环境监测原理实验教案Word文档格式.docx
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定量分析中的标准曲线,就是将自变量浓度为横坐标,应变量即各测定方法相应的物理量为纵坐标,绘制标准曲线。
对于欲求的未知物浓度,可以由它测得的相应物理量值从标准曲线上查得。
通过曲线外推法求值
分析化学测量中常用间接方法求测量值。
如对未知试样可以通过连续加入标准溶液,测得相应方法的物理量变化,用外推作图法求得结果。
在氟离子选择电极测定饮用水中氟的实验中,使用了格式图解法求得氟离子含量。
求函数的极值或转折点
实验常需要确定变量之间的极大、极小、转折等,通过图形表达后,可迅速求得其值。
如光谱吸收曲线中,峰值波长及它的摩尔吸光系数的求得;
滴定分析中,通过滴定曲线上的转折点求得滴定终点等。
图解微分法和图解积分法
如利用图解微分法来确定电位滴定的终点,在气相色谱法中,利用图解积分法求色谱峰面积。
3.作图方法
作图的方法和技术将影响图解结果,现将标绘时的要点介绍如下:
标绘工具及图纸
绘图工具主要有铅笔(1H),透明直尺及曲尺,圆规等。
一般情况下,均选用直角坐标纸。
如果一个坐标是测量值的对数,则可用单对数坐标纸,如直接电位法中,电位与浓度的曲线绘制。
如果两个坐标都是测量值的对数,则要用双对数坐标纸。
坐标标度的选择
①以自变量为横坐标,应变量为纵坐标。
②选择合适的坐标标绘变量,使测量结果尽可能绘得一条直线,便于绘制和应用。
③绘出的直线或近乎直线的曲线,应使它安置在接近坐标的45角。
④标的标度。
第一,应使测量值在坐标上的位置方便易读。
如坐标轴上各线间距表示数量1、2、4或5是适宜的,但应避免使用3、6、7或9等数字。
第二,应能表达全部有效数字,图上读出各物理量的精密度应与测量的精密度一致。
第三,坐标的起始点不一定是零。
可用低于最低测量值的某一整数作起点,高于最高测量值的某一整数作终点,以充分利用坐标纸,但各个测量值的坐标精密度不超过1-2个最小分度。
图纸的标绘
①各坐标轴应标明该轴的变量名称及单位,并在纵轴的左面及横轴的下面,每隔一定距离标明变量的数值,即分度值,但不要将实验数据写在轴旁。
标记分度值的有效数字一般应与测量数据相同。
②标绘数据时,可用符号代表点,如用“⊙”,其中心点代表测得的数据值,圆点的大小应与测量的精密度相当。
若在一张图纸上绘几条曲线,则每组数据应选用不同的符号代表,如+、×
、等,但在一张图纸上不宜标绘过多。
当两个变量的精密度相差较大时,代表点可用矩形符号或变相矩形符号。
③会线时,如果两个量成线性关系,按点的分布情况作一直线,所绘的直线应与各点接近,但不必通过所有点,因为直线表示代表点的平均变动情况。
在绘制曲线时,也应按此原则。
如果毫无理由的将个别点远离曲线,这样所绘的曲线是不正确的,一般讲,曲线上不应有突然弯曲和不连续的地方,但如果这种情况确实超出了测量值的误差范围,则不能忽视。
如光谱吸收曲线上的突然弯曲显示了峰肩的存在。
曲线的具体绘法,先用淡铅笔手绘一条曲线,再用曲线板依曲线逐段凑合描光滑,并注意各段描线的衔接,使整条曲线连续。
图名和说明
绘好图后应注上图名,测量的主要条件,最后标写姓名、日期。
4.分析结果的数值表示
报告分析结果时,必须给出多次分析结果的平均值以及它的精密度。
注意数值所表示的准确度与测量工具、分析方法的精密度相一致。
报告的数据应遵守有效数字规则。
重复测量试样,平均值应报告出有效数字的可疑数。
例:
三次重复测量结果为11.32、11.35、11.32,内中11.3为确定数,第四位为可疑数,其平均值应报告11.33。
若三次结果为11.42、11.35、11.22,则小数点后一位就为可疑数,其平均值应报11.3。
当测量值遵守正态分布规律时,其平均值为最可信赖值和最佳值,它的精密度优于个别测量值,故在计算不少于四个测量值的平均值时,平均值的有效数字位数可增加一位。
一项测定完成后,仅报告平均值是不够的,还应报告这一平均值的偏差。
在多数场合下,偏差值只取一位有效数字。
只有在多次测量时,取两位有效数字,且最多只能取两位。
然后用置信区间来表达平均值的可靠性更可取。
实验一水样的pH值测定
一、实验目的
1.学习pHS-2C型酸度计的使用方法。
2.了解电位法测定水的pH值的原理和方法。
二实验原理
在日常生活和工农业生产中,所用水的质量都有一定标准。
在进行水质检验中,水的pH值是重要检验项目之一,如生活饮用水pH要求为6.5~8.5。
低压锅炉水要求pH为10~12。
电子工业、实验试剂配制则需要中性的高纯水。
现在测量水的pH值比较精确的方法是电位法,该法是将玻璃电极(指示电极)、饱和甘汞电极(参比电极)与待测试液组成原电池,用酸度计(一种精密电位差计)测量其电势。
原电池用下式表示:
Ag|AgCl(s)|HCl(0.1mol·
L-1)|玻璃膜|试液溶液(xmol·
L-1)║KCl(饱合)|Hg2Cl2(s)|Hg
玻璃电极被测溶液甘汞电极
玻璃电极为负极,饱和甘汞电极为正极。
在一定条件下,电池的电动势E与pH为直线函数关系(推导过程从略)。
由上式看出,求出E电池和K,即可知道试液的pH值。
E电池可通过测量求得,而K’是由内外参比电极及难于计算的不对称电位和液接电位所决定的常数,很难求得。
在实际测量时,选用和待测试液pH值相似的、已知pH值的标准缓冲溶液在pH计上进行校正(这个过程叫定位)。
通过以上步骤,可在酸度计上直接读出试液的pH值。
一支电极应使用两种不同pH值的标准pH缓冲溶液进行校正,两种缓冲溶液定位的pH值误差应在0.05之内。
三仪器及试剂
1.仪器
pHS-2C酸度计一台,
E-201-C9型复合pH电极一支,(或231型玻璃电极和232型饱和甘汞电极各一支),
50mL烧杯7只。
2.试剂
①pH=4.00标准缓冲溶液(20℃):
称取115±
5℃下烘干2~3小时的一级纯邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)10.12g溶于不含CO2的蒸馏水中,在容量瓶中稀释至1000mL,贮于塑料瓶中。
②pH=6.88标准缓冲溶液(20℃):
称取一级纯磷酸二氢钾(KH2PO4)3.39g和磷酸氢二钠(Na2HPO4)3.53g,将它们溶于不含CO2的蒸馏水中,在容量瓶中稀释至1000mL,贮于塑料瓶中。
③pH=9.23标准缓冲溶液(20℃):
称取一级纯硼砂(Na2B4O7·
10H2O)3.80g,将它溶于不含CO2的蒸馏水中,在容量瓶中稀释至1000mL,贮于塑料瓶中。
以上标准溶液也可用市售袋装缓冲溶液试剂直接配制。
它们能稳定两个月,其pH值随温度不同稍有差异,见表1-2。
四实验步骤
按照实验教材p123pHS-2酸度计操作步骤或pHS-2酸度计使用说明书进行操作。
1.接通电源,清洗并安装电极,调节零点。
2.根据实验室温度,由表1-2所示的标准缓冲溶液的pH,分别用不同pH的标准缓冲溶液对仪器进行定位。
定位的pH值误差应在0.05pH之内。
3.测量水样:
分别测定4个不同水样的pH,先用水样将电极和烧杯冲洗3次以上,然后测量,由仪器刻度表上读出pH值,每个水样应重复测定三次。
(注意,应根据水样的pH,选择相应的标准pH缓冲溶液对仪器定位)
4.测量完毕后,放开测量开关,关上电源开关,拔掉电源,清洗电极,玻璃电极应使用蒸馏水浸泡,饱和甘汞电极应带上相应的橡皮套,防止KCl流失。
下次备用。
五数据处理
记录数据,填入下表中
表1-1实验数据记录表
水样
水样1
水样2
水样3
水样4
测定次数
1
2
3
pH
平均pH
六思考题
1.电位法测定水样的pH值的原理是什么?
2.玻璃电极在使用前应如何处理?
为什么?
3.酸度计为什么要用已知pH值的标准缓冲溶液校正?
校正时应注意哪些问题?
4.何谓指示电极、参比电极?
5.甘汞电极使用前应作哪几项检查?
表1-2不同标准缓冲溶液在不同温度下的pH值
温度/℃
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
邻苯二甲酸氢钾/0.05mol·
L-1
4.00
4.01
4.02
4.04
4.05
4.06
磷酸二氢钾/0.025mol·
磷酸氢二钠/0.025mol·
6.98
6.95
6.92
6.90
6.88
6.86
6.85
6.84
硼砂/0.01mol·
9.46
9.40
9.33
9.28
9.23
9.18
9.14
9.10
9.07
9.04
9.01
实验二乙酸的电位滴定分析及其离解常数的测定
一、目的要求
(1)学习电位滴定的基本原理和操作技术;
(2)运用pH~V曲线和(ΔpH/ΔV)~V曲线与二级微商法确定滴定终点;
(3)学习测定弱酸离解常数的方法。
二、基本原理
乙酸CH3COOH(简写作HAc)为一弱酸,其pKa=4.74,当以标准碱溶液滴定乙酸试液时,在化学计量点附近可以观察到pH值的突跃。
以玻璃电极与饱和甘汞电极插人试液即组成如下的工作电池:
该工作电池的电动势在酸度计上反映出来,并表示为滴定过程中的pH值,记录加入标准碱溶液的体积V和相应被滴定溶液的pH值,然后由pH—V曲线或(ΔpH/ΔV)—V曲线求得终点时消耗的标准碱溶液的体积,也可用二级微商法,于(Δ2pH/ΔV2)=0处确定终点。
根据标准碱溶液的浓度,消耗的体积和试液的体积,即可求得试液中乙酸的浓度或含量。
根据乙酸的离解平衡
其离解常数
当滴定分数为50%时,c(Ac-)=c(HAc),此时
即pKaθ=pH
因此在滴定分数为50%处的pH值,即为乙酸的pKaθ值。
三、仪器及试剂
(一)、仪器
1.ZD—2型自动电位滴定计(酸度计)
2.玻璃电极
3.甘汞电极
4.容量瓶100mL吸量管5mL,10mL微量滴定管10mL
(二)试剂
1.1.000mol·
L-1草酸标准溶液
2.0.1mol·
L-1NaOH标准溶液(浓度待标定)
3.乙酸试液(浓度约1mol·
L-1)
4.0.05mol·
L-1邻苯二甲酸氢钾溶液,pH=4.00(20℃)
5.0.05mol·
L-1Na2HPO4+0.05mol·
L-1KH2PO4混合溶液,pH=6.88(20℃)
四、实验步骤
1.按照本章4.3.1节ZD—2型自动电位滴定仪操作步骤调试仪器,将选择开关置于pH滴定档。
摘去饱和甘汞电极的橡皮帽,并检查内电极是否浸入饱和KCl溶液中,如未浸入,应补充饱和KCl溶液。
在电极架上安装好玻璃电极和饱和甘汞电极,并使饱和甘汞电极稍低于玻璃电极,以防止烧杯底碰坏玻璃电极薄膜。
2.将pH=4.00(20℃)的标准缓冲溶液置于100mL小烧杯中,放入搅拌子,并使两支电极浸入标准缓冲溶液中,开动搅拌器,进行酸度计定位,再以pH=6.88(20℃)的标准缓冲溶液校核,所得读数与测量温度下的缓冲溶液的标准值pHs之差应在±
0.05单位之内。
3.准确吸取草酸标准溶液10.00mL,置于l00mL容量瓶中用水稀释至刻度,混合均匀。
4.准确吸取稀释后的草酸标准溶液5.00mL,置于l00mL烧杯中,加水至约30mL,放人搅拌子。
,
5.以待标定的NaOH溶液装入微量滴定管中,使液面在0.00mL处。
6.开动搅拌器,调节至适当的搅拌速度,进行粗测,即测量在加入NaOH溶液0,1,2,…,8,9,l0mL时的各点的pH值。
初步判断发生pH值突跃时所需的NaOH体积范围(ΔVex)。
7.重复4,5操作,然后进行细测,即在化学计量点附近取较小的等体积增量,以增加测量点的密度,并在读取滴定管读数时,读准至小数点后第二位。
如在粗测时ΔVex为8~9mL,则在细测时以0.10mL为体积增量,测量加入NaOH溶液8.00,8.10,8.20,…,8.90和9.00mL各点的pH值。
8.吸取乙酸试液10.00mL,置于100mL容量瓶中,稀释至刻度,摇匀。
吸取稀释后的乙酸溶液10.00mL,置于100mL烧杯中,加水至约30mL。
9.仿照标定NaOH时的粗测和细测步骤,对乙酸进行测定。
在细测时于
处,也应适当增加测量点的密度,如ΔVex为4~5mL,可测量加入2.00,2.10,…,2.40和2.50mLNaOH溶液时各点的pH值。
五、数据及处理
1.NaOH溶液浓度的标定
(1)实验数据及计算
记录标定NaOH溶液时得到的数据,作pH对NaOH溶液体积的滴定曲线,并分别采用滴定曲线法和二次微商法确定滴定终点,计算NaOH溶液的浓度。
2.乙酸浓度及离解常数K。
的测定
同样记录以NaOH溶液滴定HAc时得到的数据,作pH对NaOH溶液体积的滴定曲线,用二次微商法确定滴定终点Vep,计算原始试液中乙酸的浓度,以g·
L-1表示。
在pH~V曲线上,查出体积相当于
时的pH值,即为乙酸的
值。
思考题
1.如果本次实验只要求测定HAc含量,不要求测定
值,实验中哪些步骤可以省略?
2.在标定NaOH溶液浓度和测定乙酸含量时,为什么都采用粗测和细测两个步骤?
3.细测
值时,为什么在
处增加测量密度。
实验三电位法沉淀滴定测定氯
一、实验目的:
掌握电位法沉淀滴定的原理及方法,并学会用酸度计测量电动势的方法。
二、实验原理:
氯离子是水中主要阴离子之一,一般当氯离子含量超过250毫克/升时,就有一定的咸味。
水中氯离子含量高时,对金属管道和农作物都有害处。
测定水中氯离子的含量,一般用AgNO3溶液滴定。
它的滴定终点,除了用K3CrO4和NH4Fe(SO4)2等指示剂外,也可用电位法来确定。
如果被测试样较浑浊或带有颜色,则靠指示剂的颜色变化来确定终点就有困难,如维生素B1中的含氯量的测定。
维生素B1,又名盐酸硫胺(C12H17ClN4OS·
HCl),分子中的氯在水溶液中可完全离解成氯离子,其含量通常以溴酚蓝作吸附指示剂,用AgNO3溶液滴定。
但这种方法不能用于维生素B1片剂含氯量的测定,因为片剂中主要成分是淀粉、糊精等填料,以致药片在水中生成悬浊液。
而用电位滴定法就可克服这一困难。
用AgNO3溶液滴定氯离子时,发生下列反应
Ag++Cl-=AgCl↓
电位滴定时可选用对氯离子或银离子有响应的电极作指示电极。
本实验以银电极作指示电极,以带硝酸钾盐桥的饱和甘汞电极作参比电极。
银电极电位与银离子浓度符合Nerest关系,25OC时为
随着滴定的进行,银离子浓度逐渐改变,原电池的电动势亦随之而变。
滴定终点可由电位滴定曲线确定,也可由二次微商法确定。
Br-、I-、Fe(CNS)63-、CrO42-、Cr2O72-等离子对本实验的测定有干扰。
三、仪器与试剂
1.PHS—3C型酸度计
2.216型银电极
3.217型饱和甘汞电极
4.磁力搅拌器
5.滴定管25mL1支
6.吸量管10mL1支
7.量筒50mL1个
8.烧杯100mL1个
2.试剂:
1.氯化钠标准溶液:
0.200mol·
L-1。
2.硝酸银溶液:
0.01mol·
3.氨水:
1:
四、实验步骤:
1.AgNO3溶液的标定:
调节仪器:
银电极接酸度计的正端,饱和甘汞电极接负端。
测量时按“+mv”键。
按PHS—3C型酸度计的使用方法校正仪器。
电位滴定:
用吸量管取10mL、0.200mol·
L-1的氯化钠标准溶液于100mL烧杯中,再加约25mL水。
将此烧杯置于磁力搅拌器上,放入搅拌子。
将清洗后的银电极和甘汞电极插入溶液。
注意!
勿使电极与搅拌子相碰。
滴定管内注入AgNO3溶液。
开动搅拌器,溶液应缓慢而稳定的搅动,并测量电动势,记下滴定起始体积和测量电动势。
然后由滴定管加入一定体积的AgNO3溶液,待电位稳定后,记录滴定体积和电动势值。
开始滴定时,加入的AgNO3溶液的体积可大些,如5mL,但接近等当点时应小些,如0.1mL,且每次加入的量应相同,这样有利于滴定终点的计算。
滴定过等当点还应继续滴定几点。
重复测定两次。
电极、烧杯、及搅拌子依次用氨水和水淋洗。
自来水中氯离子含量的测定:
用吸量管取50mL水样,其余操作同1。
2.维生素B1片剂总氯量的测定:
在100mL烧杯中,放入两片维生素B1(每片含维生素B1为10毫克)片剂,加入40mL蒸馏水,待片剂均匀分散后,其余操作同1。
五、数据及处理:
1.记录标定标定AgNO3溶液时得到的数据,作电动势对AgNO3溶液体积的滴定曲线,并分别采用滴定曲线法和二次微商法确定滴定终点,计算AgNO3溶液的浓度。
2.记录测定水样中氯离子含量时得到的数据,用二次微商法确定滴定终点,计算水样中氯离子的含量(毫克/升)。
记录测定维生素B1片剂时得到的数据,用二次微商法确定滴定终点,计算维生素B1片剂总氯含量。
设:
V终为滴定终点时的体积(毫升),CAgNO3为硝酸银溶液的浓度。
氯的原子量为35.5。
每一片剂中维生素B1以10毫克计。
则每片维生素B1中的含氯量为:
思考题:
1.试述双盐桥甘汞电极的结构特点及在本实验中的作用?
2.滴定操作时应注意哪些问题?
实验四离子选择性电极测定饮用水中的氟
掌握直接电位法的测定原理及实验方法,并学会正确使用氟离子选择性电极和酸度计的使用方法。
饮用水中的氟含量的高低对人体的健康有一定的影响,氟的含量过低易得龋齿,过高则会发生氟中毒现象,适宜的含量为0.5毫克/升左右。
目前测定氟的方法有比色法和电位法。
前者的测量范围较宽,但干扰因素多,往往要对试样进行预处理,后者的测量范围虽然范围不如前者宽,但一般能满足大多数水质分析的要求,而且操作简便,干扰少,样品一般不必进行预处理。
因此,现在电位法测定氟离子以成为常规的分析方法。
本实验中应用氟离子选择性电极、饱和甘汞电极(SCE)和待测试液组成原电池。
测量的电池电动势E与氟离子活度符合能斯特方程:
其中K、R、F均为常数,若在试液中加入适量的惰性电解质(如硝酸钠等),使离子强度保持不变,即使离子的活度系数为一常数,则上式中的氟离子活度可用浓度[F-]代替。
25OC时上式可写作:
可见,电动势E与lg[F-]成线性关系。
因此,只要作出E对lg[F-]的标准曲线,即可由水样测得的E,从标准曲线求得水样中的氟离子浓度。
此外,还可由格氏(Gran)连续标准加入法求得水样中的氟离子浓度。
(原理从略)。
三、仪器与试剂:
1.仪器:
PHS-2型酸度计
CSB-F-1型氟离子选择性电极
饱和甘汞电极
磁力搅拌器
容量瓶100mL7个
移液管50mL1支
吸量管0.5mL1支、10mL2支
聚乙烯烧杯100mL7个
氟化钠标准溶液,0.100mol·
L-1:
称取4.1988g氟化钠(G.R),以去离子水溶解并稀释至1升,摇匀,储于聚乙烯瓶中备用。
总离子强度调节缓冲液(TISAB):
取29克硝酸钠和0.2克二水合柠檬酸钠,溶于50毫升1:
1(体积)的醋酸与50毫升5mol·
L-1的氢氧化钠的缓冲溶液中,测量该溶液的pH,若不在5.0~5.5内,可用5mol·
L-1的氢氧化钠和65mol·
L-1的盐酸调节至所需范围。
1.调整仪器:
氟电极接酸度计的负端,饱和甘汞电极接酸度计的正端,测量时应按下“-mv”键。
按PHS-2型酸度计的使用方法校正仪器。
注意:
①测量前需用电阻在3MΩ以上的去离子水浸泡活化一小时以上,当测得其在纯水中的毫伏数小于-260mV时,便可用于测量。
②测量时,单晶薄膜上不可附有气泡,以免干扰读数。
③溶液的搅拌速度应缓慢、稳定。
2.标准曲线法:
(1)系列标准溶液的配制
用吸量管取10毫升0.100mol·
L-1氟化钠标准溶液,和10毫升TISAB溶液,在100毫升容量瓶内用去离子水稀释至刻度,摇匀。
并用逐级稀释法配制成浓度为10-2、10-3、10-4、10-5、10-6mol·
L-1的氟化钠系列标准溶液。
逐级稀释时,只需加入9毫升TISAB溶液。
(2)标准曲线的绘制
用滤纸吸去悬挂在电极上的水滴,然后用电极插入盛有浓度为10-6mol·
L-1的氟化钠标准溶液的烧杯中,在磁力搅拌器上缓慢而稳定的搅拌。
按下“读数”开关,读取电池电动势。
电动势的读数应考虑电极达到平衡电位所需的时间,溶液愈