环境化学实验大纲 - 下载本文

环境化学实验大纲

《环境化学》实验教学大纲

1、 课程属性:必修

2、 实验属性:非独立设课

3、 学时学分:总学时74、总学分4、实验学时20 4、 实验应开学期:秋季 5、 先修课程:《分析化学实验》、《有机化学实验》等

一、 课程的性质与任务

《环境化学实验》课是与《环境化学》专业课相配合的一门基础实验课程,有助于学生学习、巩固水污染控制、大气污染控制、土壤污染治理以及工业生态的的典型污染物和毒物控制的基本专业知识,提高学生的专业技能,是培养学生实验设计、实验测试和评价能力的主要教学环节,也是学生综合运用各相关课程的知识,联系工程实际,了解大气环境化学、水环境化学、土壤环境化学、环境生物化学、工业生态的典型污染物和毒物在环境介质中的行为和效应。通过这一环节,使学生进一步掌握环境化学的理论知识,使学生初步掌握水污染治理技术、大气污染治理技术和土壤污染治理技术的基本过程和设计方法,逐步培养学生对现有各种污染治理技术进行有机整合的能力。提高学生的实验技能以及实验中分析问题、解决问题能力。 二、 实验目的与基本要求

通过本实验课程的学生,可加深学生对环境化学基础理论知识的理解和认识,对环境化 学领域的研究内容有一个全面的了解,对污染物的起?#30784;?#20998;布、形态、迁移、转化、影响和趋势有一个感性认识;而且能够?#22303;?#21644;提高学生的环境化学实验能力,培养严谨的科学态度和实验作风;特别是能够使学生尽可能多的学习和掌握现代化的分析测试仪器,掌握研究环境化学问题的基本方法和手段,训练学生的数据分析和处理能力,从而为学生未来从事环境科学及相关学科的研究和实际工作打下良好的基础。 三、 实验考核方式及办法

考核方法:考查,以进程性考试为主。

评分办法:预习报告20%,实验操作占40%,实验报告40% 四、 序号 2 3 4 5 1 6

实验项目一览表

《环境化学》实验项目一览表

实验项目名称 高锰酸钾指数的测

定 活性?#35838;?#38468;色?#20219;?/p>

水 土壤的阳离子交换

量 土壤脲酶活性测定 底质中磷酸盐的溶

出速率 天然水中Cr(III)

的沉积曲线

实验类型 验证性 验证性 验证性 验证性 验证性 验证性

实验要求 必做 必做 必做 必做 必做 必做

适用专业 应用化学 应用化学 应用化学 应用化学 应用化学 应用化学

学时 3 3 3 3 4 4

五、 实验教材及主要参考资料 1、《环境化学实验》康春丽等编,吉林大学出版社,2000年 2、《环境化学》王晓蓉,南京大学出版社,1999年

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六、实验内容

实验一 高锰酸钾指数的测定

一 实验目的:掌握用酸性高锰酸钾法测定化学需氧量的原理和方法

二 实验原理:水中有机物以及还原性物?#35797;?#37240;性条件下加热?#32451;校?#33021;被高锰酸钾所氧化,过量的高锰酸钾用过量的草酸钠处理,再用高锰酸钾回滴过量的草酸钠,通过计算求出水样所消耗高锰酸钾的量来测定化学需氧量。

当水样中氧离子含量超过300mg/L时,酸性高锰酸钾法由于?#22756;?#23376;的还原作用而不能得到正确的结果,遇此情况,可加蒸馏水稀释,使?#22756;?#20110;浓度降低,或采用碱性高锰酸钾法。 三 实验仪器与试剂: 仪器

(1)250mL锥形瓶。 (2)50mL酸式滴定管。

试剂

(1)c(1/2Na2C204)=0.1000mol/L草酸钠溶液 精确称取O.6705g草酸钠(Na2C204·2H2O)溶于水中,并移入100mL容?#31185;?#20013;,加水至标线,置于暗处保存。

(2) c(1/2Na2C204)=0.01000mol/L草酸溶液 将上述草酸钠溶液准确稀释10倍,置于冰箱中保存。

(3)c(1/5KMnO4)二0.1000mol/L高锰酸钾溶液 称3.2g高锰酸钾,溶液1.2L水中,加热煮沸15min,?#22266;?#31215;减少到约1L,静置过夜,用虹吸管小心地将上层清液移人棕色瓶内,并按下法标定。

取10.0mL草酸钠溶液,于250mL锥形瓶内,加80mL水,5mL的1:3硫酸溶液,加热煮沸10min,再迅速滴加高锰酸钾溶液,不停震荡,直?#32451;?#29983;微红色为止,不必记?#21152;?#37327;,然后将锥形?#32771;?#32493;加热煮沸,加入10.00mL的0.1000mol/L草酸钠标准溶液,迅速用高锰酸钾溶液滴定?#24278;?#32418;色为止,记?#21152;?#37327;。计算高锰酸钾溶液地准确当量浓度,并校正至0.1000mol/L。

(4)c(1/5KMn04)=0.0100mol/L高锰酸钾溶液 将上述标定好的高锰酸钾溶液(0.1000mol/L)准确稀释lO倍。

(5)l:3硫酸溶液 将l份化学纯浓硫酸慢慢加到3份水中,煮沸,滴加高锰酸钾溶液至硫酸溶液保?#27835;?#32418;色。 四 实验步骤

(1)于250mL锥形瓶内,加人100mL水样或?#20005;?#37322;的水样,加5mL的1:3硫酸,混匀,用移液管准确加入0.0100mol儿的高锰酸钾溶液10mL,沸水浴中加热30min。

(2)取下锥形瓶后,立刻准确加入10mL的0.0100mol/L草酸钠标准溶液,并用0.0100mol/L的高锰酸钾标准溶液滴定?#24278;?#32418;色,记录高锰酸钾的用量(V)。 五 计算:

化学需氧量?O2,mg/L?????10?V?K?10??c?8?1000V0

式中 V——滴定水样时所用高锰酸钾体积,mL; Vo——水样体积,mL;

c——草酸钠标准溶?#21495;?#24230;,mol/L; K——高锰酸钾溶液的校正系数。

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溶液的浓度校正:这是由于高锰酸钾浓度易于改变,因此每次做样品时,必须进行校正,求出校正系数K。

校正系数的求法如下:于滴定水样的?#25484;?#20013;趁热(70—80℃)加入10mL的0.01mol/L草酸标准溶液,再用0.01mol/L高锰酸钾标准溶液滴?#24278;?#32418;色,所用高锰酸钾体积为V1(mL),则高锰酸钾之校正系数K=10/V1。

六 注意事项:

(1)应严格控制操作条件一致,高锰酸钾不能过早加好放在那里不加热,常规监测中,可直接加热煮沸10min代替水浴,加热30min,加热时火力应使样品迅速煮沸,时间不能太长,且应尽可能相同,通常要求准?#20998;?#27832;l0min。

(2)煮沸10min后应残留40%~60%高锰酸钾。?#28909;?#29038;沸过程中红色消失或变黄,?#27492;得?#26377;机物或还原性物质过多,需将水样稀释后重做,或者用0.1mol/L高锰酸钾和草酸标准溶液测定。回滴过量的草酸标准溶?#26680;?#28404;耗的高锰酸钾溶液的体积在4-6mL左右,否则需重新再取适量水样测定.

(3)由于一般蒸馏水中常含有若干可?#21592;?#27687;化的物质,因此采用水稀释时,必须测定稀 释用水的耗氧量,并在最后结果中减去此部分。 七 思考题:

(1)高锰酸钾滴定草酸时应注意哪些反应条件?在什么情况下应用碱性高锰酸钾法测化学需氧量?#35838;?#20160;么?

(2)配制硫酸亚铁铵标准溶液时,为何要加浓硫酸?

(3)试推导高锰酸钾法和重铬酸钾法测化学需氧量的计算公式。 (4)为什么要做空白实验?在做空白实验时应注意哪些问题?

实验二 活性?#35838;?#38468;法处理色度废水

一 实验目的

测定活性炭的吸附等温线 二 实验原理

吸附法是处理废水常用的方法,吸附剂的吸附能力常用吸附量G表示,在一定温度下它与溶液中吸附溶?#23454;钠?#34913;浓度有关。G (mg/g) = x/m,x为吸附溶?#23454;?#36136;量(g),m为吸附剂的质量(g)。

关于吸附等温线有H、Freundlich、Langmiur等类型: H型: G = kc

Freundlich型:G = kc1/n,lgG = lgk + 1/n lgc ,k、n为常数。

Langmiur型:G = G0c/(A+c),1/G = 1/ G0 + (A/ G0)(1/c) ,A为常数,G0 为表面上吸附饱和时的最大吸附量。 三 实验仪器与试剂 仪器

722S分光光度计、恒温振荡器、离心机、鼓风干燥箱 试剂

活性炭:

粉末状活性炭0.154mm(100目),将活性炭过筛,取小于0.154mm筛孔以下的样品,水?#26149;?05-110?C烘干3h。 刚果红

四 实验步骤

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(一) 标准曲线的绘制

分别称取2.500g上述染料于1000ml容?#31185;?#20013;,用水稀释?#37327;?#24230;,配成2500?g/ml的上述染料标准溶液。准确吸取该溶液0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5ml分别于50ml比色管中,用水稀释?#37327;?#24230;,在494nm(刚果红)处测定吸光度,以吸光度对浓度作图。 (二) 振荡吸附

取7个250ml锥形瓶,分别加入300mg的粉末活性炭和2.5、5.0、7.5、10.0、15.0、20.0ml浓?#20219;?500?g/ml的上述染料溶液并稀释至100ml,置锥形瓶在恒温振荡器上(20?C)振荡1h。过滤后取滤液于1cm比色皿中,用722S分光光度计在相应波长处测定吸光度。 五 实验计算与作图

根据实验原理,绘制吸附等温线,并计算相应的常数值。 六 实验结果与讨论

讨论吸附等温线的特征和相应的吸?#25945;?#20214;。

注意:由于上述染料溶液放置时间长会褪色,因此,在测定被吸附溶液的吸光度时,需同时测定原溶液的吸光度,以作浓度校正。

实验三 土壤的阳离子交换量

[实验目的]

1、测定污灌区表层和深层土的阳离子交换总量。 2、了解污灌对阳离子交换量的影响。[实验原理]

土壤是环境中污染物迁移转化的重要场所,土壤的吸附和离子交换能力?#36136;?#23427;成为重金属类污染物的主要归宿。污染物在土壤表面的吸附剂离子交换能力又和土壤的组成、结构等有关,因此,对土壤性能的测定,有助于了解土壤对污染物?#23454;?#20928;化能力及对污染负荷的允许程度。

土壤中主要存在三种基?#22659;?#20221;,一是无机物,而是有机物,三是微生物。在无机物中,粘土矿是其主要部分。粘土矿物的晶格结构中存在许多层状的硅?#20102;?#30416;,其结构单元是硅氧四面体和铝氧八面体。四面体硅氧层中的Si4+常被Al3+离子部分取代;八面体铝氧层中的Al3+可部分的被Fe2+、Mg2+等离子取代,取代的结果便在晶格中产生负电荷。这些电荷分布在硅酸盐的层面上,并以静电引力吸附层间存在的阳离子,?#21592;?#25345;电中性。这些阳离子主要是Ca2+、Mg2+、Al3+、Na+、K+和H+等,它们往往被吸附于矿物质胶体表面上,决定着粘土矿物的阳离子交换行为。

土壤中的有机物质主要是腐殖物质,它们可分为三类。一类是不能被碱萃取的胡敏素,另一类是可被碱萃取,但当萃取?#26680;?#21270;时析出而成为沉淀物的腐殖酸,第三类是酸化时不沉淀的富里酸。这些物质成份复杂,分子量不固定,结构单元上存在各种活性基因。它们在土

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壤中可以提供出很大量的阳离子交换能力,而且对重金属污染物在土壤中有吸附、络合等行为起着重要作用。

土壤存在的这些阳离子可被某些中性盐水溶液中的阳离子交换。若无副反应时,交?#29615;?#24212;可以等当量地进?#23567;?

上述反应中因为存在交换平衡,因此,交?#29615;?#24212;实际上不完全。当溶液中交换剂浓度大、交换?#38382;?#22686;加时,交?#29615;?#24212;可趋于完全。同时,交换离子的本性,土壤的物理状态等对交换完全也有影响。

若用过量的?#24247;?#35299;质,如硫酸溶液,把交换到土壤中去的钡离子交换下来,这是由于生成了硫酸钡沉淀,且由于氢离子的交换吸附能力很强,交换基本完全。这样,通过测定交?#29615;?#24212;前后硫酸含量变化,可算出消耗的酸量,进而算出阳离子交换量。这种交换量是土壤的阳离子交换总量,通常用每克100克干土中的?#37327;?#24403;量数表?#23613;?

[仪器设备]

电动离心机,分析天平,50ml离心管,100ml锥形瓶,25ml量筒,10ml、25ml移液管, 碱式滴定管, 25ml试管.

[试剂药品]

0.1N氢氧化钠标准溶液:称2克分析纯氢氧化钠,溶解在500毫升煮沸后冷却的蒸馏水?#23567;?#31216;取0.5克(分析天平上称)于105℃烘箱中烘干后的邻苯二甲酸氢钾两份,分别放入250毫升锥形瓶中,加100毫升煮沸冷却的蒸馏水,溶完再加4滴酚酞指示剂,用配置的氢氧化钠标准溶液滴定到淡红色,再用煮沸冷?#26149;?#30340;蒸馏水做一个空白试验,并从滴定邻苯二甲酸氢钾的氢氧化钠溶液中扣除空白值。 计算式:

c(NaOH)=W/(V1-V2).0.2042

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