沉淀電導滴定法在分析化學實驗教學中的實踐*

王林 張晨穎 李天保 許娟 毛富春 丁克廉 李曉舟

(西北農林科技大學理學院應用化學系 陜西楊凌 712100)

實驗課改革是高校教學改革的重要組成部分，尤其是針對實驗內容的改革，需要更加重視科學前沿性和實用性[1]。

水合氯化鋇中Ba的質量分數的測定是分析化學實驗課程中的一個重要實驗內容[2]。水合氯化鋇在空氣中久置會因吸水或脫水而影響其使用，因此在使用前必須測定Ba的質量分數。分析化學實驗課程選用的方法是重量分析法[3]，我們根據實際教學經驗總結了重量法的幾點不足：① 耗時長。據我們統計，由兩個學生共同完成一組實驗至少需要2.5～3h，平行3次實驗再加上教師講授時間，至少需6學時，效率低下；② 消耗多。據我們統計，每組實驗需要氯化鋇0.4～0.6g，按照每班30人、每人平行3次實驗計算，平均每堂課消耗量為45g左右；此外還有無灰濾紙、鹽酸、硫酸、硫酸鈉等試劑的消耗，以及馬弗爐和真空泵的能耗，實驗成本較高。③ 誤差大[4]。過濾和洗滌過程中沉淀的損失、燒杯壁和玻璃棒對沉淀的吸附等都會造成很大的實驗誤差，且這些誤差是難以避免的。

沉淀電導滴定法是利用電導率儀，通過沉淀反應前后溶液電導率的變化規律判斷滴定終點的方法。在滴定過程中，滴定劑與溶液中被測離子生成水、沉淀或難離解的化合物，使溶液的電導發生變化。在計量點時，滴定曲線上出現轉折點，指示滴定終點。此方法不受沉淀和顏色的影響，可準確進行測量。朱金坤[5]利用沉淀電導滴定法測定了常量鋇離子。方艷夕等人[6]利用沉淀電導滴定分析法在Ca2+、Sr2+干擾下測定了Ba2+的含量。顧鴻語利用沉淀電導滴定法測定了土壤和水中的硫酸根含量[7-8]。鑒于此，我們嘗試設計了一個新的實驗——沉淀電導滴定法確定水合氯化鋇中Ba的質量分數。

1 實驗內容

1.1 原理

電解質溶液的電導率與溶液中離子的本性、離子的濃度以及溶液的溫度有關。在一定溫度下，若離子的濃度或種類發生變化，溶液的電導率也隨之改變。沉淀電導滴定分析法是利用溶液中離子的濃度和種類的變化，確定溶液電導率的變化規律，并利用電導率的轉折點確定沉淀反應終點的分析方法。

以Na2SO4滴定BaCl2，溶液中發生如下反應：

Ba2+的導電能力大于兩倍濃度的Na+。到達滴定終點前，由于BaSO4沉淀不參與導電，因此相當于兩倍濃度的Na+替換了Ba2+，溶液的電導率隨Na2SO4的加入線性降低；滴定終點之后，相當于直接在NaCl水溶液中加入Na2SO4，溶液的電導率線性升高。兩條直線的交點即為滴定終點，利用直線方程聯合求解即可求出滴定Ba2+所消耗的Na2SO4溶液的體積，根據標準Na2SO4溶液的濃度，即可計算出BaCl2中Ba2+的質量分數。

1.2 儀器與試劑

上海雷磁DDS-11A型電導率儀(鉑黑電極)，磁力攪拌器，燒杯，攪拌子，10.00mL移液管若干，堿式滴定管，100mL量筒，100.00mL容量瓶，玻璃棒，無水Na2SO4(分析純)，BaCl2·2H2O(分析純)等。實驗用水均為去離子水，電導率約為2.0μS·cm-1。

1.3 實驗步驟

(1) 準確配制0.1000mol·L-1(以實際所用濃度為準)的氯化鋇水溶液100.00mL，準確配制0.1000mol·L-1(以實際所用濃度為準)的無水硫酸鈉水溶液100.00mL。

(2) 移取3.00mL氯化鋇水溶液置于燒杯中，加50mL水，插入電極將電導池完全浸沒，選擇合適的量程。

(3) 打開磁力攪拌器(緩慢攪拌，以免液體飛濺)。用無水硫酸鈉水溶液滴定氯化鋇溶液，每次準確滴加0.30mL，攪拌30s后，校正，然后測量、讀數(每次測量前都要校正)。共滴加20次，作圖時適當取舍并給予討論。平行實驗3次，計算Ba的質量分數的平均值。

(4) 實驗結束后，關閉儀器、拔掉電源、清洗電極并將其浸泡在蒸餾水中。

2 可行性分析

為了驗證所設計方法的可行性及可靠性，用新購的BaCl2·2H2O作為標準品，并選擇不同的BaCl2初始濃度進行滴定實驗。圖1為沉淀電導滴定曲線，圖1(a)、(b)、(c)、(d)的BaCl2初始濃度分別為2.00、6.00、10.00、20.00mmol·L-1,體積均為50.00mL。Na2SO4的濃度為0.1201mol·L-1。由圖1可知，圖1 (a)和圖1(d)的線性擬合度R2相對較小，這是由于滴定過程中切換量程導致的(本實驗所用的DDS-11A型電導率儀為指針式電導率儀，切換量程會引起系統誤差)。最終我們選擇在圖1(b)條件下完成實驗，該條件下由于不需切換量程，所以線性擬合度高，兩條直線的R2分別為0.9967和0.9989，根據線性方程計算得BaCl2·2H2O標準品中Ba的質量分數為56.1%，與標準值56.1%吻合，說明該實驗設計合理，是完全可行且可靠的。

圖1 BaCl2的沉淀電導滴定曲線BaCl2的初始濃度分別為：(a) 2.00mmol·L-1；(b) 6.00mmol·L-1；(c) 10.00mmol·L-1；(d) 20.00mmol·L-1

3 教學效果

本實驗于2012年6月作為應用化學綜合大實驗的教學內容為本校應用化學2010級本科生開設。實驗結束后，我們對全部87名參與實驗的學生進行了調查問卷工作，結果顯示學生普遍認為沉淀電導滴定法相比重量分析法有3個優點：① 耗時短，4個學時可完成講授、配溶液、進行3組平行滴定實驗共3部分實驗內容；② 消耗少，30人的班級每人獨立完成實驗并重復3次，消耗粗氯化鋇的質量不到9.8g，相關試劑的消耗也大大減少；③ 電腦繪圖誤差小，結果更加準確。

4 結論

沉淀電導滴定實驗與傳統的重量分析法相比有很多優點，不僅可以在本科教學中應用，也可以用于科研工作。但值得一提的是，我們設計的實驗存在著一個不足：在滴定終點前，溶液電導率變化不明顯，對于DDS-11A型指針式電導率儀很難準確描述這種微小的變化，所以我們建議有條件的學校可選用更高級的數顯式電導率儀做這個實驗，以避免讀數誤差。

參 考 文 獻

[1] 王麗紅,朱團.科技創新導報,2012,15:158

[2] 莊京,林金明.基礎分析化學實驗.北京:高等教育出版社,2007

[3] 陳新善,陶勝源.解放軍藥學學報,2011,27(1):77

[4] 李云巧,于志輝,王道.環境科學與技術,2005,28(6):42

[5] 朱金坤.安徽技術師范學院學報,2006,20(1):27

[6] 方艷夕,朱金坤.安徽技術師范學院學報,2005,19(1):52

[7] 顧鴻語,鄭學榮.土壤,1997,29(5):275

[8] 顧鴻語,王遵堯.重慶環境科學,1997,19(4):52