分析化學(xué)基礎(chǔ)綜合實驗－電解精鹽水組分分析

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)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，許多概念的建立、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都需要堅實的實驗基礎(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，在很大程度上依賴于化學(xué)實驗教學(xué)，化學(xué)類實驗占的課時量較多，尤其是分析化學(xué)實驗［2］。基礎(chǔ)化學(xué)分析實驗是我?；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。隨著實驗教學(xué)改革的不斷深入，化學(xué)實驗已經(jīng)成為涵蓋理論知識、實驗技能知識、鍛煉學(xué)生實踐能力的獨立課程?！斗治龌瘜W(xué)》實驗是內(nèi)容較多、涉及面廣而實踐性很強的學(xué)科，通過實驗教學(xué)，使學(xué)生對分析化學(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)實踐中具有一定的綜合運用知識的能力，同時，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)實驗在教學(xué)過程中進行了一定的改革［6］，但是，學(xué)生在學(xué)習(xí)分析化學(xué)基礎(chǔ)時候后，對所學(xué)知識的掌握情況仍處于零碎狀況，相關(guān)實驗基礎(chǔ)分析知識和技能的綜合運用能力較低。為了進一步培養(yǎng)我?；瘜W(xué)專業(yè)學(xué)生對所學(xué)知識與技能的綜合運用能力，開設(shè)分析化學(xué)基礎(chǔ)綜合實驗。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，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)綜合實驗。分析化學(xué)綜合實驗具有調(diào)動學(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)綜合實驗具有重要意義［7－8］。在實驗開始前期輔導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的基礎(chǔ)分析化學(xué)實驗的相關(guān)技能自擬定實驗方案;在實驗進行過程中引導(dǎo)學(xué)生對實驗出現(xiàn)的問題進行分析，在老師的指導(dǎo)下解決相關(guān)技能問題;在實驗結(jié)束后學(xué)生自行進行數(shù)據(jù)分析和處理。電解精鹽水組分分析的綜合實驗的開始不久培養(yǎng)了學(xué)生對所學(xué)知識的綜合運用能力，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 實驗部分

1.1 實驗?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)超標的危害性;(3)掌握電解精鹽水組分分析方法。

1.2 實驗原理

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標準溶液進行滴定，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。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。當溶液中含有Fe3+時，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標準溶，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的鐵標準溶液，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的鹽酸標準溶液，酚酞指試劑，甲基橙指示劑。氯堿工業(yè)生產(chǎn)中對供電解用的精鹽水各組分含量有規(guī)定指標，見表1。

表1 電解精鹽水的各項規(guī)格指標

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。

1.4 實驗內(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，在不斷搖動條件下，用AgNO3標準溶液滴定至溶液出現(xiàn)磚紅色即為終點。平行測定3份。并計算精鹽水中氯化鈉的含量。

精鹽水總硬度的測定:準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標準溶液滴定至溶液由紫紅色變?yōu)榧兯{色，即為終點。平行測定三次，計算水的總硬度，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，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，配制標準溶，測定標準工作曲線并線性擬合。采用擬合線性方程計算出濃度，反推計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，在不斷搖動條件下，用AgNO3標準溶液滴定至溶液出現(xiàn)磚紅色即為終點。平行測定3份。并計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)果嚴重偏離指標值。學(xué)生在測定過程中，對電解精鹽水稀釋時、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，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，在測定時又再次引入誤差。學(xué)生在實驗過程中多次引入實驗誤差，導(dǎo)致實驗結(jié)果偏低。在以后的教學(xué)實驗過程中，應(yīng)當進一步強調(diào)操作要求學(xué)生嚴格按照正確操作進行，達到減小實驗誤差的目的，使學(xué)生對精鹽水的測定結(jié)果更接近指標值。

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標準溶液滴定至溶液由紫紅色變?yōu)榧兯{色，即為終點。注意接近終點時應(yīng)慢滴多搖。平行測定三次，計算水的總硬度，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)果在指標值之內(nèi)，其余同學(xué)的測定結(jié)果嚴重偏離指標值。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)果嚴重偏高。同時在用EDTA標準溶液滴定過程中，大部分同學(xué)不按準確操作滴定，先滴后震蕩，導(dǎo)致EDTA標準溶液滴定終點過量，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 標準曲線的繪制

用吸量管分別移取鐵標準溶液(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，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時依次測吸光度值。以鐵的質(zhì)量濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，用origin軟件繪制標準曲線，并進行線性擬合，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。實驗顯示溶液鐵的質(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，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，以不加鐵標準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算出濃度，反推計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)果大于指標值，其余同學(xué)的陳的結(jié)果均在指標值之內(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，同時在教學(xué)過程中涉及分光度計的使用時，對學(xué)生要求高些，學(xué)生操作誤差較小，使得測定結(jié)果較為準確。

圖4 總鐵測定結(jié)果分布圖

3 總結(jié)

(1)對電解精鹽水主要組分的分析實驗中，大部分同學(xué)對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)的實驗結(jié)果在指標值之內(nèi)。主要是在測定過程中操作不規(guī)范，引入操作誤差，導(dǎo)致實驗結(jié)果偏離準確值。

(2)對電解精鹽水主要組分的分析綜合實驗對總鐵測定的結(jié)果較好，大部分同學(xué)的測定結(jié)果都在指標值之內(nèi)。

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