过氧化钙的制备及含量分析

实验1 环境友好产品—过氧化钙的制备及含量分析

前言：金属过氧化物是一类对生态环境友好的氧化剂。过氧化钙（晶体为黄色）是一种新型的、环境友好的多功能无机化工产品，由于它是一种非常稳定的过氧化物，常温下干燥不分解，有较强的漂白、杀菌、消毒作用且对环境无污染，因此广泛应用于环保、农业、水产养殖、食品、冶金、化工等多个领域。[1] 主要用途：用作种子消毒剂，药物制造，油脂漂白及用作高温氧化剂；还可以作为鱼池增氧剂。

工业制备方法:传统法主要是利用含钙的化合物与过氧化物发生氧化还原反应来制备湿的过氧化钙, 然后再经过分离, 脱水便可得过氧化钙产品。有关过氧化钙的制备和放氧反应为: Ca( OH ) 2+ H2O2→CaO2+ 2H2O ( 1) CaO2+ H2O→Ca( OH) 2+ O2 ( 2) 在这两个反

应中,其中反应(1)用于过氧化钙的制备反应(2)是过氧化钙释放活性氧的机理。

随着应用科学技术的不断发展，过氧化钙的用途会日益广泛。受益于过氧化钙行业生产技术不断提高以及下游需求市场不断扩大，过氧化钙行业在国内和国际市场上发展形势都十分看好。虽然受金融危机影响使得过氧化钙行业近两年发展速度略有减缓，但随着我国国民经济的快速发展以及国际金融危机的逐渐消退，我国过氧化钙行业重新迎来良好的发展机遇。总而言之, 过氧化钙是一个很有应用价值和发展前途的化工产品。具有广阔的市场前景。随着应用领域的不断开辟，其需求量将不断增加。

1、实验部分

1.1 实验原理

CaO2难溶于水，不溶于乙醇与丙酮，室温下在干燥环境中比较稳定，但在潮湿空气中或270 °C以上会分解。常见制备方法有两种：

（1）在10 °C 温度下，用CaCl2·6H2O与H2O2及NH3·H2O反应生成CaO2。反应方程式为：

CaCl2 + H2O2 + 2NH3·H2O + 6 H2O＝CaO2·8 H2O + 2 NH4Cl

（2）Ca(OH)2与H2O2、NH4Cl反应。较低温度下原料相互反应生成CaO2·8H2O，120 °C左右干燥即得到白色或淡黄色粉状CaO2。反应过程中加入微量磷酸钙Ca3(PO4)2及少量乙醇，可以增加CaO2的化学稳定性，从而提高产率。

含量分析：酸性条件下，CaO2与稀酸反应生成H2O2，用KMnO4标准溶液滴定可确定产品中CaO2的含量。为加快反应可加入微量MnSO4。反应过程中涉及的反应方程式：CaO2 + 2HCl ＝H2O2 + CaCl2

2MnO4－+ 5 H2O2 + 6H+ ＝2 Mn2+ + 5O2↑+ 8 H2O

1.2 仪器、试剂

（1）仪器：量筒、电子天平、烧杯、滴管、烘箱、表面皿、抽滤漏斗、抽滤瓶、玻璃棒、温度计、试管、锥形瓶、酸式滴定管、药勺、滤纸

试剂：CaCl2·2H2O晶体、蒸馏水、30%(m) H2O2溶液、浓氨水、乙醇、Ca3(PO4)2固体、0.1 mol·L-1 MnSO4溶液、2 mol·L-1 HCl溶液、KMnO4标准溶液、冰块[2]

1.2.2

1.3 实验步骤

1.3.1 过氧化钙的制备

将7 g CaCl2·2H2O溶于10 mL蒸馏水；另将30 mL 30%(m) H2O2溶液与5 mL浓氨水混合，并加入l mL乙醇和0.2 g Ca3(PO4)2。用冰水分别冷却这两种溶液，待冷却至10 °C以下后，在剧烈搅拌和继续冰冷条件下将CaCl2溶液缓慢滴加至H2O2-氨水混合溶液中。滴加完毕后继续用冰水冷却约30 min，观察CaO2晶体的生成。抽滤，并用少量冰水洗涤3次，抽干后，在120 °C的烘箱中干燥0.5 h 左右，冷却、称重，计算产率，并回收母液。

1.3.3产品中CaO2含量的测定

准确称取0.1 g CaO2产品于锥形瓶中，加入30 mL蒸馏水和10 mL 2 mol·L-1 HCl，完全溶解后加入几滴0.1 mol·L-1 MnSO4溶液，用0.02 mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定至终点。平行三次，计算产品中CaO2的质量百分含量。[3]

2、实验结果与讨论

2.1过氧化钙的制备

反应制得黄色粉末状晶体1.86g，中间夹杂有少量白色固体颗粒(推测可能为Ca3(PO4)2等杂质离子)。过氧化钙的理论产值为：

CaCl2·2H2O →CaO2

147g/mol 72g/mol x =72×7／147 g = 3.43g

7 g x

所以产率为：1.86g／3.43g ×100% =54.23%

产率偏低，分析原因可能有以下几方面：

1) 滴加CaCl2溶液的速度太快，反应不完全。

2) 反应温度控制不好，部分氨水和H2O2受热分解，减少了反应物。

3) 洗涤沉淀时用了太多水，带走了较多的产品。

2.3产品中CaO2含量的测定

此步骤中利用过氧化钙与酸反应生成H2O2，再用KMnO4溶液进行滴定，由此可得产品中CaO2含量。滴定过程中发生的反应方程式如下：

2MnO4－+ 5 H2O2 + 6H+ ＝2 Mn2+ + 5O2↑+ 8 H2O

反应加入MnSO4溶液作为催化剂。滴定的终点是溶液变粉色，原因是H2O2被反应完，滴入的紫红色的MnO4－没有反应，是溶液变为粉色。

滴定结果如下表所示：

表1. KMnO4溶液滴定过氧化钙的含量

3、结论：

(1)利用CaCl2溶液和H2O2溶液、浓氨水在10 °C下可以合成CaO2晶体。较低温度是为了保证H2O2溶液和浓氨水不会受热分解。反应生成白色粉末状晶体，烘干后得到黄色粉末状晶体。

(2)经检验，反应制得的CaO2可使天然植物油褪色，具有一定的漂白性。

(3)由滴定反应结果得到，用该方法制备的CaO2 晶体具有较高的纯度。反应操作简单，反应速率较快，不需要太苛刻的反应条件，产品纯度较高，可作为制备CaO2晶体的一般方法。

参考文献

[1] 张伟，莫欣满，王亮，张丽影，苏晏. <环境友好产品——过氧化钙的合成及其应用>.<大连民族学院学报>，2006.06

[2] 戴小敏，伍伟夫，徐海燕. <过氧化钙制备及过氧化钙含量测定的微型实验>.<大连大学学报>，2000.04

[3]刘汉标，石建新，邹小勇.<基础化学实验>，科学出版社，2008.09

心得体会：

1、进行反应操作时应严格按照文献的做法去执行，此次实验反应产率并不是很高，原因很可能是滴加CaCl2溶液的速度太快，并且搅拌时间太短，导致反应不够充分造成的。

2、做实验时要对整个反应流程有一个清晰的了解，做起实验来才能按部就班，有条不紊，若是照着文献上看一步做一步，就很容易手忙脚乱。实验前一定要认真阅读相关的文献。

3、做滴定操作时，必须严格按照操作步骤来，对于精密度要求较高的实验，稍微一点出错都会使得实验结果产生很大的误差。另外，对于滴定终点的判定也要谨慎，对于滴定终点准确及时的判断，是滴定操作成功的关键。