醫(yī)學(xué)院校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)“HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定”的改進(jìn)

徐丹 李海霞 周丹 邱軍強(qiáng)

摘? 要：分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門定量分析物質(zhì)含量的實(shí)踐學(xué)科。滴定終點(diǎn)誤差的計(jì)算是分析化學(xué)的重要內(nèi)容，也是判斷滴定準(zhǔn)確度的依據(jù)。鑒于目前分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中僅設(shè)置精密度的計(jì)算，而沒有準(zhǔn)確度的計(jì)算。因此，該文通過改進(jìn)“HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定”實(shí)驗(yàn)，增加滴定終點(diǎn)誤差的計(jì)算，以便于學(xué)生掌握滴定結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的探索精神。

關(guān)鍵詞：分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)? ?滴定? ?終點(diǎn)誤差? ?準(zhǔn)確性

中圖分類號(hào)：G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）08（b）-0193-03

Improvement of Analytical Chemistry Experiment "Titration of HCl Standard Solution" in Medical College

XU Dan? LI Haixia? ZHOU Dan? QIU Junqiang*

（College of Pharmacy， Hainan Medical University， Haikou， Hainan Province， 571199? China）

Abstract： Analytical chemistry experiment is a practical subject of quantitative analysis of material content. The calculation of titration end-point error is not only an important content of analytical chemistry， but also the basis for judging titration accuracy. In view of the fact that only the precision calculation is set in the current analytical chemistry experiment textbooks， there is no accuracy calculation. Therefore， this paper improves the experiment of "calibration of HCl standard solution" and increases the calculation of titration end-point error， so that students can master the accuracy of titration results and improve their exploration spirit of scientific research.

Key Words： Analytical chemistry experiment; Titration; End error; Accuracy

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是醫(yī)學(xué)院校的一門必修基礎(chǔ)課，包括化學(xué)分析和儀器分析[1-2]。其中，化學(xué)分析是通過四大基本化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系研究被測物質(zhì)的組成及其含量，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，這就要求學(xué)生十分重視分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)[3]。在規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作下，不僅能夠掌握滴定結(jié)果的精密度，也能控制結(jié)果的準(zhǔn)確度。

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是有“顏色”的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要通過指示劑的顏色的變化判斷滴定終點(diǎn)。每屆學(xué)生在進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)時(shí)，都會(huì)對(duì)指示劑終點(diǎn)的顏色變化感興趣。例如：酸堿滴定過程中，使用甲基橙作為指示劑時(shí)，終點(diǎn)顏色由黃色變?yōu)槌壬?自來水的硬度測定時(shí)，使用鉻黑T為指示 劑，終點(diǎn)顏色由紫紅色變?yōu)樗{(lán)色。對(duì)于計(jì)算成分偏重的一門實(shí)驗(yàn)課，指示劑顏色的變化可以喚起學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)。但對(duì)于剛開始接觸滴定實(shí)驗(yàn)的大一學(xué)生，僅從指示劑的顏色判斷終點(diǎn)，終點(diǎn)誤差往往過大。特別是一些對(duì)“顏色”執(zhí)著的學(xué)生，會(huì)質(zhì)疑終點(diǎn)顏色有偏差，與自己的認(rèn)知顏色不符。大多數(shù)學(xué)生無法知曉自己實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否準(zhǔn)確。

目前，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中，滴定分析實(shí)驗(yàn)僅要求學(xué)生掌握精密度的計(jì)算，卻沒有關(guān)于準(zhǔn)確度的計(jì)算。即使學(xué)生在熟練掌握滴定操作的前提下，如果在滴定終點(diǎn)顏色判斷上存在一定的誤差，也會(huì)導(dǎo)致測定結(jié)果的不準(zhǔn)確[4-5]。在筆者學(xué)校開設(shè)的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，容量分析儀器的操作練習(xí)實(shí)驗(yàn)中“HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定”，該實(shí)驗(yàn)使用甲基橙指示劑，終點(diǎn)顏色由黃色到橙色。每屆學(xué)生使用甲基橙時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)終點(diǎn)顏色難以判斷的情況。因此，該文通過優(yōu)化“HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定”，增加終點(diǎn)溶液pH的測定和滴定終點(diǎn)誤差的計(jì)算，讓學(xué)生可視化地掌握滴定終點(diǎn)的準(zhǔn)確性，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的探索精神。

1? 原實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

筆者以HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定為例來說明滴定誤差的計(jì)算，未改動(dòng)之前實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：移取20.00 mL NaOH溶液于錐形瓶中，加入2滴甲基橙指示劑，用HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液顏色由黃色變?yōu)槌壬?0 s不褪色，即為滴定終點(diǎn)。記錄HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的初讀數(shù)和終讀數(shù)。平行測定3份，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表1中，根據(jù)公式（1）和公式（2）計(jì)算HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和平均偏差[6]。以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在正確掌握滴定操作前提下，學(xué)生難于判斷終點(diǎn)顏色的變化，經(jīng)常詢問任課教師“老師，這個(gè)顏色是橙色嗎？”，滴定到橙色終點(diǎn)時(shí)，學(xué)生也會(huì)疑問“這個(gè)是橙色嗎？”，學(xué)生無法滴定終點(diǎn)的準(zhǔn)確性。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生只是在教師的判斷下完成實(shí)驗(yàn)，缺少獨(dú)立探索的科學(xué)素質(zhì)，不利于培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力。

HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的計(jì)算公式：

（1）

相對(duì)平均偏差計(jì)算公式：

（2）

2? 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

在原實(shí)驗(yàn)內(nèi)容滴定終點(diǎn)后，優(yōu)化和增加“使用pH酸度計(jì)測定滴定終點(diǎn)溶液的pH值，根據(jù)公式（3）計(jì)算終點(diǎn)誤差。平行測定3份，終點(diǎn)誤差的數(shù)據(jù)記錄在表2中”。

強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿的終點(diǎn)誤差計(jì)算公式：

（3）

圖1中給出了HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定終點(diǎn)的顏色和pH值，滴定開始前，NaOH溶液滴入2滴甲基橙指示劑后顯示黃色，滴定開始后，隨著HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴入到NaOH溶液中，發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，pH值減小，到達(dá)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，HCl和NaOH完全反應(yīng)，pH=7，溶液仍是黃色，繼續(xù)滴入HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液，當(dāng)出現(xiàn)圖1（b）的顏色時(shí)，測定溶液的pH=4.24，TE=0.11%。標(biāo)定第二份HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液，終點(diǎn)顏色為圖1（c）的顏色時(shí)，pH=3.93，TE=0.23%。標(biāo)定第三份HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液，終點(diǎn)顏色為圖1（d）的顏色時(shí)，pH=3.68，TE=0.40%。根據(jù)滴定分析誤差要求，滴定終點(diǎn)誤差≤0.2%，而第二份和第三份的誤差過大，不符合滴定分析的準(zhǔn)確度要求。

3? 結(jié)語

通過改進(jìn)HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，增加滴定終點(diǎn)溶液pH的測定和終點(diǎn)誤差的計(jì)算，使醫(yī)學(xué)院校學(xué)生能夠更準(zhǔn)確地判斷滴定終點(diǎn)，從而增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在實(shí)驗(yàn)之余，也能鼓勵(lì)學(xué)生提升自我的探索精神。

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