高中化學實驗操作能力及科研精神培養——以測試未知鹽酸溶液濃度為例

◆雷華

滴定法是高中化學課標中的一個重要組成部分，使用滴定法測量未知鹽酸溶液濃度的實驗，是每個高中生都必須完成的課程實驗。但是在本實驗中通過對課程的深入挖掘，發現本實驗是一個可以提高學生實驗操作能力和培養科研精神的非常好的素材。本文對該實驗的實驗任務書做了補充，體現出教改工作中較新的思維。

在化學上，分析實驗是一項非常重要的實驗，通過一些簡單的分析實驗來掌握化學分析實驗的實驗方法、實驗思路、研究思路等，是高中化學課標中非常重要的一個組成部分，也是高中化學課程中給予學生最大幫助的課程部分之一。用滴定法測試未知鹽酸溶液濃度的實驗，是一種非常典型的分析實驗，這個分析實驗經過化學實驗課程的簡化，既能讓學生熟練掌握操作要領，又不乏化學分析實驗的探索性。因此，本實驗在培養高中學生實驗操作能力和科研精神方面，有著非常直接的幫助作用。

1 實驗目的

通過酸堿雙向滴定的方式來測試一瓶未知濃度的稀鹽酸溶液的濃度。因為滴定實驗是一種操作精細度要求很高的化學分析實驗，所以希望通過本實驗來鍛煉學生的實驗操作能力，并培養學生的科研精神。因為高中化學中的滴定實驗以強酸滴定實驗最為簡單，所以選擇一種未知濃度的鹽酸溶液，讓學生使用酚酞作為指示劑，來用滴定法較為精確地測試出溶液的濃度。

由于滴定實驗的特殊性，該實驗對于學生的操作要求非常精確，可以很好地鍛煉學生的動手操作能力。而因為滴定實驗本身的重復性和枯燥性，也可以考驗學生在科研實驗中的耐心和責任心，對于培養學生的科研精神有著較大的幫助。

2 實驗原理

利用化學中的強酸強堿完全反應原理，假設KHP中的KHC8H4O4完全與NaOH發生反應，進而生成中性的KNaC8H4O4，也就導致了在使用NaOH溶液滴定標準的KHP溶液時，初期的pH值會恒等于7，而直到KHP完全反應后pH值才開始升高。那么，在酚酞溶液開始變紅時，就表明KHP在這一滴的過程中發生完全反應。也就是說，這一滴定誤差小于0.036 ml（按照28滴計算）。與6 ml左右的低定量計算，0.036 ml的誤差率約為0.45%，完全符合高中分析實驗的要求。

同樣道理，假設在酸性溶液中滴入已知濃度的NaOH溶液，酸性溶液中完全電離的H+離子，遇到NaOH中的OH-離子會完全反應，因為滴入的OH-數量在初期不足以反應掉酸性溶液中的全部H+離子，所以在滴定初期溶液繼續呈現酸性。在滴定過程中對溶液要反復晃動，使其得到充分反應，避免因為反應不充分出現局部堿性的現象。

實驗中先用KHP標定NaOH的濃度，再用NaOH標定HCl的濃度。方程式如下：

KHC8H4O4+NaOH===KNaC8H4O4+H2O（1）

HCl+NaOH===NaCl+H2O（2）

首先使用精準配置的KPO3溶液對NaOH做出標定，使用堿性滴定管滴定法滴定至KPO3溶液中的酚酞指示劑不再變色。然后使用堿性滴定管滴定未知濃度HCl溶液，至酚酞指示劑在溶液中恰好變紅不再褪色為準。

3 儀器、試劑

主要儀器：分析天平1臺；250 ml錐形瓶3個；50 ml量筒1個；50 ml堿性滴定管1支；滴定鐵架臺1臺；玻璃棒1根；100 ml小燒杯一個；250 ml容量瓶1個；25 ml移液管1個；膠頭滴管1支；

主要試劑：分析純KHP 3.0 g；分析純NaOH 5.0 g；1 mol/L HCl 150 ml；分析純蒸餾水300 ml；分析純酚酞5.0 g。

4 實驗過程

1）用減量法稱取0.4～0.6 g的KHP 3份，分別置于250 ml的錐形瓶中，加入30～40 ml蒸餾水，攪拌，使之完全溶解。該步實驗的關鍵就是制作3份濃度完全不同的KHP溶液。因為實際與NaOH發生反應的是溶液中的KHP，而不是溶液本身，所以，溶液的濃度并不重要，只需要用分析天平測量溶液中的KHP質量就可以了。因為KHP的mol重為204.2 g所以，根據KHP的重量，可以很容易得到KHP的mol數。

2）往錐形瓶中加酚酞指示劑2～3滴，用NaOH標準溶液滴定至溶液呈微紅色30 s不褪色即為終點，記錄NaOH的終讀數。平行做3次，計算NaOH的濃度。酚酞的作用是在堿性溶液中呈現紅色，而在酸性和中性溶液中呈現無色。使用堿性溶液滴定中性和酸性溶液時，當溶液呈現微弱堿性時，酚酞指示劑就會變色，提示溶液pH值大于7的瞬間。只備酚酞指示劑時，對于指示劑的濃度并沒有太多要求，一般每毫升指示劑中添加0.05 g左右的酚酞即可。一般情況下，都是取大約5毫升蒸餾水，然后用藥匙的小匙添加2～3藥匙即可。

3）用移液管移取25.00 ml未知濃度的HCl溶液，置于250 ml容量瓶中，用蒸餾水稀釋到刻度，搖勻。定比例稀釋未知濃度液體的實驗方法，是化學分析實驗中的常用方法，這樣可以得到更多的實驗試劑，而且通過一定的反算方法，還不影響對化學試劑的分析。

4）洗滌移液管和錐形瓶。用移液管移取25.00 ml容量瓶中的試劑于250 ml錐形瓶中，加2～3滴酚酞指示劑，用已知濃度的NaOH標準溶液滴定至溶液呈微紅色30 s不褪色即為終點，記錄NaOH的終讀數。平行做3次，計算HCl的濃度。

5 相關計算

如表1所示，采用酚酞作指示劑，溶液顏色由無色滴至微紅色計算公式：

C(NaOH)=(m×1000)/(204.2×V)（3）

表1 NaOH濃度測量表

如表2所示，采用酚酞作指示劑，顏色由無色滴到微紅色計算公式：

C(HCl)=10×(C(NaOH)×V)/25（4）

6 實驗分析

實驗難點 因為通過滴定法測定未知濃度鹽酸溶液濃度的實驗屬于化學分析實驗，化學分析實驗對于操作精度的要求特別高，這對本來很少有機會接觸化學實驗的學生的操作能力的考驗也就比較嚴格。很多學生在實驗過程中出現了跳步和漏步的現象，最終不得不返工重新開始。也有大約一成左右的學生直到下課也沒有做完整個實驗流程，最終不得不放棄。

表2 HCl濃度測量表

另外，因為本實驗采取了兩次滴定法，實驗原理比較難以理解，導致一部分學生不理解實驗的過程，只是照著實驗計劃一步一步地做流程，這就失去了實驗本身的意義。

實驗重點 本實驗重點是通過已知mol量，通過滴定的方式和已知的強酸強堿進行中和反應實驗來求測未知的mol量，這個過程正是反應了滴定法的本質，也就是V/V的本質。通過滴定實驗實際上是得到了滴定用的溶液體積的比例，然后通過這一比例來推算發生了完全反應的方程式兩邊物質的消耗量。今后走上工作或者科研崗位，在自行設計滴定實驗的時候，應該充分考慮到滴定實驗的這一本質，可以幫求出兩組溶液之間的V/V關系。

本實驗通過平均值法得到最后的實驗結果，這也告訴學生通過收集足夠多次實驗的實驗數據，可以幫助擺脫因為操作誤差造成的實驗結果誤差。這也讓學生在今后走上科研崗位之后，在進行自行實驗設計時，可以通過大量重復實驗的方法使自己的實驗結果更加具有客觀性和真實性。

實驗心得 在本次實驗中，筆者知道了精細操作和實驗責任心對于一個實驗成敗的關鍵作用，雖然這次實驗僅僅是一次普通的課程實驗，但是這次實驗使筆者對自己的責任心進行了一次重新的審視。可能在今后走上科研崗位之后，很多實驗是非常枯燥的重復工作，但是這些實驗的實驗數據的重要性可能是非同小可的，因為有了足夠多次數的平行實驗數據，科研工作才可以更加接近真相。

[1]于榮華.普通高中化學實驗教學實施現狀及改進對策的研究[D].遼寧:遼寧師范大學,2012.

[2]左嘉平.高中化學實驗教學的實踐研究[D].天津:天津師范大學,2012.