化工分析的主要任務是定量分析。滴定分析是定量分析的基礎(chǔ)和重點,它是根據(jù)物質(zhì)的化學計量關(guān)系,通過滴定操作實現(xiàn)定量分析的化學分析方法,是化工專業(yè)學生必須掌握的基本操作技能之一。在教學實踐中發(fā)現(xiàn),學生普遍感到滴定分析知識雜亂,計算繁瑣,實驗無章可尋,盡管也能依葫蘆畫瓢地完成一些實驗和習題,但最后仍理不清頭緒。

筆者認為,在教學實踐中注重滲透幾個重要關(guān)系,可以收到高屋建瓴地把握教材內(nèi)容、提高教學質(zhì)量的效果。

理清縱橫的關(guān)系,掌握滴定分析的共同特點

從滴定過程上看,滴定分析一般包括采樣與制樣(包括粉碎、縮分等),試樣處理(包括試樣的溶解、必要的分離等),對指定成分進行定量測定,計算和報告分析結(jié)果四個步驟。從化學反應是否適用于直接滴定的基本條件上看,要具備反應按化學計量關(guān)系定量進行、反應必須進行完全、反應速率要快、有適合的指示劑或其他方法簡便可靠地確定終點等四個條件,否則可考慮采用間接滴定。從儀器和操作技術(shù)上看,每個具體滴定要包括:滴定管、容量瓶、吸管、錐形瓶、分析天平等儀器及使用技術(shù)。這些都是貫穿在每一滴定分析中的縱線。

滴定分析方法主要有四種:酸堿滴定法、配位滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法。四種方法是并列平行的橫向關(guān)系。這些橫向內(nèi)容中隱含著縱向關(guān)系。四種方法都是建立在相應的四大溶液平衡理論基礎(chǔ)上的(如酸堿滴定法以酸堿平衡理論為基礎(chǔ)),特點各異,但是在各個部分內(nèi)容上都是圍繞著“平衡理論→滴定原理→定量分析”這個從“面”到“線”再到“點”的“縱”主線展開的。

理清滴定分析知識的縱橫關(guān)系,可以起到整體性抓住教材的作用。不論是滴定分析的方法、方式(采用直接滴定還是間接滴定)的選擇,還是具體儀器的使用和操作技術(shù)、滴定過程的實施,都是為了完成一個具體的、完整的滴定分析任務。隨著這樣一個又一個的滴定分析任務學習(章節(jié)學習),不斷滲透這種縱橫關(guān)系,就會使學生有種既見樹木又見森林的頓悟。這時,再趁熱打鐵要求學生歸納出滴定分析的共同特點,就會完成知識的順應、同化。

要利用適當?shù)臅r機和課型,幫助學生建構(gòu)滴定分析知識的縱橫關(guān)系。學期初、各章節(jié)學習前、考試前后、實驗前后、作業(yè)時以及復習課上、習題課上,學生質(zhì)疑詢問之時,甚至交流談心之時,均是建構(gòu)知識縱橫關(guān)系的良機。應鼓勵、幫助學生利用列表格比較、畫滴定分析流程示意圖和關(guān)系圖等方法理清這些縱橫關(guān)系。

理清質(zhì)量關(guān)系,細化具體滴定操作

滴定分析是通過標準溶液(滴定劑,用A表示)與待測組分(用B表示)進行定量反應,利用指示劑確定化學計量點,再根據(jù)標準溶液A消耗的體積和濃度計算待測組分B的含量的方法,是一種定量分析。每一個具體滴定,都發(fā)生了化學反應,A、B乃至指示劑都發(fā)生了質(zhì)的變化。A與B的定量反應,由指示劑的質(zhì)變指示判斷。這些質(zhì)變最終由A消耗的體積量(用VA表示)來反映并進而計算B的含量。從這個意義上講,A消耗的體積量的準確測定是分析過程的出發(fā)點和著重點,是提高分析結(jié)果準確度和精密度的關(guān)鍵。

理清滴定分析的質(zhì)量關(guān)系,就能細化具體滴定操作。不同的滴定方法,同一種滴定方法中的具體滴定實例,涉及的反應和條件控制大相徑庭。這時怎樣準確測定VA這個量是一直伴隨在滴定過程中的關(guān)鍵。如用鹽酸標液滴定氨水時,采用返滴定法,用甲基紅——亞甲基藍混合液作指示劑效果較好。這與用鹽酸標液滴定NaOH溶液時,用甲基紅作指示劑就可以達到效果不一樣。認識了這些差異性,通過嚴格控制量來實施好滴定條件和步驟,就能完成一項滴定操作。

正確、規(guī)范的滴定操作是準確測定A消耗的體積量的前提和保證。滴定操作有共性要求和差異性要求。共性要求如正確進行儀器洗滌和使用儀器;取固體試樣時至少的質(zhì)量(如常量分析中不小于0.1g);標液濃度配制范圍(如酸堿滴定一般為0.1~1.0mol/L);A消耗的體積量(一般為20~30mL)等等。差異性要求如:指示劑的選擇(如強酸滴強堿用甲基橙,強堿滴強酸用酚酞);指示劑的加入時間(如直接碘量法與間接碘量法中,何時加淀粉溶液);酸度的控制(如測定水中鈣鎂離子總量時與測定水中鈣離子含量時的PH)等等。這些要求的正確、規(guī)范、合理的實施,能保證VA的準確可靠。有些要求本身即有量的要求,它也能幫助理解有哪些因素制約VA和B含量的準確測定。當然,由于滴定分析注重定量,學生沒有科學嚴謹?shù)膽B(tài)度、精益求精的精神是難以做好的,這些需要教師的重視、培養(yǎng)。

理清主次關(guān)系,提高計算和實驗能力

滴定分析內(nèi)容有主次之分,如滴定操作就是主要內(nèi)容。每一具體滴定也有主次之分,如A、B的反應計量關(guān)系、滴定操作條件的控制等等是主,副反應關(guān)系、緩沖劑或掩蔽劑發(fā)生的反應可能是次。

理清主次關(guān)系,對解決困擾學生的“計算煩瑣、實驗無章可尋”兩大問題會有所幫助。比如在用滴定碘法測定試樣中銅含量時,主要反應關(guān)系有:2Cu2++4I-=2CuI↓+I2,I2+2S2O32-=2I-+S4O62-;次要反應關(guān)系有:掩蔽劑NaF掩蔽干擾離子Fe3+的反應Fe3++6F-=FeF63-,指示劑淀粉與I2的反應等。理清了這些主次關(guān)系,易得計算時的計量關(guān)系為2Cu2+~(I2)~2S2O32-。另外,在此實驗中,還加入了一些氧化性、酸堿性物質(zhì)(如硝酸、飽和碳酸鈉溶液、乙酸溶液)來去除試樣中其他還原性物質(zhì)和調(diào)節(jié)酸度。認識了這些,實驗時就知道其所以然了。

為了提高學生的計算和實驗能力,一方面要提高學生對主次關(guān)系的認識,另外,還可以從以下幾方面著手:(1)總結(jié)出列一個總計算式的技巧(如關(guān)系式aA~bB中nB=(b/a)nA的計量系數(shù)b/a的記憶方法)和注意點(如單位);(2)歸納一些常見的計算類型(如直接滴定與返滴定的計算公式的式樣);(3)比較分析結(jié)果的表示方法與換算方法(如質(zhì)量濃度ρB與滴定度T的表示及換算);(4)學生實驗中加強巡視指導;(5)分要求、分步驟的強化基本操作訓練;(6)實驗中要求學生一直圍繞關(guān)鍵點、提高VA的準確度操作;(7)布置實驗思考題等等。主次關(guān)系是一對矛盾,在抓住主要矛盾或矛盾的主要方面的時候,不要忽略次要矛盾或矛盾的次要方面對它們的影響,否則可能會欲速則不達。

理清理論與實踐的關(guān)系,提高學生對滴定分析的應用能力

滴定分析是建立在溶液平衡理論基礎(chǔ)上,根據(jù)物質(zhì)的化學反應計量關(guān)系,通過滴定操作實現(xiàn)定量分析的化學分析方法。但是,A與B理論上能反應并不代表二者在實際操作中就能反應,這涉及滴定分析的可行性問題。A與B如能建立起較好的定量關(guān)系,一方面在理論上滴定平衡常數(shù)K是決定因素。K越大,滴定反應越完全,滴定的準確度越高,理論上越具有可行性;另一方面是在實驗上如何控制合適的條件來實現(xiàn)A、B兩者間的計量關(guān)系,如滴定方式的選擇、反應物濃度大小的確定、正確選擇指示劑和其他條件等,從而保證滴定終點和計量點較好吻合,使誤差滿足具體工作要求,才能在實踐上具有可行性。

滴定理論的學習是為了完成滴定操作,是為了應用。較好地理清上述理論與實踐關(guān)系,就能把握、體會理論在實驗實踐中的具體應用,提高學生的應用能力。例如在氧化還原滴定中,根據(jù)lgK′=■(25℃時),如能知道影響K′的因素是兩可逆電對的電子轉(zhuǎn)移數(shù)和條件電勢差,而與氧化劑、還原劑的濃度無關(guān)。就可以理解在K2Cr2O7滴定Fe2+的實驗中,為什么用加入H3PO4來降低Fe3+/Fe2+電對的條件電勢(即E02′),增大K′和滴定突躍范圍,從而提高二苯胺磺酸鈉指示劑的靈敏度的。理清理論與實踐關(guān)系使學生知道了“為什么”和“應怎樣”,為有目的、有主見、能動地滴定分析指明了方向,有“更識廬山真面貌”之效。

對滴定分析基礎(chǔ)知識進行系統(tǒng)梳理和強化基本操作技能訓練,是提高應用能力的主要途徑。建構(gòu)主義認為:學習是積極主動的意義建構(gòu)和社會互動過程。教學要引導學生從原有的經(jīng)驗出發(fā),建構(gòu)起新的經(jīng)驗。為此,教師應該引導學生在社會互動過程中主動建構(gòu)兩類聯(lián)系:一是當前所學知識成分之間的聯(lián)系,二是新舊知識之間的聯(lián)系。將所學知識進行系統(tǒng)的整合,融會貫通,形成知識鏈、思維鏈,能使這些聯(lián)系有效快捷地建立。這樣,學生就能建構(gòu)起新經(jīng)驗、高能力。同時,由于滴定分析以實驗操作為主,要提高應用能力,平時強化基本操作是必不可少的。知識的系統(tǒng)梳理和基本操作技能的強化,為解決開放性、綜合性的滴定分析問題做出了較好的鋪墊工作。要盡量在實驗室、校內(nèi)外實訓基地進行教學,讓學生在真實情境中建構(gòu)起新的經(jīng)驗,提高應用能力。

總之,滴定分析的各個章節(jié)之間相互聯(lián)系,各滴定方法之間有異同。教師唯有在科學方法指引下,幫助學生理清章節(jié)內(nèi)容之間的關(guān)系,本著理實結(jié)合、提高應用能力的宗旨,不斷堅持,才能使學生內(nèi)化知識,從而提高化工滴定分析的教學質(zhì)量。

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作者簡介:

張曙光(1968—),男,江蘇揚州人,江蘇省江都市職教集團講師,主要從事化工教學與教學管理。

(本文責任編輯:謝良才)