黄晓东

(闽江学院 海洋学院 化工系，福建 福州 350108)

无机与分析化学实验是化工、化学、环境等专业的一门基础实验课程，自2006年以来，我院的应化专业一直在大一下学期开设的分析化学实验中渗入设计性实验。开设设计性实验的初衷，一方面是希望学生能将理论课程所学的知识，通过设计性实验展示出来，验证学生掌握理论知识及应用的程度。另一方面希望通过设计性实验调动学生的学习积极性与主动性，培养学生独立思考和独立解决问题的能力。但从多年的所指导的设计性实验效果来看，设计性实验实际效果不是太好，学生将理论知识应用于实践的能力不甚理想，基本没有达到预期所设的设计性实验的目的。究其原因是多方面，但最主要原因是学生对滴定分析理论知识掌握不牢，不懂如何应用各章节的理论知识来设计实验，对设计实验无从下手,许多学生从网上搜索一些资料，胡乱拼凑敷衍了事。如何才能达到开设设计性实验的目的，如何才能让学生对设计实验有头绪，这需要理论课老师与实验课老师融合，更需要滴定分析理论知识与设计实验全面的融合[1-2]。

1 理论老师与实验教师一体化或高度融合

许多高校的教师由于受编制及实验场所的限制，往往一个大班配一个理论课老师，实验则由教研室的老师分组上课，通常理论课的老师与实验课的老师不是同一人。理论课老师负责讲授理论部分，有的没有带实验课。实验课只负责带实验课，由于实验课教师没有担任理论课程，难免对实验理论理解不够深入，有的只对实验原理简单介绍，没有进行深入剖析，甚至只讲解一些基本的操作。造成分析化学理论课教学和实验课的教学出现了严重脱节，正是这严重脱节，造成学生对理论课和实验课都不重视，学生往往认为学那么多理论没啥用处，做实验时也常照方抓药，不求甚解，严重影响他们创造力的培养。为此笔者认为，在条件许可下尽量小班化教学，尽量使理论课的老师与实验课的老师是同一人，条件不许可下，尽量让教研室老师轮流上理论课，做到理论老师与实验教师一体化或高度融合，使理论教学和实验教学能够更好地融合起来[3]。

2 滴定分析理论与设计实验全面的融合

2.1 酸碱滴定理论与设计性实验融合

酸碱滴定这一章理论知识主要内容有：(1)溶液酸度的计算；(2)强碱滴定强酸、弱酸的问题，或强酸滴定强碱、弱碱的问题；(3)滴定曲线突跃范围；(4)指示剂选择；(5)多元酸或混合酸滴定；(6)一步滴定与分布滴定。这一章也有许多设计性实验项目可以用酸碱滴定理论来指导设计工作，如 “NaH2PO4-Na2HPO4”，“NaOH-Na3PO4”，“NaOH-Na2CO3”，“HCl-NH4Cl”，“HCl-H3PO4”，“HCl-H3BO3”混合组分的各自测定。咋看起来这些项目有点难度，但学生如果掌握酸碱滴定这一章理论重点内容，就能得心应手进行设计[4]。

以“HCl-H3PO4”混合组分的各自测定为例，显然HCl-H3PO4是两种酸混合，HCl是一元强酸，H3PO4是三元中强酸，根据H3PO4的三级的Ka值，又根据(Kai/Kai+1)>105，磷酸是可以分步滴定的，所以要一次性滴定求出它们各自含量显然是不可能的，必须分步滴定求出含量。从题意来看，HCl与H3PO4的第一级电离出的H+都是强酸，可以同时被NaOH进行第一步滴定，但又如何选择指示剂？酸碱滴定指示剂选择原则是指示剂变色点pKHIn应处于滴定突跃范围内，即：pKHIn∈ΔpH。但计算滴定突跃范围的pH值比较繁琐，为此常使用指示剂的理论变色点时的pKHIn与酸碱反应化学计量点时的pHsp相接近的方法来选择指示剂，即pKHIn≈pHSP。显然NaOH第一步滴定HCl至NaCl，滴定H3PO4至H2PO4-，这样化学计量点时溶液组成为NaCl与H2PO4-，溶液的pH值由H2PO4-决定，如果以0.1 mol/L浓度的NaOH为滴定剂，化学计量点时的pH值约为4.7，因此可选择“溴甲酚氯或甲基红”为指示剂，根据第一步滴定的的NaOH体积，可计算出HCl-H3PO4的总摩尔量。接着进行第二步滴定，即用NaOH滴定H2PO4-至HPO42-，这时化学计量点时的pH值约为9.6，因此指示剂可选“酚酞或百里酚酞”。根据第二步滴定的的NaOH体积，可计算出HCl-H3PO4混合组分中H3PO4的摩尔量，再根据第一步测出HCl-H3PO4的总摩尔量，两者相减就可得出HCl摩尔量，这样混合组分中各自含量就可求出。综上所述，学生如果掌握的酸碱滴定重点内容，就能设计出实验来，当然要使学生有如此设计能力，需要理论课和实验课的融合。

2.2 络合滴定理论与设计性实验融合

而络合滴定这一章理论知识主要内容有：(1)副反应及酸效应理论；(2)条件稳定常数理论；(3)络合滴定曲线及酸效应曲线；(4)金属指示剂选择及金属指示剂随酸效应和金属离子效应的变化而变化的问题；(5)准确滴定与分别滴定判别式；(6)络合滴定中酸度的控制问题；(7)终点误差。 这一章也有很多设计性实验项目，如“胃舒平药片中Al2O3和MgO含量的测定”，“Bi3+-Fe3+混合液中Bi3+和Fe3+的含量的测定”，“硫酸铝中铝和硫的测定”，“Fe2O3-Al2O3混合物中Fe3+，Al3+含量的测定”，“蛋壳中钙含量测定”等等[5]。如何才能应用络合滴定理论知识来指导这些项目的设计，也需要络合滴定理论与设计性实验融合。

以“胃舒平药片中Al2O3和MgO含量的测定”为例，显然是Al3+、Mg2+两组份的滴定，是Al3+、Mg2+分别滴定？还是一起被EDTA滴定？根据分别滴定理论，如果Δlg(Kc)≥5，就能分别滴定。Al3+的lgKAiY=16.3，Mg2+的lg KMgY=8.7，因而它们的Δlg(Kc)≥5，说明满足分别滴定的条件。那么先滴定Al3+？还是先滴定Mg2+？则要根据酸效应曲线理论，位于曲线右方的金属离子产生干扰，位于曲线左方的金属离子不干扰，Al3+位于Mg2+的右方，滴定Mg2+时，Al3+会产生干扰，所以必须先滴定Al3+，接着再滴定Mg2+。滴定Al3+时溶液的pH值必须大于4.2，否则会有酸效应的影响终点误差。而且Al3+易水解，易形成多核羟基化合物，同时Al3+与EDTA络合速度较慢，在较高温度煮沸才容易络合，所以滴定Al3+一般采用返滴定法。因此取一份试液，用缓冲溶液控制溶液pH值为5，加入过量的EDTA，加热煮沸，使Al3+与EDTA反应完全，再用二甲酚橙做指示剂，用Zn标准溶液滴定过量的EDTA，从而测出Al含量。那么为什么要选择二甲酚橙做指示剂，主要考虑指示剂变色点的pMep应与化学计量点的pMsp相接近时，即pMep≈pMsp，终点误差较小，且二甲酚橙指示剂使用于pH值<6。

对溶液中Mg2+的测定，则另取一份试液，采用直接滴定的方式，根据酸效应曲线理论，滴定酸度必须pH值≥10，在此酸度下，指示剂需选铬黑T做指示剂。为此先调节溶液pH值约为9，使得Al3+生成Al(OH)3沉淀而分离，再调节溶液pH值为10，用EDTA溶液滴定溶液中Mg2+含量。综上所述，“胃舒平药片中Al2O3和MgO含量的测定”设计性实验虽有点复杂，但学生如掌握络合滴定理论内容，还是能够设计出方案来。

2.3 氧化还原滴定理论与设计性实验融合

氧化还原滴定跟酸碱滴定、络合滴定类似也有相关的滴定理论，但氧化还原滴定更注重于实际的氧化还原滴定方法的理论原理与应用，主要有高锰酸钾法、重铬酸钾法与碘量法[6]。学生如果能掌握有关的滴定原理，那么也很容易设计出相关的实验来。如“漂白粉中有效氯和总钙量的测定”的设计性实验，这个题目中总钙量的测定可采用络合滴定法，而有效氯测定则采用间接碘量法，其原理就基于漂白粉中的次氯酸盐具有氧化能力，其酸化时放出的氯：

Ca(ClO)2+ 4HCl = CaCl2+ 2H2O + 2Cl2↑

氯与过量的KI作用可定量产生I2，而析出的I2可用Na2S2O3标准溶液进行滴定。反应如下：

Cl2+ 2I-= 2Cl-+ I2

I2+ 2S2O32-= 2I-+ S4O62-

当然要完成有效氯测定还需要掌握Na2S2O3溶液的配制、标定以及间接碘量法测定的条件的理论原理知识。如滴定为什么要在中性或弱酸性条件下进行，为什么防止I2的挥发和I-的氧化，又如何操作？如果这些知识都能掌握，设计也就不会遇到什么困难。

2.4 沉淀滴定理论与设计性实验融合

沉淀滴定理论以银量法为代表讲述滴定的原理，主要有摩尔法、佛尔哈德法、法扬司法。其中摩尔法滴定原理比较简单，而佛尔哈德法又有直接滴定法和返滴定法，滴定对象与滴定原理都不相同。学生掌握这些理论，就能够轻松地搞定简单的设计性实验，如“生理盐水中氯含量的测定”。然而大多的沉淀滴定法的设计实验常与酸碱滴定、络合滴定及氧化还原滴定融合，形成综合性很强的设计性实验。如“H2SO4-HCl”混合酸的测定，采用酸碱滴定法先滴定酸的总量，然后以沉淀法测定其中Cl-含量，差减法求出H2SO4的量。又如“酱油中氨基酸态氮及氯化钠含量的测定”，也是利用酸碱滴定法先测出酱油中氨基酸态氮含量，然后以沉淀法测定其中氯化钠含量。总之，要完成这些综合设计性实验需要学好滴定分析各章节的理论知识，只有将这些理论知识融于设计性实验中才能做好设计性实验。

3 结论

要让学生完成好定量分析设计性实验的任务，必须进行滴定分析理论与定量设计性实验的有机融合，不仅需要理论课老师与实验课老师融合，更需要滴定分析理论与设计实验全面的融合。