酸溶解度的數(shù)據(jù)溫度T/℃溶解度X/%255.2640305.7393406.7692507.8376608.7488709.8890從表9數(shù)據(jù)來看，氯化鈉濃度不變的情況下，隨溫度的漸漸升高硼酸溶解度也漸漸增大。溫度為30℃時，硼酸的溶解度5.2640%；溫度為50℃時，硼酸的溶解度為7.8376%，溫度為50℃時硼酸的溶解度是溫度為30℃時硼酸的溶解度的1.5倍左右。2.2.1Apelblat模型表10硼酸在氯化鈉溶液中Apelblat模型氯化鈉溶液Apelblat模型ABC-1.7164411.968260.90235代入方程式可得：ln依次把溫度代入方程式可得數(shù)據(jù)：表11Apelblat模型擬合數(shù)據(jù)溫度T/℃溶解度X/%255.2952305.7638406.7625507.7905608.8251709.8572圖4Apelblat模型溶解度曲線和原數(shù)據(jù)曲線從圖4可以看出在25℃-55℃時，兩者曲線圖幾乎重合，相關(guān)程度接近1.0000；在55℃-65℃時，兩者的曲線圖稍微有些偏差；在65℃-70℃時原數(shù)據(jù)溶解度數(shù)值與Apelblat模型聯(lián)立出的溶解度數(shù)值近于重合。總體來看，Apelblat數(shù)學(xué)模型所聯(lián)立出的溶解度與原溶解的數(shù)值非常接近。2.2.2經(jīng)驗?zāi)Ｐ捅?2硼酸在氯化鈉溶液中的經(jīng)驗?zāi)Ｐ吐然c溶液經(jīng)驗?zāi)Ｐ虯BC6.25572*10-50.096392.80941代入方程式可得：X=6.把溫度帶入方程式可得數(shù)據(jù)：表13經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛿M合數(shù)據(jù)溫度T/℃溶解度X/%255.2583305.7574406.7651507.7853608.8180709.8632圖5經(jīng)驗?zāi)Ｐ完P(guān)聯(lián)出硼酸在氯化鈉溶液中溶解度曲線從圖5可以看出在25℃-43℃時，兩曲線接近重合，相關(guān)程度接近1.0000；在43℃-53℃時，兩者的曲線圖出現(xiàn)了偏差，原數(shù)據(jù)數(shù)值略大于經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛿?shù)值；在53℃-68℃時原數(shù)據(jù)溶解度數(shù)值略低于經(jīng)驗?zāi)Ｐ吐?lián)立出的溶解度數(shù)值。68℃-70℃經(jīng)驗?zāi)Ｐ退P(guān)聯(lián)數(shù)值與原數(shù)據(jù)大致重合?？傮w來看，經(jīng)驗數(shù)學(xué)模型所聯(lián)立出的溶解度數(shù)值曲線與原溶解的數(shù)值曲線重合程度非常好。2.2.3關(guān)聯(lián)圖6氯化鈉溶液、Apelblat模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ腿芙舛惹€從圖6可知溫度在低溫和高溫時，增幅較為平穩(wěn)；即在增幅溫度相同時，低溫和高溫情況下，當(dāng)溫度的增幅一定時硼酸的溶解度增幅大致相同；且經(jīng)驗?zāi)Ｐ完P(guān)聯(lián)出的數(shù)值和曲線關(guān)聯(lián)程度略高于Apelblat模型，即在溫度高于70℃時，用經(jīng)驗?zāi)Ｐ完P(guān)聯(lián)出硼酸在氯化鈉溶液中的溶解度數(shù)值更優(yōu)于Apelblat模型關(guān)聯(lián)出的數(shù)值。2.3硼酸在乙醇溶液中溶解度的測定與關(guān)聯(lián)表14乙醇溶液中硼酸溶解度的數(shù)據(jù)溫度T/℃溶解度X/%251.6812302.0222402.7594503.5388604.4135705.2412從表14數(shù)據(jù)來看，乙醇濃度不變的情況下，硼酸的溶解度隨溫度的增大而增大。且隨著溫度的升高，硼酸在乙醇溶液中的溶解度的增幅有減小的趨勢。溫度為25℃，此時硼酸在乙醇溶液中的溶解度1.6812%；溫度為70℃，硼酸在乙醇溶液中的溶解度為5.2412%，后者是前者的3倍左右。2.3.1Apelblat模型表15硼酸在乙醇溶液中的Apelblat模型乙醇溶液Apelblat模型ABC-3.961427.579181.29769代入方程式可得：ln依次把溫度代入方程式可得數(shù)據(jù)：表16Apelblat模型擬合數(shù)據(jù)溫度T/℃溶解度X/%251.6802302.0236402.7874503.5495604.3846705.2598圖7Apelblat模型溶解度曲線和原數(shù)據(jù)曲線從圖7可以看出，從25℃-70℃Apelblat模型所關(guān)聯(lián)的曲線幾乎與原溶液數(shù)據(jù)曲線重合，因此認(rèn)為Apelblat模型有利于測定硼酸在乙醇溶液中的溶解度。2.3.2經(jīng)驗?zāi)Ｐ捅?7硼酸在乙醇溶液中的經(jīng)驗?zāi)Ｐ鸵掖既芤航?jīng)驗?zāi)Ｐ虯BC2.22039*10-40.058510.07145代入方程式可得：X=把溫度帶入方程式可得數(shù)據(jù)：表18經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛿M合數(shù)據(jù)溫度T/℃溶解度X/%251.6730302.0266402.7671503.5520604.3814705.2551圖8經(jīng)驗?zāi)Ｐ腿芙舛惹€和原數(shù)據(jù)曲線從圖8可以看出，從25℃-70℃經(jīng)驗?zāi)Ｐ退P(guān)聯(lián)的曲線幾乎與原溶液數(shù)據(jù)曲線相重合，因此認(rèn)為經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀欣跍y定硼酸在乙醇溶液中的溶解度。2.3.3關(guān)聯(lián)圖9乙醇溶液、Apelblat模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ腿芙舛惹€從圖9可以看出，由Apelblat模型的擬合曲線和經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷臄M合曲線與原數(shù)據(jù)曲線非常相似。且溫度在低溫和高溫時，增幅差距較大；低溫情況下，當(dāng)溫度的增幅一定時硼酸的溶解度增幅較大；在高溫情況下，溶解度的增幅會漸漸降低，增幅慢慢變小，但溶解度是增大的。2.4硼酸在不同溶液溶解度的測定與關(guān)聯(lián)圖10硼酸在不同溶液中溶解度的測定表19Apelblat模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ团c原溶液的關(guān)聯(lián)溶液模型關(guān)聯(lián)Apelblat模型經(jīng)驗?zāi)Ｐ蚏2ARD/%RSMDR2ARD/%RSMD氯化鈣溶液0.99060.94170.06590.99130.80170.0658氯化鈉溶液0.99520.48500.03630.99630.36830.0292乙醇溶液0.99590.41330.01480.99610.39330.0133從圖10可以看出，硼酸在不同溶液中的溶解度情況為：溫度在50℃以下氯化鈉溶液>氯化鈣溶液>乙醇溶液>去離子水。隨著溫度的升高，硼酸在氯化鈣溶液的溶解度的增幅漸漸大于在氯化鈉溶液中的溶解度增幅，在60℃時，硼酸在氯化鈣中的溶解度大于硼酸在氯化鈉中的溶解度；而在25℃-70℃區(qū)間，硼酸在這兩種溶液中的溶解度都遠高于在乙醇溶液和去離子水中的溶解度。從表19數(shù)據(jù)來看Apelblat模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛯ε鹚岬娜芙舛葦?shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，得到每個參數(shù)A、B和C的數(shù)值，這兩種模型都較好的關(guān)聯(lián)出了硼酸在各個溶液中的溶解度數(shù)值，硼酸在氯化鈣溶液，氯化鈉溶液，乙醇溶液中的溶解度相關(guān)系數(shù)（R2）均在0.9900以上，其中平均相對誤差（ARD）數(shù)值均小于1.0000%，均方根誤差的最大值為0.0659，把Apelblat模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷乃脭?shù)據(jù)都與原數(shù)據(jù)作為對比，經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷臄M合程度明顯優(yōu)于Apelblat模型。結(jié)論（1）本文采用甘露醇滴定法，用氫氧化鈉溶液進行滴定測定硼酸在不同溶液中的溶解度，測定的溫度范圍為25℃-70℃：硼酸的溶解度隨溫度的增大而增大，25℃-55℃硼酸在不同溶液中溶解度大小：氯化鈉溶液＞氯化鈣溶液＞乙醇溶液；55℃-70℃硼酸在不同溶液中溶解度大?。郝然}溶液＞氯化鈉溶液＞乙醇溶液。（2）硼酸在不同溶液中溶解度大?。郝然锶芤海敬碱惾芤海?）用Apelblat模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ完P(guān)聯(lián)出硼酸在不同溶液中的溶解度數(shù)據(jù)，兩者都可以更好地關(guān)聯(lián)出硼酸溶解度數(shù)據(jù)；對比可得，經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷臄M合程度更優(yōu)于Apelblat模型。（4）本次研究為工業(yè)中生產(chǎn)硼酸提供了方法，為以后更好地研究硼酸和硼酸鹽提供了重要方向。參考文獻[1]鄭雪家.硼及硼酸鹽產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用前景[J].無機鹽工業(yè),2005,37(4):1-3.[2]董乃金,董亞萍,彭姣玉,等.氯化鈉對H3BO3溶解度、界穩(wěn)區(qū)寬度及成核動力學(xué)的影響[J].鹽湖研究,2015,23(3):29-36,51.[3]龔殿婷,李鳳華,樊占國,等.H3BO3-Na2SO4-H2O體系結(jié)晶動力學(xué)研究[J].鄭州