校園周邊環境水中溶解氧及大氣中二氧化硫含量的測定

郭樹榮，肖景楠

（赤峰學院 化學化工學院，內蒙古 赤峰 024000）

校園周邊環境水中溶解氧及大氣中二氧化硫含量的測定

郭樹榮，肖景楠

（赤峰學院 化學化工學院，內蒙古 赤峰 024000）

隨著社會的發展和進步，人類的居住環境受到廣泛的關注，環境污染的治理也就成了人們改善生活質量、實施可持續發展策略的重要課題.水中溶解氧含量和大氣中二氧化硫含量是進行水質和空氣質量監測時的一項重要指標，也是人們對環境關注的焦點.水中溶解氧和大氣中二氧化硫含量的測定有多種方法，本文采用碘量法測定了學校周邊環境水中溶解氧和大氣中二氧化硫的含量.

水中溶解氧；二氧化硫；碘量法；測定

1 前言

溶解氧(Dissolved Oxygen)是指溶解于水中分子狀態的氧，即水中的O2，用DO表示.溶解氧是水生生物生存不可缺少的條件.溶解氧的一個來源是水中溶解氧未飽和時，大氣中的氧氣向水體滲入；另一個來源是水中植物通過光合作用釋放出的氧.溶解氧隨著溫度、氣壓、鹽分的變化而變化，一般說來，溫度越高，溶解的鹽分越大，水中的溶解氧越低；氣壓越高，水中的溶解氧越高.溶解氧除了被通常水中硫化物、亞硝酸根、亞鐵離子等還原性物質所消耗外，也被水中微生物的呼吸作用以及水中有機物質被好氧微生物的氧化分解所消耗.所以說溶解氧是水體自凈能力的重要指標.

水體溶解氧的檢測方法有碘量法、電流測定法(Clark溶氧電極)、電導測定法、熒光淬滅法等[1].

空氣中的二氧化硫(SO2)是造成大氣污染的主要有害氣體之一.排放過多會形成局部地區的酸雨，損壞建筑物，造成土壤的酸化，對農作物、河水中的生物會造成嚴重的影響，對人體健康有潛在危害，當濃度達到一定值時，會引起咳嗽并刺激眼睛，甚至會使人呼吸困難.近年來二氧化硫對環境及人類的危害越來越嚴重，對其監測已成為保護大氣環境的重要方面.

大氣中二氧化硫含量的測定方法主要有針管簡易法[2]、碘量法[3]、高錳酸鉀法[4]、還原光度法[5]等.

2 實驗

本文采用碘量法測定水中溶解氧和大氣中二硫化碳的含量.

2.1 碘量法測定水中溶解氧

2.1.1 實驗原理

水中加入硫酸錳（或氯化錳）及堿性碘化鉀溶液生成氫氧化錳沉淀.此時氫氧化錳性質極不穩定,迅速與水中溶解氧化合生成錳酸錳：

加入濃硫酸，使已化合的溶解氧 (以MnMnO3的形式存在)與溶液中所加入的碘化鉀發生反應,而析出碘：

用移液管取一定量反應完畢的水樣，以淀粉作指示劑，用硫代硫酸鈉標準溶液滴定，計算出水樣中溶解氧的含量[6].

2.1.2 實驗用品

儀器：溶解氧瓶(250mL)、錐形瓶(250mL)、酸式滴定管(25mL)、移液管(50mL)、吸球；

藥品：硫酸錳溶液、堿性碘化鉀溶液、濃硫酸、淀粉溶液 (1%)、硫代硫酸鈉標準溶液(0.02492 mol·L)（經K2Cr2O7標定）.

2.1.3 實驗步驟

取樣：用水樣沖洗溶解氧瓶后，沿瓶壁直接注入水樣或用虹吸法將細玻璃管插入溶解氧瓶底部，注入水樣溢流出瓶容積的1/3～1/2左右.迅速蓋上瓶塞.取樣時絕對不能使采集的水樣與空氣接觸，且瓶口不能有氣泡，否則重取.

固定：在河岸邊取下瓶蓋，用移液管吸取硫酸錳溶液1mL插入瓶內液面下，緩慢放出溶液于溶解氧瓶中.取另一只移液管,按上述操作往水樣中加入2mL堿性碘化鉀溶液,蓋緊瓶塞，將瓶顛倒振搖使之充分搖勻.此時，水樣中的氧被固定生成錳酸錳(MnMnO3)棕色沉淀.將固定了溶解氧的水樣帶回實驗室備用.

酸化：往水樣中加入2mL濃硫酸，蓋上瓶塞，搖勻，直至沉淀物完全溶解為止（若沒全溶解還可再加少量的濃酸）.此時，溶液中有I2產生，將瓶在陰暗處放5分鐘，使I2全部析出來.

用標準Na2S2O3溶液滴定：用移液管從瓶中取50mL水樣于錐形瓶中，用標準Na2S2O3溶液滴定至淺黃色，向錐形瓶中加入淀粉溶液2mL，繼續用Na2S2O3標準溶液滴定至藍色變成無色為止，記下消耗Na2S2O3標準溶液的體積.平行測定三次.

2.1.4 數據記錄與處理

在室外溫度18℃、室內溫度20℃時，測試水樣為：(1)娃哈哈飲用純凈水[規格596mlA，生產日期2011/03/05]、(2)娃哈哈活性含氧飲用水 [規格600ml，生產日期 2011/03/12]、（3）.自來水[實驗室]、(4)池塘水[圖書館前]、(5)赤峰市錫伯河河水.

分別測定各水樣消耗標準Na2S2O3溶液的體積，每個樣品測定三組平行數據，計算用Na2S2O3標準溶液的平均體積，據此計算出各水樣中溶解氧含量，列表1.

表1 各水樣消耗標準的Na2S2O3溶液的體積及平均體積及溶解氧含量

2.1.5 測定結果分析

氧是大氣組成的主要成分之一，地面水敞露于空氣中，因而清潔的地面水中所含的溶解氧常接近于飽和狀態.在水中有大量藻類繁殖時，由于植物的光合作用而放出氧，有時甚至可以含有飽和的溶解氧.如果水體被易于氧化的有機物污染，那么，水中所含溶解氧就會減少.當氧化作用進行的太快，而水體又不能從空氣中吸收氧氣來補充氧的消耗，溶解氧不斷減少，有時甚至會接近于零.在這種情況下，厭氧細菌繁殖并活躍起來，有機物發生腐敗作用，水體產生臭味.因此，溶解氧的測定對于了解水體的自凈作用，有極其重要的關系.在一條流動的河水中，取不同地段的水樣來測定溶解氧.可以幫助了解該水體在不同地點所進行的自凈作用情況.自來水和瓶裝水經過殺菌消毒等加工處理且處于相對密閉的環境中，所以水中的溶解氧相對較少.生活飲用水直接關系到人民的日常生活和身體健康甚至生命安全，健康的飲用水中溶解氧含量不得小于6mg/L[7].

2.2 碘量法測定大氣中二氧化硫

2.2.1 實驗原理

二氧化硫有還原性，能使碘(I2)還原成碘離子(I-)，當二氧化硫通入碘一淀粉溶液中，則溶液由藍色變為無色.

2.2.2 實驗用品

儀器：分析天平；廣口瓶；酸式滴定管；膠頭滴管；雙孔橡膠塞；100ml注射器；彈簧夾；1000ml容量瓶.

試劑：碘(I2)(AR級)、碘化鉀、0.5%淀粉溶液

2.2.3 實驗步驟

測定裝置見圖 1：（1）進氣玻璃導管；（2）試管；（3）I2—淀粉溶液；（4）100mL注射器

碘標準溶液的配制：準確稱取0.1270g粉末狀純碘(AR級)，并稱0.5g碘化鉀,用少量水使之完全溶解，轉入1000ml容量瓶中，定容1000mL，搖勻，取此溶液稀釋10倍，即得5×10-5mol·L的碘溶液.

測定大氣中二氧化硫含量：準確移取 5.00ml的5×10-5mol·L的碘溶液，注入測定裝置圖中的試管中，加2-3滴淀粉指示劑，此時溶液呈藍色.按圖連接好各儀器，在測定地點(如實驗室)徐徐抽氣每次抽氣100mL，直到溶液的藍色全部褪盡為止.記錄抽氣次數.

圖1 SO2測定裝置

注意事項：⑴抽氣時應慢慢抽拉活塞，否則因抽拉太快，造成空氣中二氧化硫未反應完全，產生誤差.⑵碘的濃度要適宜.若太稀不易觀察化學計量點前后的顏色變化，若太濃，碘易揮發.

2.2.4 數據記錄與處理

空氣污染指數對應二氧化硫濃度限值見表2.

表2 空氣質量測定中SO2的最高濃度值[4]

計算二氧化硫含量：設抽氣次數為n，則根據SO2與I2反應的化學方程式可得空氣中二氧化硫含量 x(mg·m3)：

二氧化硫含量測定結果見表3.

表3 測定地點及空氣中二氧化硫的濃度值

2.2.5 測定結果討論

由表3數據可以看到，在工廠、交通樞紐SO2含量最大，原因主要是燃煤、燃油、汽車尾氣所致.校園、居民區SO2含量最小，原因主要是綠化很好，樓房隔離了道路和廠區.商業區SO2含量中等，原因主要是小型燃煤、燃油、汽車尾氣所致.

為了有效防治SO2等的污染，改善大氣環境質量.一要改變燃料構成，推廣使用天然氣及優質脫硫煤；二要繼續發展集中供熱，使SO2排放遠離生活區；三要大力推廣高效的節能、除塵措施.

3 環境化學實驗討論

本實驗作為化學專業本科專業的設計實驗[8]，要求學生運用已學過的無機化學知識和實驗方法，設計實驗方案、步驟，進行定量測定，旨在提高學生綜合分析、解決問題的能力.本文根據我校實驗室現有條件和學校周邊地區環境特點，對實驗方案和測定方法進行了探索和調整，經過實驗驗證，確認是可行的.

〔1〕環球水網.水體溶解氧檢測方法綜述.http://www.samsco.com.cn/info/46045.htm.

〔2〕熊輝，余平平，榮順杰.研究性學習一例—北京市空氣中二氧化硫含量的測定.化學教育，2006(1)：34－36.

〔3〕毛成矯.空氣中二氧化硫含量的簡易測定方法.實驗與教具改革，1999(7)：14.

〔4〕高鳳揚.空氣中二氧化硫氣體含量的簡易測定.實驗教學與儀器，2009，26(5)：34.

〔5〕劉銳，王宇峰，劉漢初.還原光度法測定大氣中的二氧化硫.環境工程，2001，19(2)：40－41.

〔6〕惠會清.水中溶解氧測定裝置及方法的改進.中國衛生檢驗雜志，2007，17(11)：2089－2097.

〔7〕張規富.微型滴定法測定居民飲用水中溶解氧的含量.成寧學院學報，2007，27(6)：88－90.

〔8〕北師大無機化學教研室，等.無機化學實驗.高等教育出版社，2011：238-240.

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1673-260X（2011）10-0024-03