磷酸铁锂化学分析方法第1部分总铁的测定三氯化钛还原重铬酸钾.docx
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磷酸铁锂化学分析方法第1部分总铁的测定三氯化钛还原重铬酸钾
磷酸铁锂化学分析方法
第1部分总铁的测定
重铬酸钾滴定法
讨论稿编制说明
一、工作简况(包括任务来源、协作单位、主要工作过程)
1.1任务来源
根据工业和信息化部《关于印发2012年第二批行业标准制修订计划的通知》(工信厅科【2012】119号)文件及全国有色金属标准化技术委员会“关于转发2012年有色金属国家、行业标准制(修)订项目计划的通知”,“磷酸铁锂化学分析方法(5部分)”行业标准制订项目(项目号:
2012-0637T-YS、2012-0638T-YS、2012-0639T-YS、2012-0640T-YS、2012-0641T-YS)由佛山市邦普循环科技有限公司(现更名为广东邦普循环科技股份有限公司)牵头起草,计划完成年限2013年。
1.2起草单位情况
邦普,创立于2005年。
企业总部(广东邦普循环科技股份有限公司)位于广东南海新材料产业基地核心区,总注册资本7645万元人民币;循环基地(湖南邦普循环科技有限公司)位于湖南长沙国家节能环保新材料产业基地,总注册资本6000万元人民币。
邦普,是全球专业的废旧电池及报废汽车资源化回收处理和高端电池材料生产的国家级高新技术企业。
通过几年的快速发展,邦普已形成“电池循环、载体循环和循环服务”三大产业板块,专业从事数码电池(手机和笔记本电脑等数码电子产品用充电电池)和动力电池(电动汽车用动力电池)回收处理、梯度储能利用;传统报废汽车回收拆解、关键零部件再制造;以及高端电池材料和汽车功能瓶颈材料的工业生产、商业化循环服务解决方案的提供。
其中,邦普年处理废旧电池总量超过6000吨、年生产镍钴锰氢氧化物4500吨,总收率超过98.58%,回收处理规模和资源循环产能已跃居亚洲首位。
邦普通过独创的“逆向产品定位设计”技术,在全球废旧电池回收领域率先破解“废料还原”的行业性难题,并成功开发和掌握了废料与原料对接的“定向循环”核心技术,一举成为回收行业为数不多的新材料企业。
邦普是国内同时拥有电池回收和汽车回收双料资质的资源综合利用企业。
邦普围绕电池和汽车回收产业,邦普作为广东省创新型试点企业和战略性新兴产业骨干培育企业,已全面投入电动汽车全产业链循环服务解决方案的研究,以“静脉回收”推动“动脉制造”产业升级,为国家“循环经济”和“低碳经济”多做贡献。
1.3主要工作过程和内容
根据任务落实会议精神,我公司组建《磷酸铁锂化学分析方法》行业标准起草小组,主要由研发检测中心、技术部人员组成。
1.3.1制定编审原则
1)以满足国内磷酸铁锂的实际生产和使用的需要为原则。
提高标准的适用性。
2)以与实际相结合为原则,提高标准的可操作性。
3)完全按照GB/T1.1-2009的要求编写。
1.3.2编制过程
1)申报计划。
2)组建《磷酸铁锂化学分析方法》起草小组,主要由研发检测、技术人员组成。
3)进行调研及资料搜集工作,撰写《磷酸铁锂化学分析方法文献小结》发送至各验证单位征求意见。
4)整理各验证单位意见。
5)形成讨论稿。
6)2013年5月28日,全国有色金属标准化技术委员会在天津召开了有色金属标准工作会议,来自北京有色金属研究院、北京矿冶研究总院、广州有色金属研究院、四川天齐锂业股份有限公司、烟台卓能电池材料有限公司、海门容汇通用锂业有限公司的各位代表对本标准的讨论稿提出了宝贵意见。
7)2013年6月~8月,标准起草小组根据讨论会的意见和建议,对部分方法进行了进一步试验验证,并对标准讨论稿进行了修改、补充、完善,形成了标准预审稿。
二、标准的主要内容
标准由九个部分组成:
范围、规范性引用文件、方法原理、试剂和材料、试样、分析步骤、分析结果的计算、精密度、实验报告。
三、试验报告(附录一)
四、验证报告(附录二)
五、与现行法规、标准的关系
本标准的制定与现行标准没有冲突,且符合国家相关法律法规的规定。
六、重大分歧意见的处理经过和依据
无。
七、预期效果
本项目是为行业标准《磷酸铁锂》制订的配套分析方法,本标准的发布、实施,使磷酸铁锂的分析检测有标准可依,将规范磷酸铁锂的分析检测。
通过对本标准的推广和应用,确保分析数据的准确性,将为国内磷酸铁锂的贸易提供技术支撑和依据,从而能够有效地推动行业的健康发展,无疑具有重要的经济效益和社会效益。
八、标准实施的建议
建议该标准作为推荐性行业标准。
九、废止现有有关标准的建议
本标准为初次制定,无现行相关标准。
十、其他应予以说明的事项
无。
《磷酸铁锂化学分析方法》行业标准起草工作小组
2013.8
附录一
重铬酸钾容量法测定磷酸铁锂中总铁含量
谢英豪,黎俊茂,袁杰
摘要:
在酸性介质中,三价铁离子被二氯化锡还原成二价铁离子,用二苯胺磺酸钠作为指示剂,以重铬酸钾溶液滴定,溶液由绿色变为蓝紫色即为终点,求出总铁含量。
采用灼烧的预处理方法除碳和使用三氯化钛作还原剂对比两者的精密度。
发现不经灼烧使用三氯化碳还原三价铁的方案精密度最高,RSD为0.03%。
关键词:
滴定法;磷酸铁锂;测定;铁
前言:
测定总铁含量的方法有很多种,但归纳起来分为三类,即火焰原子吸收法[1,2]、容量法[3,4]和分光光度法[5,6],目前主要采用分光光度法和容量法进行测定。
本文在借鉴传统分析方法的基础上,研究了以重铬酸钾容量法测定磷酸铁锂正极材料中总铁含量,实验结果良好,该方法能满足科研及产业化生产的需要。
1实验部分
1.1主要试剂
除非另有说明外,在分析中仅使用确认为分析纯的试剂和电阻率不小于18.2MΩ·cm的纯水。
1.1.1盐酸,1+1,以盐酸(ρ=1.19g/mL)稀释。
1.1.2硫酸—磷酸混合溶液:
将15mL浓硫酸缓慢加至70mL水中,冷却后加入15mL浓磷酸混匀。
1.1.3三氯化钛溶液(1+14):
取2mL三氯化钛溶液(约15%的三氯化钛溶液)用盐酸(1+5)稀释至30mL。
1.1.4重铬酸钾标准滴定溶液[c(1/6K2Cr2O7)=0.1mol/L]:
按GB/T601-2002中4.5的方法进行配制。
1.1.5重铬酸钾溶液[c(1/6K2Cr2O7)=0.01mol/L]:
取重铬酸钾标准滴定溶液(4.4)用水稀释10倍,混匀。
1.1.6钨酸钠溶液(250g/L):
称取25g钨酸钠溶于适量水中,加5mL磷酸。
用水稀释至100mL。
1.1.7二苯胺磺酸钠指示剂溶液(5g/L):
称取0.50g二苯胺磺酸钠溶于水中,用水稀释至100mL,混匀,保存在棕色瓶中。
1.2仪器
1.2.150mL酸式滴定管
1.2.2电炉
1.3分析步骤
1.3.1试料
称取0.40g试料,精确至0.0001g。
(试样粒度应不大于0.10mm。
)
1.3.2空白试验
随同试样做空白试验。
1.4测定
1.4.1将试料(1.3.1)置于250mL烧杯中,加入20mL盐酸(1.1.1),盖上表面皿,在通风柜中低温加热至近沸3~5min,用少量水吹洗表面皿,冷却后用滤纸过滤,滤渣用水洗涤5次~7次,滤液接收于250mL锥形瓶中。
1.4.2将试样溶液(1.4.1)加入1mL钨酸钠溶液(1.1.6),在不断摇动下滴加三氯化钛溶液(1.1.3)至试液出现稳定的蓝色,缓慢滴加重铬酸钾溶液(1.1.5)至蓝色消失,或稍等至空气中的氧氧化至蓝色消失。
1.4.3立即加入20mL硫酸—磷酸混合溶液(1.1.2),加4滴二苯胺磺酸钠指示剂溶液(1.1.7),用重铬酸钾标准滴定溶液(1.1.4)滴定至溶液呈紫色30s不消失为终点。
1.5分析结果的计算
铁含量以铁的质量分数
计,数值以%表示,按公式
(1)计算:
(1)
式中:
c——重铬酸钾标准滴定溶液的实际浓度,单位为摩尔每毫升(mol/L);
V——滴定所消耗重铬酸钾标准滴定溶液的体积,单位为毫升(mL);
M(Fe)——铁的摩尔质量,单位为克每摩尔(g/mol)[M(Fe)=55.85g/mol];
m——试料的质量,单位为克(g)。
所得结果表示至小数点后两位。
2结果与讨论
2.1 精密度实验
按照本实验方法测定总铁含量,其平均相对标准偏差不大于0.50%,有很高的的精密度。
结果见表1。
表1精密度实验结果
厂家
总铁含量/%
平均值/%
RSD/%
天齐
32.80
32.81
32.82
32.80
32.81
32.82
32.81
32.81
32.79
32.83
32.81
0.03
卓能
32.59
32.60
32.61
32.63
32.62
32.62
32.62
32.61
32.60
32.63
32.61
0.04
海门
33.21
33.20
33.19
33.20
33.19
33.20
33.19
33.22
33.19
33.22
33.20
0.04
2.2 加标回收率实验
按本实验方法,分别向试样溶液中加入不同量的铁标准溶液,进行加标回收实验,铁的回收率为99.72%~100.20%之间,结果见表2。
表2回收率实验结果
厂家
样品中的含量/mg
加入量/mg
测定量/mg
回收量/mg
回收率/%
天齐
65.66
50
115.57
49.91
99.82
65.66
65
130.79
65.13
100.20
65.66
80
145.61
79.95
99.94
卓能
65.26
50
115.12
49.86
99.72
65.26
65
130.23
64.97
99.95
65.26
80
145.39
80.13
100.16
海门
66.44
50
116.36
49.92
99.84
66.44
65
131.55
65.11
100.17
66.44
80
146.48
80.04
100.05
2.3650℃灼烧样品30min除碳
实验过程:
2.3.1准确称量4.0g样品,放置于坩埚瓷舟中,利用马弗炉将样品从室温加热至650℃保温30min后自然冷却至室温。
将灼烧后的粉末转移至500mL烧杯,用少量水吹洗坩埚瓷舟,加入20mL水和20mL盐酸(1.1.1)盖上表面皿,在通风柜中加热至70~90℃使试样溶解完全,用少量水吹洗表面皿,转移至250mL容量瓶,定容。
2.3.2移取25mL试样溶液(2.3.1)至250mL锥形瓶,加入10mL盐酸(1.1.1),将试样溶液加热至近沸,趁热边摇动锥形瓶边逐滴加入二氯化锡溶液(100g/L),溶液颜色变成淡黄色时,加入6滴甲基橙指示剂(1g/L),溶液颜色由橙变红。
2.3.3再逐滴滴加二氯化锡溶液(50g/L),使溶液(2.3.2)变为淡粉色,再摇几下直至粉色褪去。
2.3.4立即流水冷却,加50mL经煮沸冷却后的水,20mL硫酸—磷酸混合溶液(1.1.2),4~6滴二苯胺磺酸钠指示剂(2g/L),立即用重铬酸钾标准溶液(1.1.4)滴定到稳定的紫红色为终点。
实验结果:
由实验结果表明,灼烧处理后与未经灼烧处理测得的实验结果相差不大,但是灼烧处理后精密度较高,猜测是灼烧处理后样品中的易挥发或可燃烧杂质的含量大大减少。
但是操作较复杂,实验过程费时,仅灼烧过程至少需要半天时间,如果精密度要求高时可以采用。
表1天齐样品灼烧处理实验结果
预处理
总铁含量/%
平均值/%
RSD/%
经灼烧
32.82
32.73
32.81
32.72
32.75
32.77
0.14
未灼烧
32.99
32.71
32.59
32.62
32.83
32.75
0.50
由于高温灼烧后磷酸铁锂中二价的铁转化成三价铁,此时试样溶液呈黄色,用SnCl2还原时需要消耗大量的SnCl2,若先加入甲基橙再滴加SnCl2则甲基橙会与SnCl2反应消耗掉,而起不到颜色指示的作用,建议灼烧后先滴加SnCl2使试样溶液由黄色变成淡黄色再滴加甲基橙,然后继续滴加SnCl2使甲基橙褪色。
对于甲基橙褪色不明显容易造成过量的问题,经查阅文献[7]《理化检验-化学分册》2006年42卷第7期588~593页,甲基橙在分析化学中的应用进展的1.2节提到,略微过量的二氯化锡能把甲基橙还原成氢化甲基橙,并能进一步使氢化甲基橙还原成N,N-二甲基对苯二胺和对氨基苯磺酸纳,从而使略微过量的二氧化锡被消除,并且反应是不可逆的,因此不影响重铬酸钾的滴定。
2.4三氯化钛还原
实验过程:
2.4.1将试料(1.3.1)置于250mL烧杯中,加入20mL水和10mL盐酸(1.1.1),盖上表面皿,在通风柜中低温加热使试样溶解完全,用少量水吹洗表面皿,冷却后用滤纸过滤,滤渣用水洗涤5次~7次,滤液接收于250mL锥形瓶中。
2.4.2将试样溶液(2.2.1)加入1mL钨酸钠溶液(10g/L),边摇动锥形瓶边逐滴加入三氯化钛溶液(1+14)至试液呈蓝色,滴加1g/L重铬酸钾溶液至蓝色消失,或稍等至空气中的氧气氧化至蓝色消失。
2.4.3加50mL经煮沸冷却后的水,加入20mL硫酸—磷酸混合溶液(1.1.2),4~6滴二苯胺磺酸钠指示剂(1.1.7),立即用重铬酸钾标准溶液(1.1.5)滴定到稳定的紫红色为终点。
实验结果:
表2天齐样品三氯化钛还原实验结果
还原剂
总铁含量/%
平均值/%
RSD/%
TiCl3
32.81
32.82
32.81
32.80
32.79
32.81
0.03
SnCl2
32.99
32.71
32.59
32.62
32.83
32.75
0.50
过程中会产生少量白色浑浊,但不影响后续的滴定,由表2实验结果可以看到,使用TiCl3将试样溶液中三价铁还原再用重铬酸钾滴定的方法精密度得到很大的提高,并且实验步骤较简单,无需加热就能还原三价铁离子,并且终点明显,不易过量,操作方便。
2.5灼烧-三氯化钛还原
实验过程:
2.5.1准确称量4.0g样品,放置于坩埚瓷舟中,利用马弗炉将样品从室温加热至650℃保温30min后自然冷却至室温。
将灼烧后的粉末转移至500mL烧杯,用少量水吹洗坩埚瓷舟,加入20mL水和20mL盐酸(1.1.1)盖上表面皿,在通风柜中加热至70~90℃使试样溶解完全,用少量水吹洗表面皿,转移至250mL容量瓶,定容。
2.5.2移取25mL试样溶液(2.5.1)至250mL锥形瓶,然后加入1mL钨酸钠溶液(10g/L),边摇动锥形瓶边逐滴加入三氯化钛溶液(1+14)至试液呈蓝色,滴加1g/L重铬酸钾溶液至蓝色消失,或稍等至空气中的氧气氧化至蓝色消失。
2.5.3加50mL经煮沸冷却后的水,加入20mL硫酸—磷酸混合溶液(1.1.2),4~6滴二苯胺磺酸钠指示剂(1.1.7),立即用重铬酸钾标准溶液(1.1.5)滴定到稳定的紫红色为终点。
实验结果:
表3天齐样品灼烧后三氯化钛还原实验结果
还原剂
总铁含量/%
平均值/%
RSD/%
TiCl3
32.71
32.56
33.07
32.84
32.65
32.76
0.62
SnCl2
32.82
32.73
32.81
32.72
32.75
32.77
0.14
由表3实验结果可以看到,若样品灼烧后使用TiCl3将试样溶液中三价铁还原再用重铬酸钾滴定的方法精密度较低,测定过程出现白色浑浊,并且在实验过程中消耗大量的三氯化钛溶液(1+14),此时需要先用三氯化钛溶液(约15%质量分数)先将试样溶液滴至浅黄色后再用三氯化钛溶液(1+14)滴至蓝色。
而过程中加入的大量的三氯化钛,生成大量的Ti4+,猜测是Ti4+分解成TiO2导致浑浊,影响终点的判断导致精密度下降。
2.6灼烧-氯化亚锡-三氯化钛还原
实验过程:
2.6.1准确称量4.0g样品,放置于坩埚瓷舟中,利用马弗炉将样品从室温加热至650℃保温30min后自然冷却至室温。
将灼烧后的粉末转移至500mL烧杯,用少量水吹洗坩埚瓷舟,加入20mL水和20mL盐酸(1.1.1)盖上表面皿,在通风柜中加热至70~90℃使试样溶解完全,用少量水吹洗表面皿,转移至250mL容量瓶,定容。
2.6.2移取25mL试样溶液(2.6.1)至250mL锥形瓶,趁热边摇动锥形瓶边逐滴加入二氯化锡溶液(1.1.3),溶液颜色变成淡黄色时,立即流水冷却至室温,加入1mL钨酸钠溶液(10g/L),边摇动锥形瓶边逐滴加入三氯化钛溶液(1+14)至试液呈蓝色,滴加1g/L重铬酸钾溶液至蓝色消失,或稍等至空气中的氧气氧化至蓝色消失。
2.6.3加50mL经煮沸冷却后的水,加入20mL硫酸—磷酸混合溶液(1.1.2),4~6滴二苯胺磺酸钠指示剂(1.1.7),立即用重铬酸钾标准溶液(1.1.5)滴定到稳定的紫红色为终点。
实验结果:
表4天齐样品灼烧后三种还原剂实验结果
还原剂
总铁含量/%
平均值/%
RSD/%
SnCl2
32.82
32.73
32.81
32.72
32.75
32.77
0.14
TiCl3
32.71
32.56
33.07
32.84
32.65
32.76
0.62
SnCl2+TiCl3
32.73
32.78
32.77
32.75
32.77
32.76
0.06
由表4实验结果可以看到,若样品灼烧后使用先滴加SnCl2,再滴加TiCl3将试样溶液中三价铁还原再用重铬酸钾滴定的方法精密度较高,测定过程不会出现白色浑浊。
对比2.2的方法不灼烧直接用TiCl3还原结果相差不大,并且都有很高的精密度。
虽然直接用TiCl3还原会产生少量白色浑浊,但不影响滴定。
没有对比不灼烧用SnCl2+TiCl3还原,因为不灼烧时溶液中Fe(Ⅲ)含量较少,用两种还原剂显得没有必要。
3结论
本实验以二氯化锡将Fe(Ⅲ)还原成Fe(Ⅱ),用二苯胺磺酸钠作为指示剂,以重铬酸钾溶液滴定,溶液由绿色变为蓝紫色即为终点,求出总铁含量。
在还原Fe(Ⅲ)时甲基橙与二氯化锡反应较慢,溶液为淡粉色时每滴加二氯化锡时需摇动15s以上,待放置30s后再滴加第二滴,虽然操作不当容易导致二氯化锡过量,但是稍微过量的二氯化锡能把甲基橙还原成成氢化甲基橙,并能进一步使氢化甲基橙还原成N,N-二甲基对苯二胺和对氨基苯磺酸纳,从而使略微过量的二氧化锡被消除,由于反应是不可逆的,不影响重铬酸钾的滴定。
灼烧后与未经灼烧以甲基橙还原三价铁测定的结果相近,但灼烧后实验结果的精密度更高;未灼烧的样品分别以甲基橙和TiCl3还原,以TiCl3还原具有更高的精密度,并且在所提出的方法中最高;灼烧后的样品分别以甲基橙和TiCl3还原,过程中出现白色沉淀影响终点的判断,以TiCl3还原精密度较低,而且是所提出的方法中最低。
参考文献
[1]CB/T3905.12-2005,锡基轴承合金化学分析方法第12部分:
原子吸收光谱法测定铁量.
[2]GB/T11067.6-2006银化学分析方法铁量的测定火焰原子吸收光谱法.
[3]GB/T11841-1989二氧化铀粉末和芯块中铀的测定硫酸亚铁还原/重铬酸钾氧化滴定法.
[4]GB/T14506.5-2010硅酸盐岩石化学分析方法第5部分:
总铁量测定.
[5]GB/T14427-2008锅炉用水和冷却水分析方法铁的测定.
[6]DL/T502.25-2006火力发电厂水汽分析方法第25部分:
全铁的测定(磺基水杨酸分光光度法).
[7]贾海红,孙桂进,马卫兴,等.甲基橙在分析化学中的应用进展[J].理化检验-化学分册,2006,42(7):
588-593.
附录二
磷酸铁锂化学分析方法
第一部分:
总铁的测定重铬酸钾滴定法
验证报告
验证单位:
四川天齐锂业股份有限公司
验证人:
何霞姚丽罗玉萍李仕红
验证时间:
2013-3-1——2013-4-27
验证环境:
温度25—27℃湿度60—70%
1范围
本部分规定了采用重铬酸钾滴定法测定磷酸铁锂中铁含量的分析方法。
本部分适用于磷酸铁锂中铁含量的测定。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T601-2002 化学试剂标准滴定溶液的制备
GB/T625-2007化学试剂硫酸
GB/T1282-1996化学试剂磷酸
3方法原理
在盐酸溶液中,以甲基橙为指示剂,用二氯化锡将铁(Ⅲ)还原成铁(Ⅱ),用甲基橙消去稍过量的锡(Ⅱ)。
然后以二苯胺磺酸钠为指示剂,用重铬酸钾标准溶液滴定铁(Ⅱ)至溶液呈稳定的紫红色即为终点,其反应式如下:
2FeCl
+SnCl
+2Cl
SnCl
+2FeCl
(CH3)2NC6H4N=NC6H4SO3Na
(CH3)2NC6H4NH—NHC6H4SO3Na
(CH3)2NC6H4H2N+NH2C6H4SO3Na
6Fe2++Cr2O
+14H+
6Fe3++2Cr3++7H2O
4试剂和材料
除非另有说明外,在分析中仅使用确认为分析纯的试剂和电阻率不小于18.2MΩ·cm的纯水。
盐酸(ρ=1.19g/mL)。
硫酸—磷酸混合溶液:
将15mL浓硫酸(GB/T625-2007)缓慢加至70mL水中,冷却后加入15mL浓磷酸(GB/T1282-1996)混匀。
二氯化锡溶液(100g/L):
称取10g二氯化锡溶于40mL盐酸(4.1)中,低温加热使其完全溶解,冷却后用水稀释至100mL,加一粒锡粒,置棕色瓶中保存(若溶液浑浊则需用滤纸过滤)。
二氯化锡溶液(50g/L):
移取10mL二氯化锡溶液(4.3),用水稀释至20mL,加一粒锡粒,置棕色瓶中保存。
重铬酸钾标准滴定溶液[c(1/6K2Cr2O7)=0.1mol/L]:
按GB/T601-2002中4.5的方法进行配制。
甲基橙指示剂(1g/L):
称取0.10g甲基橙,溶于70℃水中,冷却,稀释至100mL,混匀。
二苯胺磺酸钠指示剂(2g/L):
称取0.20g二苯胺磺酸钠溶于水中,用水稀释至100mL,混匀,保存在棕色瓶中。
5试样
试样粒度应不大于0.10mm。
6分析步骤
6.1试料
称取0.4000g试样,精确至0.0001g。
6.2测定次数
进行两次独立的测定,取其平均值。
6.3空白试验
随同试料做空白试验。
6.4测定
6.4.1将试料(6.1)置于250mL烧杯中,加入20mL水和10mL盐酸(4.1),盖上表面皿,在通风柜中低温加热使试样溶解完全,用少量水吹洗表面皿,冷却后用滤纸过滤,滤渣用水洗涤5次~7次,滤液接收于250mL锥形瓶中。
6.4.2将试样溶液(6.4.1)加热至近沸,加入6滴甲基橙指示剂(4.6),趁热边摇动锥形瓶边逐滴加入二氯化锡溶液(4.3),溶液颜色由橙
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- 磷酸 化学分析 方法 部分 测定 氯化 还原 重铬酸钾