一個綠色環(huán)保型分析化學實驗的研究——ZrO2＋、Zn2＋含量的連續(xù)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(yè)的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染問題已成為全世界關心的熱點問題。我國是一個發(fā)展中國家，近二十年來，環(huán)境污染問題尤為突出。大學是培養(yǎng)各行業(yè)人才的主要基地，在大學教學中開設綠色環(huán)保型實驗，對于培養(yǎng)學生的環(huán)保意識，提高學生的綜合能力，維護生態(tài)平衡，實現可持續(xù)發(fā)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(yè)及相關專業(yè)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(xù)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(yè)及相關專業(yè)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(tài)環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)。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(huán)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(huán)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(huán)保型實驗，即ZrO2＋、Zn2＋含量的連續(xù)滴定，并以工業(yè)分析、應用化學兩個專業(yè)（共4個班）為代表，試行開設了該實驗兩年，初步統(tǒng)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(huán)保型實驗的意義，學生的環(huán)保意識大大增強。因此，該綠色環(huán)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(xù)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(wěn)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(wěn)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(wěn)定的橙色再剛變?yōu)榱咙S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(xù)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(jié)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?yōu)榱咙S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(wěn)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?yōu)榱咙S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(yè)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(yè)出版社，1997