適于高職教學(xué)的CODCr實驗方案的優(yōu)化

摘要：為了研究適于學(xué)生實驗的“化學(xué)需氧量（COD）”實驗方案，本文以國標方法為基礎(chǔ)，以已知濃度鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液為試液，從改變試液濃度，硫酸汞、硫酸銀取舍，改變回流時間進行研究。在保證準確度和精密度基礎(chǔ)上，本著節(jié)約、環(huán)保、省時的宗旨優(yōu)化了適于高職高專學(xué)生的CODCr實驗方案。

關(guān)鍵詞：化學(xué)需氧量 重鉻酸鉀 濃度 回流時間 優(yōu)化

0 引言

化學(xué)需氧量（COD）是水質(zhì)檢測分析中常規(guī)項目之一。對于高職高專環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè)的學(xué)生而言，要求在理解COD實驗原理的基礎(chǔ)上熟練掌握其實驗操作。目前，測COD的方法很多[1，2，3，4，5]，但大多都不適合作為學(xué)生實驗方案。我校環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè)所用教材為《水分析化學(xué)》[6]，其中化學(xué)需氧量實驗是以國標（1）為基礎(chǔ)采用重鉻酸鉀回流法測CODCr。該法優(yōu)點是：氧化率高、測定誤差小、重現(xiàn)性好?？墒瞧淙糇鳛閷W(xué)生實驗項目具有如下缺點：①所取試液為50.0mL太多，勢必造成大量使用濃H2SO4和Ag2SO4，濃H2SO4會引起二次污染，Ag2SO4試劑太貴導(dǎo)致實驗成本增大；②用HgSO4作掩蔽劑消除水樣中Clˉ的干擾，而HgSO4是劇毒物質(zhì)也會導(dǎo)致二次污染；③實驗加熱回流時間2h太長，學(xué)生無法在規(guī)定的時間內(nèi)（兩學(xué)時）完成實驗。針對上述情況，本人通過長期教學(xué)實踐和查閱相關(guān)資料文獻[7]，在國標（1）和教材（6）基礎(chǔ)上，以已知濃度鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液為試液，從改變試液濃度，硫酸汞、硫酸銀取舍，改變回流時間進行研究，在保證準確度和精密度基礎(chǔ)上探尋適于高職高專學(xué)生的CODCr實驗方案。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑 儀器：250mL全玻璃回流裝置（標準磨口）；分析天平；酸式滴定管（25mL）；烘箱；電爐；移液管；容量瓶；玻璃珠等。

試劑：濃度為c（1/6K2Cr2O7）=0.25mol/L的重鉻酸鉀標準溶液；濃度為c[（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O]=0.1mol/L的硫酸亞鐵銨標準溶液；COD理論值為500g/mL、300g/mL、250g/mL、200g/mL、100g/mL的鄰苯二甲酸氫鉀（KC6H5O4）標準溶液；1，10-鄰菲羅啉指示劑溶液；硫酸銀；硫酸汞；硫酸（ρ=1.84g/mL）。所用試劑均為符合國家標準的分析純試劑，實驗用水為蒸餾水。

1.2 實驗步驟

移取一定量已知濃度的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液于錐形瓶中，準確加入相應(yīng)量的重鉻酸鉀標準溶液和幾顆防爆沸玻璃珠，搖勻。將錐形瓶接到回流裝置冷凝管下端，接通冷凝水，從冷凝管上端緩慢加入一定量濃硫酸，搖勻，加熱回流一段時間。冷卻后，用蒸餾水自冷凝管上端沖洗冷凝管，取下錐形瓶，加水稀釋，加兩滴1，10-鄰菲羅啉指示劑，用硫酸亞鐵銨標準溶液滴定至溶液顏色由黃色經(jīng)藍綠色變?yōu)榧t褐色即為終點。每組實驗做平行樣3個，同時進行空白實驗，以消耗硫酸亞鐵銨標準溶液的用量計算鄰苯二甲酸氫鉀標準試液CODCr。

2 結(jié)果與討論

2.1 校核實驗

為了檢驗操作技術(shù)及試劑純度，首先按國標（1）方法進行校核實驗。國標中加HgSO4是為了消除水樣中Clˉ的干擾，本實驗用蒸餾水配制已知濃度鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液，試液中不含Clˉ，故選擇不加HgSO4進行校核試驗，結(jié)果見表1。

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從表1可看出不同體積試液實驗結(jié)果均符合要求，為了減少浪費，以下實驗試液體積均采用20.0mL。

2.2 Ag2SO4的取舍 國標（1）中在強酸介質(zhì)下以Ag2SO4作催化劑，可有效氧化直鏈脂肪族化合物。鑒于本實驗試液中不含直鏈脂肪族化合物，故在2.1基礎(chǔ)上采用不加Ag2SO4，改變H2SO4用量進行實驗，結(jié)果見表2。

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從表2可看出，不加Ag2SO4時，當(dāng)H2SO4用量為20 mL、25 mL時，COD值偏小，原因是介質(zhì)中pH值較大而影響K2Cr2O7氧化性；當(dāng)H2SO4 用量為40mL時，由于介質(zhì)中pH值太低，終點不明顯而過量滴定，導(dǎo)致COD值偏大。當(dāng)H2SO4用量為35 mL時能取得理想結(jié)果，但需要注意的是，為了防止介質(zhì)中pH值太低影響結(jié)果，滴定前要加蒸餾水至溶液體積為160 mL。

2.3 標準試液理論COD值的研究 在2.2基礎(chǔ)上改變標準試液鄰苯二甲酸氫鉀濃度，分別配置理論值為500g/mL、300g/mL、250g/mL、200g/mL、100g/mL系列標準溶液進行實驗，結(jié)果見表3。

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從表3中可以看出標準試液濃度改變對實驗結(jié)果幾乎沒有影響，但在實驗過程中，濃度為500g/mL的試液由于消耗K2Cr2O7過多，最后滴定時消耗硫酸亞鐵銨標準溶液很少，終點很快到達，若滴定速度稍快就可導(dǎo)致增大誤差；濃度為100g/mL的試液由于消耗K2Cr2O7過少則消耗硫酸亞鐵銨標準溶液就很多，隨著滴定劑的加入，溶液體積越來越多，振動錐形瓶時溶液易濺出而影響結(jié)果。為了減少誤差，宜選鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液COD理論值為200-250g/mL。

2.4 回流時間的研究 在2.3基礎(chǔ)上，取COD理論值為250g/mL的標準溶液20.0mL，改變回流時間，分別回流120min、100min、90min、80min、70min、60min、50min，結(jié)果見表4。

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從表4中可看出，當(dāng)回流時間少于70min時，由于氧化不完全導(dǎo)致誤差變大，而時間大于80min時結(jié)果符合要求，為了節(jié)省時間，實驗選擇回流80min。

3 結(jié)論

綜上，當(dāng)采用COD理論值為250g/mL的鄰苯二甲酸氫鉀（KC6H5O4）標準溶液20.0mL為試液，在不加HgSO4和Ag2SO4的情況下，加濃度為c（1/6K2Cr2O7）=0.25mol/L重鉻酸鉀溶液10.00mL和35mL濃H2SO4，加熱回流80min，冷卻，用c[（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O]=0.1mol/L硫酸亞鐵銨標準溶液滴定至溶液顏色由黃色經(jīng)藍綠色變?yōu)榧t褐色即為終點。該方案不僅可以獲得滿意的實驗結(jié)果，而且節(jié)約、環(huán)保、省時，比較適于高職高專學(xué)生實驗。

參考文獻：

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[2]姚淑華，石中亮，宋守志.用MnSO4作催化劑開管測定廢水COD[J].環(huán)境工程，2003，21（5）：1-4.

[3]林培喜，李德豪，周錫堂.無催化微波消解光度法快速測定生活污水中的CODCr[J].重慶環(huán)境科學(xué)，2003，25（12）：149-150.

[4]劉希東，黃玉明.快速光度法和滴定法測定化學(xué)耗氧量[J].西南大學(xué)學(xué)報，1996，21（2）：200.

[5]韋利杭.化學(xué)需氧量快速測定法的研究[J].環(huán)境污染與防治，1995，17（3）：1-4.

[6]崔執(zhí)應(yīng)，張波.水分析化學(xué)[M].北京，北京大學(xué)出版社，2006.2：180.

[7]李廣超，實驗科學(xué)與技術(shù)，2009，7（2）：42-44.