氨基三甲叉膦酸(ATMP)的合成试验.doc

1第三章 氨基三甲叉膦酸（ATMP）的合成试验、表征与应用性能试验实验五 氨基三甲叉膦酸（ATMP）的合成试验12.1 实验目的（1） 了解氨基三甲叉膦酸水处理剂的合成原理（Mannich 反应）和应用；（2） 掌握氨基三甲叉膦酸合成的基本操作；（3） 掌握聚丙烯酸分子量测定的基本原理和基本操作；（4） 掌握阻垢剂和分散剂的评价原理和方法12.2 实验原理ATMP（氨基三甲叉膦酸）系有机多元膦水处理药剂它具有良好的化学稳定性，不易水解，耐较高温度和用量小等优点，而且兼具有缓蚀和阻垢性能，是一种良好的碱性水处理药剂其合成方法一般是三氯化磷与甲醛、氨（常用氯化铵）进行 Mannich 反应，反应式如下所示：NH4Cl + PCl3 + H2O3 N(CH2PO3H2)3 + HClHCHO+3 10612.3　试剂和仪器试剂：甲醛 ，CP；氯化铵 ，AR；三氯化磷 ，CP；去离子水仪器：四口烧瓶；滴液漏斗；乌氏粘度计 (0 . 6mm)；恒温水浴；干燥箱等12.4　实验方法在装有搅拌器、回流冷凝器、温度计、滴液漏斗的 250 ml 四口烧瓶中，加入 37%的甲醛溶液 24.5g（0.3mol）的和氯化铵 5.3g（0.1mol） ，搅拌溶解，在不断搅拌下开始滴加三氯化磷 41.5g（0.3mol） ，期间控制温度在 40℃左右，滴加完毕，升温到 50～60℃，恒温1h，再继续升温至 70～80℃，恒温 1h，再继续升温至 70～80℃，恒温 0.5h，12.5　测试方法12.5.1　ATMP 含量的测定12.5.1.1 测定的原理 在 pH 约为 10 的 NH3-NH4Cl 缓冲溶液中，ATMP 可与 Zn2＋ 形成络合物，络合比为 1:1。

以铬黑 T 为指示剂，用 EDTA 标准溶液滴定过量的 Zn2＋ 12.5.1.2 主要试剂和主要仪器（1） 氯化锌标准溶液 c=0.015mol/L；（2） EDTA 标准溶液 c=0.015mol/L；（3） NH3-NH4Cl 缓冲溶液 pH=10；（4） 铬黑 T 指示剂 1g/L 水溶液5.5.1.3 测定步骤准确称取 ATMP 样品 4g，用水溶解并定容于 500mL 容量瓶中，制备成试液备用移取 20.00mL 试液于锥形瓶中，加入 1 滴中性红溶液，逐滴加入 0.2mol/L 的氢氧化钠溶液，使试液由红色变为黄色加入 1～2mL NH3-NH4Cl 缓冲溶液，再加入 20.00mL 氯化锌标准溶液，加热至 40～70℃，冷却，加入 1～2 滴铬黑 T 指示剂，溶液呈紫红色，加入100mL 水，用 EDTA 标准溶液滴定至蓝色时即为终点5.5.1.4 计算试样中 ATMP 的百分含量为：210)/(.29(003121 VmcX式中 c2——ZnCl2 标准溶液的浓度，mol/L；V2——加入 ZnCl2 标准溶液的体积， mL；c1——EDTA 标准溶液的浓度，mol/L；V1——滴定时消耗 EDTA 标准溶液的体积， mL；m0——试样的质量，g；V0——试样的总体积，mL；V——被滴定的试样体积，mL；299.0——ATMP 的摩尔质量，g/mol。

5.5.1.5 注意事项（1） 缓冲溶液不可加入过多，否则会影响终点的观察；（2） 在加入铬黑 T 后，若溶液呈蓝色，则表明 ZnC2l 加入量过少，可多加入一些ZnCl2 标准溶液或减少被测试液的体积；（3） 被滴定溶液一定要冷却至室温，若趁热滴定，将会使结果偏低5.5. 2　亚氨基二甲叉膦酸（IDPA）含量的测定5.5.2.1 测定的原理 试样中主要是 ATMP 和 IDPA在 pH 约为 10 的 NH3-NH4Cl 缓冲溶液中，ATMP 和 IDPA 均可与 Cu2＋ 形成络合物，紫脲酸铵可指示终点从测定结果中减去ATMP 的含量即为 IDPA 的含量5.5.2.2 主要试剂和主要仪器（1） 硫酸铜锌标准溶液 c（CuSO 4）=0.02mol/L，用 EDTA 标准溶液标定其浓度；（2） EDTA 标准溶液 c=0.015mol/L；（5） NH3-NH4Cl 缓冲溶液 pH=10；（6） 紫脲酸铵指示剂 1g 紫脲酸铵与 100g 氯化钠研磨，混匀5.5.2.3 测定步骤移取 20.00mL 试液于锥形瓶中，加入 20mL 水和 1～2 滴中性红溶液，逐滴加入0.2mol/L 的氢氧化钠溶液，使试液由红色变为黄色。

加入 20～25 滴 NH3-NH4Cl 缓冲溶液，加少许紫脲酸铵，溶液呈紫红色用 CuSO4 标准溶液滴定至亮黄色或亮绿色时即为终点5.5.2.4 计算亚氨基二甲叉膦酸 IDPA 的百分含量为： 0.295]10)/(.29[ 1032 XVmcX].[685.0102c式中 c——CuSO4 标准溶液的浓度，mol/L；V2——CuSO4 标准溶液的体积，mL；c1——EDTA 标准溶液的浓度，mol/L；V1——滴定时消耗 EDTA 标准溶液的体积， mL；m0——试样的质量，g；3V0——试样的总体积，mL；V——被滴定的试样体积，mL；X1——ATMP 的百分含量；299.0——ATMP 的摩尔质量，g/mol；205.0——IDPA 的摩尔质量，g/mol5.5.2.5 注意事项（1） 缓冲溶液不可加入过多，因为 ATMP 和 IDPA 与 Cu2＋ 的络合常数都不是很大例如与 Cu2＋ 在 pH＝5.30 时，K=4.07×10 5，在 pH＝3.-0 时， K=2.18×104，IDPA 与 Cu2＋ 在pH＝5.00 时，K=1.78×10 4虽然 pH 增大时条件稳定常数会随之略有增加，但加入过多的NH3-NH4Cl 时 Cu2＋ 与 NH3 形成络合物，将造成结果偏大；缓冲溶液也不可加入过少。

若 NH3-NH4Cl 缓冲溶液加入过少，滴入 Cu2+的酸性溶液后，缓冲溶液的缓冲容量不足，使 pH 值下降，条件稳定常数降低过多，使滴定突跃减少甚至消失，终点难于观察或延后，使结果不准确2） 终点之前，溶液是由紫脲酸铵的红色与紫脲酸铵－Cu 2+形成的黄色、Cu 2+－ATMP络合物的蓝色的混合色而显出不明亮的黄到黄绿色，只有 ATMP、IDPA 全部和 Cu2+络合后，过量的 Cu2+和紫脲酸铵络合物才会显出明亮的黄色若所用的 Cu2+较多，终点也可以是紫脲酸铵－Cu 2+形成的黄色和 Cu2+－ATMP 络合物的蓝色的混合成的绿色快到终点时滴定一定要慢3） 一般讲，终点为黄色时，ATMP 含量较高，突跃也明显若 IDPA 含量过多，终点将会变绿，终点不敏锐，这是因为 IDPA－Cu 2+络合常数较小的缘故5.5. 3　氯化钠含量的测定5.5.3.1 测定的原理 在酸性介质中氯离子与银离子形成氯化银沉淀，沉淀分离后，以KIO3 和淀粉为指示剂，用 KI 标准溶液滴定滤液中的过量硝酸银5.5.3.2 主要试剂和主要仪器（1） AgNO3 标准溶液 c（ AgNO3）=0.02mol/L ；（2） NaCl 标准溶液 c（ NaCl）=0.02mol/L，用已在 500～600℃灼烧恒重的优级纯氯化钠配制；（3） 2，4－二硝基苯酚饱和溶液。

5.5.3.3 测定步骤移取 25.00mL 试液于锥形瓶中，加入 20mL 水和 3～5 滴 2，4－二硝基苯酚饱和溶液，此时溶液为无色逐滴加入氢氧化钠溶液至溶液刚变为黄色，此时 pH=2.8~3.5移入10.00mL 硝酸银标准溶液，有白色沉淀产生再加入 2～3 滴甲基紫溶液，溶液呈蓝色用NaCl 标准溶液滴定至红紫色并伴有沉淀凝聚现象即为终点5.5.3.4 计算氯化物（以 Cl－ 计）的百分含量为： 10)/(46.35(03213 VmcX0.021式中 c1——AgNO3 标准溶液的浓度， mol/L；V1——加入 AgNO3 标准溶液的体积，mL ；c2——NaCl 标准溶液的浓度，mol/L；4V2——滴定用去 NaCl 标准溶液的体积， mL；m0——试样的质量，g；V0——试样的总体积，mL；V——被滴定的试样体积，mL；35.46——Cl-的摩尔质量，g/mol5.5.3.5 注意事项（1） 由于测定时 pH＝2.8~3.5，因此磷酸银不会发生沉淀，故用这种方法磷酸根、亚磷酸根不干扰氯的测定；（2） 在酸性条件下，ATMP 与 Fe3＋ 能形成沉淀，因此不宜采用铁铵矾为指示剂的佛尔哈德法测定 Cl-；（3） 甲基紫有好几种同名试剂，其结构和性质都有些区别，必须用按 GB603生产的甲基紫作指示剂。

5.5. 4　阻碳酸钙垢、磷酸钙垢性能测试有关实验见实验5.5. 5　分散锌性能测试有关实验见实验5.5. 6　对碳钢缓蚀性能的测试有关实验见实验。