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实验一水中高锰酸盐指数的测定——高锰酸钾滴定法

一、实验目的

(1)本实验旨在通过测定水中高锰酸盐指数，深入了解水环境中有机污染物的含量情况。高锰酸盐指数是衡量水体中有机污染物含量的重要指标，其数值越高，表明水体中有机污染物的含量越多。根据我国相关标准，高锰酸盐指数的正常范围应低于5mg/L，超过此标准则表明水体受到有机污染。本实验通过高锰酸钾滴定法测定高锰酸盐指数，为水质监测和环境保护提供科学依据。

(2)高锰酸盐指数的测定对于保障饮用水安全具有重要意义。高锰酸盐指数可以反映水体中有机物的生物降解性，进而预测水体中有机物对生物的潜在危害。例如，某地区水源地高锰酸盐指数超过10mg/L，表明水源地受到较严重的有机污染，需要采取相应措施进行处理。本实验通过对水源地水样的高锰酸盐指数进行测定，有助于评估水源地水质状况，确保人民群众的饮水安全。

(3)此外，高锰酸盐指数的测定对于环境保护和水资源管理也具有重要作用。高锰酸盐指数是水体有机污染负荷的重要指标，其数值可以反映水体自净能力。例如，某河流经过一段时间的治理后，高锰酸盐指数由原来的15mg/L降至5mg/L，说明治理措施取得了显著成效。本实验通过对受污染水体的高锰酸盐指数进行测定，可以为水资源管理提供科学依据，有助于制定合理的水环境治理方案。

二、实验原理

(1)高锰酸盐指数的测定原理基于高锰酸钾的强氧化性。在酸性条件下，高锰酸钾能够将水中的有机物氧化，同时自身被还原为无色的锰离子。通过测定消耗的高锰酸钾的量，可以计算出水中有机物的含量。实验中通常使用硫酸作为酸性介质，以确保高锰酸钾的氧化能力得到充分发挥。高锰酸钾的氧化反应方程式为：2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O。

(2)在实验过程中，高锰酸钾溶液与水样中的有机物反应，使溶液颜色由紫色变为无色。这种颜色变化是由于高锰酸钾被还原为无色的锰离子所致。为了准确测定反应的终点，通常加入过量的高锰酸钾溶液，以确保所有有机物都得到充分氧化。然后，利用滴定法测定剩余的高锰酸钾溶液量。通过计算消耗的高锰酸钾的量，可以确定水样中有机物的含量。滴定反应的化学计量关系为：1mol高锰酸钾氧化5mol有机物。

(3)实验中，高锰酸钾溶液的浓度需要通过标准溶液进行标定。标定过程中，通常使用已知浓度和量的草酸溶液作为基准物质。通过滴定草酸溶液，可以计算出高锰酸钾溶液的准确浓度。标定后的高锰酸钾溶液在实验中作为滴定剂，用于测定水样中的有机物含量。由于高锰酸钾的氧化反应是定量反应，因此，根据滴定过程中消耗的高锰酸钾溶液的体积，可以计算出水中有机物的含量，即高锰酸盐指数。高锰酸盐指数的单位通常为毫克当量/升(mg/L)，其数值反映了水体中有机污染物的浓度。

三、实验仪器与试剂

(1)实验所需的仪器主要包括滴定管、移液管、锥形瓶、烧杯、容量瓶、玻璃棒、酸度计、电炉、电子天平、滴定架、滴定管夹、滴定瓶、水浴锅、滤纸等。滴定管用于精确量取高锰酸钾溶液和待测水样，移液管用于准确移取一定体积的草酸标准溶液，锥形瓶用于进行滴定反应，烧杯用于溶解试剂和稀释溶液，容量瓶用于配制标准溶液，玻璃棒用于搅拌溶液，酸度计用于测定溶液的pH值，电炉用于加热，电子天平用于称量试剂，滴定架和滴定管夹用于固定滴定管，滴定瓶用于收集滴定后的溶液，水浴锅用于保持恒定温度，滤纸用于过滤。

(2)实验过程中使用的试剂有高锰酸钾标准溶液、草酸标准溶液、硫酸、氢氧化钠、甲基橙指示剂、重铬酸钾、蒸馏水等。高锰酸钾标准溶液用于标定滴定剂，草酸标准溶液用于标定高锰酸钾溶液，硫酸用于调节溶液的酸度，氢氧化钠用于中和溶液中的酸性物质，甲基橙指示剂用于指示滴定终点，重铬酸钾用于检测水样中的有机物，蒸馏水用于配制溶液和洗涤仪器。

(3)高锰酸钾标准溶液的配制需精确称取一定量的高锰酸钾固体，溶解于适量的水中，然后转移至容量瓶中，用水定容至刻度线。草酸标准溶液的配制则是称取一定量的草酸固体，溶解于适量的水中，转移至容量瓶中，用水定容至刻度线。硫酸、氢氧化钠、甲基橙指示剂等试剂的纯度要求较高，需使用分析纯试剂。实验过程中，所有试剂的用量需严格按照实验步骤进行控制，以确保实验结果的准确性和可靠性。同时，实验操作人员需注意试剂的安全使用，避免接触皮肤和眼睛，确保实验环境的安全。

四、实验步骤

(1)首先，使用移液管准确量取一定体积的水样（例如50mL），置于锥形瓶中。接着，加入10mL浓度为0.1mol/L的高锰酸钾溶液，再加入10mL浓度为1mol/L的硫酸溶液，搅拌均匀。将锥形瓶放入水浴锅中，加热至70-80℃，保持一段时间（例如30分钟），以确保水样中的有机物与高锰酸钾充分反应。

(2)加热完成后，用移液管准确量取10