硫代硫酸钠的合成条件的选择与优化分析解析.docx
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硫代硫酸钠的合成条件的选择与优化分析解析
毕业设计（论文）任务书
一、题目：
硫代硫酸钠的合成条件的选择与优化
二、基础数据
Na2CO3+SO2==Na2SO3+CO2
Na2SO3+S+5H2O==Na2S2O3·5H2O
5mL无水乙醇
10.00ml重铬酸钾标准溶液
20ml硫酸
3ml淀粉指示剂
3、内容要求：
1.说明部分：
合成硫代硫酸钠的反应式为Na2SO3+S+5H2O＝Na2S2O3.5H2O在250ml三颈瓶中加入一定量的亚硫酸钠溶液，分几次加入用乙醇浸温过的S粉控制溶液的PH值，共煮至沸腾过滤，除去未反应的硫粉，得硫代硫酸钠溶液，蒸发至饱和溶液，调节溶液至中性或弱碱性，将已调好酸碱的溶液趁热过滤，冷却，结晶，离心，甩干得到硫代硫酸钠结晶，若纯度不够再进行重结晶。
硫代硫酸钠易溶于水，水溶液呈中性，溶于松节油及氨，不溶于醇，加热至100℃失去5个结晶水，在潮湿空气中有潮解性，在33℃以上的干燥空气中易风化，硫代硫酸钠在中性碱性溶液中很稳定，在酸性溶液中由于生成不稳定的硫代硫酸而分解。
硫代硫酸钠的标准浓度可用K2Cr2O7,KIO3,KBrO3,等基准物质进行标定。
硫代硫酸钠用途广泛，在感光工业下用作照相定影剂，造纸工业等上消毒剂，洗涤剂食品工业用作螯合剂，抗氧化剂，棉织物漂白的脱氯剂，用于电镀，鞣革部门。
硫代硫酸钠在感光工业用作照相定影剂；造纸工业用作纸浆漂白后的除氯剂；印染工业用作棉织品漂白后的脱氯剂；分析化学用作色层分析；容量分析用作碘的还原剂、试剂；医药上用作消毒剂、洗涤剂；食品工业用作螯合剂、抗氧化剂。
正因为硫代硫酸钠具有如此重要的作用，所以我认为寻找一种科学的、合理的生产工艺具有重要的意义。
为此，我查阅大量资料，并且也在实验室中亲身实践，寻找到了一种较为科学的合成方法，具体为原料用量、温度、酸度等方面因素最佳条件的选择。
2.计算部分：
式中：
X一硫代硫酸钠之百分含量，%；
V一碘标准溶液之用量，mL；
C一碘标准溶液之物质的量浓度，mol/L；
M一样品质量，g；
0.2482一每毫摩尔Na2S2O3.5H2O相当之克数．
3.绘图部分：
绘图部分包括四个部分五个图，分别是反应酸度，反应温度，反应时间，固体S的用量，固液比对应硫代硫酸钠产量而建立的曲线图，如下：
硫代硫酸钠的合成条件的选择与优化
摘要
硫代硫酸钠用途十分广泛，其合成方法也有很多，但是在工业上合成硫代硫酸钠主要采用的是以工业级的亚硫酸钠（Na2S2O3）与硫粉（S）来合成硫代硫酸钠，用工业级亚硫酸钠与硫粉合成硫代硫酸钠，于照相业作定影剂。
其次作鞣革时重铬酸盐的还原剂、含氮尾气的中和剂、媒染剂、麦杆和毛的漂白剂以及纸浆漂白时的脱氯剂。
还用于四乙基铅、染料中间体等的制造和矿石提银等，许多书籍和文献上进行了介绍。
在实验室中对合成条件进行了探讨，优化出最佳原料的用量、溶液的酸度、反应温度、反应时间等。
试剂硫代硫酸钠的合成有三种方法：
1、亚硫酸钠；2、硫化碱；3、氧化、亚硫酸钠和重结晶法；4、重结晶法。
在250ml的三颈瓶中加入一定量的亚硫酸钠溶液分几次加入用乙醇浸湿S粉。
控制溶液的H值，共煮沸，过滤，除去未反应的硫粉，得硫代硫酸钠溶液，蒸发溶剂至饱和溶液，趁热过滤，冷却结晶。
将粗制硫代硫酸钠晶体溶解（或用粗制硫代硫酸钠溶液），经除杂，浓缩、结晶、重结晶，制得精制的硫代硫酸钠。
很多的文献和书籍对该反应进行了介绍。
本文则是对该反应在实验室中的合成条件进行讨论，对原料的用量、溶液的酸度、反应温度、反应时间等进行了改变，并且分析了这些改变对合成硫代硫酸钠反应的影响。
对制得的硫代硫酸钠按HG/T2328-2006分析产品质量。
关键词：
硫代硫酸钠；硫粉；亚硫酸钠；合成条件；分析
SelectionandoptimizationofsyntheticconditionsofThesodiumhyposulfite
Abstract
Thesodiumhyposulfiteversatility,withthetechnicalgradesodiumsulfiteandthesulphurpowdersynthesissodiumhyposulfite,sodiumsulfitewiththeindustrialsynthesisofsodiumthiosulfateandelementalsulfur,inthephotographicindustryasfixative.Second,whenthedichromateforleathertanningreducingagent,nitrogenexhaustneutralizer,mordant,strawandhairbleach,anddechlorinationofpulpbleachingagent.Alsousedfortetraethyllead,dyesintermediatesmanufacturingandextractingsilverandotherminerals,manybooksandliteraturewereintroducedInthelaboratoryonthesynthesisconditionswerediscussedtooptimizethedosageofthebestrawmaterials,thepH,temperature,andreactiontime.Synthesisofreagentsodiumthiosulfateinthreeways:
1,sodiumsulfite,2,3,sodiumsulfide,oxidation,re-crystallizationofsodiumsulfiteand4,re-crystallization250mlthree-neckflaskinacertainamountofaddedsodiumsolutionbyaddingethanolseveraltimessoakedSpowder.ControlsolutionofHvalues,wereboiled,filteredtoremoveunreactedsulfur,sodiumthiosulfatesolutionwas,tothesaturatedsolutionofsolventevaporation,hotfiltration,coolingcrystallization.Crudesodiumthiosulfatecrystalswilldissolve（orcrudesodiumthiosulfatesolution）,aftercleaning,concentration,crystallization,recrystallization,obtainedsodiumthiosulfaterefined.Inmanybooksandtheliteraturehascarriedontheintroduction.Hascarriedonthediscussioninthelaboratorytothesynthesiscondition,optimizesthebestrawmaterialtheamountused,thesolutionacidity,thereactiontemperature,thereactiontimeandsoon.SodiumhyposulfiteresultsinwhichtothesystemaccordingtoHG/T2328-2006analysisproductquality.
Keywords:
Sodiumhyposulfite;Sulphurpowder;Sodiumsulfite;Synthesis.
1文献综述
硫代硫酸钠（Na2S2O3.5H2O）又名大苏打、海波、次亚硫酸钠，无臭、无色透明的单斜晶体，易溶于水，水溶液近中性，溶于松节油、氨，难溶于乙醇，在潮湿的空气中有潮解性，具有还原性，能溶解卤素及银盐，灼烧分解为硫化钠和硫酸钠。
硫代硫酸钠在感光工业用作照相定影剂；造纸工业用作纸浆漂白后的除氯剂；印染工业用作棉织品漂白后的脱氯剂；分析化学用作色层分析；容量分析用作碘的还原剂、试剂；医药上用作消毒剂、洗涤剂；食品工业用作螯合剂、抗氧化剂。
工业上合成硫代硫酸钠的反应主要有以下几种：
1、亚硫酸钠：
将纯碱溶解后，与（硫磺燃烧生成的）二氧化硫作用生成亚硫酸钠，再加入硫磺沸腾反应，经过滤、浓缩、结晶，制得硫代硫酸钠。
Na2CO3+SO2==Na2SO3+CO2
Na2SO3+S+5H2O==Na2S2O3.5H2O
2、硫化碱法：
利用硫化碱蒸发残渣、硫化钡废水中的碳酸钠和硫化钠与硫磺废气中的二氧化硫反应，经吸硫、蒸发、结晶，制得硫代硫酸钠。
2Na2S+Na2CO3+4SO2==Na2S2O3.5H2O+CO2
3、氧化、亚硫酸钠和重结晶法：
由含硫化钠、亚硫酸钠和烧碱的液体经加硫、氧化；亚硫酸氢钠经加硫及粗制硫代硫酸钠重结晶三者所得硫代硫酸钠混合、浓缩、结晶，制得硫代硫酸钠。
2Na2S+2S＋3O2==2Na2S2O3
Na2SO3+S==Na2S2O3
4、重结晶法：
将粗制硫代硫酸钠晶体溶解（或用粗制硫代硫酸钠溶液），经除杂，浓缩、结晶，制得硫代硫酸钠。
本文中主要讨论的合成硫代硫酸钠方法中的亚硫酸钠法。
2合成原理
合成反应式为：
Na2S2O3+S+5H2O＝Na2S2O3.5H2O
在实验室中进行了简单的合成。
方法如下：
在500mL（或250mL）三颈瓶中加入一定量的亚硫酸钠溶液，分几次加入用乙醇浸湿的过量S粉，控制溶液的pH值，共煮至沸腾，过滤除去未反应的硫粉，得硫代硫酸钠溶液。
蒸发溶剂至饱和溶液，调节溶液至中性或弱碱性，将已调好酸碱度的溶液趁热过滤，冷却结晶，离心甩干得到硫代硫酸钠结晶。
若纯度达不到要求可进行重结晶。
重结晶时在母液中加入适量升华硫（1.2kg母液加3g升华硫），然后将其加热至113℃，浓缩趁热过滤冷却使其结晶。
制得的硫代硫酸钠晶体按HG/T2328-2006分析产品质量。
3实验部分
3.1仪器原料
3.1.1仪器设备
三颈瓶；电热套；温度计；电磁搅拌器；回流装置；滴定分析仪器
3.1.2原料试剂
工业级硫磺粉、亚硫酸钠；分析纯氢氧化钠、醋酸、乙醇、中性甲醛；HG/T2328-2006中使用的分析试剂
3.2合成工艺流程
Na2S2O3+S→过滤→除杂→过滤→碱处理→浓缩→过滤→结晶→离心脱水→筛选→重结晶→Na2S2O3.5H2O→分析
3.3合成条件
硫代硫酸钠合成条件主要有亚硫酸钠和硫磺的用量，溶液的酸度，反应温度，反应时间等。
采用改变其中一个条件而其他条件不变的方法来确定的硫代硫酸钠合成条件。
3.3.1酸度条件
为了考察酸度对合成反应的单独影响，所以保证反应物亚硫酸钠、硫粉、水质量以及体积不变，反应时间以及温度恒定，单独改变反应时的酸度，PH值每次改变一个单位，即：
8、9、10、11、12共计五次实验。
粗称34.00g亚硫酸钠固体，10.00g硫粉，向亚硫酸钠固体中加入100毫升蒸馏水，硫粉中加入8毫升的无水乙醇，将两者混合，用氢氧化钠溶液调节其PH值。
之后将其转入三颈瓶中，安装好回流装置，进行回流操作。
回流52分钟时停止回流，待温度稍微冷却后进行过滤操作。
将溶液蒸发，再将蒸发后的液体冷却结晶，结晶完毕后用无水乙醇冲洗表面并转移至布氏漏斗，进行抽滤操作。
将抽滤好的结晶晾干，称量。
按此方法进行五次操作，将五次实验的数据结果列成下面的表格（表1）。
项目
mNa2S2O3（g）
mS
（g）
VH2O
（ml）
pH
时间
（min）
温度
（℃）
mNa2S2O3（g）
1
34.00
10.00
100
8
52
106
40
2
34.00
10.00
100
9
52
106
44.4
3
34.00
10.00
100
10
52
106
52.8
4
34.00
10.00
100
11
52
106
49.8
5
34.00
10.00
100
12
52
106
44.2
表1溶液酸度对产量的影响
由表1可见，当溶液pH值增加时，硫代硫酸钠的产量随之增加，当溶液pH达到10时产量最大，而当溶液的pH超过10时溶液pH值对产量影响不大，因此我们可以将溶液pH值确定为10。
3.3.2反应温度
为了考察反应温度对合成反应的单独影响，所以保证反应物亚硫酸钠、硫粉、水质量以及体积不变，反应时间以及酸度恒定，单独改变反应时的温度，温度值每次改变5摄氏度，即：
92摄氏度、97摄氏度、102摄氏度、107摄氏度、112摄氏度共计五次实验。
粗称34.00g亚硫酸钠固体，10.00g硫粉，向亚硫酸钠固体中加入100毫升蒸馏水，硫粉中加入8毫升的无水乙醇，将两者混合，用氢氧化钠溶液调节其PH值。
之后将其转入三颈瓶中，安装好回流装置，进行回流操作。
回流52分钟时停止回流，待温度稍微冷却后进行过滤操作。
将溶液蒸发，再将蒸发后的液体冷却结晶，结晶完毕后用无水乙醇冲洗表面并转移至布氏漏斗，进行抽滤操作。
将抽滤好的结晶晾干，称量。
按此方法进行五次操作，将五次实验的数据结果列成下面的表格
将五次实验的数据结果列成下面的表格（表2）。
表2反应温度对硫代硫酸钠合成的影响
项目
mNa2SO3（g）
mS
（g）
VH2O
（ml）
pH
时间
（min）
温度
（℃）
mNa2S2O3（g）
1
34.00
10.00
100
10
52
92
5.7
2
34.00
10.00
100
10
52
97
11.2
3
34.00
10.00
100
10
52
102
14.4
4
34.00
10.00
100
10
52
107
54.8
5
34.00
10.00
100
10
52
112
38.8
由表2可见，当溶液温度增加时，硫代硫酸钠的产率随之增加，当温度达到沸腾后明显增加，107℃时硫代硫酸钠产量最高，温度再升高对产量影响不大，因此溶液反应温度为107℃。
3.3.3反应时间
为了考察反应时间对合成反应的单独影响，所以保证反应物亚硫酸钠、硫粉、水质量以及体积不变，反应温度以及酸度恒定，单独改变反应时间，即：
30min、35min、40min、45min、50min共计五次实验。
粗称34.00g亚硫酸钠固体，10.00g硫粉，向亚硫酸钠固体中加入100毫升蒸馏水，硫粉中加入8毫升的无水乙醇，将两者混合，用氢氧化钠溶液调节其PH值。
之后将其转入三颈瓶中，安装好回流装置，进行回流操作。
回流52分钟时停止回流，待温度稍微冷却后进行过滤操作。
将溶液蒸发，再将蒸发后的液体冷却结晶，结晶完毕后用无水乙醇冲洗表面并转移至布氏漏斗，进行抽滤操作。
将抽滤好的结晶晾干，称量。
将五次实验的数据结果列成下面的表格（表3）。
表3反应时间对硫代硫酸钠产量的影响
项目
mNa2SO3（g）
mS
（g）
VH2O
（ml）
pH
时间
（min）
温度
（℃）
mNa2S2O3（g）
1
34.00
10.00
100
12
30
107
5.2
2
34.00
10.00
100
12
35
107
32.0
3
34.00
10.00
100
12
40
107
37.6
4
34.00
10.00
100
12
45
107
54.8
5
34.00
10.00
100
12
50
107
32.2
由表3可见，增加反应时间，硫代硫酸钠的产率随之增加，但当时间为45min后，产率无明显增加，因此反应时间为45min。
3.3.4原料用量
首先保持亚硫酸钠的用量固定不变，以便确定S粉的用量和液固比。
在PH=10，反应时间均控制在35min，温度控制在107摄氏度的条件下进行五次反应，硫粉的用量每次改变0.50g即：
8.50g,9.00g,9.50g,10.00g,10.50g。
粗称34.00g亚硫酸钠固体，10.00g硫粉，向亚硫酸钠固体中加入100毫升蒸馏水，硫粉中加入8毫升的无水乙醇，将两者混合，用氢氧化钠溶液调节其PH值。
之后将其转入三颈瓶中，安装好回流装置，进行回流操作。
回流52分钟时停止回流，待温度稍微冷却后进行过滤操作。
将溶液蒸发，再将蒸发后的液体冷却结晶，结晶完毕后用无水乙醇冲洗表面并转移至布氏漏斗，进行抽滤操作。
将抽滤好的结晶晾干，称量。
最后硫代硫酸钠的产率如下表中所示（表4）。
表4S粉用量对硫代硫酸钠产量的影响
项目
mNa2SO3（g）
mS
（g）
VH2O
（ml）
pH
时间
（min）
温度
（℃）
mNa2S2O3（g）
1
34.00
8.50
100
10
52
107
28.8
2
34.00
9.00
100
10
52
107
29.2
3
34.00
9.50
100
10
52
107
44.2
4
34.00
10.00
100
10
52
107
42.5
5
34.00
10.50
100
10
52
107
36.6
由表4可见，当硫磺用量增加时，硫代硫酸钠的产率随之增加，超过9.50g时对硫代硫酸钠的产率影响不大，但S粉用量必须超过理论量，我们确定为9.50g。
然后在PH=10，反应时间均控制在52min，温度控制在107摄氏度的条件下进行五次反应，这五次反应的固液比依次降低。
粗称34.00g亚硫酸钠固体，9.50g硫粉，向亚硫酸钠固体中加入100毫升蒸馏水，硫粉中加入8毫升的无水乙醇，将两者混合，用氢氧化钠溶液调节其PH值。
之后将其转入三颈瓶中，安装好回流装置，进行回流操作。
回流52分钟时停止回流，待温度稍微冷却后进行过滤操作。
将溶液蒸发，再将蒸发后的液体冷却结晶，结晶完毕后用无水乙醇冲洗表面并转移至布氏漏斗，进行抽滤操作。
将抽滤好的结晶晾干，称量。
最后硫代硫酸钠的产率如下表中所示（表5）。
表5液固比对硫代硫酸钠产量的影响
项目
mNa2SO3（g）
mS
（g）
VH2O
（ml）
l：
s
pH
时间
（min）
温度
（℃）
mNa2S2O3（g）
1
34
9.5
60
1.6:
1
10
52
107
18.8
2
34
9.5
80
2.1:
1
10
52
107
22.7
3
34
9.5
100
2.6:
1
10
52
107
61.4
4
34
9.5
120
3.1:
1
10
52
107
60.4
5
34
9.5
140
3.5:
1
10
52
107
25.8
由表5可见，液固比减小即原料浓度增加时，硫代硫酸钠的产率增大，但液固比小于1:
2.6时产率下降，因此液固比确定为1:
2.6。
3.3.5产品分析
对制得的硫代硫酸钠产品需要进行分析，这里主要是对其含量的测定与分析。
这里需要用到滴定分析方法中的氧化还原滴定，下面对这种滴定分析方法做了详细的说明。
滴定分析概述
使用滴定管将一种已知准确浓度的试剂溶液（即标准溶液），滴加到待测物的溶液中，直到待测组分恰好完全反应（这时加入标准溶液物质的量与待测组分的物质的量符合反应式的化学计量关系），然后根据标准溶液的浓度和所消耗的体积，算出待测组分的含量，这一类分析方法统称为滴定分析法。
滴加的标准溶液与待测组分恰好反应完全的这一点，称为化学计量点。
在化学计量点时，反应往往没有明显的外部特征，因此通常都是在待测溶液中加入指示剂（如酚酞等），利用指示剂颜色的突变来判断滴定终点。
由于指示剂并不一定正好在化学计量点时变色，由此造成的误差称为终点误差，亦称滴定误差。
滴定误差是滴定分析中误差的主要来源之一，它的大小取决于化学反应的完全程度和指示剂的选择是否恰当，后面将进一步讨论。
滴定分析法的分类与滴定反应的条件
化学分析法是以化学反应为基础的，滴定分析法是化学分析法中重要的一类分析方法。
按照所利用的化学反应不同，滴定分析法一般又可分成下列四种。
（一）滴定分析法的分类
1.酸碱滴定法
是以质子传递反应为基础的一种滴定分析法。
滴定过程中的反应实质可用以下简式表示
H++A-＝HA（A-表示碱）
2.络合滴定法
是利用络合反应进行滴定的一种方法。
常用的络合剂是一些螯合剂，特别是氨羧络合剂，例如EDTA（乙二胺四乙酸，常表示为
），与金属离子有如下反应：
M2++Y4-=MY2-
3．氧化还原滴定法
以氧化剂或还原剂作标准溶液，根据氧化还原反应进行滴定的方法。
常用的氧化还原滴定法有：
高锰酸钾法（KMnO4为滴定剂），重铬酸钾法（K2Cr2O7为滴定剂）,碘量法（Na2S2O3为滴定剂）。
4．沉淀滴定法
利用沉淀反应进行滴定的方法称为沉淀滴定法。
目前应用较广泛的为生成难溶性银盐的反应。
例如：
可用于测定卤素离子、
、SCN－等。
（二）、滴定反应的条件
直接滴定法
虽然属于上述四类的化学反应很多，但并不都能应用于滴定分析，适用于直接滴定分析的化学反应，必须满足下列三个条件：
1．反应按照一定的化学计量关系定量地完成。
要求在化学计量点时完成的程度达到99.9％以上，这是定量计算的基础。
2．反应速度要快，要求在瞬间完成。
对于速度较慢的反应，有时可通过加热或加入催化剂来加快反应速度。
3．有合适的指示剂,即要有简便可靠的方法确定滴定的终点。
凡是能满足上述要求的反应，都可以应用于直接滴定法中。
这是滴定分析中最常用的滴定方法。
当反应不符合上述要求时，可采用间接滴定法或返滴定法。
间接滴定法:
例如：
A+X
不能直接滴定
R
A+B
可以直接滴定,由B求X。
返滴定法:
例如：
A+X
P反应速度慢,不宜直接滴定
A（过量）+X
P
B（标准溶液）
先加入一定过量的A与被测物充分反应，待反应完全后，再加入标准溶液B滴定反应后剩余A，则
用点来滴定硫代硫酸钠的反应属于氧化还原滴定，其反应产物在酸性条件与碱性条件下是不同的：
（1）反应在中性或弱酸性溶液中进行；反应式如下
2Na2S2O3+I2====Na2S4O6+2N
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