养殖水环境化学实验模块二-精品文档资料整理.ppt

有关氧化还原反应基本知识 氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定分析法。氧化还原反应是基于电子得失（转移）的反应，多为复杂反应，由多个基元反应组成，反应机理比较复杂。有些反应常因伴有反应的发生而没有滴定的计量关系；有些反应虽然从热力学上判断可以进行，但反应速率缓慢，易受外界条件的影响，必须创造适宜的条件才能用于氧化还原滴定。 参与氧化还原反应的指示剂：自身指示剂（高锰酸钾）、专属指示剂（淀粉）、氧化还原指示剂（二苯胺磺酸钠）。实验二、实验二、 溶解氧的测定溶解氧的测定 实验目的实验目的 1掌握碘量法测定溶解氧的原理及操作方法，特别是水样的固定操作。 2了解溶解氧测定的干扰因素及其消除方法。 方法选择方法选择 溶解氧的测定方法很多，有碘量法、电化学分析法、分光光度法以及气体分析法等。其中经常使用的为碘量法和电化学分析法（也称隔膜电极法）。碘量法容易受到氧化性或还原性物质的干扰，一般适用于较清洁的水样，隔膜电极法则不受这些因素的影响，水样中如含有较多的氧化性或还原性杂质时宜采用隔膜电极法或修正的碘量法。 水样中亚硝酸盐氮含量高于0.05mg/L，二价铁低于1mg/L时，采用叠氮化钠修正法，此法适用于多数污水及生化处理水；水样中二价铁高于1mg/L，采用高锰酸钾修正法；水样有色或有悬浮物，采用明矾絮凝修正法；含有活性污泥悬浊物的水样，采用硫酸铜氨基磺酸絮凝修正法。 隔膜电极法和快速溶氧仪法是根据分子氧透过薄膜的扩散速率来测定水中溶解氧。方法简便、快速、干扰少，可用于现场测定。为克服电极隔膜使用寿命短、安装操作的麻烦，现今开发了无膜荧光法测定。 分光光度法仅适用于溶解氧含量低微的水样测定。 碘量法测碘量法测DO之原理之原理 在水样中加入过量的Mn2+和碱性KI溶液，Mn2+与碱作用生成白色Mn(OH)2沉淀，在有溶解氧存在时Mn(OH)2立即被氧化形成三价或四价锰的棕色沉淀，这一过程称为溶解氧的固定。高价锰化合物沉淀在酸性介质中，被I-还原并溶解，同时析出和溶氧相当量的游离I2（需要有KI过量才能溶解），再用Na2S2O3标准溶液滴定析出的游离I2，以淀粉指示剂指示滴定终点,根据Na2S2O3的用量可以计算水中的溶氧含量。测定过程（固定、酸化、滴定）的主要反应如下： 固定： Mn2+ + 2OH - = Mn(OH)2(白色) 2Mn(OH)2+ O2 = 2MnO(OH)2（棕色） 酸化： MnO(OH)2 + 2I- + 4H+ = Mn2+ + I2 + 3H2O 滴定： I2+2Na2S2O3=2NaI+ Na2S4O6 主要仪器与试剂主要仪器与试剂 碱式滴定管、溶解氧水样瓶（或磨口试剂瓶）、碘量瓶（或具塞锥形瓶）、移液管、吸量管等。 1.锰盐溶液:称取480g MnSO44H2O或400gMnCl24H2O溶于500mL纯水,然后稀释至1000mL。 （MnSO4H2O）2.碱性KI溶液:称取150gKI溶于100 mL纯水,另取500gNaOH溶于500600mL纯水。冷却后将两种溶液混合，并稀释到1000mL。（NaI+KOH）3. H2SO4溶液（1+1）：4. H2SO4溶液（1 mol/L)：在不断搅拌下将28mL浓硫酸慢慢加入472mL纯水中。5. 淀粉指示剂（5g/L）：称取0.5g可溶性淀粉，先用少量纯水调成糊状，倾入沸水中煮沸并稀释至100mL。6. Na2S2O3标准溶液(0.01mol/L)：称取Na2S2O35H2O（AR）约2.5g，溶解于刚煮沸放冷的纯水中，再加0.4gNaOH，稀释到1000 mL， 摇匀后贮于棕色试剂瓶中。7. 碘酸钾标准溶液(0.01000 mol/L）：称取0.1783gKIO3（基准级试剂，预先在120干燥2h），溶于少量纯水，转移到500mL容量瓶中，稀释至刻度。 8. KI固体（10%溶液）操作步骤操作步骤 Na2S2O3溶液的标定：移取碘酸钾标准溶液20.00mL于锥形瓶中，加10%KI5ml，再加入H2SO4溶液（1 molL-1）5 mL，用纯水稀释至约50mL， 立即用Na2S2O3溶液滴定到淡黄色时加淀粉1 mL，继续滴定到蓝色消失。按下式计算Na2S2O3溶液的浓度： 水样的测定水样的测定1.水样的采集：用采水器把水样采上来后，立即把采水器的胶管插入水样瓶（125mL左右）底部，放出少量水，润洗23次，然后将胶管再插入瓶底，令水样缓慢注入瓶内，并溢出约23瓶体积的水。在不停止注水的情况下，提出导管，盖好瓶塞。瓶中不得有气泡。2.固定：立即向水样瓶中加入MnSO4和碱性KI各0.5mL。加试剂时刻度吸管尖端应插入水面下23mm，让试剂自行流出，沉降到瓶底。然后立即盖好瓶塞反复倒转20次左右，使溶氧被完全固定。静置，待沉淀降到瓶的中部后可以进行酸化。固定操作要迅速，水样瓶中不得有气泡。3.酸化：打开瓶塞，加入（1+1）H2SO41.0mL,盖上瓶塞，反复倒转摇匀，使沉淀完全溶解。酸化后的水样需要尽快滴定。4.滴定：将酸化后的水样摇匀，用移液管吸取50.00mL水样于锥形瓶中（V样），立即用Na2S2O3标准溶液滴定。当滴定至淡黄色时加入淀粉指示剂约1mL，用Na2S2O3继续滴定至蓝色刚刚退去并在20秒内不返回，记录滴定消耗体积。要求两次滴定的偏差不超过0.05mL。113366223223KIOKIONa S ONa S OVccV 结果与计算结果与计算（1）用mgL-1表示时,计算公式为:（2）把溶解氧含量换算为标准状态下的体积表示: 思考题思考题1.碘量法测定溶解氧的原理是什么？2.固定后的水样中有气泡存在对测定结果产生什么影响？3.滴定速度很慢，时间太长对测定结果有无影响？4.固定溶氧时，如果在125mL的水样瓶中混入了1个空气泡（假设体积为0.5mL）。试估算气泡将使溶氧测定结果偏高多少？2232231N a S Om ol/LN a S Om L3D Om g Lm L810cVfV样11DODOmL Lmg L22.432.0m Lm L1.0VVfVVV瓶瓶瓶固 剂瓶 实验三、化学需氧量的测定实验三、化学需氧量的测定 实验内容实验内容1.掌握碱性高锰酸钾法测定COD的原理和方法。2.了解酸性高锰酸钾法测定COD的原理和方法。3.以加热作为氧化条件，请设计几种不同加热条件（如电热板、水浴、微波等）测定化学需氧量的方法（试写出设计方案）。方法选择 COD的测定方法主要以氧化剂的类型来分类，最常见的是重铬酸钾法和高锰酸钾法。因其氧化能力不同，所测数值相差较大，用重铬酸钾法测得的值称为铬法COD，以CODCr表示；而将高锰酸钾法测得的值以CODMn表示，也称为高锰酸盐指数。 重铬酸钾法可较彻底氧化大多数有机物，虽然操作麻烦、费时，但由于其强氧化能力（理论氧化率达95%以上），仍被广泛采用，特别是污染严重的水体。因此，该法被选为国家标准。高锰酸钾法虽然氧化能力不如重铬酸钾法，但操作简便、省时，同样被列为国家标准。高锰酸钾法按溶液介质又分为酸性与碱性。在碱性条件下高锰酸钾的氧化能力不如酸性条件下的氧化能力强，它不能氧化水中的氯离子。所以碱性高锰酸钾法适用于大洋和近岸海水及河口水的测定。一般养殖水体中难以氧化的有机物较少，因此也常采用碱性高锰酸钾法测定COD；对于氯离子含量不超过300mg/L的水样可以采用酸性高锰酸钾法。 同一水样，由于加入氧化剂的种类及浓度、反应溶液的酸碱度、温度和反应时间等不同，所得的COD值常不相同。因此，化学需氧量是一个条件性指标，测定时必须指明采用的方法，严格控制实验条件。 实验三、化学需氧量的测定实验三、化学需氧量的测定 碱性高锰酸钾法碱性高锰酸钾法原理原理 在碱性条件下，水样中加入一定量的高锰酸钾溶液，加热一定时间以氧化水中的还原性物质（主要是有机物）。然后在酸性条件下，用碘化钾还原剩余的高锰酸钾和生成的二氧化锰，所生成的游离碘用硫代硫酸钠溶液滴定。 酸性高锰酸钾法酸性高锰酸钾法原理原理 样品中加入已知量的高锰酸钾和硫酸，然后进行加热，高锰酸钾将样品中的某些有机物和无机还原性物质氧化，反应后加入过量的草酸钠溶液还原剩余的高锰酸钾，过量的草酸钠再用高锰酸钾溶液回滴。实验三、化学需氧量的测定实验三、化学需氧量的测定 碱性高锰酸钾法碱性高锰酸钾法主要仪器与试剂主要仪器与试剂 25mL碱式滴定管、250mL锥形瓶、电炉（或电热板等）、移液管、吸量管等。1NaOH溶液（250g/L）： 2硫酸溶液（1+3）： 3碘化钾： 4硫代硫酸钠标准溶液 ： 5淀粉溶液：6高锰酸钾储备溶液（0.1mol/L）： 称取3. 2g高锰酸钾，溶于1.2升水中，加热煮沸，使体积减少到约1升，在暗处放置过夜。若有沉淀出现，取上清液贮于棕色瓶中备用。7高锰酸钾标准溶液（0.01mol/L）：吸取0.1mol/L 高锰酸钾溶液10mL，于100mL容量瓶中，用纯水稀释至标线，摇匀。酸性高锰酸钾法酸性高锰酸钾法主要仪器与试剂主要仪器与试剂 仪器同碱性高锰酸钾法。1硫酸溶液（1+3）； 2高锰酸钾储备溶液（0.1mol/L）； 3高锰酸钾使用溶液（0.01mol/L）以上试剂同碱性高锰酸钾法。4草酸钠标准贮备液（0.01000mol/L）：准确称取草酸钠（Na2C2O4）固体0. 6705g，加少量水溶解后，全部转入100mL容量瓶中稀释至标线，混匀。此溶液浓度为0.100mol/L，置4保存。使用时稀释10倍，即得0.0100mol/L草酸钠标准溶液。 实验三、化学需氧量的测定实验三、化学需氧量的测定 碱性高锰酸钾法碱性高锰酸钾法操作步骤操作步骤1硫代硫酸钠溶液的标定： （略）2水样的测定 （1）准确量取50.00mL摇匀的水样（或适量水样加纯水稀释至50mL），于250mL锥形瓶中（测平行双样），加入几粒玻璃珠以防爆沸。加入250g/L氢氧化钠溶液0.5mL，摇匀，用移液管准确加入10.00mL高锰酸钾标准溶液（浓度0.01mol/L），摇匀。（2）立即将锥形瓶置于覆盖有石棉网的电炉（或电热板）上加热至沸，准确煮沸10min（从冒出第一个气泡时开始计时）。（3）取下锥形瓶，迅速冷却至室温，用量筒或吸量管迅速加入(1+3)硫酸5mL和10%碘化钾5ml，摇匀，在暗处放置5min，待反应完毕（剩余的高锰酸钾和生成的二氧化锰与碘化钾反应，释放游离碘），立即在不断振摇下，用硫代硫酸钠溶液滴定至淡黄色，再加入1mL淀粉溶液，继续滴定至蓝色刚消失，记录消耗的硫代硫酸钠的体积V1。两平行双样滴定读数相差不超过0.10mL。 *另取50mL高纯水代替水样，按水样的测定步骤，分析滴定空白值，记录消耗的硫代硫酸钠的体积V2。实验三、化学需氧量的测定实验三、化学需氧量的测定 酸性高锰酸钾法酸性高锰酸钾法操作步骤操作步骤1准确量取50.00mL摇匀的水样（或适量水样加纯水稀释至50.00mL），置于250mL锥形瓶中（测平行双样），加入1+3硫酸溶液5.0mL，摇匀，用移液管准确加入10.00mL 0.01mol/L高锰酸钾溶液摇匀。2立即将锥形瓶置于加热板上加热至沸，准确煮沸10min（从冒出第一个气泡时开始计时）。3取出锥形瓶，用移液管迅速加入10.00mL草酸钠溶液，摇匀，溶液变为无色。趁热用高锰酸钾使用液滴定至刚出现粉红色，并保持30s不退色。记录消耗的高锰酸钾溶液的体积V1 。4高锰酸钾溶液浓度的标定：将上述已滴定完毕的溶液加热至70，准确加入10.00mL草酸钠溶液。用高锰酸钾溶液滴定至刚出现粉红色，并保持30s不退色。记录消耗的高锰酸钾溶液的体积V2。按下式求得高锰酸钾溶液的校正系数K。2m L1 0 .0 0KV实验四、实验四、 化学需氧量的测定化学需氧量的测定 碱性高锰酸钾法碱性高锰酸钾法结果与计算结果与计算 酸性高锰酸钾法酸性高锰酸钾法结果与计算结果与计算 化学需氧量的测定思考题化学需氧量的测定思考题1试比较高锰酸钾法与重铬酸钾法的优缺点，并说明各自所适宜的水体条件。如果现有一淡水鱼池的水样（氯离子含量小于300mg/L），你认为采取哪种方法较好？为什么？2水样准确煮沸10min后取下令其自然冷却，与用水迅速冷却相比，对测定结果有何影响？3酸性高锰酸钾法加热氧化以后的水样中剩余的氧化剂量，如果准备改用碘量法来测定，需要如何操作？请列出这一段的操作步骤及相应的计算公式。 12 242Mn1Na C OmLmol/LCODmg/L(10.00)10.008 1000100.0cVK 2 23MnNa S O21mLmLmol/LCODmg/L()8 1000100.0cVV 试验测定内容一、Na2S2O3溶液的标定 移取碘酸钾标准溶液20.00mL于锥形瓶中，加10%KI5ml，再加入H2SO4溶液（1 mol/L）5 mL，用纯水稀释至约50mL， 立即用Na2S2O3溶液滴定到淡黄色时加淀粉1 mL，继续滴定到蓝色消失。 二、DO测定1.水样的采集：用采水器把水样采上来后，立即把采水器的胶管插入水样瓶（125mL左右）底部，放出少量水，润洗23次，然后将胶管再插入瓶底，令水样缓慢注入瓶内，并溢出约23瓶体积的水。在不停止注水的情况下，提出导管，盖好瓶塞。瓶中不得有气泡。2.固定：立即向水样瓶中加入MnSO4和碱性KI各0.5mL。加试剂时刻度吸管尖端应插入水面下23mm，让试剂自行流出，沉降到瓶底。然后立即盖好瓶塞反复倒转20次左右，使溶氧被完全固定。静置，待沉淀降到瓶的中部后可以进行酸化。固定操作要迅速，水样瓶中不得有气泡。3.酸化：打开瓶塞，加入（1+1）H2SO41.0mL,盖上瓶塞，反复倒转摇匀，使沉淀完全溶解。酸化后的水样需要尽快滴定。4.滴定：将酸化后的水样摇匀，用移液管吸取50.00mL水样于锥形瓶中（V样），立即用Na2S2O3标准溶液滴定。当滴定至淡黄色时加入淀粉指示剂约1mL，用Na2S2O3继续滴定至蓝色刚刚退去并在20秒内不返回，记录滴定消耗体积。要求两次滴定的偏差不超过0.05mL。三、COD测定 （1）准确量取50.00mL摇匀的水样（或适量水样加纯水稀释至50mL），于250mL锥形瓶中（测平行双样），加入几粒玻璃珠以防爆沸。加入250g/L氢氧化钠溶液0.5mL，摇匀，用移液管准确加入10.00mL高锰酸钾标准溶液（浓度0.01mol/L），摇匀。（2）立即将锥形瓶置于覆盖有石棉网的电炉（或电热板）上加热至沸，准确煮沸10min（从冒出第一个气泡时开始计时）。（3）取下锥形瓶，迅速冷却至室温，用量筒或吸量管迅速加入(1+3)硫酸5mL和10%碘化钾5ml，摇匀，在暗处放置5min，待反应完毕（剩余的高锰酸钾和生成的二氧化锰与碘化钾反应，释放游离碘），立即在不断振摇下，用硫代硫酸钠溶液滴定至淡黄色，再加入1mL淀粉溶液，继续滴定至蓝色刚消失，记录消耗的硫代硫酸钠的体积V1。两平行双样滴定读数相差不超过0.10mL。（4）另取50mL高纯水代替水样，按水样的测定步骤，分析滴定空白值，记录消耗的硫代硫酸钠的体积V2。