沉淀电导滴定法在分析化学实验教学中的实践*

王林 张晨颖 李天保 许娟 毛富春 丁克廉 李晓舟

(西北农林科技大学理学院应用化学系 陕西杨凌 712100)

实验课改革是高校教学改革的重要组成部分，尤其是针对实验内容的改革，需要更加重视科学前沿性和实用性[1]。

水合氯化钡中Ba的质量分数的测定是分析化学实验课程中的一个重要实验内容[2]。水合氯化钡在空气中久置会因吸水或脱水而影响其使用，因此在使用前必须测定Ba的质量分数。分析化学实验课程选用的方法是重量分析法[3]，我们根据实际教学经验总结了重量法的几点不足：① 耗时长。据我们统计，由两个学生共同完成一组实验至少需要2.5～3h，平行3次实验再加上教师讲授时间，至少需6学时，效率低下；② 消耗多。据我们统计，每组实验需要氯化钡0.4～0.6g，按照每班30人、每人平行3次实验计算，平均每堂课消耗量为45g左右；此外还有无灰滤纸、盐酸、硫酸、硫酸钠等试剂的消耗，以及马弗炉和真空泵的能耗，实验成本较高。③ 误差大[4]。过滤和洗涤过程中沉淀的损失、烧杯壁和玻璃棒对沉淀的吸附等都会造成很大的实验误差，且这些误差是难以避免的。

沉淀电导滴定法是利用电导率仪，通过沉淀反应前后溶液电导率的变化规律判断滴定终点的方法。在滴定过程中，滴定剂与溶液中被测离子生成水、沉淀或难离解的化合物，使溶液的电导发生变化。在计量点时，滴定曲线上出现转折点，指示滴定终点。此方法不受沉淀和颜色的影响，可准确进行测量。朱金坤[5]利用沉淀电导滴定法测定了常量钡离子。方艳夕等人[6]利用沉淀电导滴定分析法在Ca2+、Sr2+干扰下测定了Ba2+的含量。顾鸿语利用沉淀电导滴定法测定了土壤和水中的硫酸根含量[7-8]。鉴于此，我们尝试设计了一个新的实验——沉淀电导滴定法确定水合氯化钡中Ba的质量分数。

1 实验内容

1.1 原理

电解质溶液的电导率与溶液中离子的本性、离子的浓度以及溶液的温度有关。在一定温度下，若离子的浓度或种类发生变化，溶液的电导率也随之改变。沉淀电导滴定分析法是利用溶液中离子的浓度和种类的变化，确定溶液电导率的变化规律，并利用电导率的转折点确定沉淀反应终点的分析方法。

以Na2SO4滴定BaCl2，溶液中发生如下反应：

Ba2+的导电能力大于两倍浓度的Na+。到达滴定终点前，由于BaSO4沉淀不参与导电，因此相当于两倍浓度的Na+替换了Ba2+，溶液的电导率随Na2SO4的加入线性降低；滴定终点之后，相当于直接在NaCl水溶液中加入Na2SO4，溶液的电导率线性升高。两条直线的交点即为滴定终点，利用直线方程联合求解即可求出滴定Ba2+所消耗的Na2SO4溶液的体积，根据标准Na2SO4溶液的浓度，即可计算出BaCl2中Ba2+的质量分数。

1.2 仪器与试剂

上海雷磁DDS-11A型电导率仪(铂黑电极)，磁力搅拌器，烧杯，搅拌子，10.00mL移液管若干，碱式滴定管，100mL量筒，100.00mL容量瓶，玻璃棒，无水Na2SO4(分析纯)，BaCl2·2H2O(分析纯)等。实验用水均为去离子水，电导率约为2.0μS·cm-1。

1.3 实验步骤

(1) 准确配制0.1000mol·L-1(以实际所用浓度为准)的氯化钡水溶液100.00mL，准确配制0.1000mol·L-1(以实际所用浓度为准)的无水硫酸钠水溶液100.00mL。

(2) 移取3.00mL氯化钡水溶液置于烧杯中，加50mL水，插入电极将电导池完全浸没，选择合适的量程。

(3) 打开磁力搅拌器(缓慢搅拌，以免液体飞溅)。用无水硫酸钠水溶液滴定氯化钡溶液，每次准确滴加0.30mL，搅拌30s后，校正，然后测量、读数(每次测量前都要校正)。共滴加20次，作图时适当取舍并给予讨论。平行实验3次，计算Ba的质量分数的平均值。

(4) 实验结束后，关闭仪器、拔掉电源、清洗电极并将其浸泡在蒸馏水中。

2 可行性分析

为了验证所设计方法的可行性及可靠性，用新购的BaCl2·2H2O作为标准品，并选择不同的BaCl2初始浓度进行滴定实验。图1为沉淀电导滴定曲线，图1(a)、(b)、(c)、(d)的BaCl2初始浓度分别为2.00、6.00、10.00、20.00mmol·L-1,体积均为50.00mL。Na2SO4的浓度为0.1201mol·L-1。由图1可知，图1 (a)和图1(d)的线性拟合度R2相对较小，这是由于滴定过程中切换量程导致的(本实验所用的DDS-11A型电导率仪为指针式电导率仪，切换量程会引起系统误差)。最终我们选择在图1(b)条件下完成实验，该条件下由于不需切换量程，所以线性拟合度高，两条直线的R2分别为0.9967和0.9989，根据线性方程计算得BaCl2·2H2O标准品中Ba的质量分数为56.1%，与标准值56.1%吻合，说明该实验设计合理，是完全可行且可靠的。

图1 BaCl2的沉淀电导滴定曲线BaCl2的初始浓度分别为：(a) 2.00mmol·L-1；(b) 6.00mmol·L-1；(c) 10.00mmol·L-1；(d) 20.00mmol·L-1

3 教学效果

本实验于2012年6月作为应用化学综合大实验的教学内容为本校应用化学2010级本科生开设。实验结束后，我们对全部87名参与实验的学生进行了调查问卷工作，结果显示学生普遍认为沉淀电导滴定法相比重量分析法有3个优点：① 耗时短，4个学时可完成讲授、配溶液、进行3组平行滴定实验共3部分实验内容；② 消耗少，30人的班级每人独立完成实验并重复3次，消耗粗氯化钡的质量不到9.8g，相关试剂的消耗也大大减少；③ 电脑绘图误差小，结果更加准确。

4 结论

沉淀电导滴定实验与传统的重量分析法相比有很多优点，不仅可以在本科教学中应用，也可以用于科研工作。但值得一提的是，我们设计的实验存在着一个不足：在滴定终点前，溶液电导率变化不明显，对于DDS-11A型指针式电导率仪很难准确描述这种微小的变化，所以我们建议有条件的学校可选用更高级的数显式电导率仪做这个实验，以避免读数误差。

参 考 文 献

[1] 王丽红,朱团.科技创新导报,2012,15:158

[2] 庄京,林金明.基础分析化学实验.北京:高等教育出版社,2007

[3] 陈新善,陶胜源.解放军药学学报,2011,27(1):77

[4] 李云巧,于志辉,王道.环境科学与技术,2005,28(6):42

[5] 朱金坤.安徽技术师范学院学报,2006,20(1):27

[6] 方艳夕,朱金坤.安徽技术师范学院学报,2005,19(1):52

[7] 顾鸿语,郑学荣.土壤,1997,29(5):275

[8] 顾鸿语,王遵尧.重庆环境科学,1997,19(4):52