一個(gè)綠色環(huán)保型分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究——ZrO2＋、Zn2＋含量的連續(xù)滴定

喻德忠 王紅力 劉 東

（武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，綠色化學(xué)過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430073）

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題已成為全世界關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，近二十年來(lái)，環(huán)境污染問(wèn)題尤為突出。大學(xué)是培養(yǎng)各行業(yè)人才的主要基地，在大學(xué)教學(xué)中開(kāi)設(shè)綠色環(huán)保型實(shí)驗(yàn)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，提高學(xué)生的綜合能力，維護(hù)生態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

分析化學(xué)和分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)均是化學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的主要基礎(chǔ)課之一，兩者既密切配合，又各有側(cè)重，具有一定的完整型和獨(dú)立性。通過(guò)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，可以使學(xué)生對(duì)分析化學(xué)基本理論加深理解，熟練地掌握分析化學(xué)的基本操作技能，為他們參加生產(chǎn)和科學(xué)研究打好一定的基礎(chǔ)。

在分析化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中，鉍、鉛含量的連續(xù)測(cè)定是一個(gè)經(jīng)典的絡(luò)合滴定實(shí)驗(yàn)［1］，該實(shí)驗(yàn)對(duì)于理解及掌握絡(luò)合滴定原理具有重要意義，是化學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)必開(kāi)實(shí)驗(yàn)。但是，由于鉍、鉛的毒性［2］，長(zhǎng)期大量地練習(xí)該實(shí)驗(yàn)，大量排出的廢水勢(shì)必嚴(yán)重污染水源及土壤，從而進(jìn)一步破壞生態(tài)環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)。僅以2009年為例，我校開(kāi)設(shè)該實(shí)驗(yàn)的班級(jí)高達(dá)91個(gè)，學(xué)生人數(shù)達(dá)2800人，排出的實(shí)驗(yàn)廢液900余升，曾一度造成排污口鉍、鉛含量超標(biāo)。因此，如何設(shè)計(jì)出環(huán)保型實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生既能理解掌握絡(luò)合滴定的基本原理，又能很好地保護(hù)環(huán)境，是分析化學(xué)教研工作者面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。

作者長(zhǎng)期致力于分析化學(xué)教研工作，通過(guò)大量的理論及實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)出一個(gè)新的環(huán)保型實(shí)驗(yàn)，即ZrO2＋、Zn2＋含量的連續(xù)滴定，并以工業(yè)分析、應(yīng)用化學(xué)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)（共4個(gè)班）為代表，試行開(kāi)設(shè)了該實(shí)驗(yàn)兩年，初步統(tǒng)計(jì)了教學(xué)效果，證明90%以上的學(xué)生理解并掌握了絡(luò)合滴定的基本原理及基本操作，84%的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合分析化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的誤差要求。同時(shí)檢測(cè)了排污口的鉍、鉛含量，結(jié)果表明其含量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，在教學(xué)過(guò)程中，我們注重向?qū)W生介紹開(kāi)設(shè)環(huán)保型實(shí)驗(yàn)的意義，學(xué)生的環(huán)保意識(shí)大大增強(qiáng)。因此，該綠色環(huán)保型實(shí)驗(yàn)值得深入研究和大力推廣。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能完全掌握由控制酸度提高EDTA選擇性的基本原理及其應(yīng)用。

（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能熟練掌握用EDTA進(jìn)行連續(xù)滴定的方法。

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能牢固掌握EDTA溶液的配制及標(biāo)定方法。

2 實(shí)驗(yàn)原理

混合離子的分別滴定常用控制酸度法、掩蔽法進(jìn)行，可根據(jù)有關(guān)副反應(yīng)系數(shù)論證對(duì)它們分別滴定的可能性［3］。

ZrO2＋、Zn2＋均能與 EDTA 形成穩(wěn)定的1：1絡(luò)合物，lgK分別為29．5和16．50。由于兩者的lgK相差很大，故可利用酸效應(yīng)，控制不同的酸度，進(jìn)行分別滴定。在pH≈0．8時(shí)滴定ZrO2＋，在pH≈5—6時(shí)滴定Zn2＋。

EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液用標(biāo)定法配制。本實(shí)驗(yàn)以二甲酚橙（XO）為指示劑，用ZnO為基準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定其濃度。標(biāo)定反應(yīng)式為：

ZnO＋2HCl＝ZnCl2＋ H2O

Zn2＋＋Y→ZnY

3 主要試劑

ZnO基準(zhǔn)物質(zhì)：在300℃干燥2h后，稍冷后置于干燥器中，冷卻至室溫，備用。

ZrO2＋、Zn2＋混合液：含ZrO2＋、Zn2＋各約0．01mol／L。稱(chēng) 取 32g 氯 化 鋯 酰 （ZrOCl2·8H2O），14g ZnCl2于2L燒杯中，加入400—500 mL 10%鹽酸溶解，轉(zhuǎn)入10L容量瓶中，用10%鹽酸稀釋至標(biāo)線，搖勻［4］。

以及EDTA二鈉鹽；NaOH；二甲酚橙（XO）（2g／L）；六次甲基四胺（200g／L）。

4 實(shí)驗(yàn)步驟

4．1 0．01mol／L EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定

稱(chēng)取1．8—1．9g EDTA二鈉鹽，加入到500 mL沸水中，攪拌至完全溶解，冷卻后，轉(zhuǎn)入500 mL試劑瓶中，搖勻，配用。

在稱(chēng)量瓶中以差減法準(zhǔn)確稱(chēng)取0．16—0．24g ZnO，倒入250mL燒杯中，先加少量水潤(rùn)濕，蓋上表面皿，從燒杯嘴處往燒杯中滴加約5mL 6 mol／L HCl溶液，使ZnO 完全溶解。加水20 mL，微沸幾分鐘。冷卻后用水沖洗燒杯內(nèi)壁和表面皿，定量轉(zhuǎn)移Zn2＋溶液于250mL容量瓶中，用水定容至刻度，搖勻。移取25．00mL上述Zn2＋溶液于250mL錐形瓶中，滴加六次甲基四胺溶液至溶液呈穩(wěn)定的紫紅色，再過(guò)量3mL，然后加入2滴XO指示劑，立即用EDTA滴定，當(dāng)溶液由紫紅色經(jīng)穩(wěn)定的橙色再剛變?yōu)榱咙S色即為終點(diǎn)。記下讀數(shù)，平行測(cè)定三次，計(jì)算EDTA溶液的濃度。

4．2 ZrO2＋、Zn2＋含量的連續(xù)測(cè)定

移取ZrO2＋、Zn2＋標(biāo)準(zhǔn)溶液各10．00mL三份于250mL錐形瓶中，用3mol／L NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值至0．8（用酸度計(jì)指示），加入2滴XO指示劑，加熱溶液至50—60℃，趁熱用EDTA滴定，當(dāng)溶液由紫紅色剛變?yōu)榱咙S色即為ZrO2＋的終點(diǎn)。記下讀數(shù)，計(jì)算混合液中ZrO2＋的含量，結(jié)果以g／L表示。

待上述滴定ZrO2＋后的溶液冷卻后，滴加六次甲基四胺溶液至溶液呈穩(wěn)定的紫紅色，再過(guò)量3mL，然后補(bǔ)加1滴XO指示劑，用EDTA滴定，當(dāng)溶液由紫紅色剛變?yōu)榱咙S色即為Zn2＋的終點(diǎn)。記下讀數(shù)，計(jì)算混合液中Zn2＋的含量，結(jié)果以g／L表示。

5 數(shù)據(jù)處理

（1）根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)計(jì)算EDTA溶液的準(zhǔn)確濃度并列表。

（2）根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)計(jì)算ZrO2＋、Zn2＋含量并列表。

1 武漢大學(xué)．分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第四版）［M］．北京：高等教育出版社，1992

2 遲錫增．微量元素與人體健康［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997

3 武漢大學(xué)．分析化學(xué)（第五版）［M］．北京：高等教育出版社，2006

4 杭州大學(xué)．分析化學(xué)手冊(cè)（第二版）［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997