方榮美，蔣德敏，汪 方，李建飛，范賢彪，劉秀娟

(1.重慶三峽學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，重慶 404100;2.重慶三峽學(xué)院教師教育學(xué)院，重慶 404100)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，許多概念的建立、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都需要堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)［1］。因此，在培養(yǎng)化工類學(xué)生的化學(xué)科學(xué)素質(zhì)時(shí)，在很大程度上依賴于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，化學(xué)類實(shí)驗(yàn)占的課時(shí)量較多，尤其是分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)［2］?；A(chǔ)化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)是我?；瘜W(xué)(師范)、化學(xué)工程與工藝、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)本科生的專業(yè)必修課之一。隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的不斷深入，化學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為涵蓋理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能知識(shí)、鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的獨(dú)立課程。《分析化學(xué)》實(shí)驗(yàn)是內(nèi)容較多、涉及面廣而實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生對(duì)分析化學(xué)基本理加深理解，熟練掌握分析化學(xué)的基本操作技能，使學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)踐中具有一定的綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，同時(shí)，為部分學(xué)生從事科學(xué)研究方面工作的打好一定基礎(chǔ)［3－5］。近年來，我校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)過程中進(jìn)行了一定的改革［6］，但是，學(xué)生在學(xué)習(xí)分析化學(xué)基礎(chǔ)時(shí)候后，對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況仍處于零碎狀況，相關(guān)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)分析知識(shí)和技能的綜合運(yùn)用能力較低。為了進(jìn)一步培養(yǎng)我?；瘜W(xué)專業(yè)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)與技能的綜合運(yùn)用能力，開設(shè)分析化學(xué)基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)。以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的綜合能力為出發(fā)點(diǎn)，為我校學(xué)生開設(shè)電解精鹽水組分分析的分析化學(xué)基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)。分析化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)具有調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等作用，開設(shè)分析化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)具有重要意義［7－8］。在實(shí)驗(yàn)開始前期輔導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)技能自擬定實(shí)驗(yàn)方案;在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，在老師的指導(dǎo)下解決相關(guān)技能問題;在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后學(xué)生自行進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。電解精鹽水組分分析的綜合實(shí)驗(yàn)的開始不久培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，還拓展了所學(xué)分析技能在工業(yè)生產(chǎn)中分析工作應(yīng)用價(jià)值，從而使學(xué)生明白學(xué)好分析化學(xué)和掌握相關(guān)分析技能具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

(1)了解電解精鹽水的主要組分;(2)了解精鹽水雜質(zhì)超標(biāo)的危害性;(3)掌握電解精鹽水組分分析方法。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

精鹽水中氯化物是氯化鈉，可采用莫爾法測定鋁離子含量來測定氯化鈉的量。此法是在堿性或者中性溶液中，以K2CrO4為指示劑，用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，由于AgCl沉淀的溶解度比Ag2CrO4小，因此容易中先析出AgCl沉淀。當(dāng)AgCl定量沉淀后，過量的 AgNO3溶液立即 CrO42－生成磚紅色沉淀Ag2CrO4，即為滴定終點(diǎn)。反應(yīng)式如下:

水硬度分為水的鈣硬度和鎂硬度兩種，分別指鈣鎂離子的含量，用EDTA絡(luò)合滴定法測定水的硬度是指鈣鎂離子的總和，即水的總硬度。其測定條件是在pH值=10的緩沖溶液中，以鉻黑T為指示劑，用三乙醇胺掩蔽水中的Fe3+、Al3+、Cu2+等離子，再用EDTA直接滴定水中Ca2+、Mg2+的總量。

電解精鹽水中含有的鐵分別是以Fe3+和Fe2+存在，在pH值為2～9的溶液中，鄰二氮菲與Fe2+絡(luò)合反應(yīng)生成穩(wěn)定的橙色紅色絡(luò)合物。當(dāng)溶液中含有Fe3+時(shí)，可用鹽酸羥胺還原成Fe2+:

鄰二氮菲還能與許多金屬離子形成絡(luò)合物，可加入EDTA等掩蔽劑。

1.3 主要試劑及儀器

電解精鹽水，0.1 mol/L的AgNO3溶液，50 g/L的 K2CrO4溶液，0.001 mol/L的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶，50%的的鹽酸溶液，50%的三乙醇胺溶液，氨性緩沖溶液，滴鉻黑T(EBT)指示劑。10 μg/mL的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，10%的鹽酸羥胺溶液，0.1%的鄰二氮菲溶液，HAc－NaAc緩沖溶液，0.01 mol/L的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，酚酞指試劑，甲基橙指示劑。氯堿工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)供電解用的精鹽水各組分含量有規(guī)定指標(biāo)，見表1。

表1 電解精鹽水的各項(xiàng)規(guī)格指標(biāo)

酸式滴定管，250 mL容量瓶，250 mL錐形瓶，移液管，刻度吸管，分光光度計(jì)。

1.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

精鹽水氯化鈉含量的測定:將電解精鹽水稀釋一定倍數(shù)后用移液管移取25.00 mL試液于250 mL錐形瓶中，加入25 mL水，用50mg/L K2CrO4溶液做指示劑，在不斷搖動(dòng)條件下，用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液出現(xiàn)磚紅色即為終點(diǎn)。平行測定3份。并計(jì)算精鹽水中氯化鈉的含量。

精鹽水總硬度的測定:準(zhǔn)確移取一定體積的電解精鹽水于250 mL錐形瓶中，加入1～2滴6 mol/L的鹽酸微沸數(shù)分鐘以除去CO2，冷卻后，在三乙醇胺做掩蔽劑，氯化銨－氨水Ph=10氨性緩沖溶液作用下，以鉻黑T(EBT)指示劑，采用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由紫紅色變?yōu)榧兯{(lán)色，即為終點(diǎn)。平行測定三次，計(jì)算水的總硬度，以mg/L(CaCO3)表示分析結(jié)果。

精鹽水總鐵含量的測定:在常溫和吸收波長為510 nm的測定條件下，以鹽酸羥胺為還原劑，鄰二氮菲溶液為顯色劑及醋酸－醋酸鈉溶液為緩沖溶液，向50 mL容量瓶中分別加入10%鹽酸羥胺溶液1 mL，稍搖動(dòng)，再加入0.1%鄰二氮菲溶液2.0 mL及5 mL醋酸－醋酸鈉緩沖溶液，加水稀釋至刻度，充分搖勻，放置5min，用1 cm比色皿，平行測A值3次。同時(shí)，配制標(biāo)準(zhǔn)溶，測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線并線性擬合。采用擬合線性方程計(jì)算出濃度，反推計(jì)算精鹽水中總鐵的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 精鹽水氯化鈉含量的測定

準(zhǔn)確稱取5 mL電解精鹽水于250 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。用移液管移取25.00 mL試液于250 mL錐形瓶中，加入25 mL水，用1 mL吸量管加入1 mL K2CrO4溶液，在不斷搖動(dòng)條件下，用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液出現(xiàn)磚紅色即為終點(diǎn)。平行測定3份。并計(jì)算精鹽水中氯化鈉的含量。全班51人，其測定結(jié)果分布如圖1所示。根據(jù)表1可知，電解精鹽水中氯化鈉的含量在315～320 g/L，由圖1可得，只有2位同學(xué)的測定結(jié)果在電解精鹽水的指標(biāo)值之內(nèi)，學(xué)生絕大多數(shù)學(xué)生的測定結(jié)果偏低，更有很多同學(xué)的測定結(jié)果嚴(yán)重偏離指標(biāo)值。學(xué)生在測定過程中，對(duì)電解精鹽水稀釋時(shí)、溶液量取等過程中引入了大量誤差。如，學(xué)生在稀釋電解精鹽水時(shí)，用移液管移取精鹽水的移液管未潤洗或者潤洗次數(shù)不夠，使稀釋后的溶液濃度低于理論濃度，在測定時(shí)又再次引入誤差。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中多次引入實(shí)驗(yàn)誤差，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏低。在以后的教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)操作要求學(xué)生嚴(yán)格按照正確操作進(jìn)行，達(dá)到減小實(shí)驗(yàn)誤差的目的，使學(xué)生對(duì)精鹽水的測定結(jié)果更接近指標(biāo)值。

圖1 氯化鈉含量測定結(jié)果分布圖

2.2 精鹽水總硬度的測定

移取精鹽水100 mL(保留兩位小數(shù))于250 mL錐形瓶中，加入1～2滴1∶1的鹽酸微沸數(shù)分鐘以除去CO2，冷卻后，加入3 mL1∶1三乙醇胺，5mL氨性緩沖溶液，2～3滴鉻黑T(EBT)指示劑，EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由紫紅色變?yōu)榧兯{(lán)色，即為終點(diǎn)。注意接近終點(diǎn)時(shí)應(yīng)慢滴多搖。平行測定三次，計(jì)算水的總硬度，以mg/L(CaCO3)表示分析結(jié)果。電解精鹽水中總硬度指標(biāo)值≤8 mg/L，學(xué)生測定結(jié)果如圖2所示。從圖2可知，有12位同學(xué)的測定結(jié)果在指標(biāo)值之內(nèi)，其余同學(xué)的測定結(jié)果嚴(yán)重偏離指標(biāo)值。電解精鹽水總硬度的測定結(jié)果誤差較大，學(xué)生在操作過程中由于操作不當(dāng)引入誤差，如，學(xué)生用自來水清洗錐形瓶后未用蒸餾水潤洗，導(dǎo)致測定結(jié)果嚴(yán)重偏高。同時(shí)在用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過程中，大部分同學(xué)不按準(zhǔn)確操作滴定，先滴后震蕩，導(dǎo)致EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定終點(diǎn)過量，從而使測定結(jié)果偏高。

圖2 總硬度測定結(jié)果分布圖

2.3 精鹽水總鐵含量的測定

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

用吸量管分別移取鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 ug/mL)0.0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL 依次放入 7 只 50 mL 容量瓶中，分別加入10%鹽酸羥胺溶液1 mL，稍搖動(dòng)，再加入0.1%鄰二氮菲溶液2.0 mL及5 mL HAc－NaAc緩沖溶液，加水稀釋至刻度，充分搖勻，常溫放置5分鐘，用1 cm比色皿，在吸收波長為510 nm時(shí)依次測吸光度值。以鐵的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)，用origin軟件繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并進(jìn)行線性擬合，獲得相關(guān)系數(shù)和擬合線性方程。繪制工作曲線如圖3所示。實(shí)驗(yàn)顯示溶液鐵的質(zhì)量濃度在0.0～2 mg/mL之間內(nèi)與吸光度呈良好線性關(guān)系，其線性回歸方程為 A=0.00396+0.21794C3，相關(guān)系數(shù) R2=0.9997。

圖3 工作曲線

2.3.2 精鹽水總鐵含量分析

分別加入2.0、4.0、6.0 mL 依次放入3 只50 mL 容量瓶中，分別加入10%鹽酸羥胺溶液1 mL，稍搖動(dòng)，再加入0.1%鄰二氮菲溶液2.0 mL及5 mL HAc－NaAc緩沖溶液，加水稀釋至刻度，充分搖勻，放置5分鐘，用3 cm比色皿，以不加鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的試液為參比液，選擇最大測定波長為測定波長，平行測A值3次。采用擬合線性方程計(jì)算出濃度，反推計(jì)算精鹽水中總鐵的含量，測定結(jié)果如圖4所示。電解精鹽水總鐵含量指標(biāo)值≤6 mg/L，從圖4可得，僅有4為同學(xué)的測定結(jié)果大于指標(biāo)值，其余同學(xué)的陳的結(jié)果均在指標(biāo)值之內(nèi)，有3位同學(xué)的測定偏低。在用鄰二氮菲測定鐵含量的過程中，鄰二氮菲與鐵的絡(luò)合物穩(wěn)定性高，同時(shí)在教學(xué)過程中涉及分光度計(jì)的使用時(shí)，對(duì)學(xué)生要求高些，學(xué)生操作誤差較小，使得測定結(jié)果較為準(zhǔn)確。

圖4 總鐵測定結(jié)果分布圖

3 總結(jié)

(1)對(duì)電解精鹽水主要組分的分析實(shí)驗(yàn)中，大部分同學(xué)對(duì)氯化鈉的含量測定和總硬度的測定結(jié)果值偏高，只有少數(shù)幾位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在指標(biāo)值之內(nèi)。主要是在測定過程中操作不規(guī)范，引入操作誤差，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏離準(zhǔn)確值。

(2)對(duì)電解精鹽水主要組分的分析綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)總鐵測定的結(jié)果較好，大部分同學(xué)的測定結(jié)果都在指標(biāo)值之內(nèi)。

(3)電解精鹽水組分分析的綜合實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、分析問題和解決問題的綜合能力。