火柴头中硫元素

火柴头中硫元素、氯元素的检测
吴健宇 20052401240
一、实验问题的提出
火柴头在火柴盒的侧面摩擦时就会燃烧，一触即发，火焰很大，并伴有白烟
和刺激性气味，查看说明书，火柴盒侧面涂有红磷、Sb
2S
3
、玻璃粉。

火柴头上含
有KClO
3、MnO
2
、S等物质。

那么如何利用实验检验火柴头成分中的硫元素和氯元
素以及氯元素的含量呢？
二、问题解决设想
当火柴燃烧时，硫元素和氧气反应生成二氧化硫，SO
2
具有还原性，将其通
入强氧化性的高锰酸钾溶液或者碘水中观看是否溶液颜色退去来检验SO
2
气体，从而证明火柴头中含有硫元素。

对于氯元素，结合实验室制取氧气的反应，KClO3反应后生成的KCl中含有氯离子，用硝酸银溶液检验，或者直接通过检验KClO3来证明氯元素的存在。

氯元素含量的测定采用化学分析中沉淀的重量分析法或者滴定法进行测定。

三、相关资料查阅综述
火柴盒侧面涂有红磷、Sb2S3、玻璃粉。

火柴头上含有KClO3、MnO2、S等物质。

但火柴燃烧时，依次发生如下反应：
4 P+
5 O2==2 P2O5
2 KClO3==2 KCl +
3 O2↑
2 Sb2S
3 +11 O
2
==2 Sb2O5 + 6 SO2
S+O
2==SO
2
SO
2
具有还原性，将其通入强氧化性的高锰酸钾溶液或者碘水中观察，若溶
液颜色退去，则是该气体为SO
2
，若颜色不退去，则不是。

氯酸钾反应后氯离子的检验可以通过下面的离子反应来检验：
Cl- + Ag+==AgCl↓
若直接检验氯酸钾，则可以通过下面的离子反应原理来检验：
ClO3-+3 NO2-+Ag+== AgCl↓+3 NO3-
对于氯元素的定量实验，在氯化物的溶液中，事先加入少量K2CrO4为指示剂，在pH6.5-10.5（有NH4+存在时pH6.5-7.2）条件下，用AgNO3标准溶液滴定，AgCl 由于溶解度比Ag2CrO4小而先沉淀，当AgCl定量沉淀完后，微过量的AgNO3即可与K2CrO4形成砖红色的Ag2CrO4沉淀，指示终点：
主反应：Ag++Cl- = AgCl↓（白色）
终点时：Ag++CrO42- = Ag2CrO4↓（砖红色）
四、实验设计方案
1.药品和仪器
方案1：火柴、0.01mol/L高锰酸钾酸性溶液、烧杯
方案2：火柴、碘液、试管、试管塞
方案3：火柴、AgNO
3
溶液、稀硝酸
方案4：火柴、AgNO
3溶液、稀硝酸、NaNO
2
溶液
氯元素测定：火柴头、标准AgNO
3
溶液、在蒸馏水、酸式滴定管、锥形瓶、分析
天平
2.实验操作
（1）．硫元素的检验：
方案1：取两个洁净的小烧杯，标记为甲、乙，在乙烧杯中加入10mL浅红色0.01mol/L的高锰酸钾酸性溶液。

将两根安全火柴伸入甲烧杯里，再用一根燃着的火柴点燃火柴头（如图一所示），待火柴头烧完，即将火柴移出，迅速将甲烧杯倒扣在乙烧杯上，轻轻振荡乙烧杯，可见高锰酸钾溶液很快褪为无色。

方案2：点燃火柴，将燃烧所产生之白烟迅速丢入装有碘液
之试管中，迅速使用试管塞塞紧管口，激烈摇动数下，观察颜色变化。

（2）．氯元素的检验：
方案3：将实验方案一中燃尽的火柴头浸泡在少量水中，片刻后取少量溶液
于试管中，向溶液中滴加AgNO
3
溶液和稀硝酸，以检验Cl-。

方案4：将3-4根火柴摘下火柴头，再将火柴头浸于水中，片刻取少量溶液于
试管中，加AgNO
3
溶液、稀硝酸和NaNO2溶液，若出现白色沉淀，说明含有氯元素。

（3）.氯元素的定量：
①查找资料，确定火柴中氯元素的含量，设计实验中火柴头和硝酸银两者的量；或者通过预实验，刮一根火柴头燃烧后的粉末，加入少量K2CrO4为指示剂，在pH6.5-10.5（用氨水调节）条件下，用0.1mol/LAgNO3溶液滴定，估计一根火柴头的药品需要AgNO3的量，从而配置标准的AgNO3溶液，选取适当的火柴头的根数。

②配置0.1mol/L标准AgNO3溶液装于200mL的容量瓶中,装进50ml酸性滴定管中，调零。

③取6根火柴刮取头部药品，用分析天平称取质量，燃烧取粉末，溶于蒸馏水中，加入少量K2CrO4为指示剂，在pH= 6.5-10.5（用氨水调节），0.1mol/L标准AgNO3溶液滴定，记录所用AgNO3的量，通过计算，可求得每克火柴头药品中氯元素的含量。

④取4根火柴头刮取药品，与（3）的实验步骤相同的平行实验。

五、实验过程记录
1.硫元素的检验：
如实验方案中所述的操作，点燃的火柴在两个烧杯之间收集到的气体能够使浅红色0.01mol/L的高锰酸钾酸性溶液退色，证明有SO
2
气体，从而说明火柴头成分中含有硫元素。

同样的方法收集火柴燃烧后的气体，使得碘水退色，证明有SO
2
气体，从而说明火柴头成分中含有硫元素。

2.氯元素的检验：
按照实验方案3中的实验操作步骤进行，可以观察到白色的AgCl沉淀，证明有氯元素的存在。

方案4的实验现象与方案3相同，加入AgNO
3溶液、稀硝酸和NaNO
2
溶液后，出
现AgCl白色沉淀，证明有氯元素的存在。

3.氯元素含量的测定
(1)称得2.8702g AgNO3粉末，用蒸馏水溶解配成200ml的溶液，装进50ml的酸
式滴定管中调零。

（2）取6根火柴刮取头部药品，用分析天平称取质量为0.1287g，燃烧取粉末，溶于蒸馏水中，加入少量K2CrO4溶液为指示剂，用氨水调节pH=8-9，用0.1mol/L 标准AgNO3溶液滴定，记录所用AgNO3的体积为9.20ml.
氯元素的含量计算：9.20ml×0.1mol/L×35.5g/mol÷0.1287g×100%=25.38% (3)取4根火柴头刮取药品, 用分析天平称取质量为0.0838g，燃烧取粉末，溶于蒸馏水中，加入少量K2CrO4溶液为指示剂，用氨水调节pH=8，用0.1mol/L标准AgNO3溶液滴定，记录所用AgNO3溶液的体积为7.28ml.
氯元素的含量计算：7.28ml×0.1mol/L×35.5g/mol÷0.0838g×100%=30.84
六、相关问题探讨
1.检验硫元素时根据硫在空气中燃烧中得到SO2具有还原性，用有颜色的碘水和
高锰酸钾氧化剂检验，通过颜色的变化能够比较明显地观察实验的现象得出结论。

但是这里必须足够稀，稍微有一点颜色就可以了，因为每根火柴头中的硫元素含量不是很多，而且每次同时点火的火柴根数不多。

如果氧化剂的浓度太大，颜色太深，则反应现象就不明显。

2.氯元素的检验时要注意配制溶液时一定要使用蒸馏水，若使用自来水则误差很大，因为直接将AgNO3溶液滴入自来水中便有很多白色的氯化银沉淀析出。

3.在探究氯元素的含量时实验条件探究性很强，我们只是在实验原理的指导下进行的，之前没有真实的实验操作，所以在实验过程中对各条件的具有一定的探究性，比如预实验的过程，探究滴定过程中两种反应成分量的关系，火柴头药品的
量，AgNO3溶液滴定液的浓度，使得在滴定过程中体积读数较适宜，滴定现象比
较明显。

于是，这里对指示剂的选择及用量至关重要，在大学分析实验书中找到相关的指示剂，这里用少量K2CrO4溶液做为指示剂较为合理，并且用氨水来调节
pH，使其在滴定终点能够比较明显地观察到。

而指示剂的用量不能太多，一般为3-5滴，太少时生成的白色沉淀因为原本的火柴头液体中含有一些红褐色杂质显色，使得滴定终点很难判断，而指示剂的量太多时则造成浪费。

实验中第一组数据测得的结果比第二组的要小一些，原因是第二组实验时指示剂的量加入太少，导致滴定终点偏后，因此求得氯元素含量稍高一些。

4.从实验的结果可以知道，火柴头中氯元素的含量比较多，即氯酸钾的含量占80%以上，也就是提高的助燃剂含量较多。

因此，火柴头在点燃的瞬间是制氧气为主要反应为可燃物硫元素提供足够的氧气，是得迅速燃烧，放出大量热量和火焰，起到点火的作用。