沉淀電導(dǎo)滴定法在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐*

王林 張晨穎 李天保 許娟 毛富春 丁克廉 李曉舟

(西北農(nóng)林科技大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系 陜西楊凌 712100)

實(shí)驗(yàn)課改革是高校教學(xué)改革的重要組成部分，尤其是針對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革，需要更加重視科學(xué)前沿性和實(shí)用性[1]。

水合氯化鋇中Ba的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定是分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的一個重要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[2]。水合氯化鋇在空氣中久置會因吸水或脫水而影響其使用，因此在使用前必須測定Ba的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程選用的方法是重量分析法[3]，我們根據(jù)實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了重量法的幾點(diǎn)不足：① 耗時長。據(jù)我們統(tǒng)計，由兩個學(xué)生共同完成一組實(shí)驗(yàn)至少需要2.5～3h，平行3次實(shí)驗(yàn)再加上教師講授時間，至少需6學(xué)時，效率低下；② 消耗多。據(jù)我們統(tǒng)計，每組實(shí)驗(yàn)需要氯化鋇0.4～0.6g，按照每班30人、每人平行3次實(shí)驗(yàn)計算，平均每堂課消耗量為45g左右；此外還有無灰濾紙、鹽酸、硫酸、硫酸鈉等試劑的消耗，以及馬弗爐和真空泵的能耗，實(shí)驗(yàn)成本較高。③ 誤差大[4]。過濾和洗滌過程中沉淀的損失、燒杯壁和玻璃棒對沉淀的吸附等都會造成很大的實(shí)驗(yàn)誤差，且這些誤差是難以避免的。

沉淀電導(dǎo)滴定法是利用電導(dǎo)率儀，通過沉淀反應(yīng)前后溶液電導(dǎo)率的變化規(guī)律判斷滴定終點(diǎn)的方法。在滴定過程中，滴定劑與溶液中被測離子生成水、沉淀或難離解的化合物，使溶液的電導(dǎo)發(fā)生變化。在計量點(diǎn)時，滴定曲線上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，指示滴定終點(diǎn)。此方法不受沉淀和顏色的影響，可準(zhǔn)確進(jìn)行測量。朱金坤[5]利用沉淀電導(dǎo)滴定法測定了常量鋇離子。方艷夕等人[6]利用沉淀電導(dǎo)滴定分析法在Ca2+、Sr2+干擾下測定了Ba2+的含量。顧鴻語利用沉淀電導(dǎo)滴定法測定了土壤和水中的硫酸根含量[7-8]。鑒于此，我們嘗試設(shè)計了一個新的實(shí)驗(yàn)——沉淀電導(dǎo)滴定法確定水合氯化鋇中Ba的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 原理

電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率與溶液中離子的本性、離子的濃度以及溶液的溫度有關(guān)。在一定溫度下，若離子的濃度或種類發(fā)生變化，溶液的電導(dǎo)率也隨之改變。沉淀電導(dǎo)滴定分析法是利用溶液中離子的濃度和種類的變化，確定溶液電導(dǎo)率的變化規(guī)律，并利用電導(dǎo)率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)確定沉淀反應(yīng)終點(diǎn)的分析方法。

以Na2SO4滴定BaCl2，溶液中發(fā)生如下反應(yīng)：

Ba2+的導(dǎo)電能力大于兩倍濃度的Na+。到達(dá)滴定終點(diǎn)前，由于BaSO4沉淀不參與導(dǎo)電，因此相當(dāng)于兩倍濃度的Na+替換了Ba2+，溶液的電導(dǎo)率隨Na2SO4的加入線性降低；滴定終點(diǎn)之后，相當(dāng)于直接在NaCl水溶液中加入Na2SO4，溶液的電導(dǎo)率線性升高。兩條直線的交點(diǎn)即為滴定終點(diǎn)，利用直線方程聯(lián)合求解即可求出滴定Ba2+所消耗的Na2SO4溶液的體積，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Na2SO4溶液的濃度，即可計算出BaCl2中Ba2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2 儀器與試劑

上海雷磁DDS-11A型電導(dǎo)率儀(鉑黑電極)，磁力攪拌器，燒杯，攪拌子，10.00mL移液管若干，堿式滴定管，100mL量筒，100.00mL容量瓶，玻璃棒，無水Na2SO4(分析純)，BaCl2·2H2O(分析純)等。實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水，電導(dǎo)率約為2.0μS·cm-1。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1) 準(zhǔn)確配制0.1000mol·L-1(以實(shí)際所用濃度為準(zhǔn))的氯化鋇水溶液100.00mL，準(zhǔn)確配制0.1000mol·L-1(以實(shí)際所用濃度為準(zhǔn))的無水硫酸鈉水溶液100.00mL。

(2) 移取3.00mL氯化鋇水溶液置于燒杯中，加50mL水，插入電極將電導(dǎo)池完全浸沒，選擇合適的量程。

(3) 打開磁力攪拌器(緩慢攪拌，以免液體飛濺)。用無水硫酸鈉水溶液滴定氯化鋇溶液，每次準(zhǔn)確滴加0.30mL，攪拌30s后，校正，然后測量、讀數(shù)(每次測量前都要校正)。共滴加20次，作圖時適當(dāng)取舍并給予討論。平行實(shí)驗(yàn)3次，計算Ba的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值。

(4) 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉儀器、拔掉電源、清洗電極并將其浸泡在蒸餾水中。

2 可行性分析

為了驗(yàn)證所設(shè)計方法的可行性及可靠性，用新購的BaCl2·2H2O作為標(biāo)準(zhǔn)品，并選擇不同的BaCl2初始濃度進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)。圖1為沉淀電導(dǎo)滴定曲線，圖1(a)、(b)、(c)、(d)的BaCl2初始濃度分別為2.00、6.00、10.00、20.00mmol·L-1,體積均為50.00mL。Na2SO4的濃度為0.1201mol·L-1。由圖1可知，圖1 (a)和圖1(d)的線性擬合度R2相對較小，這是由于滴定過程中切換量程導(dǎo)致的(本實(shí)驗(yàn)所用的DDS-11A型電導(dǎo)率儀為指針式電導(dǎo)率儀，切換量程會引起系統(tǒng)誤差)。最終我們選擇在圖1(b)條件下完成實(shí)驗(yàn)，該條件下由于不需切換量程，所以線性擬合度高，兩條直線的R2分別為0.9967和0.9989，根據(jù)線性方程計算得BaCl2·2H2O標(biāo)準(zhǔn)品中Ba的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56.1%，與標(biāo)準(zhǔn)值56.1%吻合，說明該實(shí)驗(yàn)設(shè)計合理，是完全可行且可靠的。

圖1 BaCl2的沉淀電導(dǎo)滴定曲線BaCl2的初始濃度分別為：(a) 2.00mmol·L-1；(b) 6.00mmol·L-1；(c) 10.00mmol·L-1；(d) 20.00mmol·L-1

3 教學(xué)效果

本實(shí)驗(yàn)于2012年6月作為應(yīng)用化學(xué)綜合大實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容為本校應(yīng)用化學(xué)2010級本科生開設(shè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們對全部87名參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查問卷工作，結(jié)果顯示學(xué)生普遍認(rèn)為沉淀電導(dǎo)滴定法相比重量分析法有3個優(yōu)點(diǎn)：① 耗時短，4個學(xué)時可完成講授、配溶液、進(jìn)行3組平行滴定實(shí)驗(yàn)共3部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；② 消耗少，30人的班級每人獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并重復(fù)3次，消耗粗氯化鋇的質(zhì)量不到9.8g，相關(guān)試劑的消耗也大大減少；③ 電腦繪圖誤差小，結(jié)果更加準(zhǔn)確。

4 結(jié)論

沉淀電導(dǎo)滴定實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)的重量分析法相比有很多優(yōu)點(diǎn)，不僅可以在本科教學(xué)中應(yīng)用，也可以用于科研工作。但值得一提的是，我們設(shè)計的實(shí)驗(yàn)存在著一個不足：在滴定終點(diǎn)前，溶液電導(dǎo)率變化不明顯，對于DDS-11A型指針式電導(dǎo)率儀很難準(zhǔn)確描述這種微小的變化，所以我們建議有條件的學(xué)?？蛇x用更高級的數(shù)顯式電導(dǎo)率儀做這個實(shí)驗(yàn)，以避免讀數(shù)誤差。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王麗紅,朱團(tuán).科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2012,15:158

[2] 莊京,林金明.基礎(chǔ)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn).北京:高等教育出版社,2007

[3] 陳新善,陶勝源.解放軍藥學(xué)學(xué)報,2011,27(1):77

[4] 李云巧,于志輝,王道.環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2005,28(6):42

[5] 朱金坤.安徽技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報,2006,20(1):27

[6] 方艷夕,朱金坤.安徽技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報,2005,19(1):52

[7] 顧鴻語,鄭學(xué)榮.土壤,1997,29(5):275

[8] 顧鴻語,王遵堯.重慶環(huán)境科學(xué),1997,19(4):52