饮用水实验——推荐一个针对非化学专业的生活化学实验

刘淑珍

(北京工业大学环境与能源工程学院 北京 100124)

饮用水实验
——推荐一个针对非化学专业的生活化学实验

刘淑珍

(北京工业大学环境与能源工程学院 北京 100124)

在非化学专业本科生生活化学实验课程中尝试开设饮用水实验，针对非化学专业学生的特点，重新设计实验的教学内容，通过贴近生活的实验内容，普及饮用水常识，培养学生的化学科学素养。

饮用水 实验教学 生活化学实验

生活化学实验课为我校的一门通识教育课，选修该课的学生大多数是人文、经管、土木工程等非化学专业的学生，这些学生的特点是大学期间不再学习化学，甚至高中也没有动手做过化学实验。饮用水实验作为生活化学实验课的项目之一，针对非化学专业学生的特点，不应像传统化学实验课一样强调理论知识和实验基本操作，而应该在实验教学中淡化对理论知识的要求，重新设计实验教学目标和教学过程，将化学与生活更紧密地联系起来，从而提高学生的实验兴趣[1]。

饮用水实验的实验内容密切联系生活，在课堂上教师引导学生做实验，并为学生准备简易版的实验指导书。一方面学生通过实验指导书和教师的引导可以更好地完成实验，另一方面实验指导书上有些内容需要学生根据实验步骤和实验现象去完成，这有助于学生仔细观察实验现象、思考实验原理。

1 实验目的

① 了解我国《生活饮用水水质卫生标准》的内容； ② 判断饮用水的总硬度是否符合国家饮用水水质标准； ③ 判断饮用水的氯含量是否符合国家饮用水水质标准； ④ 判断饮用水的溶解性总固体是否符合国家饮用水水质标准； ⑤ 科学认识饮用水，提高饮用水卫生安全意识，指导学生健康饮水。

2 实验原理

水是生命之源，一个成年人每天至少要补充2.5升水才能满足人体新陈代谢的需要。近年来，水环境污染日趋严重，饮用水污染事故频发[2-3]， 一次又一次地引起人们对饮用水的担忧，饮用水的安全也成为了媒体的焦点。由于人们普遍缺乏饮用水的安全常识，不知如何判断饮用水是否安全，加之水的污染往往看不见，闻不到，甚至尝不出来，所以更容易引起恐慌。

在生活中经常饮用的水有：自来水、纯净水、矿泉水、矿物质水等。对于饮用水是否合格，通常测定饮用水中的几种典型指标是：pH、总硬度、氯化物含量、TDS值。

总硬度的测定常采用络合滴定法，即在pH=10的NH3-NH4Cl缓冲溶液中，以铬黑T为指示剂，向一定量的饮用水中滴加EDTA标准溶液，当溶液颜色由紫红色变为纯蓝色时为滴定终点。根据式(1)可计算水样的总硬度。

(1)

式中ρ2为水样的总硬度(单位：mg/L) (以CaCO3计)；c1为EDTA标准溶液的浓度(单位：mol/L)；V1为EDTA标准溶液所消耗的体积(单位：mL)；V2为水样的体积(单位：mL)。

(2)

式中ρ2为水样的氯含量(单位：mg/L)(以Cl-计)；c1为AgNO3标准溶液的浓度(单位：mol/L)；V1为AgNO3标准溶液所消耗的体积(单位：mL)；V2为水样的体积(单位：mL)。

TDS是英文total dissolved solid的缩写，中文译名为溶解性总固体，单位为毫克/升(mg/L)，它表明一升水中含有可溶性固体物质的毫克数。其测量原理是通过测量水的电导率间接反映出TDS值。相对来说，水越纯净， TDS值就越低，反之就越高。

3 实验用品

公共用品： 0.02000 mol/L EDTA标准溶液，铬黑T，0.005 mol/L AgNO3标准溶液，0.5% K2CrO4溶液，NH3-NH4Cl缓冲溶液(pH=10)，pH试纸，TDS笔，自来水，去离子水。

小组用品：镊子，10 mL量筒，25 mL量筒，滴管，锥形瓶，玻璃棒，洗瓶。

自备水样：学生在实验课前准备好200 mL饮用水，可以是桶装水、白开水或者超市购买的饮用水。如果不是超市购买的瓶装水，需要自己准备干净的塑料瓶。装水样之前将塑料瓶用待测水样润洗至少3遍，然后装入待测水样密封好。

4 实验步骤

4.1 水样酸度的测定

用玻璃棒蘸取少许待测水样到pH试纸上，然后根据pH试纸颜色的变化对照标准比色卡读取待测水样的pH。

4.2 水样硬度的测定

用25 mL量筒量取25 mL待测水样于150 mL锥形瓶中，加1 mL pH=10的 NH3-NH4Cl缓冲溶液，再加少许铬黑T。用10 mL量筒量取10 mL 0.02000 mol/L EDTA标准溶液。用滴管向锥形瓶中逐滴加入EDTA标准溶液，边滴加边观察锥形瓶内溶液的颜色变化。当锥形瓶内溶液的颜色由紫红色变为纯蓝色时停止滴加，并记下消耗EDTA标准溶液的体积，重复测定一遍。根据式(1)计算水样的总硬度。

4.3 水样氯含量的测定

用25 mL量筒量取25 mL待测水样于150 mL锥形瓶中，加1 mL 0.5% K2CrO4溶液。用10 mL量筒量取10 mL 0.005 mol/L AgNO3标准溶液。向锥形瓶中逐滴加入AgNO3标准溶液，边滴加边观察锥形瓶内的颜色变化。当锥形瓶中黄色浑浊呈现橙红色时，停止滴加，并记下消耗AgNO3标准溶液的体积，重复测定一遍。根据式(2)计算水样的氯含量。

4.4 水样TDS的测定

用TDS笔测定TDS。具体测定方法如下：拿下笔套，打开TDS笔开关，将TDS笔用待测水样润洗3～5遍，将笔放入待测水样中至水位线，待读数稳定(2～6秒)后, 按HOLD键锁定数值，读取数值，重复测定一遍。使用完毕后擦干笔头上的水，将笔套盖回。

5 实验结果及讨论

所有指标测定完毕，教师和学生一起对测定水样的各项指标进行分析。经过对实验结果的分析，发现有时同一类型的水样不同学生的测试数据相差很大。 在这种情况下，教师引导学生分析实验原因，发现有的学生是没有判断好滴定终点，有的学生是在公式计算中出现错误。 通过对实验结果的分析，加深学生对实验原理的理解，强化生活和化学的联系，提高学生分析、解决问题的能力。 随后，教师和学生一起对不同类型的水样测试结果进行分析，并根据国家卫生部发布的我国生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)中饮用水相关指标的标准，判断测定水样中的各项指标是否符合国家标准；引导学生思考为什么不同类型的水会出现指标的差异，以及各项指标的大小对人体健康的影响。

6 教学建议

① 要求学生准备待测水样，学生对于自己准备的水样很关注，也都非常好奇自己每天或经常喝的水的各项指标到底是多少。这样能提高学生做实验的积极性。现在市面上饮用水种类非常多，每个学生准备的水样可能都不相同，这就要求指导教师了解饮用水的种类，并对常见种类的饮用水进行相应指标的测定，从而了解不同种类饮用水的各项指标值。这样就可以在实验中判断学生测定的水样指标值是否正确。

② 建议在实验过程中，除了自带水样的测定之外，增加对比水样的测定。饮用水实验在开设之初只测待测水样，这时就可能由于学生的自带水样为硬度偏低的纯净水，在测定硬度时会很快到达滴定终点，导致学生不能看到硬度高时的现象。为了解决这个问题，从2013年开始，在实验中增加了对比水样的测定，由教师根据学生自带水样的种类指定对比水样。如果自带水样为白开水等硬度偏高的水，则以实验室的去离子水为对比水样；如果自带水样为纯净水等硬度偏低的水，则以自来水为对比水样。

③ 对非化学专业的学生降低实验基本操作的训练，更加关注对学生化学素养的培养。在本实验刚开出时，总硬度和氯含量的测定都采用定量分析的方法，但在实验中发现选修该课的学生化学基础知识较少，操作能力较弱，经研究决定将原来的定量实验改为半定量实验，简化了相应的操作，用量筒和滴管代替酸式滴定管，这样就减少了对酸式滴定管的操作要求，降低了实验难度。另外，在实验的关键步骤，比如变色反应发生时，提醒学生注意观察实验现象，引导学生思考与实验现象相关的实验原理。

7 结语

从2012年开始，我们在生活化学实验课程中开设了饮用水实验。该实验的实验用品尽量生活化；在实验过程中，由教师引导学生进行实验，以提高学生的兴趣。通过教学实践，发现学生做实验的积极性很高，在实验过程中都很认真。许多学生在完成饮用水实验后的感想和收获中表示：通过饮用水实验，重新认识了水，提高了关注水安全的意识，并且学会了检测饮用水指标的一些方法，为以后健康饮水起到了指导作用。

经过近几年对饮用水实验的改进与实践，给非化学专业的学生提供了提高化学科学素养的机会。学生通过该实验，不仅进一步了解了饮用水标准和生活中饮用水指标的测定方法，也提高了学生的动手能力，培养了学生的科学素养。

[1] 陈永宝，訾学红，刘淑珍. 大学化学，2013 28(6)：17

[2] 李丽娟,梁丽乔,刘昌明,等. 地理学报，2007，62(9)：917

[3] 肖羽堂,张晶晶,吴鸣,等. 长江流域资源与环境，2001，10(1)：51

[4] 吴洣廲. 北京自来水的信任危机. 北京科技报. 2013-01-14

The Analysis of Drinking Water*——Recommending a Daily-life Related Experiment for the Non-chemistry Majored Students

Liu Shuzhen**Bai Guangmei Chen Yongbao Wang Xiayan

(CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)

Analysis of drinking water, including a few steps of measurements, is offered to the elective Chemical Experiments in Life course for non-chemistry majored undergraduates. The creative design, practice-based procedure was introduced to improve the scientific literacy of the undergraduates.

Drinking water; Laboratory teaching; Chemical experiments in life

10.3866/pku.DXHX20150653

*通讯联系人，E-mail:liushuzhen@bjut.edu.cn 白广梅 陈永宝 汪夏燕

北京工业大学教育教学研究项目，课题编号：ER2013C16，课题名称：创新《生活化学实验》 培养学生科学素养。

O6-31; G64