劉淑珍

(北京工業(yè)大學環(huán)境與能源工程學院 北京 100124)

飲用水實驗
——推薦一個針對非化學專業(yè)的生活化學實驗

劉淑珍

(北京工業(yè)大學環(huán)境與能源工程學院 北京 100124)

在非化學專業(yè)本科生生活化學實驗課程中嘗試開設飲用水實驗，針對非化學專業(yè)學生的特點，重新設計實驗的教學內(nèi)容，通過貼近生活的實驗內(nèi)容，普及飲用水常識，培養(yǎng)學生的化學科學素養(yǎng)。

飲用水 實驗教學 生活化學實驗

生活化學實驗課為我校的一門通識教育課，選修該課的學生大多數(shù)是人文、經(jīng)管、土木工程等非化學專業(yè)的學生，這些學生的特點是大學期間不再學習化學，甚至高中也沒有動手做過化學實驗。飲用水實驗作為生活化學實驗課的項目之一，針對非化學專業(yè)學生的特點，不應像傳統(tǒng)化學實驗課一樣強調(diào)理論知識和實驗基本操作，而應該在實驗教學中淡化對理論知識的要求，重新設計實驗教學目標和教學過程，將化學與生活更緊密地聯(lián)系起來，從而提高學生的實驗興趣[1]。

飲用水實驗的實驗內(nèi)容密切聯(lián)系生活，在課堂上教師引導學生做實驗，并為學生準備簡易版的實驗指導書。一方面學生通過實驗指導書和教師的引導可以更好地完成實驗，另一方面實驗指導書上有些內(nèi)容需要學生根據(jù)實驗步驟和實驗現(xiàn)象去完成，這有助于學生仔細觀察實驗現(xiàn)象、思考實驗原理。

1 實驗目的

① 了解我國《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生標準》的內(nèi)容； ② 判斷飲用水的總硬度是否符合國家飲用水水質(zhì)標準； ③ 判斷飲用水的氯含量是否符合國家飲用水水質(zhì)標準； ④ 判斷飲用水的溶解性總固體是否符合國家飲用水水質(zhì)標準； ⑤ 科學認識飲用水，提高飲用水衛(wèi)生安全意識，指導學生健康飲水。

2 實驗原理

水是生命之源，一個成年人每天至少要補充2.5升水才能滿足人體新陳代謝的需要。近年來，水環(huán)境污染日趨嚴重，飲用水污染事故頻發(fā)[2-3]， 一次又一次地引起人們對飲用水的擔憂，飲用水的安全也成為了媒體的焦點。由于人們普遍缺乏飲用水的安全常識，不知如何判斷飲用水是否安全，加之水的污染往往看不見，聞不到，甚至嘗不出來，所以更容易引起恐慌。

在生活中經(jīng)常飲用的水有：自來水、純凈水、礦泉水、礦物質(zhì)水等。對于飲用水是否合格，通常測定飲用水中的幾種典型指標是：pH、總硬度、氯化物含量、TDS值。

總硬度的測定常采用絡合滴定法，即在pH=10的NH3-NH4Cl緩沖溶液中，以鉻黑T為指示劑，向一定量的飲用水中滴加EDTA標準溶液，當溶液顏色由紫紅色變?yōu)榧兯{色時為滴定終點。根據(jù)式(1)可計算水樣的總硬度。

(1)

式中ρ2為水樣的總硬度(單位：mg/L) (以CaCO3計)；c1為EDTA標準溶液的濃度(單位：mol/L)；V1為EDTA標準溶液所消耗的體積(單位：mL)；V2為水樣的體積(單位：mL)。

(2)

式中ρ2為水樣的氯含量(單位：mg/L)(以Cl-計)；c1為AgNO3標準溶液的濃度(單位：mol/L)；V1為AgNO3標準溶液所消耗的體積(單位：mL)；V2為水樣的體積(單位：mL)。

TDS是英文total dissolved solid的縮寫，中文譯名為溶解性總固體，單位為毫克/升(mg/L)，它表明一升水中含有可溶性固體物質(zhì)的毫克數(shù)。其測量原理是通過測量水的電導率間接反映出TDS值。相對來說，水越純凈， TDS值就越低，反之就越高。

3 實驗用品

公共用品： 0.02000 mol/L EDTA標準溶液，鉻黑T，0.005 mol/L AgNO3標準溶液，0.5% K2CrO4溶液，NH3-NH4Cl緩沖溶液(pH=10)，pH試紙，TDS筆，自來水，去離子水。

小組用品：鑷子，10 mL量筒，25 mL量筒，滴管，錐形瓶，玻璃棒，洗瓶。

自備水樣：學生在實驗課前準備好200 mL飲用水，可以是桶裝水、白開水或者超市購買的飲用水。如果不是超市購買的瓶裝水，需要自己準備干凈的塑料瓶。裝水樣之前將塑料瓶用待測水樣潤洗至少3遍，然后裝入待測水樣密封好。

4 實驗步驟

4.1 水樣酸度的測定

用玻璃棒蘸取少許待測水樣到pH試紙上，然后根據(jù)pH試紙顏色的變化對照標準比色卡讀取待測水樣的pH。

4.2 水樣硬度的測定

用25 mL量筒量取25 mL待測水樣于150 mL錐形瓶中，加1 mL pH=10的 NH3-NH4Cl緩沖溶液，再加少許鉻黑T。用10 mL量筒量取10 mL 0.02000 mol/L EDTA標準溶液。用滴管向錐形瓶中逐滴加入EDTA標準溶液，邊滴加邊觀察錐形瓶內(nèi)溶液的顏色變化。當錐形瓶內(nèi)溶液的顏色由紫紅色變?yōu)榧兯{色時停止滴加，并記下消耗EDTA標準溶液的體積，重復測定一遍。根據(jù)式(1)計算水樣的總硬度。

4.3 水樣氯含量的測定

用25 mL量筒量取25 mL待測水樣于150 mL錐形瓶中，加1 mL 0.5% K2CrO4溶液。用10 mL量筒量取10 mL 0.005 mol/L AgNO3標準溶液。向錐形瓶中逐滴加入AgNO3標準溶液，邊滴加邊觀察錐形瓶內(nèi)的顏色變化。當錐形瓶中黃色渾濁呈現(xiàn)橙紅色時，停止滴加，并記下消耗AgNO3標準溶液的體積，重復測定一遍。根據(jù)式(2)計算水樣的氯含量。

4.4 水樣TDS的測定

用TDS筆測定TDS。具體測定方法如下：拿下筆套，打開TDS筆開關，將TDS筆用待測水樣潤洗3～5遍，將筆放入待測水樣中至水位線，待讀數(shù)穩(wěn)定(2～6秒)后, 按HOLD鍵鎖定數(shù)值，讀取數(shù)值，重復測定一遍。使用完畢后擦干筆頭上的水，將筆套蓋回。

5 實驗結果及討論

所有指標測定完畢，教師和學生一起對測定水樣的各項指標進行分析。經(jīng)過對實驗結果的分析，發(fā)現(xiàn)有時同一類型的水樣不同學生的測試數(shù)據(jù)相差很大。 在這種情況下，教師引導學生分析實驗原因，發(fā)現(xiàn)有的學生是沒有判斷好滴定終點，有的學生是在公式計算中出現(xiàn)錯誤。 通過對實驗結果的分析，加深學生對實驗原理的理解，強化生活和化學的聯(lián)系，提高學生分析、解決問題的能力。 隨后，教師和學生一起對不同類型的水樣測試結果進行分析，并根據(jù)國家衛(wèi)生部發(fā)布的我國生活飲用水衛(wèi)生標準(GB5749-2006)中飲用水相關指標的標準，判斷測定水樣中的各項指標是否符合國家標準；引導學生思考為什么不同類型的水會出現(xiàn)指標的差異，以及各項指標的大小對人體健康的影響。

6 教學建議

① 要求學生準備待測水樣，學生對于自己準備的水樣很關注，也都非常好奇自己每天或經(jīng)常喝的水的各項指標到底是多少。這樣能提高學生做實驗的積極性?，F(xiàn)在市面上飲用水種類非常多，每個學生準備的水樣可能都不相同，這就要求指導教師了解飲用水的種類，并對常見種類的飲用水進行相應指標的測定，從而了解不同種類飲用水的各項指標值。這樣就可以在實驗中判斷學生測定的水樣指標值是否正確。

② 建議在實驗過程中，除了自帶水樣的測定之外，增加對比水樣的測定。飲用水實驗在開設之初只測待測水樣，這時就可能由于學生的自帶水樣為硬度偏低的純凈水，在測定硬度時會很快到達滴定終點，導致學生不能看到硬度高時的現(xiàn)象。為了解決這個問題，從2013年開始，在實驗中增加了對比水樣的測定，由教師根據(jù)學生自帶水樣的種類指定對比水樣。如果自帶水樣為白開水等硬度偏高的水，則以實驗室的去離子水為對比水樣；如果自帶水樣為純凈水等硬度偏低的水，則以自來水為對比水樣。

③ 對非化學專業(yè)的學生降低實驗基本操作的訓練，更加關注對學生化學素養(yǎng)的培養(yǎng)。在本實驗剛開出時，總硬度和氯含量的測定都采用定量分析的方法，但在實驗中發(fā)現(xiàn)選修該課的學生化學基礎知識較少，操作能力較弱，經(jīng)研究決定將原來的定量實驗改為半定量實驗，簡化了相應的操作，用量筒和滴管代替酸式滴定管，這樣就減少了對酸式滴定管的操作要求，降低了實驗難度。另外，在實驗的關鍵步驟，比如變色反應發(fā)生時，提醒學生注意觀察實驗現(xiàn)象，引導學生思考與實驗現(xiàn)象相關的實驗原理。

7 結語

從2012年開始，我們在生活化學實驗課程中開設了飲用水實驗。該實驗的實驗用品盡量生活化；在實驗過程中，由教師引導學生進行實驗，以提高學生的興趣。通過教學實踐，發(fā)現(xiàn)學生做實驗的積極性很高，在實驗過程中都很認真。許多學生在完成飲用水實驗后的感想和收獲中表示：通過飲用水實驗，重新認識了水，提高了關注水安全的意識，并且學會了檢測飲用水指標的一些方法，為以后健康飲水起到了指導作用。

經(jīng)過近幾年對飲用水實驗的改進與實踐，給非化學專業(yè)的學生提供了提高化學科學素養(yǎng)的機會。學生通過該實驗，不僅進一步了解了飲用水標準和生活中飲用水指標的測定方法，也提高了學生的動手能力，培養(yǎng)了學生的科學素養(yǎng)。

[1] 陳永寶，訾學紅，劉淑珍. 大學化學，2013 28(6)：17

[2] 李麗娟,梁麗喬,劉昌明,等. 地理學報，2007，62(9)：917

[3] 肖羽堂,張晶晶,吳鳴,等. 長江流域資源與環(huán)境，2001，10(1)：51

[4] 吳洣廲. 北京自來水的信任危機. 北京科技報. 2013-01-14

The Analysis of Drinking Water*——Recommending a Daily-life Related Experiment for the Non-chemistry Majored Students

Liu Shuzhen**Bai Guangmei Chen Yongbao Wang Xiayan

(CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)

Analysis of drinking water, including a few steps of measurements, is offered to the elective Chemical Experiments in Life course for non-chemistry majored undergraduates. The creative design, practice-based procedure was introduced to improve the scientific literacy of the undergraduates.

Drinking water; Laboratory teaching; Chemical experiments in life

10.3866/pku.DXHX20150653

*通訊聯(lián)系人，E-mail:liushuzhen@bjut.edu.cn 白廣梅 陳永寶 汪夏燕

北京工業(yè)大學教育教學研究項目，課題編號：ER2013C16，課題名稱：創(chuàng)新《生活化學實驗》 培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)。

O6-31; G64