SxO62-(x=5,6)的制备、稳定性和反应性

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fenghuirong
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本文对连五硫酸盐和连六硫酸盐的实验室制备、分子结构表征以及在碱性条件下的分解反应动力学进行了研究,通过高效液相色谱(HPLC)和毛细管电泳(CE)技术对SxO62-(x=5,6)水解反应过程中所出现的物质进行分离测定,同时实现反应过程中的硫氧化合物和其他可检测物质的实时监测,在此基础上对SxO62-(x=5,6)分解反应的动力学机理进行确定,探索连多硫酸盐分解反应过程中速率控制步骤的反应速率常数、反应物的反应级数、硫硫键断裂方式以及反应产物可能性的规律性研究,从而揭示连多硫酸盐在碱性条件下的稳定性和反应性情况。  在不同反应背景下建立各种硫氧化合物(尤其是连多硫酸盐)的仪器分析方法,在碱性pH值范围内,通过改变离子对物质(四丙基氢氧化铵(TPAOH))的浓度、乙腈和水的百分比以及流动相的流速等分离条件优化实现对硫氧化合物(S2O32-和SxO62-(x=4,5,6,7))的定性与定量检测、分离,尽量缩短分离分析过程的时间,在分离过程中保持反应溶液的原有性,保证动力学及其反应机理的真实性和准确性。整个实验过程在恒温搅拌状态下完成的,反应溶液放置于恒温振荡仪中,设置温度在25±0.1oC,同时在进行亚硫酸盐参与的反应时,实验全程是在氮气保护下完成的,并且所有溶液包括反应缓冲溶液、液相色谱流动相溶液等全部经过氮气保护,防止溶液中氧气的存在对反应有影响。  对连五硫酸盐S5O62-在碱性条件下(pH=9.30-10.88)的分解反应动力学以及分解反应的路径机理进行了研究,实验过程利用高效液相色谱HPLC和毛细管电泳CE来检测分解反应过程中的含硫化合物(连五硫酸盐S5O62-、硫代硫酸盐S2O32-和连四硫酸盐S4O62-)的瞬时浓度,监测浓度随时间的动力学变化情况。在对连五硫酸盐S5O62-分解反应动力学研究之前我们考察了缓冲溶液的类型以及缓冲溶液的离子强度对分解反应的影响,通过比较我们选择离子强度I=50mM、缓冲溶液为碳酸盐缓冲对连五硫酸盐S5O62-的碱性分解进行研究。  利用初始速率法对连五硫酸盐碱性分解反应中的速率控制步骤的速率常数k、反应物连五硫酸盐S5O62-和氢氧根离子OH-的反应级数进行求解,得到k=0.805M-1s-1、分解反应对于连五硫酸盐和氢氧根离子均为一级反应。同时考察了连五硫酸盐的不同初始浓度[S5O62-]0和不同的pH值([OH-])环境对分解反应的影响。在分析含硫化合物的动力学曲线变化情况以及整个反应过程中含硫总量物质的平衡之后提出含有11种物质参与的10步反应路径的动力学机理模型,并利用动力学计算软件ZITA对反应机理拟合实验中监测的81组动力学曲线中1200多个实验点,实现连五硫酸盐分解反应的路径机理的确定。  文章对弱碱性环境(pH=8.93–9.89)中的连六硫酸盐碱性分解动力学进行了研究,利用高效液相色谱HPLC将整个连六硫酸盐分解反应过程中出现的硫氧化合物在35min内进行成功定性分离和定量测定,除了产物硫代硫酸盐之外,连五硫酸盐、连四硫酸盐和连七硫酸盐作为反应中间产物可以被检测到,同时对检测到的含硫化合物的动力学曲线进行绘制,得到较为完整的反应过程动力学变化情况。在对连六硫酸盐碱性分解动力学系列研究之前,对连六硫酸盐的分解反应pH值范围进行了探索。  利用初始速率法对连六硫酸盐分解反应的初始反应速率、反应物的反应级数进行了研究,发现连六硫酸盐碱性分解反应对于连六硫酸盐来说不是一级反应,比一级反应稍高,而对于氢氧根离子来说则为0.8,因此这就得考虑到连六硫酸盐除了与氢氧根离子存在依赖关系之外,还有一部分是独立于氢氧根反应的二级反应。初始浓度和pH值同样影响着连六硫酸盐的分解过程以及反应产物与中间物的生成过程。随着连六硫酸盐初始反应浓度的增加分解加快,产物和中间产物生成加快。  与连五硫酸盐分解反应在反应级数上的不同使得对连六硫酸盐碱性分解要考察产物和中间物对分解反应的影响,发现硫代硫酸盐能够加速连六硫酸盐的分解速率而自身生成过程没有发生变化,说明硫代硫酸盐能够催化连六硫酸盐的重排反应;亚硫酸盐跟连六硫酸盐的反应速率十分迅速,因此连六硫酸盐的浓度在开始时就下降到一定的数值,而亚硫酸盐与硫单质反应生成的硫代硫酸盐又催化部分连六硫酸盐分解成连五硫酸盐,所以亚硫酸盐对连六硫酸盐的消耗和连五硫酸盐的生成有一定影响,对其他产物如硫代硫酸盐和连四硫酸盐的生成影响不大;连四硫酸盐对连六硫酸盐的分解反应几乎没有影响。  在对在连六硫酸盐分解过程中含硫化合物的动力学曲线变化情况初始速率法分析以及考察产物及中间产物对连六硫酸盐的分解反应影响之后,提出含有14种物质参与的11步反应路径的动力学机理模型,并利用动力学计算软件ZITA对反应机理拟合实验中监测的64组动力学曲线中1100多个实验点,确定了连五硫酸盐分解的反应机理。
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