氢氧化钠标准溶液（精选九篇）
氢氧化钠标准溶液 篇1
1.1 测量依据
GB/T601-2002《化学试剂标准滴定溶液的制备》
1.2 环境条件
1.3 测量所用的仪器设备
分析天平:AL204;50ml A级碱式滴定管;
2 数学模型建立
式中:C—氢氧化钠标准溶液浓度, mol/L;
m—邻苯二甲酸氢钾的质量, g;
V1—氢氧化钠标准溶液的体积, m L;
V0—空白试验氢氧化钠标准溶液的体积, m L;
M—邻苯二甲酸氢钠摩尔质量, 204.22;
3 不确定度分量计算
3.1 A类相对标准不确定度分量计算 (测量重复性的不确定度)
两人八平行检测结果:样1:0.099236mol/L, 样2:0.099246 mol/L, 样3:0.099296mol
样4:0.099289 mol/L, 样5:0.099262mol/L, 样6:0.099280 mol/L,
3.2 B类相对合成标准不确定度计算
3.2.1 B类相对合成标准不确定度uc Brel (C) 按式 (2) 计算
式中:
urel (m) —工作基准试剂质量的数值相对标准不确定度分量;
urel (PKHP) —工作基准试剂质量分数数值相对标准不确定度分量;
urel (MKHP) —工作基准试剂摩尔质量数值相对标准不确定度分量;
urel (V) —被标定溶液体积数值相对标准不确定度分量。
3.2.2 工作基准试剂质量的数值相对标准不确定度分量urel (m) 按式 (3) 计算
式中:
u (m) —工作基准试剂质量的数值标准不确定度分量, 单位g;
m—称取工作基准试剂的质量, 单位g;
式中:a—分析天平的最大允许误差, 本方法称样质量m=0.6642g, 本方法采用分析天平编号 (417319) , 根据检定证书, 最大允许误差为±0.0006642g。
由 (4) 式得u (m) =0.00054g.
3.2.3 工作基准试剂质量分数数值相对标准不确定度分量urel (PKHP) 按式 (5) 计算
式中:u (PKHP) —工作基准试剂质量分数数值的标准不确定度分量, %;
(1) 工作基准试剂质量分数数值的标准不确定度分量u (PKHP)
由GB 10738-2007规定工作基准试剂最大扩展不确定度U=0.05%, K=2, 所以
式中:a—工作基准试剂质量分数数值范围的半宽度, 本方法中使用邻苯二甲酸氢钾, 质量分数范围99.95%—100.05%, 其半宽度为0.05%。
所以由u ( (P6KH) P) 式2得u (PKHPr) 2=0.029%
(3) 由 (5) P式KH得Purel (PKHP) =0.00084
3.2.4 工作基准试剂摩尔质量数值相对标准不确定度分量urel (MKHP)
3.2.5 被标定溶液体积数值相对标准不确定度分量urel (V)
(1) 实验使用碱式滴定管, 规格为A级、量程50m L、分度0.1m L。根据JJG196-2006规定, 容量允差为±0.05m L, 滴定耗用氢氧化钾标准溶液31.85m L, 按照三角分布。
其耗用氢氧化钠标准溶液的体积的相对标准不确定度urel (V) 按式 (7) 计算
式中:a—碱式滴定管容量允差的半宽度, a=0.05m L。
所以由式 (7) 得urel (V) =0.00062
(2) 由温度补正值得修约误差引入的标准不确定度分量很小, 忽略不计。
3.2.6 B类相对合成标准不确定度uc Brel (C) 由式 (2) 计算
3.3 相对合成标准不确定度
3.4 合成标准不确定度
3.5 扩展不确定度表示
4 小结
本文分析了按照GB/T601-2002标准规定的方法标定氢氧化钠标准溶液不确定度评定方法与结果。由结果看不确定度的主要来源在B类评定上, 如果想减小不确定度, 在基准试剂和碱式滴定管无法更换的情况下, 应该使用误差范围更小的分析天平 (如十万分之一天平) 。
摘要：文章阐述了按照GB/T601-2002标准规定的方法标定氢氧化钠标准溶液, 按照JJF1059-2012标准规定的方法对其进行测量不确定度评定, 分析了氢氧化钠标准溶液标定的不确定度主要来源, 通过数学模型对各不确定度分量进行评定, 结果表明氢氧化钠标准溶液的浓度为0.09927±0.00026mol/L (K=2) 。
关键词：不确定度,评定,氢氧化钠,标定
参考文献
氢氧化钠标准溶液 篇2
执教：三星中学李广祥
一、设计思想
本课围绕氢氧化钠固体或溶液变质的问题，引导学生派生出“它是否变质？变成了什么的物质？如何检验烧碱固体或溶液是部分变质还是全部变质？”通过这些真实问题的解决，学生的自我探究和综合应用知识的能力进一步得到了发展，使学生再一次经历科学探究的一般过程和方法的锻炼。
二、教学目标:
1、知识与技能：
（1）复习巩固氢氧化钠的保存方法及变质原因；
（2）初步学会探究氢氧化钠溶液变质情况的探究思路；
（3）能用较准确的化学语言对实验方案进行评价与设计。
2、过程与方法：
（1）通过实验方案的讨论与设计，培养学生实验分析、评价能力；
（2）通过实验的观察与操作，培养学生思维的全面性、严谨性，提高学生运用
知识解决实际问题的能力。
3、情感态度与价值观：
（1）激发学生对现实生活中化学现象的好奇心和探究欲；
（2）培养学生的合作意识及勤于思考、严谨求实、勇于实践、不断创新的科学精神。
三、教学重难点
教学重点：理解氢氧化钠与二氧化碳的反应。
教学难点：对氢氧化钠溶液与二氧化碳的反应，导致变质情况的探究。
四、教学方法
探究方法:创设情境、兴趣引导、实验探究。
五、教学流程
六、教学过程
【创设情景】猜测两瓶无标签溶液（其中一瓶用橡皮塞），哪一瓶是NaOH溶液？
1【引入课题】探究氢氧化钠溶液变质情况 归纳1：氢氧化钠的保存
密封——防止吸收二氧化碳变质 【探究活动一】
请设计实验用三种不同类别物质验证氢氧化钠已变质
23【探究活动二】
探究实验台上现有一瓶放置了两年的NaOH溶液，设计实验探究其变质情况 实验猜想：
Ⅰ.ⅡⅢ.实验分析：
若猜想Ⅰ正确，溶液中溶质只有（没有）若猜想Ⅱ正确，溶液中溶质既有也有若猜想Ⅲ正确，溶液中溶质只有
3（没有）设计实验：
请你设计实验方案来验证以上猜想，并将有关内容填写在以下实验报告的归纳3：探究氢氧化钠溶液情况，需要验证其中所有可能成分（NaOH、Na2CO3）的存在【小结】
1.NaOH溶液变质的原因和保存方法 2.如何探究NaOH溶液变质情况
七、板书设计
一、NaOH溶液的保存
密封——防止吸收二氧化碳变质
二、验证氢氧化钠溶液变质 1.滴加稀盐酸
2HCl + Na2CO3+ H2O 现象：产生白色沉淀 2.滴加Ca(OH)2溶液
Ca(OH)2 +Na2CO3 现象：产生白色沉淀
3.滴加BaCl2溶液(或CaCl2溶液)BaCl2 +Na2CO33现象：产生白色沉淀
三、探究氢氧化钠溶液变质情况 1.没变质2.部分变质3.全部变质
八、教学反思
练习
1.向氢氧化钙溶液中不断通入二氧化碳气体
（1）观察到的现象：溶液先变，后又变（2）写出相关反应方程式，(3)由此甲同学联想到向氢氧化钠溶液中不断通入二氧化碳气体，过量的二氧化碳会与产生的碳酸钠发生类似（2）中的反应生成NaHCO3，已知NaHCO3水溶液呈弱碱性。
①请帮助甲同学写出该化学反应方程式：②请在下图中画出溶液的PH值—通入CO2体积变化曲线图变化曲线图
72.课外活动小组为测定某变质氢氧化钠固体中氢氧化钠的质量分数，设计、进行．．．．．．．．了下面的实验：
步骤一：取5g样品放入50mL小烧杯中，加足量的蒸馏水至样品完全溶解； 步骤二：向烧杯中滴加氯化钙试剂至不再产生沉淀为止，过滤混合物； 步骤三：将滤得的沉淀干燥，称得质量为1g 请根据实验回答下面问题：
(1)写出反应的化学方程式：，反应基本类型(2)根据课外兴趣小组测定的数据计算固体中氢氧化钠的质量分数?
拓展练习
1.【材料】：有一瓶由于放置时间过长失去标签标的白色固体，是由钠元素或钾
元素与氢氧根、碳酸根或硫酸根中的一种或多种组成的化合物。
化学兴趣小组同学通过课上的学习，运用所学知识于是她对白色固体的成分进行了如下探究
【提出问题1】：固体中含硫酸根吗？
【实验探究1】：取少量固体溶于水配成溶液，并滴加硝酸酸化了的氯化钡溶液，．．．．没白沉淀产生。
【提出问题2】：白色固体的成分究竟是什么呢？ 【实验探究2】：请你完成以下实验报告。
【联想与解释】
a.小明联想到老师用玻璃导管将纯净的氢气导出并点燃时，燃烧火焰并非淡蓝色而为黄色，其原因可能是：（6）
氢氧化钠标准溶液 篇3
关键词：硫酸铜；氢氧化钠；溶液反应；实验探究
文章编号：1005–6629（2015）9–0039–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 引言
硫酸铜与氢氧化钠溶液的反应是中学化学常见的反应，人教版九年级教材中就有在氢氧化钠溶液中滴加硫酸铜溶液，生成氢氧化铜，加热后分解成氧化铜的实验[1]。但从文献[2，3]中发现，硫酸铜与氢氧化钠溶液的滴加顺序不同，生成的产物也不同，只有在较小浓度的氢氧化钠溶液中滴加2%的硫酸铜溶液，或在2%的硫酸铜溶液中滴加较大浓度的氢氧化钠溶液，才能生成氢氧化铜，否则随反应物浓度不同生成碱式硫酸铜或四羟基合铜酸钠。本文依据这个原理，设计了几个探究实验。
2 探究实验一
探究实验一采用将硫酸铜溶液注入氢氧化钠溶液中的方法，探究少量硫酸铜与大量氢氧化钠反应的结果。
2.1 试剂与仪器
（1）实验试剂：12%的硫酸铜溶液、10%的氢氧化钠溶液。
（2）实验仪器：铁架台、铁夹、针筒、胶水滴管、50mL螺口瓶、试管、烧杯、酒精灯。
2.2 实验装置
在螺口瓶中加入约45mL氢氧化钠溶液。将胶水滴管与针筒连接（如图1），并吸取约5mL硫酸铜溶液。搭建铁架台，并将针筒固定在铁架台上（如图2）。
2.3 实验内容
将针筒活塞缓慢向下压，将硫酸铜溶液缓慢注入氢氧化钠溶液中。实验时室温13℃。
2.4 实验结果
随着硫酸铜溶液的注入，螺口瓶内出现蓝色固体。当硫酸铜溶液以较快速度注入时，固体颗粒较小，当硫酸铜溶液以较慢速度注入时，蓝色固体从胶水滴管口逐渐“生长”出来，并随着硫酸铜溶液的增加而增大。
盖上螺口瓶盖子，振荡数次后，蓝色沉淀颜色不变。取少量沉淀到试管中加热，蓝色沉淀很快变黑。
3 探究实验二
实验二采用将氢氧化钠溶液注入硫酸铜溶液中的方法，探究少量氢氧化钠与大量硫酸铜反应的结果。
3.1 试剂与仪器
与2.1相同。
3.2 实验装置
实验装置将实验一中氢氧化钠溶液换为硫酸铜溶液、硫酸铜溶液换为氢氧化钠溶液即可（如图3）。
3.3 实验内容
将针筒活塞缓慢向下压，将氢氧化钠溶液缓慢注入硫酸铜溶液中。实验时室温13℃。
3.4 实验结果
注入氢氧化钠溶液后，螺口瓶内出现蓝色固体。随着氢氧化钠溶液的增加，蓝色固体体积不断扩展。振荡数次后蓝色固体很快变得松散，静置后，固液分层，沉淀颗粒较细，且显现出较浅的蓝绿色（如图4）。
取少量沉淀加热至沸腾，沉淀颜色继续变浅，且由蓝绿色变为浅绿色。
4 实验结果讨论
注入反应物的顺序不同，会引起反应物浓度的不同。
实验一的反应发生时，氢氧化钠过量而硫酸铜不足量，混合生成深蓝色的氢氧化铜沉淀，振荡后结构不易松散，加热即分解为黑色氧化铜沉淀：
实验二的反应发生时，硫酸铜过量而氢氧化钠不足量，生成颜色较浅的碱式硫酸铜（实际生成的是碱式硫酸铜与氢氧化铜的复合物）沉淀，振荡后结构立即松散，加热不易分解：
4CuSO4+6NaOH=Cu4（OH）6SO4↓+3Na2SO4
因此，硫酸铜与氢氧化钠反应时，反应物浓度不同对生成物影响很大。
5 异常现象探究
5.1 实验一中异常现象
5.1.1 异常现象
在实验一中，如果加入的硫酸铜很少，振荡螺口瓶后，部分沉淀溶解，静置后瓶内溶液呈蓝色。
5.1.2 分析与推测
当氢氧化钠过量时，生成的氢氧化铜与氢氧化钠继续反应，生成不同于氢氧化铜与硫酸铜的新物质——四羟基合铜酸钠。
5.1.3 推测的检验
取少量蓝色溶液，加入铝粉反应，产生气体。反应结束后，蓝色溶液变为无色，瓶底和液面上出现夹杂红色的黑色固体。取出固体，加入盐酸后，红色固体不溶解，黑色固体溶解，溶液变蓝。因此，加入铝粉后生成了氧化铜和铜，原蓝色为四羟基合铜酸钠溶液。
5.2 实验二中异常现象
5.2.1 异常现象
在实验二中，绝大部分沉淀振荡后变得松散，且颜色变为浅蓝绿色，但是仍有少量亮蓝色沉淀粘在螺口瓶瓶底，且颜色不变（如图4瓶底深色固体）。在清洗螺口瓶时，发现瓶底亮蓝色沉淀较难洗去。
5.2.2 分析与推测
在实验二反应进行时，固体生成物从胶水滴管口一直延伸到瓶底。由于氢氧化钠浓度较高，密度较大，部分氢氧化钠顺着固体生成物直接落入瓶底，使瓶底形成较高浓度的氢氧化钠。这时再与硫酸铜反应，反应条件已经不是硫酸铜过量了，而可能是氢氧化钠过量。实验二中难以洗去的沉淀颜色与实验一中沉淀生成条件相似，且颜色相似，推测该沉淀为氢氧化铜沉淀。
5.2.3 推测的检验
将瓶底沉淀刮下后放入试管，加少量水后加热。蓝色沉淀很快变成黑色氧化铜。
因此，瓶底蓝色沉淀是氢氧化铜，这个异常现象验证了硫酸铜溶液浓度大时生成碱式硫酸铜，氢氧化钠溶液浓度大时生成氢氧化铜的结论。
6 趣味实验设计
6.1 趣味实验一
准备8%的硫酸铜溶液和20%的氢氧化钠溶液，先将氢氧化钠溶液倒入试管中，再用滴管沿试管壁加入硫酸铜溶液。由于氢氧化钠密度大，沉在试管底，硫酸铜与氢氧化钠交界处生成氢氧化铜，硫酸铜浮在氢氧化铜上。氢氧化铜固体下端与高浓度氢氧化钠接触，部分生成蓝色四羟基合铜酸钠溶液，因此，试管内最终会由上到下分为硫酸铜、氢氧化铜、四羟基合铜酸钠、氢氧化钠四层。
轻轻振荡后，上层硫酸铜与氢氧化钠混合，生成碱式硫酸铜，瓶内会出现由上到下蓝绿色沉淀、浅蓝色沉淀、亮蓝色沉淀、深蓝色溶液的分层。
6.2 趣味实验二
在氢氧化钠溶液中注入硫酸铜溶液时，生成颜色鲜艳的亮蓝色固体。根据注入硫酸铜速度快慢的不同，生成固体的形态也各不相同（如图5）。
因此，可以在烧杯中装入氢氧化钠溶液，在不同位置（如：在液面上直接滴加、伸入液面下某一位置滴加等），用不同注射仪器（如：带有胶水滴管的针筒、胶头滴管、吸管等），以不同速度注入硫酸铜溶液，可以形成不同形态的蓝色固体，创作属于自己的“水下世界”。
参考文献：
[1]胡美玲主编.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2006：28.
[2]李红萍，丁未.硫酸铜与氢氧化钠溶液反应条件探究[J].化学教学，2014，（2）：49～50.
氢氧化钠标准溶液 篇4
关键词：氢氧化钠标准溶液,标定,小波变换,MATLAB
国标GB601-2002方法中,给出了不同浓度NaOH标准溶液的配制标准,标定时使用指示剂确定终点[1]。其缺点:一是整个过程靠手工操作;二是滴定终点时溶液颜色的判断人为因素影响较大;三是滴定终点时滴定剂的消耗量,不同人的读数有所差异。已有人将小波变换对信号奇异性分析,以及图象边缘检取的方法移植到滴定分析中来判断滴定终点,获得了满意的结果[2,3,4]。本文在简要回顾信号奇异性检测从傅里叶变换到短时傅里叶变换,直到小波变换演变过程的基础上,对一维离散小波变换、连续小波变换和第二代的提升小波变换用于滴定信号奇异性检测的原理作了论述;并以氢氧化钠标液的标定为例,介绍了MATLAB小波工具箱函数用于第一代、第二代小波变换检测滴定信号奇异性的程序设计步骤和函数选择原则。
1 从傅里叶变换到小波变换演变过程的简单回顾
经典的信号分析是建立在傅里叶变换基础之上的。它使用一种全局变换,要么完全在时域、要么完全在频域,因而无法表述信号的时频局部特性,而时频特性对非平稳信号奇异性检测(滴定终点检测正好属于这种情况)是至关重要的。为了分析和处理非平稳信号,人们对傅里叶变换进行了改进,提出并发展了一系列新的信号分析理论,其中短时傅里叶变换和小波变换就因此产生了。
然而,短时傅里叶变换也是单一分辨率的信号分析方法,它使用固定的短时窗函数,所以在信号分析时缺陷是显而易见的。而小波变换则是信号的时间—尺度分析方法,它具有多分辨率分析的特点,在时频两域都具有表征信号局部特征的能力,是一种窗口大小固定不变但其形状可改变,时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法,它很适合探测正常信号中夹带的瞬态奇异性成分,所以被誉为分析信号的“显微镜”,因此把小波变换用于滴定信号奇异性检测就成了顺理成章的事情。
目前用于滴定信号奇异性检测的小波变换主要有:一维离散小波变换、一维连续小波变换和第二代的提升小波变换。
2 小波变换用于滴定信号奇异点检测的原理
2.1 二进离散小波变换的奇异性检测[5]
小波变换为某信号f(t)∈R2在小波域的投影,通常定义为f(t)和Ψ(t)的内积,Ψ(t)为满足容许性条件的小波函数。而在方法中小波变换采用卷积形式,即:
式中
由二进小波变换的定义可以看出,二进小波变换在尺度参量上,按照a=2j进行离散化处理,不同尺度a上的位移参量采用等间隔采样。通过使用快速算法,可以大大减少小波变换的计算量,因此被许多研究人员所采用。由小波变换进行奇异性分析的原理可知,当尺度S较小时,信号小波变换在x0点取得理想的极大值。二进小波变换在尺度区间的二进离散,能够得到的最小分析尺度是2(21),在许多情况下会使奇异性定量显得粗糙,从而影响试验数据的处理精度。
2.2 连续小波变换的奇异性检测[5]
设Ψ(t)为满足容许性条件的小波函数,把任意L2(R)空间中的函数f(t)在Ψ(t)下进行展开,这种展开称为函数f(t)的连续小波变换,其表达式为:
待分析信号f(t)通常以离散的形式给出,因此连续小波变换在应用中也要进行相应的参数离散,但其离散方式非常自由,可以根据实际需要选择离散网格的细致程度。当尺度a的离散步长小于二进小波的离散步长时,连续小波变换具有更细致地刻画信号奇异性的能力,这是其它小波变换所不具有的优势。在相同的小波函数下,对含有奇异性边缘的方波分别进行连续小波变换和二进小波变换,连续小波变换的尺度空间以0.1为步长,然后分别提取a=0.8和a=1.0的连续小波变换值以及j=1和j=2的二进小波变换值,因此连续小波变换在信号奇异性检测方面比二进离散小波变换更具有优越性。
2.3 提升小波变换的奇异性检测[6]
传统小波的构造是通过对函数的平移和伸缩并结合傅里叶变换技术来实现的,提升格式与传统方法的主要区别是它完全不依赖傅里叶变换,完全在时空域完成了对双正交小波滤波器的构造。与传统的小波变换相比,其计算速度更快,计算方法更简单,计算结果更准确,对存储空间的要求较低,而且适合于自适应、非线性、非奇异采样和整数到整数的变换。
提升小波变换的运算量是传统小波变换的一半,在速度上快了几乎1倍。将正交小波看成双正交小波的特例,则Haar小波的低通滤波器h(ω)和高通滤波器g(ω)为
假设低通尺度系数和高通小波系数分别为cj,k及dj,m,则提升小波变换可定义为
s为提升函数,取
通过推导计算,提升小波变换的低通部分为
而小波变换的低通部分为
可见,提升小波变换的运算比传统小波变换要少,在实际操作中,可以将
3 MATLAB滴定信号奇异性检测程序设计步骤及小波函数选择原则[4,5,6]
(1)输入原始数据
记录滴定过程中滴定剂滴加量(x)和溶液对应的瞬时电位或pH值(y),作为原始信号数据输入电脑。
(2)利用三次样条函数对信号“磨光”
信号的突变性检测需要先对原信号在不同尺度上进行“磨光”,再对磨光后信号的一阶或二阶导数检测其极值点或过零点。其中常用的磨光函数(也称为平滑函数),可选用Gauss函数或三次样条函数[6]。三次样条(spline)插值可以给出光滑的插值曲线,笔者实践后认为,MATLAB的内部函数spline,非常适合解决科学与工程计算中的插值问题。
(3)对“磨光”的信号选择合适类型的小波及尺度进行分解
滴定终点能够通过对信号进行小波变换后在不同尺度上的综合表现,来反映信号的突变或者瞬态特征。文献[6]认为,不同小波类型对突变信号的检测有不同的效果,所以正确的选择小波类型很重要。小波变换后的小波系数表明了小波与被处理信号之间的相似程度,如果小波变换仅仅要反映信号整体的近似特征,可选用较大的尺度;反之,要反映信号细节的变换,则应选用尺度较小的小波。笔者曾试验用db1小波、第二代的提升小波对滴定信号进行处理,试验表明,小波分解后细节系数d1,及提升小波分解后高频信号cD的极大值,均与滴定终点对应。
(4)重构分解后的信号
小波分解后,利用有关的小波函数重构信号的近似系数和细节系数,尤其是细节系数,因为细节系数,尤其是较小尺度的,可以清楚地反映出滴定信号奇异点的位置[6]。
(5)找出滴定终点的准确位置
根据重构的信号,确定信号奇异点处变量下标,进而求出滴定终点时滴定剂的消耗量,并计算出滴定分析的结果。
4 电位滴定—小波变换法标定NaOH标液浓度举例
欲标定0.5 mol/L 的NaOH标液,称取基准邻苯二甲酸氢钾质量为3.3502 g,标液滴加量(mL)与对应的溶液pH值如表1。
(1)用spline样条插值和一维离散小波变换确定终点
输入滴定剂滴加量(x)和溶液对应的pH值(y),并用三次样条函数spline “磨光”信号;调用MATLAB的wavedec()函数,对信号进行离散小波分解;用wrcoef()函数重构近似系数a3和1~3层细节系数d3、d2,d1;利用find函数,找出max(d1)的下标(3856),并由x(3856)求出滴定终点处NaOH滴加量32.7750 mL,(指示剂法求出为32.8 mL);最后根据称取基准邻苯二甲酸氢钾质量,计算出被标定的NaOH标液浓度,为0.5006 mol/L。
(2)用spline样条插值和一维连续小波变换确定终点
滴定信号(x)和(y)的输入和用三次样条函数spline “磨光”信号同⑴;调用MATLAB的cwt()函数,对信号进行一维连续小波分解并用图形显示;用ginput()函数标注出图形中下锤体的底部尖端处的坐标(3857),由x(3857)即可求出标液的滴加量为32.7800 mL,也可以利用图形上方的工具菜单tools和子菜单中的数据点标记Data Cursor,标注出图形中下锤体的底部尖端处的坐标(见图2);NaOH标液浓度的计算同前,标液的浓度为0.5005 mol/L。
(3)用spline样条插值和提升小波变换确定终点
滴定信号(x)和(y)的输入和用三次样条函数spline “磨光”信号同(1);确定提升方案并调用MATLAB的lwt()函数,对信号进行提升小波变换;根据变换得到的高频系数向量CD,找出滴定终点对应的坐标max(cD)的下标为(1928),并由x(2×1928)求得标液的滴加量为32.7750 mL,NaOH标液浓度的计算同前,标液的浓度为0.5006 mol/L。
5 结果对比和讨论
5.1 两种确定滴定终点方法结果的比较
注:临界值F0.05,(8-1)=3.79,t0.05,(16-2)=2.145。
由表2可知,计算的F计值小于临界值F0.05,(8-1)=3.79,计算的t计值也小于临界值t0.05,(16-2)=2.145,所以有95%的把握认为,不同滴定终点确定方法的测试结果无显著差异,即用两种不同方法确定滴定终点,标定的结果吻合、一致[7]。
5.2 两种滴定终点确定方法的优缺点分析
利用手工指示剂法,确定电位滴定终点的方法已经为人们熟知,其缺点:一是整个过程靠手工操作;二是滴定终点时溶液颜色的判断人为因素影响较大;三是消耗滴定剂的体积,不同人从滴定管上读取的结果会有差异。利用电位滴定取得NaOH溶液滴加量V(mL)与对应的pH值数据,然后使用MATLAB小波工具箱函数可以准确、快速、方便地确定滴定终点。MATLAB软件简单、易学,不涉及复杂的编程问题,一般分析者通过简单培训学习,很快就可掌握并上手操作。
6 结 语
(1)从傅里叶变换到小波变换演变过程和小波变换用于滴
定信号奇异性检测的原理分析,说明了小波变换用于滴定信号奇异性检测的优势。
(2)一维离散小波变换、一维连续小波变换和提升小波变换,用于确定电位滴定终点所得的标定结果,跟手工指示剂法的结果,经统计检验有95%的把握,认为两者无显著差异。
(3)利用MATLAB小波工具箱函数,可以准确、快速、方便地确定滴定终点。该软件简单、易学,不涉及复杂的编程问题,一般分析者通过简单培训,很快就可掌握并上手操作。
(4)利用三次样条(spline)插值,能够给出光滑的插值曲线,这样可以增加数据个数,减少测试的误差。
参考文献
[1]GB601—2002化学试剂滴定分析(容量分析)用标准溶液的制备[S].
[2]卢小泉,刘宏德.分析化学中的小波分析技术[M].北京:化学工业出版社,2006:156-159.
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氢氧化钠标准溶液 篇5
在中学教材中详细介绍了铝与氢氧化钠溶液发生的反应, 该反应方程式的表示如下:
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
这是一个氧化还原反应, 在反应中, 铝失去了电子, 氢得到电子.如果从上述的反应方程式来看, 其电子转移应该是:
2Al+2NaOH2e+2H24eO=2NaAlO2+3H2↑
但是这样表示却是错误的.
铝除去氧化膜之后, 与氢氧化钠溶液的反应可分下面两步写:
2Al+6H2O=2Al (OH) 3+3H2↑ (1)
Al (OH) 3+NaOH=NaAlO2+2H2O (2)
方程式是铝与水的反应, 铝的标准电极电势φθAl3+/Al=-1.706 V, 所以可以置换水中的氢, 但是在纯水中生成的氢氧化铝覆盖在铝的表面, 使反应不能继续进行.方程式 (2) 是氢氧化铝与氢氧化钠的反应, 氢氧化铝是典型的两性氢氧化物, 因此可以在强碱溶液中溶解, 使前一个反应得以继续进行下去.将方程式 (2) ×2与方程式 (1) 相加就可得到总反应方程式:
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
可见NaOH没有参与氧化还原反应:
2Al+6H26eO=2Al (OH) 3+3H2↑
方程式中H2O是氧化剂, 电子转移总数是6e.这样, 总的反应就是:
2Al+2NaOH+6H26eO=2NaAlO2+3H2↑+4H2O
方程式中的4H2O是酸碱中和反应生成的水.
实际上, 含AlO-2离子的NaAlO2类型的化合物只有在高温下用固相合成法才能得到, 到目前为止在水溶液中还没有找到AlO-2这样的离子.AlO-2离子在水中是以Al (OH) -4以及Al (OH) 3-6等配离子形式存在, 拉曼光谱现在已经证实了有Al (OH) -4离子存在.所以, 严格意义上说, 铝与氢氧化钠溶液反应的方程式应该表示为:
2Al+2NaOH+6H26eO=2Na[Al (OH) 4]+3H2↑
氢氧化钠标准溶液 篇6
教师：“溶液显什么颜色呢？”
学生：“显红色。”
教师：“为什么显红色？”
学生：“因为氢氧化钠溶液是碱性溶液。”
“对。”教师肯定了学生的答案，准备向试管里逐滴加入稀盐酸，但眨眼之间，试管中的红色消失了。学生对此不解“为什么还没加盐酸，变红的溶液就褪色了呢？”面对这异常现象，我感到很突然，缺乏足够的心理准备。我随便解释了一下就继续上课了。下课后我也没有给予足够的重视。没想到接下来又碰到了这样一道题：甲、乙、丙、丁四位同学在探究碱溶液与酚酞作用的实验时，发现了一个意外现象：氢氧化钠溶液滴入酚酞试液，溶液变成了红色，可是过了一会儿红色就消失了。这是什么原因呢？他们依据所学的科学知识，分别对这种意外现象的成因作了如下猜想：
甲：可能是酚酞变质造成的。
乙：可能是氢氧化钠溶液与空气中的二氧化碳反应的缘故。
丙：可能是酚酞与空气中的氧气反应，使红色消失。
丁：可能与氢氧化钠溶液的浓度大小有关。
(1）甲同学刚提出自己的猜想，就遭到其余三位同学的否定，三位同学的理由是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
(2）丙同学认为乙同学的猜想也不正确，他的理由是＿＿＿＿＿＿。
(3）四位同学讨论后认为要验证丙同学的猜想，还需做如下实验，你知道其实验目的吗？
通过以上实验，四位同学观察到的现象是：溶液先变成红色，过了一会儿红色仍消失。
(4）若丁同学的猜想正确，大家能设计实验证明吗？
这说明红色真的会褪色，但题目没给出答案。我开始思考这里面真正的原因。
为了深入的探究这个问题，培养学生的探究意识，我专门就这个问题组织学生进行了如下探究活动。
一、根据实验异常确定研究课题
教师由以上现象确定“酚酞滴入氢氧化钠溶液，红色为什么会消失？”的研究课题。
二、提出猜想和假设
通过分组讨论，教师和学生之间，学生和学生之间建立平等合作关系，就此实验异常现象，提出如下猜想:
猜想1：有可能是空气中的氧气使溶液褪色。
猜想2：可能是酚酞变质造成的。
猜想3：可能是氢氧化钠溶液与空气中的二氧化碳反应的缘故。
猜想4：可能是受氢氧化钠溶液浓度的影响。
猜想5：可能跟溶液的浓度有关。
猜想6：……
三、设计实验方案
教师抓住学生发散思维的契机，调动学生的积极性，通过小组的合作交流，由学生根据自己的合理猜想，提出设计方案，验证假设。
方案1：向滴有酚酞的氢氧化钠溶液中通入氧气。
方案2：如果酚酞变质，则氢氧化钠溶液一开始就不会变色，所以猜想2错误。
方案3：如果氢氧化钠溶液与空气中的二氧化碳反应，则生成物是碳酸钠，而碳酸钠溶液也是显碱性，也会使酚酞试液显红色。所以猜想3也是错误的。
方案4：用不同浓度的氢氧化钠溶液做对比实验。
方案5：用不同温度的氢氧化钠溶液做对比实验。
教师因势利导，让学生对提出的各种方案的可行性、科学性、安全性等方面加以评价，最终敲定实验方案。
四、课堂上师生共同进行研究性实验并加以验证，得出结论
实验1：往试管中加入稀氢氧化钠溶液3毫升，滴加2滴酚酞试液，然后用二氧化锰催化过氧化氢分解产生氧气并通入红色溶液中。观察到溶液的红色长时间不褪色。
结论：空气中的氧气不影响颜色的变化。
实验2：向等体积的浓度不同的氢氧化钠溶液滴加酚酞试液。
实验3：向不同温度的稀氢氧化钠溶液中滴入酚酞试液，观察溶液颜色的变化。溶液中的颜色不变化。
结论：温度不影响溶液颜色的变化。
通过上述一系列“发现问题→作出猜想、设计方案→实验验证→处理结果”的科学研究过程，教师和学生完成了要探究的问题，对课本知识进行了升华和延伸。
在本次研究中，教师对学生提出的问题一开始采取回避的态度，也没有认真思考，这是极不可取的做法。好在遇到类似问题时能及时醒悟，并能通过恰当的方法，引导学生思考为什么会出现异常的情况，根据学情进行探究，放手让学生唱主角，引导学生思考、讨论、争议，鼓励学生探索并最终解决问题。结论出来后就有学生明白实验1为什么要用稀氢氧化钠溶液。这样的课堂也许要花上一两节课或是更长的时间，但学生的实验研究意识在不知不觉中培养了。师生、生生、人与情境的多向互动，激发出教育智慧的火花。
氢氧化钠标准溶液 篇7
笔者通过对“氢氧化钠溶液与盐酸反应的实验探究”展开课堂教学，尝试开展探究性学习评价。
一、课堂设计（片段）
1．引入新课（略）
2．课堂探究
笔者确立探究主题，分组讨论，设计实验方案，分组上台解说方案并演示实验。探究教学过程中形成多组有效的设计方案，现节选部分原始的和讨论优化后的设计方案摘录如下。
第一组的设计方案：
[原始设计方案]在氢氧化钠中加酚酞，变红，再用滴管加稀盐酸，溶液褪色。
[讨论优化后的设计]在洁净的试管里取1～2mL稀氢氧化钠溶液，并在其中滴加2～3滴酚酞试剂，振荡试管，再用滴管逐滴加稀盐酸，观察试管内溶液颜色的变化。
第二组的方案设计：
[原始设计]取氢氧化钠溶液放在试管中，用pH试纸测定该溶液的pH为a，再往该试管内加入盐酸充分反应后，再用pH试纸测定该溶液的pH为b，若a>b，说明盐酸与氢氧化钠溶液发生了反应。
[讨论优化后的设计方案]取2～3mL 0.1mol/L的氢氧化钠溶液加入试管中，用pH计测定该溶液的pH为a，再往该试管内加入过量的盐酸，充分振荡，再用pH计测定该溶液的pH为b，若a>b且b≤7，说明盐酸与氢氧化钠溶液发生了反应。
第三组设计方案：
[原始设计方案]取氢氧化钠溶液放在试管中，加入盐酸反应后，再转移到蒸发皿中，煮沸蒸发至晶体析出，再取少量晶体溶于水，加入用硝酸酸化的硝酸银溶液，若出现沉淀，则证明有氯化钠生成。
[讨论优化后的设计方案]取2～3mL的氢氧化钠溶液加入试管中，加入过量盐酸，充分振荡，再转移到蒸发皿中，煮沸蒸发至晶体析出，再取少量晶体溶于水，加入用硝酸酸化的硝酸银溶液，若出现沉淀，则证明有氯化钠生成。
第四组设计方案：
[原始设计方案]在收集有氯化氢气体的干燥的集气瓶内，加入氢氧化钠固体，用白色的无水硫酸铜粉末检验是否有水生成。
[讨论优化后的设计方案]利用原子示踪法。把氢氧化钠中的氧原子16 O变成18 O，反应后测定水中是否有H218 O存在，即可确定是否发生反应。
第五组设计方案：
[原始设计方案]分别用两只试管取一定量一定浓度的盐酸和氢氧化钠溶液，将盐酸倒入氢氧化钠溶液中，用手感受量筒外壁是否发热。
[讨论优化后的设计方案]分别用两只100mL量筒量取20mL的一定浓度的盐酸和氢氧化钠溶液，用温度计分别测定盐酸和氢氧化钠溶液的温度，记录数据，再将盐酸倒入装有20mL氢氧化钠溶液的量筒内，充分振荡后，立即用温度计测定混合后溶液的温度，记录数据，比较这两个温度数据的差异，如果不同，即可确定氢氧化钠溶液与盐酸发生反应。
3．课后探究
以课堂探究讨论设计方案的过程中形成的新的探究问题作为课后探究课题。
二、课堂评价与反思
1．应重视把提高实验基本操作能力和语言文字表达能力与课堂探究过程结合起来
课堂上，笔者组织学生分组讨论，引导合作，促进交流，上台表述设计方案，演示实验操作，以及比较前后方案设计，发现学生实验基本技能较差。比如，滴管滴加液体，振荡试管，转移液体等操作存在较大问题，另外，在表述化学实验的基本操作规范上存在取用试剂无用量、无仪器、无操作，表述结果无现象、无结论等问题。
实验操作和文字表达能力是探究实验的基本技能，它对于探究性实验的开展有着重要的作用。探究性实验需要学生主动参与，形成有效的实验设计方案，用规范的实验操作独自完成实验验证，并能用确切的语言文字对实验结果进行表达，有利于培养学生良好的实验习惯，有利于达到提高探究实验能力的目标。
2．应重视将探究性实验的过程评价与学生追求成就感的心理结合起来
笔者发现本次课堂气氛热烈，学生思维活跃，探究兴趣浓厚，争当小组代表，台上勇于发言，台下敢于质疑，引发出高质量的探究问题，优秀的设计方案层出不穷，超出笔者课前的预想。
由于探究性实验课题的开放性决定了探究没有标准答案，探究过程中会发生什么也是无法预期的，所以，教师应抓住学生爱表现自我，追求成就感这一心理特点，在教学过程中，鼓励学生发表想法，大胆质疑，发现学生的优秀表现，要适时加以表扬，在学习过程中评价学生，激发学生的学习兴趣，保持课堂的热烈气氛。
3．在探究实验课堂教学过程中教师应重视对学生设计方案的设问引导和质疑完善
笔者在教学中发现，大部分学生设计的方案都存在漏洞，只需提出一个问题就可以把学生的方案推翻，但也只需提出一些启发和引导的问题，学生就恍然大悟并独立完善设计方案。
教师有效的设问和质疑不仅可以帮助和启发学生层层深入地分析问题，疏导思维障碍，纠正思维偏差，从而完善实验方案，而且还可以引导学生交流讨论，最大限度地发挥学生创造潜能，调动学生探究的积极性，帮助学生解决有争议的、有难度的探究问题，并能在这样的探究中找到乐趣。另外，还可以创设新的实验情景，形成多种猜想和假设，引领学生多角度思考，改变探究教学中“不探只究”的错误观念。
4．重视课堂上学生对方案设计的质疑和猜想，拓展探究视野
课堂上，在方案评价优化环节中，学生之间相互讨论非常热烈，也敢于质疑，提出自己的想法，在矛盾冲突中产生了很多有价值的问题，可能这些问题会给课堂教学带来较大干扰，但对于探究性教学这是非常宝贵的财富。
氯化钠溶液对水泥砂浆的腐蚀行为 篇8
电阻率法具有方便、快捷、无损、经济的特点，李东旭等[10]采用无接触电阻率法探讨盐对特种水泥早期水化反应的影响;曾晓辉等[11]采用电阻率法测定减水剂掺入到水泥中的最佳掺量;王成启等[12]以海工自密实高性能混凝土为研究对象，得到了电阻率与耐久性和扩散系数的关系;董晓强等[13,14]证明了在污染条件下借助电阻率参数检测水泥基材料的可行性。同时，采用电阻率法时不能忽视电流频率的影响[15]。
为研究氯化钠溶液对水泥砂浆的腐蚀，以浸泡在不同浓度氯化钠溶液中的水泥砂浆试块为对象，进行了电阻率和无侧限抗压强度试验。论文研究分析了电流频率对水泥砂浆电阻率的影响，在此基础上建议了合理的电流频率测试范围，同时对氯化钠溶液浓度和龄期对水泥砂浆无侧限抗压强度和电阻率的影响规律进行了比较，并从化学反应的角度浅析，最后建立了水泥砂浆试块无侧限抗压强度和电阻率之间的定量关系。研究成果对于进一步揭示氯化钠溶液对水泥砂浆的腐蚀机理和耐久性研究具有积极的现实意义，对拓展延伸电阻率法的研究领域起到积极作用。
1 试验材料和方法
1.1 试验材料
试验砂子为ISO标准砂，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，氯化钠采用食用盐(NaCl含量>98%)，拌和用水采用自来水。配制成水泥砂浆标准试块，试块的强度等级为M15。
1.2 试验方法
按照标准的设计规范(JGJ/T 98—2010)得出水泥砂浆所需要的配合比例，三种材料水、水泥和砂子的质量配比依次为0.94∶1∶4.53，将水、水泥和干砂按照质量比放入小型搅拌机搅拌均匀，然后装入边长70.7 mm的钢模，手工压筑成型，插捣密实，密封静置24 h后脱模编号，浸泡于不同氯化钠浓度(0、5g/L、10 g/L、20 g/L、40 g/L、80 g/L)的溶液中，标准养护至3、7、14、28 d。为了保证溶液中氯化钠浓度不变，定期更换浸泡溶液。
浸泡至规定龄期后从溶液中取出试块，把试块表面打磨平整，在平整度较好的两个相对面上涂抹一层高导电石墨粉，将铜电极板贴放在涂过石墨粉的两平面上，夹紧电极板保证接触紧密。如图1所示，连接数字交流电桥测试电阻率。试验的最后要用电脑控制的抗压试验机来测试试块的无侧限抗压强度，仪器的型号为DYE—300S。
2 试验结果与分析
2.1 电流频率对水泥砂浆电阻率的影响
以不同氯化钠含量下龄期为14 d的水泥砂浆试块的电阻率为代表，电阻率与电流频率的关系如图2所示，以不同龄期下氯化钠含量为5 g/L的水泥砂浆试块的电阻率为代表，电阻率与电流频率的关系如图3所示。由图2、图3可知:Ⅰ阶段(0<f<50 kHz)，水泥砂浆的电阻率随电流频率的增大而快速降低，变化较大。Ⅱ阶段(50 kHz≤f<1 MHz)，水泥砂浆的电阻率随电流频率的增大而趋于稳定，变化较小。因此，基于该试验成果，对于水泥砂浆的交流电阻率测试，比较合理的电流频率应控制在50 kHz～1 MHz，此范围内，频率对水泥砂浆电阻率实测值影响较小，结果便于统一。但是有文献表明，电流频率越高，测试稳定性越差。因此，下文选取频率为50 kHz的电阻率作为代表值进行分析研究。
2.2 水泥砂浆无侧限抗压强度和电阻率与龄期的关系
试块的强度和电阻率与龄期的关系如图4所示。在各个氯化钠溶液浓度下，试块的无侧限抗压强度随龄期的增加呈现不同速度的增长，而且整体的变化趋势相近，水泥砂浆的电阻率的变化规律与无侧限抗压强度相同。
2.2.1 Ⅰ阶段
初始阶段(龄期t<7 d)，硅酸盐水泥中存在着四种主要的矿物，硅酸三钙以及硅酸二钙所占的成分比例较高，其他两种矿物成分含量较少。这些矿物均匀地分布在每一个水泥颗粒的表面上，当加入水拌合砂浆后它们会很快生成氢氧化钙、水化硅酸钙等水化产物。Cl-的渗入，促进水泥的水化反应，使化合物迅速增多，这些化合物将砂子很好的粘结在一起，形成骨架，水泥砂浆强度逐渐增长。Cl-从水泥砂浆表面向内部渗入，随着龄期的增加，水泥砂浆表面和孔隙中的Cl-含量增多，导电性增强，电阻率减小;随着龄期的增加，水泥的水化反应逐渐产生大量的水化产物，填充在砂子之间，水泥砂浆的结构越来越致密，孔隙率越来越小，电阻率越来越大。曲线的变化规律为二者综合作用的结果。
2.2.2 Ⅱ阶段
快速增长阶段(7 d≤龄期t<14 d)，试块的强度和电阻率随着养护时间的不断延长呈现出快速增长趋势。水泥水化反应持续进行，强度快速增长。随着龄期的增加，水泥砂浆内部氯离子的化学结合越来越多，氯离子的含量减少，水泥砂浆导电能力减弱，电阻率增大。
2.2.3 Ⅲ阶段
缓慢增长阶段(14 d≤龄期t≤28 d)，随着龄期的增加，水泥砂浆的强度和电阻率缓慢增长。当浸泡溶液的浓度为80 g/kg时试块在养护龄期为28 d时的强度有十分显著的下降趋势，因为Cl-与铝酸三钙的化学产物为自身形式不稳的Friedel盐，扩散进入的CO2与之反应，反应产物是可以可溶于水的盐类，Friedel盐的水解反应使得试块的强度降低;盐析、盐结晶等现象出现在水泥砂浆中氯化钠浓度含量过高时，当盐晶体含量较低时，主要起到密实与增强水泥砂浆的作用，只有当盐晶体的含量过高，并且超过一定值后，才会引起试件发生膨胀最后导致破坏[16]，表现为28 d强度降低。强度增长形式主要由以上影响因素综合决定。水泥砂浆内部氯离子的化学结合越来越多，也有一部分氯离子以盐结晶的形式析出，水泥砂浆导电能力减弱，电阻率增大;溶液中的氯离子持续渗入，使电阻率降低。二者综合反映为电阻率缓慢增长。
2.3 水泥砂浆无侧限抗压强度和电阻率与氯化钠浓度的关系
氯盐含量的增减对试块强度和电阻率变化规律的影响如图5所示。随着氯化钠浓度的增加，强度和电阻率呈现相似的变化规律，先稳定后呈下降趋势。
2.3.1 Ⅰ阶段
稳定阶段(c≤10 g/L)，随着氯化钠浓度的增加，强度和电阻率呈现不同的变化规律，变化不大，基本维持稳定，强度和电阻率的变化规律相似。当用来浸泡试块的氯化钠溶液浓度较低时，水泥水化反应效果较好，使水泥砂浆的结构致密，低浓度的氯离子能在一定程度上促进水泥浆体的水化反应，增强水泥砂浆在龄期较短时的强度;氢氧化钙是水泥水化产物，呈碱性在与氯化钠的共同作用下会发生碱硅酸反应，氯化钠使孔溶液中钙离子浓度较低，形成低钙凝胶，凝胶具有膨胀性，当达到某一临界湿度时凝胶会突然增长，氯化钠的存在降低了凝胶膨胀的起始湿度，使得膨胀效果加剧，降低了水泥砂浆的强度;在水泥砂浆中，当盐含量过高时就会出现一种现象—盐结晶，但是在这一现象刚开始时晶体形态的盐主要体现的作用为是水泥砂浆更加致密与坚硬，但是当含量超过一定数值，会导致膨胀和破坏，进而使其强度减小。氯离子的渗入加快了水泥的水化反应速度，各种水化产物填充在水泥砂浆孔隙中，水泥砂浆密实度增大，电阻率增大;氯离子含量的增加，水泥砂浆导电性增强，电阻率减小。
2.3.2 Ⅱ阶段
减弱阶段(10 g/L<c≤80 g/L)，随着浸泡溶液中氯化钠浓度的增加，水泥砂浆中有盐结晶含量逐渐积累，当盐晶体量超过一定值后，引起水泥砂浆发生膨胀和破坏，使其强度降低;膨胀性的低钙凝胶膨胀的湿度降低，凝胶膨胀，降低水泥砂浆的强度。随着浸泡溶液中氯盐含量的增加以及养护龄期的增大会使可以溶解在水中的氯离子浓度增大，增大氯盐的浓度，约占水泥质量0.4%的氯离子与水泥水化产物化学结合，水泥砂浆密实度增大，使电阻率升高，但是孔隙液中以及水泥砂浆表面吸附的氯离子含量大幅度增多，水泥砂浆导电性增强，电阻率降低，二者综合反映表现为水泥砂浆的电阻率减小。
2.4 无侧限抗压强度同电阻率的关系
试验中所有水泥砂浆试块的无侧限抗压强度同电阻率的关系，如图6所示，回归方程为qu=0.344ρs+2.119,R[2]=0.696。95%保证率的上包络线Ⅰ方程为qu=0.346ρs+5.517，下包络线Ⅱ方程为qu=0.342ρs-1.278。图6(a)为不同龄期下，无侧限抗压强度同电阻率的关系，图6(b)为不同氯化钠浓度下，无侧限抗压强度同电阻率的关系。
由图6可知，水泥砂浆的强度随电阻率的增大水泥砂浆的强度呈线性增强，且相关性良好。随着水泥砂浆的强度不断增高，水泥砂浆越密实，孔隙率减小，水泥和砂子之间的孔隙连通性越差，导电性相应就越差，电阻率值就越高。反之亦然。由图(a)可知，低龄期时点分布比较集中，每个龄期下强度数值相差不大，氯化钠浓度的变化对水泥砂浆试块的强度影响较小。28 d龄期下点分布较为分散，氯化钠浓度的变化对水泥砂浆试块的28 d强度影响较大。由图(b)可知，除去氯化钠浓度为40 g/L时。在其他各个浓度下，当水泥砂浆试块的电阻率呈现增长趋势时强度也表现出增大的规律，它们的关系呈线性，相关指数较高。当水泥砂浆的电阻率降低时表明水泥砂浆的强度出现劣化，这说明可以通过水泥砂浆的电阻率来预测无侧限抗压强度。
3 结论
通过氯化钠溶液对水泥砂浆的腐蚀机理和耐久性研究，得出以下结论:
(1)水泥砂浆试块电阻率随电流频率的增大而明显降低，当电流频率低于50 k Hz影响非常剧烈。建议采用交流电阻率法进行类似研究时，电流频率选用50 k Hz～1 MHz为宜。
(2)在每一个氯化钠浓度下，随着龄期的增加水泥砂浆试块的无侧限抗压强度和电阻率变化规律相同，变化曲线都可分为三阶段，初始阶段、快速增长阶段和缓慢增长阶段。
(3)在各个养护龄期下，水泥砂浆试块的无侧限抗压强度和电阻率随氯化钠浓度的增加都呈阶段性(先稳定、后减弱)变化，并且两者的变化趋势大致相同。
氢氧化钠标准溶液 篇9
在海水环境服役中的钢结构防腐蚀措施常常是有机涂层联合阴极保护( CP) 的形式,当涂层破损或性能下降而失效时,阴极保护则能提供电子或电流以防止金属基体被腐蚀[1]。虽然有文献[2,3]涉及阴极保护对有机涂层失效过程影响的分析,但大部分都集中在常温下对溶剂型液体涂层的研究。熔融结合环氧粉末涂层( 以下简称环氧粉末涂层) 和阴极保护目前广泛应用于海洋环境下钢结构的联合防腐蚀,环氧粉末涂层具有较高的屏蔽性能,耐碱腐蚀,并且具有很好的力学性能和涂层湿附着力,抗阴极剥离性能良好[4]。关于涂层失效的主要因素是离子还是水目前还存在争议,如对于不同涂层体系,涂层饱和吸水量越大,性能越差, 涂层的饱和吸水量是决定涂层性能的主要因素[5,6]; 但也有认为离子在涂层中的传输是影响涂层性能的主要因素[7]。目前,对海洋环境中钢结构的保护往往采用涂层联合阴极保护的方式,而有关阴极保护程度对环氧粉末涂层性能影响的报道还不多见。
为加速评价环氧粉末涂层在不同浓度Na Cl溶液中的失效行为,本工作选择在低于涂层玻璃化转变温度的条件下,采用称重法研究了60 ℃时不同浓度Na Cl溶液中水在涂层中的扩散行为,利用电化学阻抗谱技术( EIS) 研究了在开路电位下不同浓度Na Cl溶液及不同阴极保护电位对环氧粉末涂层低频阻抗、涂层电容和特征频率变化的影响,得到了Na Cl溶液浓度和阴极保护水平对环氧粉末涂层性能影响的规律,进一步认识了环氧粉末涂层在海洋环境下的失效机制,为开发高性能环氧粉末涂料提供了一定的理论和试验依据。
1试验
1.1涂层吸水性试验
基体为70 mm × 70 mm × 3 mm的Q235钢,表面喷砂处理,锚纹深度为20 ~ 40 μm,然后用酒精、丙酮依次清洗试样表面; 放入恒温加热炉中( 240 ± 2) ℃ 下10 min后取出,表面涂抹硅油,静电喷涂一种市售防腐蚀型环氧粉末涂料,按照GB /T 31361 - 2015 《无溶剂环氧液体涂料的防腐蚀涂装》标准制备涂层吸水性样品, 涂层厚度控制在1 000 μm左右,放入恒温加热炉230 ℃ 固化,10 min后取出,切成40 mm × 40 mm,厚度为( 1 000 ± 50) μm的自由膜为试样。
涂层吸水性试验在60 ℃ 恒温烘箱中进行,分别采用蒸馏水、0. 6 mol/L Na Cl,1. 5 mol/L Na Cl静态浸泡, 每组平行样片为3个。用电导率仪监测溶液溶度的变化,每隔一段时间将试样取出冲洗干净并擦干; 用电子天平称重( 精度为0. 1 mg) ,自由膜的增重率为[8]Mt= ( mt- m0) /m0× 100% ,其中m0,mt分别表示试样浸泡前和浸泡t时刻的质量。
1.2涂层电化学阻抗谱(EIS)
涂层固化后挑出涂层厚度为( 200 ± 10) μm的样品为试样,涂层厚度用Ni X 4500数字式覆层磁性测厚仪测量。在试样的金属基体上焊接铜线作为工作电极,测试面积约为15 cm2。
采用PAR273A电化学工作站和PAR5210锁相放大器测试系统进行测量EIS曲线。测试频率为1. 0 × ( 105~ 10- 2) Hz,为了增加信噪比,正弦波扰动信号在浸泡初期为50 m V,体系稳定后为20 m V[9]; 以涂层试样为工作电极,铂片为辅助电极,饱和甘汞电极( SCE) 为参比电极,每组试验用平行样片为3个。涂层阴极保护试验在60 ℃恒温烘箱中进行,用电导率仪监测3种溶液( 同1. 1) 浓度的变化。在开路电位( OCP) 下, 分别对蒸馏水、0. 6 mol/L Na Cl溶液、1. 5 mol/L Na Cl溶液中浸泡的涂层进行EIS谱测量; 在 - 1. 00 V( vs SCE) 阴极保护电位下,分别对2种Na Cl溶液中浸泡的涂层进行EIS谱测量; 在 - 1. 25 V( vs SCE) 阴极保护电位下,对0. 6 mol/L Na Cl溶液中浸泡的涂层进行EIS谱测量,在测量过程中断开阴极保护。
2结果与讨论
2.1NaCl浓度对环氧涂层自由膜吸水性的影响
图1为60 ℃下在蒸馏水、0. 6 mol/L Na Cl溶液和1. 5 mol / L Na Cl溶液中涂层自由膜的增重曲线,可知涂层自由膜在蒸馏水中的饱和吸水量最大,为1. 089% , 在1. 5 mol/L溶液中最小,为0. 626%[10]。
图1 60 ℃ 下 3 种溶液中涂层吸水量随时间的变化
Fick模型认为涂层的吸水量( 自由膜增重率) 和浸泡时间存在以下关系[11]:
当t较小时,式( 1) 可以简化为式( 2) :
其中Mt和M∞分别为涂层浸泡t时刻和饱和时的吸水量,D是水的扩散系数,l为涂层厚度。
由式( 2) 可以得到不同浓度Na Cl溶液中水的扩散系数,然后代入式( 1) 可以求出水在涂层中的Fick扩散模型曲线,发现试验数据和Fick模型有着较好的吻合,说明水在涂层中的传输服从Fick扩散。
将饱和吸水量和水的扩散系数对Na Cl溶液浓度作图( 见图2) ,发现随Na Cl溶液浓度的增加,涂层饱和吸水量与水在涂层中的扩散系数变化规律相反。
图2 60 ℃ 时涂层饱和吸水量和水在涂层中的 Na Cl 溶液浓度的变化
Na Cl溶液浓度越高,涂层自由膜的饱和吸水量越小。这与水的活性有关,Na Cl溶液浓度越高,水活性越小。Na Cl溶液中水活性高,则水分子能进入更小的涂层高分子网格空间,总体吸水量就大。反渗透压机制则认为: 水扩散进入涂层内部,当涂层外部是较高浓度的Na Cl溶液时,进入涂层的水分子会在这种反渗透压作用下向涂层外部扩散,涂层外部Na Cl溶液浓度越高,这种反渗透压就越大,所以宏观的表现就是涂层的饱和吸水量减少[12]。
Na Cl溶液浓度越高,水在涂层中的扩散系数越大。 这也可能与水活性有关,Na Cl溶液浓度越高,水活性越小,水分子只能占据涂层空隙和大的网格结构中,涂层吸水饱和所用时间更短。
2.2涂层电化学阻抗谱
2.2.1开路电位下
图3 ~ 5是开路电位下于60 ℃时,3种溶液中环氧粉末涂层体系的电化学阻抗谱。由此可见,经过193 d的浸泡,蒸馏水和0. 6 mol/L Na Cl溶液中涂层的阻抗谱基本无变化,低频阻抗值| Z |0. 01 Hz接近1. 0 × 1010Ω·cm2,相位角接近90°,说明涂层性能依然良好; 在1. 5 mol / L Na Cl溶液中涂层的阻抗谱变化明显,初始时涂层低频阻抗值| Z |0. 01 Hz大于1. 0 × 1010Ω·cm2,80 d后| Z |0. 01 Hz为1. 2 × 108Ω·cm2,随着涂层的塑化降解作用,涂层空间网格结构明显增大,介质的扩散通道产生变化,193 d后为| Z |0. 01 Hz为1. 4 × 108Ω·cm2。
图3 环氧粉末涂层在蒸馏水中不同浸泡时间的阻抗谱
图4 环氧粉末涂层在 0. 6 mol/L Na Cl 溶液中
图5 环氧粉末在 1. 5 mol/L NaCl 溶液中
涂层低频阻抗值| Z |0. 01 Hz能有效地表征涂层的屏蔽性能[13],图6a为不同浸泡条件下涂层低频阻抗值随时间的变化。1. 5 mol/L Na Cl溶液中涂层| Z |0. 01 Hz较0. 6 mol / L Na Cl溶液和蒸馏水中下降得更快,说明Na Cl溶液浓度的增加使涂层低频阻抗值下降得更快, 加速了涂层屏蔽性能的劣化,这可能是高浓度的Na Cl溶液由于渗透压的作用会加速离子在涂层中的传输, 从而使涂层屏蔽性能降低,也可能是高浓度的Na Cl溶液对涂层高分子结构有更强的破坏作用。
涂层特征频率fb( 45°相位角所对应的频率) 能够反映涂层/金属界面的剥离情况: fb= K( At/ A0) ,其中At为剥离面积,A0为涂层样品面积,K可近似为一个与涂层有关的常数。特征频率fb越大,涂层/金属界面的剥离面积就越大,所以可以用fb随时间的变化来反映涂层/金属界面的剥离面积的变化[14]。图6b为不同浸泡条件下该环氧粉末涂层特征频率随时间的变化。涂层在1. 5 mol/L Na Cl溶液中相对于0. 6 mol/L Na Cl溶液和蒸馏水中的特征频率有明显上升,说明Na Cl溶液浓度越高,涂层/金属界面剥离速度越大,这一点和涂层阴极剥离规律是一致的,大量研究表明涂层阴极剥离速率随Na Cl浓度增大而变大[15,16]。
图6 60 ℃ 时不同条件下涂层低频阻抗值和特征( OCP)
2.2.2阴极保护作用下
图7和图8分别是在 - 1. 00 V( vs SCE) 阴极保护电位下60 ℃ 时,0. 6 mol/L Na Cl溶液和1. 5 mol/L Na Cl溶液中环氧粉末涂层体系的电化学阻抗谱,初始时涂层低频阻抗值| Z |0. 01 Hz均大于1. 0 × 1010Ω·cm2, 122 d后0. 6 mol / L Na Cl溶液中涂层| Z |0. 01 Hz为7. 9 × 108Ω·cm2,涂层表面无可见变化,1. 5 mol/L Na Cl溶液中86 d后涂层| Z |0. 0 Hz为2. 8 × 104Ω·cm2,涂层已经穿孔失效,有起泡现象( 见图9) 。
图7 环氧粉末在 0. 6 mol/L Na Cl 溶液中浸泡不同时间的阻抗谱
图8 环氧粉末涂层在 1. 5 mol/L Na Cl 溶液中
图9 环氧粉末涂层在 1. 5 mol/L Na Cl 溶液中 86 d 后的表面形貌
图10为在 - 1. 25 V( vs SCE) 阴极保护电位下60 ℃ 时,0. 6 mol / L Na Cl溶液中环氧粉末涂层体系的电化学阻抗谱,初始时涂层低频阻抗值| Z |0. 01 Hz大于1. 0 × 1010Ω·cm2,76 d后| Z |0. 01Hz为1. 4 × 106Ω·cm2,涂层表面有大量起泡( 见图11) 。
图10 环氧粉末涂层在 0. 6 mol/L Na Cl 溶液中
图11 环氧粉末涂层在 0. 6 mol/L Na Cl 溶液中 76 d 后的表面形貌
图12和图13为不同阴极保护条件下该环氧粉末涂层低频阻抗值和特征频率随时间的变化。对比可知,涂层 - 1. 00 V( vs SCE) 阴极保护电位下的低频阻抗较开路电位下的下降更快,特征频率上升更快,这是因为阴极保护加速了腐蚀介质中离子通过电迁移的方式渗透进入涂层内部,加大阴极保护水平能在一定程度上加速腐蚀介质在涂层中的渗透,降低涂层的屏蔽性能,也加速了涂层的阴极剥离反应; 在 - 1. 25 V( vs SCE) 过保护使涂层低频阻抗急剧下降,这不仅仅是因为加速了Na+在涂层中的传输,更重要的是在涂层/金属界面发生了析氢反应: 2H2O + 4e = 2OH-+ H2,H2从涂层中逸出加速了涂层中微观通道的形成,使得涂层屏蔽性能急剧下降,从而也加速了涂层的阴极剥离反应; - 1. 00 V ( vs SCE) 阴极保护电位下,1. 5 mol/L Na Cl溶液中涂层| Z |0. 0 Hz较0. 6 mol/L Na Cl溶液中下降得更快,特征频率上升更快,说明在阴极保护情况下,Na Cl溶液浓度的升高也会加速了涂层性能的劣化, 这和不施加阴极保护时的结果是一致的。图14为开路电位( OCP) 与 - 1. 25 V( vs SCE) 阴极保护电位下涂层起泡处金属表面元素分析,从图14a与14b对比分析中看出在涂层起泡位置,在未加阴极保护时,以Cl-为主的离子在涂层中的传输过程造成了涂层电阻的下降,界面发生电化学反应导致涂层局部剥离; 加阴极保护时,以Na+为主的离子在涂层中的传输过程造成了涂层电阻的下降,界面的氧还原反应导致了涂层的局部剥离。
图12 60 ℃ ,不同阴极保护条件下涂层低频阻抗值和
图13 60 ℃ ,不同阴极保护条件下涂层低频阻抗值和
图14 涂层体系在 0. 6 mol/L Na Cl 溶液中
阴极保护下涂层起泡失效除了伴随有涂层低频阻抗的降低和特征频率的升高外,涂层电容也能有效地反映涂层起泡前后的变化,而且更有规律性。涂层电容为[17]:
其中,Cc为涂层电容,f为10 k Hz,Z”为10 k Hz时涂层阻抗虚部值。
由60 ℃不同阴极保护条件下涂层电容随时间的变化曲线( 图15) 可知,从涂层开始浸泡直至起泡失效,电容经历了3个阶段: ( 1) 快速吸水,电容升高; ( 2) 吸水达到饱和,电容基本不变; ( 3) 结构发生变化,吸水增加,电容升高,直至起泡失效。
图15 60 ℃ 时不同阴极保护条件下涂层电容随时间的变化
3结论
( 1) 随Na Cl溶液浓度增加,环氧粉末涂层的饱和吸水量减少,水在涂层中的扩散系数变大,其扩散机制符合Fick扩散模型。
( 2) 随Na Cl溶液浓度增加,涂层屏蔽性能劣化,也加速了涂层的阴极剥离,涂层屏蔽性能的下降并不受涂层饱和吸水量控制。
( 3) 阴极保护加速了Na+在涂层中的传输,使涂层屏蔽性能降低,也加速了涂层的阴极剥离,过保护则会明显影响涂层性能。
( 4) 阴极保护下涂层起泡失效过程中,涂层的电容变化经历3个阶段,在第3阶段涂层结构可能发生变化,直至起泡失效。
摘要：为进一步研究Q235钢表面环氧粉末涂层在海洋环境中的失效机制,利用称重法研究了60℃下不同浓度的Na Cl溶液中水在不同阴极保护条件下的环氧粉末涂层中的扩散行为,利用电化学阻抗谱技术(EIS)研究了不同Na Cl溶液浓度和阴极保护水平对涂层性能的影响。结果表明:随Na Cl溶液浓度增加,涂层的饱和吸水量减少,水在涂层中的扩散系数变大,其扩散机制符合Fick扩散模型;Na Cl溶液浓度增加加速了环氧粉末涂层的劣化,阴极保护一定程度上也降低了环氧粉末涂层的性能,过保护则会明显影响涂层性能,涂层起泡过程中涂层电容经历明显的3个阶段,在第3阶段中涂层结构可能发生变化,直至涂层起泡失效。