不锈钢中铬的测定doc.docx

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不锈钢中铬的测定doc

FX0202-不锈钢中铬的测定

案例简要说明：

依据国家职业标准和工业分析与检验专业教学要求，归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。

该案例是太钢技术中心分析不锈钢及其它合金中铬含量的典型分析案例，本分析案例体现了铬的性质、铬的测定原理、分析实验计划的制定与调整、干扰元素及其消除、氧化滴定操作和数据处理等知识点和岗位技能，与工业分析与检验专业金属分析课程钢铁中铬含量的测定的教学目标相对应。

案例名称

不锈钢中铬的测定

适用说明

本案例适合中职、高职、职业本科等院校工业分析与检验专业，在矿石分析、钢铁分析、有色金属及其合金分析或相似的理实一体化课程教学中使用，适用于生铁、碳素钢、合金钢、高温合金和精密合金中铬含量的测定。

本案例更适合分析检验工等工种的职工培训中使用。

案例背景

不锈钢产品中都同时存在几种到十几种元素，铬是不锈钢中的重要合金元素，它在决定不锈钢属性的元素中占非常重要地位。

它能显著提高钢的耐腐蚀性、耐磨性和耐热性，增强其机械性能，增强其硬度、弹性、抗磁性和抗张力。

不锈钢中铬含量一般在10.5%以上，铬含量的分析测定是一项常规分析项目。

案例所涉及的知识点

铬含量的分析测定对不锈钢生产企业的重要意义；过硫酸铵银盐氧化-亚铁滴定法测定铬含量分析原理；分析试剂的配制。

案例所涉及的技能点

过硫酸铵银盐氧化-亚铁滴定法的操作方法；能根据试样选择分解方法，排除干扰元素，并对结果进行分析计算

案例工作任务的分解

分析方法选择----制定分析计划----分析试剂配制----试样采取与制备----试样分解-氧化滴定分析试样----分析结果的计算

教学目标

1.理解并掌握硫酸铵银盐氧化-亚铁滴定法测定不锈钢中铬含量的原理和相关分析标准。

2.掌握铬测定的分析方法，能根据试样选择分解方法，排除干扰元素。

3.掌握硫酸铵银盐氧化-亚铁滴定法的操作方法。

4.提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力，独立研究并设计实验能力、归纳、处理、分析实验数据及撰写实验报告的能力。

5培养学生建立理论与实践相结合的观念，培养学生实事求是、严谨的学风。

案例建议的教学时间

6学时

案例的操作演示

工作现场认知实习、下达工作任务单、问题讨论、网络课堂、案例分析、讲授、课堂练习、实验实训、点评

案例点评

通过案例教学可实现“理实一体”的有机结合，将枯燥的理论知识转化为现实分析工作能力，培养学生分析问题、解决问题的能力。

本案例可迁移至矿石分析、钢铁分析和有色金属及其合金中元素测定的教学，学生通过本案例学习，具备其他分析检验的能力。

不锈钢中铬的测定

山西工程职业技术学院刘芳

太原钢铁（集团）有限公司刘爱坤

1背景介绍

太原钢铁（集团）有限公司（简称太钢），是全球产能最大、技术装备水平最高、品种规格最全的不锈钢企业，综合实力居国内钢铁行业前列，具备年产1000万吨钢（其中400万吨不锈钢）的能力。

太钢致力于不锈钢、特殊钢和高等级碳素钢的研究开发和生产加工，拥有雄厚的研发实力和可靠的质量保障能力。

太钢技术中心在全国887家国家认定企业技术中心中排名第四。

目前，太钢已形成了以不锈钢、冷轧硅钢、高强韧系列钢材为主的高效节能长寿型产品集群。

不锈钢产品中都同时存在几种到十几种元素，当几种元素共存于不锈钢这个统一体中，它们的影响要比单独存在时复杂得多。

而判断不锈钢材质的依据一般以不锈钢中铬、镍、锰含量，来归属它属于300系不锈钢还是200系，或者400系不锈钢等。

铬是不锈钢中的重要合金元素，它在决定不锈钢属性的元素中占非常重要地位。

它能显著提高钢的耐腐蚀性、耐磨性和耐热性，增强其机械性能，增强其硬度、弹性、抗磁性和抗张力。

铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是在不锈钢表面形成致密的，可修复的钝化膜。

不锈钢中铬含量一般在10.5%以上，铬含量的分析测定是一项常规分析项目。

宣传资料链接：

美丽太钢——太原钢铁集团有限公司

2主要内容

2.1案例描述

铬是不锈钢中主要的合金元素之一，对于较高含量铬的钢铁试料，基于铬的氧化还原性建立的亚铁滴定法是最经典也是应用最广的方法。

在不锈钢生产企业的分析工作实践中，分析工作者们参考了国内出版的分析技术著作和标准汇编，结合大量生产实践的总结、提炼和归纳，编制了《过硫酸铵银盐氧化-亚铁滴定法测定铬含量操作规程》，本方法适用于钢中0.5%~40%铬含量的测定。

2.2案例分析

采用亚铁滴定法测定铬含量时，通常在硫酸—磷酸介质中将三价铬定量地氧化成六价，然后除去过量的氧化剂，用亚铁标准溶液滴定六价铬。

氧化Cr3+至Cr6+的氧化剂很多，如过硫酸铵、高锰酸钾、高氯酸、铋酸钠、溴酸钾、硫酸高铈等，其中前三种最常用。

本案例采用过硫酸铵为氧化剂，不仅因为它氧化性较强，还因为过量的过硫酸铵通过加热溶液即可较方便地除去。

本案例在结合标准汇编、技术分析资料和多年企业分析实践的基础上采用过硫酸铵银盐氧化—亚铁滴定法测定不锈钢中的铬含量。

2.2.1分析原理

试料用酸分解，在硫酸-磷酸溶液中，以硝酸银为催化剂，用过硫酸铵将铬氧化为六价：

2Cr3++3S2082-+7H20——Cr2072-+6SO42-+14H+

在酸性溶液中，过硫酸铵是强氧化剂，在此条件下Mn2+、V5+、Ce3+也可被氧化成MnO4-、VO3-、Ce4+，根据标准电位，铬优先于锰的氧化，因此当溶液中出现高锰酸的紫色，可判断铬已被氧化完全。

如果试样不含锰或锰量低，可在氧化之前加入一定量的硫酸锰。

铬的氧化反应与酸度有关，酸度过大，氧化速度慢；而酸度太低，则可能有水合二氧化锰生成，且高锰酸的还原速度减慢。

通常控制约1mol／L的酸度，相当于100mL试液中含3mL硫酸。

磷酸的影响较小，磷酸的存在有利于锰的氧化，避免煮沸时生成二氧化锰沉淀。

当试样含钨、钒时要适当多加磷酸。

氧化后过量的过硫酸铵一定要加热煮沸除去，否则分析结果偏高。

加盐酸或氯化钠的作用除将试液中的高锰酸还原成Mn2+消除其干扰外，还使溶液中的银离子生成氯化银沉淀，以防止银离子继续起催化作用。

2HMnO4+14NaC1+7H2SO4——2MnCl2+7Na2SO4+8H2O+5C12↑

还原煮沸时间不能过长，否则铬（Ⅵ）也可能被还原。

用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，根据硫酸亚铁铵标准溶液消耗的体积计算铬的质量分数。

H2CrO7+6（NH4）2Fe（SO4）2+6H2SO4——Cr2（SO4）3+3Fe2（SO4）3+6（NH4）SO4+7H2O

钒和铈同时被氧化，影响铬的测定，一般可用校正系数扣除。

1％的钒相当于0.34％的铬，而0.1％的铈相当于0.0124％的铬。

在分析实践中也可以用高锰酸钾返滴定的方法消除钒的干扰，在铬、钒氧化后先加入过量的硫酸亚铁铵标准溶液，此时铬、钒都被还原至低价，再以高锰酸钾标准溶液滴定剩余的亚铁，此时钒重新被氧化，而铬不被氧化。

返滴定中钒被亚铁还原和被高锰酸钾氧化是等物质量的，从而消除了钒对铬滴定的干扰。

2.2.2试剂

1.盐酸，ρ约1.19g／mL。

2.硝酸，ρ约1.42g／mL。

3.磷酸，ρ约1.69g／mL。

4.氢氟酸，ρ约1.15g／mL。

5.硫酸—磷酸混酸，8+6。

6.硝酸银溶液，10g／L。

7.过硫酸铵溶液，200g／L，当日配制。

8.硫酸亚铁铵标准溶液，c（Fe2+）=0.030mol／L。

9.氯化钠溶液，50g／L。

10.N—苯代邻氨基苯甲酸指示剂溶液，2g／L，称取0.2gN—苯代邻氨基苯甲酸和0.2g碳酸钠置于烧杯中，加20mL水加热溶解，用水稀释至100ml，混匀。

11.铬标准溶液：

2.000g/L：

基准重铬酸钾配制

2.2.3操作步骤

1.试料量

根据试样铬含量称取约0.20～2.00g试样（控制试料中铬量在2～40mg精确至0.0001g）。

称取试样中钨、锰含量大于100mg时，终点不易辨认。

2.试料分解

将试料置于500mL三角瓶中，加入适量王水加热溶解试样（高硅试样加滴氢氟酸），加14mL硫酸—磷酸（8+6）混酸（含钨高时另加5-10mL磷酸），加热冒硫酸烟，滴加硝酸将碳化物破坏完全，继续加热冒硫酸烟。

取下，稍冷。

3.氧化

加水稀释体积至约200mL，加5mL硝酸银溶液（10g／L）、30mL过硫酸铵溶液（200g／L），混匀。

加热煮沸至溶液呈稳定的紫红色（试样中锰含量低时，可补加少量硫酸锰），继续加热使过量的过硫酸铵分解完全。

取下，加5mL盐酸（1+3）（或氯化钠溶液50g/L）煮沸至高锰酸红色消失（高锰试样适当增加盐酸或氯化钠的加入量），继续煮沸至AgCl沉淀凝聚下沉，除尽锰、银。

冷却至室温。

4.滴定

用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至浅黄色，加3滴N—苯代邻氨基苯甲酸指示剂溶液，在不断摇动下继续滴定至溶液变为亮绿色为终点。

必要时作指示剂校正。

5.标定

取3个500mL三角瓶中，同试样操作加入同量的王水，加14mL硫酸—磷酸（8+6），加热蒸发至冒硫酸烟，稍冷，加入50mL水，冷却至室温，分别加入铬标准溶液（体积V1mL）（铬含量应与试料中铬含量相近），用水稀释至约200mL。

同滴定操作，计算滴定度T。

T=………………………………………………………

（1）

式

（1）中：

c—铬标准溶液：

2.000g/L;

V1—铬标准溶液的体积，mL；

V2—滴定所消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL；

T—硫酸亚铁铵标准溶液对铬的滴定度，g/mL；

6.分析结果计算

根据滴定度T，计算试样含量。

不进行返滴定，不考虑钒的含量。

Cr（％）=………………………………………………

（2）

式

（2）中：

T—硫酸亚铁铵标准溶液对铬的滴定度，g/mL；

V3—滴定所消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL；

m—试料量，g。

3分析路径

该案例是太钢技术中心分析不锈钢及其它合金中铬含量的典型分析案例，本分析案例体现了铬的性质、铬的测定原理、分析实验计划的制定与调整、干扰元素及其消除、氧化滴定操作和数据处理等知识点和岗位技能，与工业分析与检验专业金属分析课程学习情境三，任务3.1《钢铁中铬含量的测定》的教学目标相对应。

本案例根据国家职业标准中关于化学分析检验工种要求，对应教学目标，从此分析案例提炼出完成“铬含量的测定”这项任务，归纳出所需掌握的知识和技能点，本着“必须、够用”的原则，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。

将理论知识融合在实际问题和项目教学中，彻底打破以教师讲课为主要特征的理论教学、以实验验证为主要特征的实验教学的传统教学模式，以学生乐于动手实践为突破口，以学生完成工作任务的知识探究为基础，以行业真实化学检测任务为载体。

在完成案例分析的基础上，又设置了网络课堂，增加相关的拓展知识，供学生学习使用。

本案例的学习，以学生为主体、教师为主导，采取多元化方法和手段的学、做、练为一体的教学模式，在解决问题中学习理论，在动手实践中培养技能，力求达到学生综合职业能力的全面发展。

采用企业参观认知实习、分析操作视频、演示操作、实验实训、网络课堂、图片、实物展示等手段，引导学生通过自学、讲授、讨论、对比、分析效果评价等方式学习铬在钢铁中的重要作用、钢铁中铬含量测定的常用方法、测定中存在的干扰及排除等知识，掌握实验的规划、滴定操作、数据处理等技能，达到教学目标要求。

下面以不锈钢中铬含量的测定为例，说明该课程教学设计的思路。

一、案例分析

案例背景介绍了不锈钢企业概况，铬含量的分析测定对企业生产的重要意义。

根据分析要求和分析内容，给学生下达具体的工作