一個綠色環保型分析化學實驗的研究——ZrO2＋、Zn2＋含量的連續滴定

喻德忠 王紅力 劉 東

（武漢工程大學化工與制藥學院，綠色化學過程教育部重點實驗室，湖北武漢 430073）

隨著現代工業的迅猛發展，環境污染問題已成為全世界關心的熱點問題。我國是一個發展中國家，近二十年來，環境污染問題尤為突出。大學是培養各行業人才的主要基地，在大學教學中開設綠色環保型實驗，對于培養學生的環保意識，提高學生的綜合能力，維護生態平衡，實現可持續發展具有重要的現實意義。

分析化學和分析化學實驗均是化學類專業及相關專業的主要基礎課之一，兩者既密切配合，又各有側重，具有一定的完整型和獨立性。通過分析化學實驗課程的教學，可以使學生對分析化學基本理論加深理解，熟練地掌握分析化學的基本操作技能，為他們參加生產和科學研究打好一定的基礎。

在分析化學基礎實驗中，鉍、鉛含量的連續測定是一個經典的絡合滴定實驗［1］，該實驗對于理解及掌握絡合滴定原理具有重要意義，是化學類專業及相關專業必開實驗。但是，由于鉍、鉛的毒性［2］，長期大量地練習該實驗，大量排出的廢水勢必嚴重污染水源及土壤，從而進一步破壞生態環境及生態系統。僅以2009年為例，我校開設該實驗的班級高達91個，學生人數達2800人，排出的實驗廢液900余升，曾一度造成排污口鉍、鉛含量超標。因此，如何設計出環保型實驗，使學生既能理解掌握絡合滴定的基本原理，又能很好地保護環境，是分析化學教研工作者面臨的一個重要問題。

作者長期致力于分析化學教研工作，通過大量的理論及實驗研究，設計出一個新的環保型實驗，即ZrO2＋、Zn2＋含量的連續滴定，并以工業分析、應用化學兩個專業（共4個班）為代表，試行開設了該實驗兩年，初步統計了教學效果，證明90%以上的學生理解并掌握了絡合滴定的基本原理及基本操作，84%的實驗數據符合分析化學基礎實驗的誤差要求。同時檢測了排污口的鉍、鉛含量，結果表明其含量已遠遠低于排放標準。此外，在教學過程中，我們注重向學生介紹開設環保型實驗的意義，學生的環保意識大大增強。因此，該綠色環保型實驗值得深入研究和大力推廣。

1 實驗目的

（1）通過實驗使學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用。

（2）通過實驗使學生能熟練掌握用EDTA進行連續滴定的方法。

（3）通過實驗使學生能牢固掌握EDTA溶液的配制及標定方法。

2 實驗原理

混合離子的分別滴定常用控制酸度法、掩蔽法進行，可根據有關副反應系數論證對它們分別滴定的可能性［3］。

ZrO2＋、Zn2＋均能與 EDTA 形成穩定的1：1絡合物，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，控制不同的酸度，進行分別滴定。在pH≈0．8時滴定ZrO2＋，在pH≈5—6時滴定Zn2＋。

EDTA標準溶液用標定法配制。本實驗以二甲酚橙（XO）為指示劑，用ZnO為基準物質標定其濃度。標定反應式為：

ZnO＋2HCl＝ZnCl2＋ H2O

Zn2＋＋Y→ZnY

3 主要試劑

ZnO基準物質：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 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，轉入10L容量瓶中，用10%鹽酸稀釋至標線，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 實驗步驟

4．1 0．01mol／L EDTA標準溶液的配制與標定

稱取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，轉入500 mL試劑瓶中，搖勻，配用。

在稱量瓶中以差減法準確稱取0．16—0．24g ZnO，倒入250mL燒杯中，先加少量水潤濕，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壁和表面皿，定量轉移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定的紫紅色，再過量3mL，然后加入2滴XO指示劑，立即用EDTA滴定，當溶液由紫紅色經穩定的橙色再剛變為亮黃色即為終點。記下讀數，平行測定三次，計算EDTA溶液的濃度。

4．2 ZrO2＋、Zn2＋含量的連續測定

移取ZrO2＋、Zn2＋標準溶液各10．00mL三份于250mL錐形瓶中，用3mol／L NaOH溶液調節溶液的pH值至0．8（用酸度計指示），加入2滴XO指示劑，加熱溶液至50—60℃，趁熱用EDTA滴定，當溶液由紫紅色剛變為亮黃色即為ZrO2＋的終點。記下讀數，計算混合液中ZrO2＋的含量，結果以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定的紫紅色，再過量3mL，然后補加1滴XO指示劑，用EDTA滴定，當溶液由紫紅色剛變為亮黃色即為Zn2＋的終點。記下讀數，計算混合液中Zn2＋的含量，結果以g／L表示。

5 數據處理

（1）根據本實驗的原始數據計算EDTA溶液的準確濃度并列表。

（2）根據本實驗的原始數據計算ZrO2＋、Zn2＋含量并列表。

1 武漢大學．分析化學實驗（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：化學工業出版社，1997

3 武漢大學．分析化學（第五版）［M］．北京：高等教育出版社，2006

4 杭州大學．分析化學手冊（第二版）［M］．北京：化學工業出版社，1997