飲用水實驗
——推薦一個針對非化學專業的生活化學實驗

劉淑珍

(北京工業大學環境與能源工程學院 北京 100124)

飲用水實驗
——推薦一個針對非化學專業的生活化學實驗

劉淑珍

(北京工業大學環境與能源工程學院 北京 100124)

在非化學專業本科生生活化學實驗課程中嘗試開設飲用水實驗，針對非化學專業學生的特點，重新設計實驗的教學內容，通過貼近生活的實驗內容，普及飲用水常識，培養學生的化學科學素養。

飲用水 實驗教學 生活化學實驗

生活化學實驗課為我校的一門通識教育課，選修該課的學生大多數是人文、經管、土木工程等非化學專業的學生，這些學生的特點是大學期間不再學習化學，甚至高中也沒有動手做過化學實驗。飲用水實驗作為生活化學實驗課的項目之一，針對非化學專業學生的特點，不應像傳統化學實驗課一樣強調理論知識和實驗基本操作，而應該在實驗教學中淡化對理論知識的要求，重新設計實驗教學目標和教學過程，將化學與生活更緊密地聯系起來，從而提高學生的實驗興趣[1]。

飲用水實驗的實驗內容密切聯系生活，在課堂上教師引導學生做實驗，并為學生準備簡易版的實驗指導書。一方面學生通過實驗指導書和教師的引導可以更好地完成實驗，另一方面實驗指導書上有些內容需要學生根據實驗步驟和實驗現象去完成，這有助于學生仔細觀察實驗現象、思考實驗原理。

1 實驗目的

① 了解我國《生活飲用水水質衛生標準》的內容； ② 判斷飲用水的總硬度是否符合國家飲用水水質標準； ③ 判斷飲用水的氯含量是否符合國家飲用水水質標準； ④ 判斷飲用水的溶解性總固體是否符合國家飲用水水質標準； ⑤ 科學認識飲用水，提高飲用水衛生安全意識，指導學生健康飲水。

2 實驗原理

水是生命之源，一個成年人每天至少要補充2.5升水才能滿足人體新陳代謝的需要。近年來，水環境污染日趨嚴重，飲用水污染事故頻發[2-3]， 一次又一次地引起人們對飲用水的擔憂，飲用水的安全也成為了媒體的焦點。由于人們普遍缺乏飲用水的安全常識，不知如何判斷飲用水是否安全，加之水的污染往往看不見，聞不到，甚至嘗不出來，所以更容易引起恐慌。

在生活中經常飲用的水有：自來水、純凈水、礦泉水、礦物質水等。對于飲用水是否合格，通常測定飲用水中的幾種典型指標是：pH、總硬度、氯化物含量、TDS值。

總硬度的測定常采用絡合滴定法，即在pH=10的NH3-NH4Cl緩沖溶液中，以鉻黑T為指示劑，向一定量的飲用水中滴加EDTA標準溶液，當溶液顏色由紫紅色變為純藍色時為滴定終點。根據式(1)可計算水樣的總硬度。

(1)

式中ρ2為水樣的總硬度(單位：mg/L) (以CaCO3計)；c1為EDTA標準溶液的濃度(單位：mol/L)；V1為EDTA標準溶液所消耗的體積(單位：mL)；V2為水樣的體積(單位：mL)。

(2)

式中ρ2為水樣的氯含量(單位：mg/L)(以Cl-計)；c1為AgNO3標準溶液的濃度(單位：mol/L)；V1為AgNO3標準溶液所消耗的體積(單位：mL)；V2為水樣的體積(單位：mL)。

TDS是英文total dissolved solid的縮寫，中文譯名為溶解性總固體，單位為毫克/升(mg/L)，它表明一升水中含有可溶性固體物質的毫克數。其測量原理是通過測量水的電導率間接反映出TDS值。相對來說，水越純凈， TDS值就越低，反之就越高。

3 實驗用品

公共用品： 0.02000 mol/L EDTA標準溶液，鉻黑T，0.005 mol/L AgNO3標準溶液，0.5% K2CrO4溶液，NH3-NH4Cl緩沖溶液(pH=10)，pH試紙，TDS筆，自來水，去離子水。

小組用品：鑷子，10 mL量筒，25 mL量筒，滴管，錐形瓶，玻璃棒，洗瓶。

自備水樣：學生在實驗課前準備好200 mL飲用水，可以是桶裝水、白開水或者超市購買的飲用水。如果不是超市購買的瓶裝水，需要自己準備干凈的塑料瓶。裝水樣之前將塑料瓶用待測水樣潤洗至少3遍，然后裝入待測水樣密封好。

4 實驗步驟

4.1 水樣酸度的測定

用玻璃棒蘸取少許待測水樣到pH試紙上，然后根據pH試紙顏色的變化對照標準比色卡讀取待測水樣的pH。

4.2 水樣硬度的測定

用25 mL量筒量取25 mL待測水樣于150 mL錐形瓶中，加1 mL pH=10的 NH3-NH4Cl緩沖溶液，再加少許鉻黑T。用10 mL量筒量取10 mL 0.02000 mol/L EDTA標準溶液。用滴管向錐形瓶中逐滴加入EDTA標準溶液，邊滴加邊觀察錐形瓶內溶液的顏色變化。當錐形瓶內溶液的顏色由紫紅色變為純藍色時停止滴加，并記下消耗EDTA標準溶液的體積，重復測定一遍。根據式(1)計算水樣的總硬度。

4.3 水樣氯含量的測定

用25 mL量筒量取25 mL待測水樣于150 mL錐形瓶中，加1 mL 0.5% K2CrO4溶液。用10 mL量筒量取10 mL 0.005 mol/L AgNO3標準溶液。向錐形瓶中逐滴加入AgNO3標準溶液，邊滴加邊觀察錐形瓶內的顏色變化。當錐形瓶中黃色渾濁呈現橙紅色時，停止滴加，并記下消耗AgNO3標準溶液的體積，重復測定一遍。根據式(2)計算水樣的氯含量。

4.4 水樣TDS的測定

用TDS筆測定TDS。具體測定方法如下：拿下筆套，打開TDS筆開關，將TDS筆用待測水樣潤洗3～5遍，將筆放入待測水樣中至水位線，待讀數穩定(2～6秒)后, 按HOLD鍵鎖定數值，讀取數值，重復測定一遍。使用完畢后擦干筆頭上的水，將筆套蓋回。

5 實驗結果及討論

所有指標測定完畢，教師和學生一起對測定水樣的各項指標進行分析。經過對實驗結果的分析，發現有時同一類型的水樣不同學生的測試數據相差很大。 在這種情況下，教師引導學生分析實驗原因，發現有的學生是沒有判斷好滴定終點，有的學生是在公式計算中出現錯誤。 通過對實驗結果的分析，加深學生對實驗原理的理解，強化生活和化學的聯系，提高學生分析、解決問題的能力。 隨后，教師和學生一起對不同類型的水樣測試結果進行分析，并根據國家衛生部發布的我國生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)中飲用水相關指標的標準，判斷測定水樣中的各項指標是否符合國家標準；引導學生思考為什么不同類型的水會出現指標的差異，以及各項指標的大小對人體健康的影響。

6 教學建議

① 要求學生準備待測水樣，學生對于自己準備的水樣很關注，也都非常好奇自己每天或經常喝的水的各項指標到底是多少。這樣能提高學生做實驗的積極性?，F在市面上飲用水種類非常多，每個學生準備的水樣可能都不相同，這就要求指導教師了解飲用水的種類，并對常見種類的飲用水進行相應指標的測定，從而了解不同種類飲用水的各項指標值。這樣就可以在實驗中判斷學生測定的水樣指標值是否正確。

② 建議在實驗過程中，除了自帶水樣的測定之外，增加對比水樣的測定。飲用水實驗在開設之初只測待測水樣，這時就可能由于學生的自帶水樣為硬度偏低的純凈水，在測定硬度時會很快到達滴定終點，導致學生不能看到硬度高時的現象。為了解決這個問題，從2013年開始，在實驗中增加了對比水樣的測定，由教師根據學生自帶水樣的種類指定對比水樣。如果自帶水樣為白開水等硬度偏高的水，則以實驗室的去離子水為對比水樣；如果自帶水樣為純凈水等硬度偏低的水，則以自來水為對比水樣。

③ 對非化學專業的學生降低實驗基本操作的訓練，更加關注對學生化學素養的培養。在本實驗剛開出時，總硬度和氯含量的測定都采用定量分析的方法，但在實驗中發現選修該課的學生化學基礎知識較少，操作能力較弱，經研究決定將原來的定量實驗改為半定量實驗，簡化了相應的操作，用量筒和滴管代替酸式滴定管，這樣就減少了對酸式滴定管的操作要求，降低了實驗難度。另外，在實驗的關鍵步驟，比如變色反應發生時，提醒學生注意觀察實驗現象，引導學生思考與實驗現象相關的實驗原理。

7 結語

從2012年開始，我們在生活化學實驗課程中開設了飲用水實驗。該實驗的實驗用品盡量生活化；在實驗過程中，由教師引導學生進行實驗，以提高學生的興趣。通過教學實踐，發現學生做實驗的積極性很高，在實驗過程中都很認真。許多學生在完成飲用水實驗后的感想和收獲中表示：通過飲用水實驗，重新認識了水，提高了關注水安全的意識，并且學會了檢測飲用水指標的一些方法，為以后健康飲水起到了指導作用。

經過近幾年對飲用水實驗的改進與實踐，給非化學專業的學生提供了提高化學科學素養的機會。學生通過該實驗，不僅進一步了解了飲用水標準和生活中飲用水指標的測定方法，也提高了學生的動手能力，培養了學生的科學素養。

[1] 陳永寶，訾學紅，劉淑珍. 大學化學，2013 28(6)：17

[2] 李麗娟,梁麗喬,劉昌明,等. 地理學報，2007，62(9)：917

[3] 肖羽堂,張晶晶,吳鳴,等. 長江流域資源與環境，2001，10(1)：51

[4] 吳洣廲. 北京自來水的信任危機. 北京科技報. 2013-01-14

The Analysis of Drinking Water*——Recommending a Daily-life Related Experiment for the Non-chemistry Majored Students

Liu Shuzhen**Bai Guangmei Chen Yongbao Wang Xiayan

(CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)

Analysis of drinking water, including a few steps of measurements, is offered to the elective Chemical Experiments in Life course for non-chemistry majored undergraduates. The creative design, practice-based procedure was introduced to improve the scientific literacy of the undergraduates.

Drinking water; Laboratory teaching; Chemical experiments in life

10.3866/pku.DXHX20150653

*通訊聯系人，E-mail:liushuzhen@bjut.edu.cn 白廣梅 陳永寶 汪夏燕

北京工業大學教育教學研究項目，課題編號：ER2013C16，課題名稱：創新《生活化學實驗》 培養學生科學素養。

O6-31; G64