新型微量滴定儀器研制與應用

福建省漳州第一中學許美

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新型微量滴定儀器研制與應用

[摘要]滴定分析是化學分析中一種十分重要的分析方法，實驗通常使用酸式滴定管、堿式滴定管、移液管等進行滴定，求出未知溶液物質的量濃度。然而沿用多年的實驗儀器設備存在著許多問題，針對這些問題，該文將常用的螺旋測微器和普通醫(yī)用注射器有機結合，設計制作了一款以使用微量試劑完成實驗為主要目標，提高實驗精確度、減少實驗操作時間的新型微量滴定儀器。儀器的設計、運用結合了學生的物理與化學知識，貫穿環(huán)保理念，促進化學實驗微型化。通過數次酸堿中和滴定實驗、氧化還原滴定實驗、沉淀滴定實驗和絡合滴定實驗，論證了該新型微量滴定儀器的科學性、合理性、實用性及普遍推廣的價值。

[關鍵詞]微量滴定儀器 學科滲透 環(huán)境保護

在我國定量化學實驗教學中，普遍存在著化學廢液排放量大和廢液處理成本高的棘手問題[1]。 如何從源頭上減少廢液的產生成為化學實驗教學改革中急需解決的重要課題。微型實驗是新世紀中學化學實驗改革很有發(fā)展?jié)摿Φ捻椖恐?。它的兩個基本特征是：儀器的微型化和試劑的微型化，這兩者互為條件、缺一不可。實踐表明，微型化學實驗不是常規(guī)試驗的機械減量，而是在綠色化學思想指導下在微型化學儀器裝置中對常規(guī)化學實驗進行創(chuàng)新設計，以達到用盡可能少的試劑來獲取盡可能多的化學信息的目標[2]。采用微型化學實驗既能實現(xiàn)學生人人動手實驗強化動手訓練，又能對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和環(huán)保意識起到潛移默化的促進作用。根據這個理念，我們將常用的螺旋測微器和普通醫(yī)用注射器有機結合，設計制作了一款以使用微量試劑完成實驗為主要目標，提高實驗精確度、減少實驗操作時間的新型微量滴定儀器，并將該儀器應用于酸堿中和滴定實驗，使實驗得到優(yōu)化。

1 酸堿中和滴定的實驗原理

酸堿中和滴定反應實質的離子方程式為：H＋+OH—＝H2O。在反應時，以鹽酸和氫氧化鈉的反應為例：c(HC1)·V （HC1）=c（NaOH）·V（NaOH），體積＝截面積×長度，因此該公式可轉化為：c(HC1)·S（HC1）·△h1（HC1）=

c（NaOH）·S（NaOH）·△h2（NaOH），在截面積相同的情況下：c(HC1)·△h1（HC1） = c（NaOH）·△h2（NaOH），將體積之比轉化為長度之比。在中學物理知識學習中，我們知道能夠比較精確測量長度的工具有游標卡尺、螺旋測微器等，綜合考慮了制作等各方面因素，我們選擇了螺旋測微器作為量具。螺旋測微器是一種利用螺紋推進的精密儀器，廣泛應用于長度的精確測量。由于采用了螺紋推進，儀器的長度測量精度可達0.01mm，實驗時估讀至0.001mm。

2 新型微量滴定儀器的構造和組裝說明

新型微量滴定儀器主要由三個部分組成：控制長度的微分頭、起固定作用的模具和兩根型號完全相同的注射器，通過旋轉微分頭控制進樣的長度。

（1）將儀器固定在鐵架臺上，如下圖所示。

（2）松開固定螺絲，使接合處產生足夠大的縫隙。

（3）將已取液并除去氣泡的注射器兩翼卡入縫隙，并旋緊螺絲。

（4）將針頭裝上注射器并選取合適的基數進行調零。

（5）仔細調整微分頭，推進注射器，直到滴定終點，讀取數值。

3 酸堿中和滴定實驗（以已知濃度的堿滴定未知濃度的酸）

實驗儀器：微量滴定儀器、10 mL注射器×2、鐵架臺、燒杯、輸液針頭、磁力攪拌器

進入新世紀以來，我國農業(yè)技術水平得到快速全面提升，農業(yè)機械化體系構建日漸深入，有效促進了基層鄉(xiāng)鎮(zhèn)農業(yè)生產水平的進步，改善了農業(yè)發(fā)展質量。在基層農機的應用和管理服務上，如果不能實行有效的變革，將嚴重制約基層鄉(xiāng)鎮(zhèn)農業(yè)的建設進度?；诖?，本文立足當前農機發(fā)展管理實際和未來發(fā)展趨勢，對基層農機的綜合管理服務進行了全面分析，探索基層農機管理服務的突破口，力爭在基層的農機管理服務上提升質量效益，更好的服務于基層農業(yè)的發(fā)展，促進基層農機管理的正規(guī)化建設。

實驗藥品：0.1000 mol·L-1NaOH溶液、待測鹽酸、酚酞溶液

實驗操作：

（1）洗滌儀器，選取注射器并潤洗。

（2）用注射器吸取適量待測鹽酸并排出注射器內的空氣泡。

（3）將注射器裝入微量滴定儀器進行“調零”，記錄起始讀數，并取適量待測鹽酸于錐形瓶中，并加1～2滴酚酞溶液，并打開磁力攪拌器進行攪拌。

（4）用另一支注射器吸取適量標準NaOH溶液并排出注射器內的空氣泡。

（5）將注射器裝入微量滴定儀器進行“調零”，記錄起始讀數，開始滴定，滴定至溶液由無色變?yōu)榉奂t色且半分鐘不變色，說明到達滴定終點，記錄讀數。

實驗紀錄：滴定次數　待測酸溶液長度△h1　　標準堿溶液的長度△h2長度mm 　　滴定前 滴定后 長度mm第一次 　5 　20 　14.791 　5.209第二次 　5 　20 　14.783 　5.217第三次 　5 　20 　14.775 　5.225測得待測鹽酸的濃度為： 0.9584 mol·L-1。

4 實驗創(chuàng)新的優(yōu)點

4.1 節(jié)約藥品，節(jié)省時間

通過實驗儀器的創(chuàng)新設計研制，以盡可能少的試劑來完成化學實驗，獲取所需的化學信息。它不僅與常規(guī)實驗等效，而且還具有節(jié)約藥品（微量滴定儀器與酸、堿管滴定對比試劑的用量約為1∶10），減少儀器損耗，節(jié)省時間（微量滴定儀器與酸、堿管滴定對比時間約為1∶2），提高實驗安全程度等優(yōu)點。該儀器大幅度降低了原料試劑的用量，減少化學反應對環(huán)境的污染，體現(xiàn)綠色化學的理念。

4.2 小巧易攜，一模多用

微量滴定儀器占用體積小、操作簡單，易攜帶，而且和傳統(tǒng)的酸堿滴定管相比，具有耐酸、耐堿、抗氧化等優(yōu)點，一個模具可安裝不同規(guī)格的注射器，量取不同要求的溶液，可做到一個模具多用，提高了儀器的利用率。不僅可以應用于酸堿中和滴定，同時還可以廣泛地應用于氧化還原的滴定、沉淀滴定、絡合滴定等。因此還適合用于野外測試使用，如在野外用KMnO4、K2Cr2O7法測試水體中的BOD、水體的酸度等。同時由于微量滴定儀器精確度較高，因此可用其替代移液管和吸量管來量取微量體積并要求精確的溶液。

4.3 知識融合，學以致用

微量滴定儀器的設計過程科學地應用了物理、化學、生活中的知識。讓學生對跨學科的知識融會貫通，千分尺是高中階段物理教學的重要內容，將物理的儀器與化學的儀器相結合，并應用于化學實驗，充分體現(xiàn)了學科間的聯(lián)系，學以致用，提高學生學習的興趣，并讓學生了解物理化學的緊密聯(lián)系。

4.4 減小誤差，提升精度

通過微分頭的精確讀數，減小視覺上的誤差；精度最高可達到0.01mm，比酸、堿滴定管提高了數量級，在小劑量下亦可達到實驗對有效數字的需求，并提高實驗的準確度；采用輸液針頭，出口小，且直接置入反應試劑燒杯中，在接近滴定終點時，可以控制微小的劑量，將滴定終點的判斷誤差降至最低，提高實驗準確度。

隨著全球經濟的發(fā)展，環(huán)境問題日益成為全球矚目的焦點，全球每年因為環(huán)境污染所造成的災難及損失難以估量。而各類學校（主要是中學及大學）化學實驗室排放的廢棄物及實驗過程中產生的有害物質已成為一個巨大的污染源。我們應在化學實驗中提倡綠色化學，盡可能采用微型化學實驗，強化環(huán)境意識，同時節(jié)約化學原材料。希望該儀器的改進能為提倡節(jié)約、環(huán)保型社會做出一份實質性的貢獻。

參考文獻:

[1] 徐靜年，蘇建茹，郭奮. 高校實驗室污染不容忽視[J]. 實驗技術與管理，2005，22（11）：130-132.

[2] 張曉霖. 中學化學實驗微型化探究[J]. 學周刊，2011, 27(9):5.