一个绿色环保型分析化学实验的研究——ZrO2＋、Zn2＋含量的连续滴定

喻德忠 王红力 刘 东

（武汉工程大学化工与制药学院，绿色化学过程教育部重点实验室，湖北武汉 430073）

随着现代工业的迅猛发展，环境污染问题已成为全世界关心的热点问题。我国是一个发展中国家，近二十年来，环境污染问题尤为突出。大学是培养各行业人才的主要基地，在大学教学中开设绿色环保型实验，对于培养学生的环保意识，提高学生的综合能力，维护生态平衡，实现可持续发展具有重要的现实意义。

分析化学和分析化学实验均是化学类专业及相关专业的主要基础课之一，两者既密切配合，又各有侧重，具有一定的完整型和独立性。通过分析化学实验课程的教学，可以使学生对分析化学基本理论加深理解，熟练地掌握分析化学的基本操作技能，为他们参加生产和科学研究打好一定的基础。

在分析化学基础实验中，铋、铅含量的连续测定是一个经典的络合滴定实验［1］，该实验对于理解及掌握络合滴定原理具有重要意义，是化学类专业及相关专业必开实验。但是，由于铋、铅的毒性［2］，长期大量地练习该实验，大量排出的废水势必严重污染水源及土壤，从而进一步破坏生态环境及生态系统。仅以2009年为例，我校开设该实验的班级高达91个，学生人数达2800人，排出的实验废液900余升，曾一度造成排污口铋、铅含量超标。因此，如何设计出环保型实验，使学生既能理解掌握络合滴定的基本原理，又能很好地保护环境，是分析化学教研工作者面临的一个重要问题。

作者长期致力于分析化学教研工作，通过大量的理论及实验研究，设计出一个新的环保型实验，即ZrO2＋、Zn2＋含量的连续滴定，并以工业分析、应用化学两个专业（共4个班）为代表，试行开设了该实验两年，初步统计了教学效果，证明90%以上的学生理解并掌握了络合滴定的基本原理及基本操作，84%的实验数据符合分析化学基础实验的误差要求。同时检测了排污口的铋、铅含量，结果表明其含量已远远低于排放标准。此外，在教学过程中，我们注重向学生介绍开设环保型实验的意义，学生的环保意识大大增强。因此，该绿色环保型实验值得深入研究和大力推广。

1 实验目的

（1）通过实验使学生能完全掌握由控制酸度提高EDTA选择性的基本原理及其应用。

（2）通过实验使学生能熟练掌握用EDTA进行连续滴定的方法。

（3）通过实验使学生能牢固掌握EDTA溶液的配制及标定方法。

2 实验原理

混合离子的分别滴定常用控制酸度法、掩蔽法进行，可根据有关副反应系数论证对它们分别滴定的可能性［3］。

ZrO2＋、Zn2＋均能与 EDTA 形成稳定的1：1络合物，lgK分别为29．5和16．50。由于两者的lgK相差很大，故可利用酸效应，控制不同的酸度，进行分别滴定。在pH≈0．8时滴定ZrO2＋，在pH≈5—6时滴定Zn2＋。

EDTA标准溶液用标定法配制。本实验以二甲酚橙（XO）为指示剂，用ZnO为基准物质标定其浓度。标定反应式为：

ZnO＋2HCl＝ZnCl2＋ H2O

Zn2＋＋Y→ZnY

3 主要试剂

ZnO基准物质：在300℃干燥2h后，稍冷后置于干燥器中，冷却至室温，备用。

ZrO2＋、Zn2＋混合液：含ZrO2＋、Zn2＋各约0．01mol／L。称 取 32g 氯 化 锆 酰 （ZrOCl2·8H2O），14g ZnCl2于2L烧杯中，加入400—500 mL 10%盐酸溶解，转入10L容量瓶中，用10%盐酸稀释至标线，摇匀［4］。

以及EDTA二钠盐；NaOH；二甲酚橙（XO）（2g／L）；六次甲基四胺（200g／L）。

4 实验步骤

4．1 0．01mol／L EDTA标准溶液的配制与标定

称取1．8—1．9g EDTA二钠盐，加入到500 mL沸水中，搅拌至完全溶解，冷却后，转入500 mL试剂瓶中，摇匀，配用。

在称量瓶中以差减法准确称取0．16—0．24g ZnO，倒入250mL烧杯中，先加少量水润湿，盖上表面皿，从烧杯嘴处往烧杯中滴加约5mL 6 mol／L HCl溶液，使ZnO 完全溶解。加水20 mL，微沸几分钟。冷却后用水冲洗烧杯内壁和表面皿，定量转移Zn2＋溶液于250mL容量瓶中，用水定容至刻度，摇匀。移取25．00mL上述Zn2＋溶液于250mL锥形瓶中，滴加六次甲基四胺溶液至溶液呈稳定的紫红色，再过量3mL，然后加入2滴XO指示剂，立即用EDTA滴定，当溶液由紫红色经稳定的橙色再刚变为亮黄色即为终点。记下读数，平行测定三次，计算EDTA溶液的浓度。

4．2 ZrO2＋、Zn2＋含量的连续测定

移取ZrO2＋、Zn2＋标准溶液各10．00mL三份于250mL锥形瓶中，用3mol／L NaOH溶液调节溶液的pH值至0．8（用酸度计指示），加入2滴XO指示剂，加热溶液至50—60℃，趁热用EDTA滴定，当溶液由紫红色刚变为亮黄色即为ZrO2＋的终点。记下读数，计算混合液中ZrO2＋的含量，结果以g／L表示。

待上述滴定ZrO2＋后的溶液冷却后，滴加六次甲基四胺溶液至溶液呈稳定的紫红色，再过量3mL，然后补加1滴XO指示剂，用EDTA滴定，当溶液由紫红色刚变为亮黄色即为Zn2＋的终点。记下读数，计算混合液中Zn2＋的含量，结果以g／L表示。

5 数据处理

（1）根据本实验的原始数据计算EDTA溶液的准确浓度并列表。

（2）根据本实验的原始数据计算ZrO2＋、Zn2＋含量并列表。

1 武汉大学．分析化学实验（第四版）［M］．北京：高等教育出版社，1992

2 迟锡增．微量元素与人体健康［M］．北京：化学工业出版社，1997

3 武汉大学．分析化学（第五版）［M］．北京：高等教育出版社，2006

4 杭州大学．分析化学手册（第二版）［M］．北京：化学工业出版社，1997