用沉淀滴定电导率法测定硫酸铜晶体中结晶水的含量

王雪艳 杨敏妍 陈佳阳

摘要： 设计利用沉淀滴定电导率法测定硫酸铜晶体中结晶水的含量实验。在20℃时，称取一定量的硫酸铜晶体溶解在150mL蒸馏水中，将饱和氢氧化钡溶液不断滴入硫酸铜溶液中，用电导率传感器测定溶液电导率的变化，当电导率最小时，即达到沉淀滴定的终点，根据消耗的氢氧化钡的体积计算出硫酸铜晶体的结晶水含量。该实验方法快捷、简便、误差小、试剂消耗量小，且方法可靠、重复性好。

关键词： 沉淀滴定； 电导率法； 硫酸铜晶体； 结晶水含量测定； 氢氧化钡饱和溶液

文章编号： 1005-6629（2018）7-0068-03 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

硫酸铜结晶水含量的测定是上海二期课改高二年级第一学期教材中三个定量实验之一[1]，该实验通过称量加热后失去的结晶水质量从而测得结晶水含量，承载了重量法的教学功能。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。学生在实验过程中，需要多次加热、冷却、称量来完成恒重操作，实验耗用时间比较长[2]。（2）误差大。使用重量法对操作要求较高，对于实验技能并不熟练的学生，往往会引起较大的误差[3]，例如在灼燒过程中用玻璃棒搅拌不当导致晶体溅出的现象很普遍，玻璃棒上往往黏附硫酸铜也会造成较大误差。（3）消耗多。据统计，每组实验需要硫酸铜晶体2～3g，如果用量太少，误差会很大。本文结合手持技术，设计了沉淀滴定电导率的方法测定硫酸铜晶体中结晶水的含量实验，用于课外对教材实验的补充。

1 实验原理

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。沉淀滴定电导率法是利用电导率探头，测定沉淀反应前后溶液电导率的变化。在滴定过程中，随着滴定剂的加入，溶液中阴、阳离子的数目和种类会发生改变，溶液的导电性也发生改变，据此可以判定滴定的进程[4]。在计量点时，滴定曲线上出现转折点，利用电导率的转折点确定沉淀反应的终点。

本实验使用Ba（OH）2饱和溶液滴定含一定质量硫酸铜的溶液，发生如下反应：

Cu2++SO2-4+Ba2++2OH-Cu（OH）2↓+BaSO4↓

刚开始，溶液为硫酸铜的溶液，导电能力很强。随着Ba（OH）2饱和溶液不断滴入，与硫酸铜发生反应，生成了Cu（OH）2和BaSO4沉淀，溶液的电导率随着Ba（OH）2饱和溶液的加入呈线性降低；到达滴定终点时，溶液的电导率近似为零。滴定终点之后，相当于在水溶液中直接加入Ba（OH）2，溶液的电导率呈线性升高。两条直线的交点即为滴定终点。根据消耗的Ba（OH）2饱和溶液的浓度及体积，即可计算出硫酸铜晶体（CuSO4·xH2O）中结晶水的含量。

x=n（H2O）n（CuSO4）

=[m（CuSO4·xH2O）-m（CuSO4）]/M（H2O）n（CuSO4）

=[m（CuSO4·xH2O）-c×V×160]/18c×V

其中，m（CuSO4·xH2O）： 胆矾的质量

c： Ba（OH）2饱和溶液的物质的量浓度

V： 消耗的Ba（OH）2饱和溶液的体积

2 实验仪器和试剂

实验仪器： 计算机、数据采集器、滴数传感器、电导率传感器、250mL烧杯、洗瓶、电子天平

（实验时所用的数据采集器、滴数传感器、电导率传感器均为Vernier生产）

实验试剂： 硫酸铜晶体（AR）、氢氧化钡（AR）、蒸馏水

3 实验步骤

（1） 配制饱和的Ba（OH）2溶液，并进行过滤，待用。

（2） 用电子天平称取一定量的硫酸铜晶体（每次只需0.3克左右），在250mL烧杯中加入150mL蒸馏水溶解。

（3） 将饱和的Ba（OH）2溶液加入滴数传感器的量筒中，并调节好滴数传感器的滴定速度。

（4） 将电导率传感器放入硫酸铜溶液中，打开磁力搅拌器，用饱和Ba（OH）2溶液滴定硫酸铜溶液，滴数传感器和电导率传感器进行数据收集。

（5） 根据收集的数据，判断滴定的终点，并读取滴定终点所消耗的Ba（OH）2饱和溶液的体积。

（6） 计算分析数据，并作平行实验。

4 数据记录和处理

实验时，用电子天平称取CuSO4·5H2O晶体0.348克，溶解在150mL的蒸馏水中，用饱和氢氧化钡溶液进行滴定，滴定图像与数据如图2所示。

5 注意事项

实验时，以下操作对实验的误差会产生较大影响：

（1） 使用滴数传感器之前，一定要进行体积的校准，否则会带来较大的误差。

（2） 从图像上可以看出，实验达到终点时，电导率的变化不大，因此在接近滴定终点的时候要一滴一滴缓慢滴加，确保氢氧化钡与硫酸铜充分反应。到达终点时氢氧化钡饱和溶液体积的读取，对实验的误差有较大影响。

6 本实验意义

（1） 硫酸铜晶体结晶水含量的测定，是高中阶段重要的定量实验之一。使用沉淀滴定电导率法测定硫酸铜晶体结晶水的含量，是定量实验测

定方法的一种补充，可以让学生更好地感受一次定量实验的全过程。

（2） 实验试剂的用量很小，误差也小。只需0.3克左右的硫酸铜晶体，即可测定硫酸铜晶体中结晶水的含量，且在操作过程中引入的误差因素相对较少，实验的数据可以从收集的数据中读出，实验数据准确，实验结果比较接近理论值。

（3） 实验效率高。实验装置与仪器调试好以后，可以很快完成实验，用时很短，几分钟以内即可完成一次实验的测定，大大提高了实验效率。

参考文献：

[1]姚子鹏， 陈基福. 洪东府. 化学（高中二年级第一学期）（试用本）[M]. 上海： 上海科学出版社， 2007： 52～55.

[2]张振江等. 硫酸铜晶体结晶水含量测定实验的恒重条件探究[J]. 化学教学， 2016， （5）： 56～57.

[3]林敏. 硫酸铜晶体结晶水含量的测定实验的改进[J]. 化学教学， 2010， （1）： 45～46.

[4]王林， 张晨颖. 沉淀电导滴定法在分析化学实验教学中的实践[J]. 大学化学， 2013， （8）： 61～63.