分析化学基础综合实验－电解精盐水组分分析

2018-12-28方荣美蒋德敏李建飞范贤彪刘秀娟

山东化工 2018年23期

方荣美，蒋德敏，汪方，李建飞，范贤彪，刘秀娟

(1.重庆三峡学院环境与化学工程学院，重庆 404100;2.重庆三峡学院教师教育学院，重庆 404100)

化学是一门以实验为基础的科学，许多概念的建立、规律的发现都需要坚实的实验基础［1］。因此，在培养化工类学生的化学科学素质时，在很大程度上依赖于化学实验教学，化学类实验占的课时量较多，尤其是分析化学实验［2］。基础化学分析实验是我校化学(师范)、化学工程与工艺、环境科学等专业本科生的专业必修课之一。随着实验教学改革的不断深入，化学实验已经成为涵盖理论知识、实验技能知识、锻炼学生实践能力的独立课程。《分析化学》实验是内容较多、涉及面广而实践性很强的学科，通过实验教学，使学生对分析化学基本理加深理解，熟练掌握分析化学的基本操作技能，使学生在生产实践中具有一定的综合运用知识的能力，同时，为部分学生从事科学研究方面工作的打好一定基础［3－5］。近年来，我校分析化学实验在教学过程中进行了一定的改革［6］，但是，学生在学习分析化学基础时候后，对所学知识的掌握情况仍处于零碎状况，相关实验基础分析知识和技能的综合运用能力较低。为了进一步培养我校化学专业学生对所学知识与技能的综合运用能力，开设分析化学基础综合实验。以培养学生发现问题、分析问题和解决问题的综合能力为出发点，为我校学生开设电解精盐水组分分析的分析化学基础综合实验。分析化学综合实验具有调动学生学习的积极性、激发学生的学习兴趣等作用，开设分析化学综合实验具有重要意义［7－8］。在实验开始前期辅导学生运用所学的基础分析化学实验的相关技能自拟定实验方案;在实验进行过程中引导学生对实验出现的问题进行分析，在老师的指导下解决相关技能问题;在实验结束后学生自行进行数据分析和处理。电解精盐水组分分析的综合实验的开始不久培养了学生对所学知识的综合运用能力，还拓展了所学分析技能在工业生产中分析工作应用价值，从而使学生明白学好分析化学和掌握相关分析技能具有重要意义。

1 实验部分

1.1 实验目的

(1)了解电解精盐水的主要组分;(2)了解精盐水杂质超标的危害性;(3)掌握电解精盐水组分分析方法。

1.2 实验原理

精盐水中氯化物是氯化钠，可采用莫尔法测定铝离子含量来测定氯化钠的量。此法是在碱性或者中性溶液中，以K2CrO4为指示剂，用AgNO3标准溶液进行滴定，由于AgCl沉淀的溶解度比Ag2CrO4小，因此容易中先析出AgCl沉淀。当AgCl定量沉淀后，过量的 AgNO3溶液立即 CrO42－生成砖红色沉淀Ag2CrO4，即为滴定终点。反应式如下:

水硬度分为水的钙硬度和镁硬度两种，分别指钙镁离子的含量，用EDTA络合滴定法测定水的硬度是指钙镁离子的总和，即水的总硬度。其测定条件是在pH值=10的缓冲溶液中，以铬黑T为指示剂，用三乙醇胺掩蔽水中的Fe3+、Al3+、Cu2+等离子，再用EDTA直接滴定水中Ca2+、Mg2+的总量。

电解精盐水中含有的铁分别是以Fe3+和Fe2+存在，在pH值为2～9的溶液中，邻二氮菲与Fe2+络合反应生成稳定的橙色红色络合物。当溶液中含有Fe3+时，可用盐酸羟胺还原成Fe2+:

邻二氮菲还能与许多金属离子形成络合物，可加入EDTA等掩蔽剂。

1.3 主要试剂及仪器

电解精盐水，0.1 mol/L的AgNO3溶液，50 g/L的 K2CrO4溶液，0.001 mol/L的EDTA标准溶，50%的的盐酸溶液，50%的三乙醇胺溶液，氨性缓冲溶液，滴铬黑T(EBT)指示剂。10 μg/mL的铁标准溶液，10%的盐酸羟胺溶液，0.1%的邻二氮菲溶液，HAc－NaAc缓冲溶液，0.01 mol/L的盐酸标准溶液，酚酞指试剂，甲基橙指示剂。氯碱工业生产中对供电解用的精盐水各组分含量有规定指标，见表1。

表1 电解精盐水的各项规格指标

酸式滴定管，250 mL容量瓶，250 mL锥形瓶，移液管，刻度吸管，分光光度计。

1.4 实验内容及步骤

精盐水氯化钠含量的测定:将电解精盐水稀释一定倍数后用移液管移取25.00 mL试液于250 mL锥形瓶中，加入25 mL水，用50mg/L K2CrO4溶液做指示剂，在不断摇动条件下，用AgNO3标准溶液滴定至溶液出现砖红色即为终点。平行测定3份。并计算精盐水中氯化钠的含量。

精盐水总硬度的测定:准确移取一定体积的电解精盐水于250 mL锥形瓶中，加入1～2滴6 mol/L的盐酸微沸数分钟以除去CO2，冷却后，在三乙醇胺做掩蔽剂，氯化铵－氨水Ph=10氨性缓冲溶液作用下，以铬黑T(EBT)指示剂，采用EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色，即为终点。平行测定三次，计算水的总硬度，以mg/L(CaCO3)表示分析结果。

精盐水总铁含量的测定:在常温和吸收波长为510 nm的测定条件下，以盐酸羟胺为还原剂，邻二氮菲溶液为显色剂及醋酸－醋酸钠溶液为缓冲溶液，向50 mL容量瓶中分别加入10%盐酸羟胺溶液1 mL，稍摇动，再加入0.1%邻二氮菲溶液2.0 mL及5 mL醋酸－醋酸钠缓冲溶液，加水稀释至刻度，充分摇匀，放置5min，用1 cm比色皿，平行测A值3次。同时，配制标准溶，测定标准工作曲线并线性拟合。采用拟合线性方程计算出浓度，反推计算精盐水中总铁的含量。

2 结果与讨论

2.1 精盐水氯化钠含量的测定

准确称取5 mL电解精盐水于250 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。用移液管移取25.00 mL试液于250 mL锥形瓶中，加入25 mL水，用1 mL吸量管加入1 mL K2CrO4溶液，在不断摇动条件下，用AgNO3标准溶液滴定至溶液出现砖红色即为终点。平行测定3份。并计算精盐水中氯化钠的含量。全班51人，其测定结果分布如图1所示。根据表1可知，电解精盐水中氯化钠的含量在315～320 g/L，由图1可得，只有2位同学的测定结果在电解精盐水的指标值之内，学生绝大多数学生的测定结果偏低，更有很多同学的测定结果严重偏离指标值。学生在测定过程中，对电解精盐水稀释时、溶液量取等过程中引入了大量误差。如，学生在稀释电解精盐水时，用移液管移取精盐水的移液管未润洗或者润洗次数不够，使稀释后的溶液浓度低于理论浓度，在测定时又再次引入误差。学生在实验过程中多次引入实验误差，导致实验结果偏低。在以后的教学实验过程中，应当进一步强调操作要求学生严格按照正确操作进行，达到减小实验误差的目的，使学生对精盐水的测定结果更接近指标值。

图1 氯化钠含量测定结果分布图

2.2 精盐水总硬度的测定

移取精盐水100 mL(保留两位小数)于250 mL锥形瓶中，加入1～2滴1∶1的盐酸微沸数分钟以除去CO2，冷却后，加入3 mL1∶1三乙醇胺，5mL氨性缓冲溶液，2～3滴铬黑T(EBT)指示剂，EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色，即为终点。注意接近终点时应慢滴多摇。平行测定三次，计算水的总硬度，以mg/L(CaCO3)表示分析结果。电解精盐水中总硬度指标值≤8 mg/L，学生测定结果如图2所示。从图2可知，有12位同学的测定结果在指标值之内，其余同学的测定结果严重偏离指标值。电解精盐水总硬度的测定结果误差较大，学生在操作过程中由于操作不当引入误差，如，学生用自来水清洗锥形瓶后未用蒸馏水润洗，导致测定结果严重偏高。同时在用EDTA标准溶液滴定过程中，大部分同学不按准确操作滴定，先滴后震荡，导致EDTA标准溶液滴定终点过量，从而使测定结果偏高。

图2 总硬度测定结果分布图

2.3 精盐水总铁含量的测定

2.3.1 标准曲线的绘制

用吸量管分别移取铁标准溶液(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，分别加入10%盐酸羟胺溶液1 mL，稍摇动，再加入0.1%邻二氮菲溶液2.0 mL及5 mL HAc－NaAc缓冲溶液，加水稀释至刻度，充分摇匀，常温放置5分钟，用1 cm比色皿，在吸收波长为510 nm时依次测吸光度值。以铁的质量浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标，用origin软件绘制标准曲线，并进行线性拟合，获得相关系数和拟合线性方程。绘制工作曲线如图3所示。实验显示溶液铁的质量浓度在0.0～2 mg/mL之间内与吸光度呈良好线性关系，其线性回归方程为 A=0.00396+0.21794C3，相关系数 R2=0.9997。

图3 工作曲线

2.3.2 精盐水总铁含量分析

分别加入2.0、4.0、6.0 mL 依次放入3 只50 mL 容量瓶中，分别加入10%盐酸羟胺溶液1 mL，稍摇动，再加入0.1%邻二氮菲溶液2.0 mL及5 mL HAc－NaAc缓冲溶液，加水稀释至刻度，充分摇匀，放置5分钟，用3 cm比色皿，以不加铁标准溶液的试液为参比液，选择最大测定波长为测定波长，平行测A值3次。采用拟合线性方程计算出浓度，反推计算精盐水中总铁的含量，测定结果如图4所示。电解精盐水总铁含量指标值≤6 mg/L，从图4可得，仅有4为同学的测定结果大于指标值，其余同学的陈的结果均在指标值之内，有3位同学的测定偏低。在用邻二氮菲测定铁含量的过程中，邻二氮菲与铁的络合物稳定性高，同时在教学过程中涉及分光度计的使用时，对学生要求高些，学生操作误差较小，使得测定结果较为准确。