化學乙級技術士訓練教材(7) 術科測驗第七題第二站 水中亞硝酸氮含量之測定 臺北市立松山工農化工科 謝榮忠製作

內容大綱 試題簡介 相關知識 實驗器材與藥品 實驗步驟(-1) 實驗步驟(-2) 實驗步驟(-3) 實驗報告 評分標準

一、 試題簡介 (一) 操作目的 (二) 完成時間 (三) 操作說明

( 一)、操作目的 學習定量水溶液中的亞硝酸氮。 學習分光光度計的比色方法。 學習化學分析技術的操作與安全要領。

(二)、 操作時間 三小時三十分

(三) 操作說明 磺胺(Sulfanilamide)與水中亞硝酸鹽在 pH2.0至2.5之條件下，起重氮化反應(Diazotation)而形成重氮化合物，此重氮化合物與N-1-奈基乙烯二胺二鹽酸鹽(N-(1-naphthyl)-ethylenediamine dihydrochloride)偶合形成紫紅色偶氮化合物，在波長543nm處測其吸光度，可測定其濃度，而以亞硝酸氮之濃度表示之。

二、相關知識 (一)呈色反應 (二)過錳酸鉀之標定 (三)亞硝酸氮儲備溶液之標定 (四)比色定量 (五)建立檢量線 (六)未知試樣中亞硝酸氮的定量

(一) 呈色反應 水中的亞硝酸鹽在pH 2.0~2.5之條件下可與磺胺起重氮化反應而形成重氮化合物。 此重氮化合物與N-1-奈基乙烯二胺二鹽酸鹽起偶合反應形成紅色的偶氮化合物。

(二)過錳酸鉀之標定 1.精秤一定量的純草酸鈉，以過錳酸鉀溶液滴定達終點而推算過錳酸鉀的濃度。 2KMnO4 + 5C2O4 2- + 16H+ → 2Mn 2+ + 10CO2 + 8H2O 2.滴定過程須加熱至70~80℃，使溶液達淡紅色為滴定終點。

3)計算式 2KMnO4  5Na2C2O4

2KMnO4 + 5NO2 - +6H+ → 2Mn 2+ + 5NO3 - + 3H2O (三)亞硝酸氮儲備溶液之標定 1.取一定量亞硝酸氮溶液加入一定量(過量)過錳酸鉀標準溶液，加熱至70~80℃後，加入一定量的草酸鈉標準溶液，再以過錳酸鉀標準溶液滴定達終點。 2.過錳酸鉀與亞硝酸鹽的反應式： 2KMnO4 + 5NO2 - +6H+ → 2Mn 2+ + 5NO3 - + 3H2O 即 2KMnO4  5NO2 – ×

3.全反應的莫耳數關係式： KMnO4莫耳數×5 ＝ NO2 – 莫耳數×2 ＋ Na2C2O4莫耳數×2 4.亞硝酸氮儲備溶液的濃度的求法：

(四)比色定量 1.以分光光度計測量呈色後的標準溶液在波長543 nm的吸收度。 2.比耳定律：一定波長的光通過有色物質的水溶液，其吸收度與有色物質的濃度成正比。

(五) 建立檢量線 以吸收度為橫座標；亞硝酸氮的含量(μg)為縱座標，於方格紙上作圖。 利用電子計算機的線性迴歸功能計算檢量線的截距(A)與斜率(B)。 檢量線方程式 亞硝酸氮含量(μg) = 截距(A) +斜率(B) × 吸收度

以配製標準溶液的相同方法，配製未知試樣溶液。 以分光光度計於相同的吸收波長下，測量未知試樣的吸收度。 (六) 測定未知試樣中亞硝酸氮的濃度 以配製標準溶液的相同方法，配製未知試樣溶液。 以分光光度計於相同的吸收波長下，測量未知試樣的吸收度。 將未知試樣的吸收度代入檢量線方程式，或以作圖法求取亞硝酸氮的濃度。

三、實驗器材與藥品 器材：分光光度計、球形吸量管、刻度吸量管、量瓶、天平、燒杯、錐形瓶、本生燈或加熱板 藥品：H2SO4、0.01M KMnO4、呈色試劑、亞硝酸氮儲備溶液、未知試樣、廣用pH試紙

四、 實驗步驟(-1) 1. 0.025M草酸鈉溶液之配製 2. 0.01M過錳酸鉀溶液之標定 3. 亞硝酸氮儲備溶液之標定 4. 亞硝酸氮標準溶液之配製 5. 樣品之處理與顯色 檢量曲線之製作

(1)精秤約0.335g於105℃烘乾至恒重之Na2C2O4 。 1. 0.025M草酸鈉溶液之配製 先以粗秤天平秤取約0.34g 按下分析天平開關

出現0.0000g時可開始秤重 將稱粗秤過的秤量瓶放置於托盤上 顯示稱量瓶與試藥的總重

空秤量瓶放回盤上，顯示的重量即燒杯內的藥品重 按下TARE鍵扣除盤上物的重量 將秤量瓶內的藥品倒入空燒杯內 空秤量瓶放回盤上，顯示的重量即燒杯內的藥品重

(2)溶於適量之純水中，並稀釋至100mL。 將燒杯內的溶液倒入量瓶內 加水溶解固體試藥

潤洗燒杯，將潤洗液移入量瓶內 以洗瓶補充去離子水 以吸管加水至刻度

使液面的半月型下緣與量瓶的刻度線切齊 搖動20下使混合均勻

四、 實驗步驟(-2) 1. 0.025M草酸鈉溶液之配製 2. 0.01M過錳酸鉀溶液之標定 3. 亞硝酸氮儲備溶液之標定 4. 亞硝酸氮標準溶液之配製 5. 樣品之處理與顯色 檢量曲線之製作

2. 0.01M過錳酸鉀溶液之標定 精取20.00mL草酸鈉溶液，稀釋至100mL。 倒出少許草酸鈉溶液至燒杯中 潤洗燒杯，捨棄潤洗液

倒出約30mL的草酸鈉溶液 以球型吸量管吸取少許的草酸鈉溶液 潤洗吸量管

精確吸取20mL的草酸鈉溶液 取下安全球吸球釋出溶液 加入約80mL的去離子水

b)加入10mL 1+1硫酸，快速加熱至90-95℃，於攪拌中以過錳酸鉀滴定，至淡粉紅色維持一分鐘。 潤洗滴定管

倒入足量的過錳酸鉀溶液 將滴定管裝在滴定管架上 滴定管下端不可有氣泡

加入10mL的1+1硫酸 於加熱板上加熱至90~95℃ 將上端的漏斗取下，並記錄開始的體積

粉紅色維持1分鐘為滴定終點 以左手控制滴定管拴，滴入過錳酸鉀溶液

c)另以純水依同樣方式進行空白試驗。 d)計算過錳酸鉀溶液濃度。

3. 亞硝酸氮儲備溶液之標定 取50.00mL0.01M過錳酸鉀溶液，加入10mL 1+1硫酸和50.00mL亞硝酸鹽氮儲備溶液，置於有玻璃瓶蓋之錐形瓶中。在加入亞硝酸鹽氮儲備溶液時，吸管尖端須浸入過錳酸鉀溶液液面之下。

以50mL吸量管吸取KMnO4 潤洗吸量管 精確吸取50mL的KMnO4

將KMnO4放入錐形瓶中 以10mL球形吸量管吸取1+1硫酸 將硫酸加入錐形瓶中

將亞硝酸氮儲備液倒入少許至燒杯中 潤洗燒杯 倒入約60mL的亞硝酸氮儲備液

以球型吸量管吸取少許亞硝酸氮溶液 潤洗吸量管 精確吸取50mL亞硝酸氮溶液

將亞硝酸氮加入錐形瓶內 注意吸量管的下端要浸入液面下

b)加熱至70-80℃，分次加入10mL 0.025M 草酸鈉溶液直到過錳酸鉀之紫紅色褪色為止。 在加熱板上加熱至70 ~80℃

以10mL球型吸量管精取草酸鈉標準溶液 將草酸鈉加入錐形瓶中

搖動溶液使混合均勻 再吸取10mL草酸鈉溶液

將草酸鈉加入錐形瓶中 溶液褪成無色後就不再加草酸鈉

c)以0.01M過錳酸鉀溶液滴定過量之草酸鈉溶液至淡粉紅色之滴定終點。由上述數據計算亞硝酸鹽氮儲備溶液之濃度

以過錳酸鉀標準溶液滴定 滴定終點為淡紅色維持1分鐘

四、 實驗步驟(-3) 1. 0.025M草酸鈉溶液之配製 2. 0.01M過錳酸鉀溶液之標定 3. 亞硝酸氮儲備溶液之標定 4. 亞硝酸氮標準溶液之配製 5. 樣品之處理與顯色 檢量曲線之製作

4.亞硝酸氮標準溶液之配製 精取10mL亞硝酸氮儲備溶液稀釋至100mL，再精取上述溶液5mL稀釋至250mL即得亞硝酸氮標準溶液。

轉動燒杯潤洗，廢液倒入廢液杯內 將儲備液倒入燒杯中

以吸量管吸取溶液 水平轉動吸量管潤洗 將潤洗液移入廢液杯內

以吸量管精確吸取溶液 將儲備液移入另一量瓶內 以洗瓶補充水至刻度下方約2公分處

以滴管補充水至刻度 翻轉搖動約20次使混合均勻

5. 樣品之處理及顯色 精取50.00mL或適量體積之樣品（必要時樣品應以1M鹽酸或氫氧化銨溶液調整pH值至5-9之間）稀釋至50.0mL。 於加入呈色試劑後10分鐘至2小時之間在波長543nm處測其吸收度。

6. 檢量曲線之製備 精取2.0,5.0,10.0,15.0及20.0mL標準溶液於50mL量瓶，稀釋至50.0 mL

取一乾淨的燒杯先以亞硝酸氮標準溶液潤洗 取六支乾淨的50mL量瓶

取2mL乾淨的球型吸量管吸入少量標準溶液潤洗 捨棄潤洗液

將標準溶液移入第一支量瓶內 以球型吸量管精確吸入標準溶液

以洗瓶補充去離子水至量瓶內 以滴管將液面補充至刻度

加入2mL呈色試劑充分混合之。 以球型吸量管吸取2mL的呈色試劑 將呈色試劑加入量瓶內

搖動使混合均勻 混合好的檢量溶液

於加入呈色試劑後10分鐘至2小時之間在波長543nm處測其吸收度。

儀器歸零 打開電源，預熱30分鐘 將濾光鏡選擇桿調到正確位置

TRANSMITTANCE 543 調整波長選擇鈕至543nm 打開比色槽蓋子，取出比色管，蓋上蓋子 0.0 轉動歸零鈕使透光率為0.0

儀器調靈敏度 取一支乾淨的比色管，加入去離子水 以拭鏡紙將比色管表面拭淨

將比色管置入比色槽內，注意刻度線對齊 轉動靈敏度鈕至透光率為100%

另取一支乾淨的比色管，加入第一瓶檢量溶液，潤洗比色管 吸收度的測定 另取一支乾淨的比色管，加入第一瓶檢量溶液，潤洗比色管 潤洗液倒入廢液杯

加入檢量溶液至上方記號處 以拭鏡紙將比色管擦拭乾淨 將比色管置入比色槽內

按MODE鍵使功能顯示為ABSORBANCE(吸收度) 顯示吸收度的值

以最小平方法計算亞硝酸氮量與 吸收度之線性關係及相關係數，並利用製備之檢量線，求出試樣之亞硝酸氮之濃度。 同步驟6-(a)~(c)以去離子水作空白試驗。

五、 實驗報告 (一)草酸鈉標準溶液之濃度 草酸鈉之重量：__0.3350_g， 溶液濃度=__0.0250__M 計算式： Na2C2O4分子量

(二)過錳酸鉀溶液之標定： 1.草酸鈉溶液取樣體積=__20.00__mL，過錳酸鉀溶液滴定體積 = _18.75_ mL。 2.空白滴定體積=_0.25_mL，過錳酸鉀溶液濃度=__0.01081__M。 計算式： Na2C2O4價數 KMnO4價數

(三)亞硝酸氮儲備溶液濃度之標定及稀釋 1.亞硝酸氮儲備溶液體積 = __50.00__mL，過錳酸鉀溶液加入體積 = __50.00__mL。 2.草酸鈉溶液加入體積 = 20.00 mL，過錳酸鉀溶液滴定體積 = _7.56__mL。 3.亞硝酸氮儲備溶液濃度= 295.5 mg/L 計算式：

4.亞硝酸氮標準溶液濃度 = _0.5911_mg/L 。 計算式：

Y X B A (四)檢量曲線之製作 註1：以第1瓶為例 0.5911μg/mL×2.00mL＝1.182μg 量瓶號碼 1 2 3 4 5 6(空白 試驗) 標準液體積(mL) 2.00 5.00 10.00 15.00 20.00 0.00 亞硝酸氮量(μg) 1.182 2.956 5.911 8.867 11.822 0.000 吸收度 0.080 0.167 0.319 0.484 0.642 0.004 淨吸收度 0.076 0.163 0.315 0.480 0.638 Y X B 註1：以第1瓶為例 0.5911μg/mL×2.00mL＝1.182μg A 亞硝酸氮量(μ g) ＝__18.696__×吸收度＋__-0.087__ R＝__0.9998__

(五)亞硝酸氮試樣之定量 B A 取樣量(1) ＝__20.00__mL，取樣量(2) __20.00__mL。 亞硝酸氮呈色液之吸收度(1) ＝__0.417__，吸收度(2) ＝__0.421__。 亞硝酸氮呈色液之淨吸收度(1) ＝__0.413__，淨吸收度(2) ＝__0.417__。 由檢量曲線得相當之亞硝酸氮量(1) ＝__7.634__μg，亞硝酸氮量(2) ＝__7.709__μg。 試樣之亞硝酸氮濃度(1) ＝__0.3817__mg/L，濃度(2) ＝__0.3855__mg/L，平均濃度＝__0.3855__mg/L。 B A 計算式：(以第一次為例) 亞硝酸量(μg) ＝18.696×0.413+(-0.087) ＝7.634 μg 試樣中亞硝酸氮之濃度＝7.634 μg÷20mL＝0.3817 μg/mL＝0.3817mg/L 平均濃度＝(0.3817＋0.3855) ÷2＝0.3836 mg/L

六、 評分標準 類別 項目及配分 操作 40% 1.天平之使用 10% 2.溶液配製 15% 3.分光光度計操作 15% 結果報告 50% 1.標準溶液濃度之計算 10% 2.檢量線圖形 10% 3.水中亞硝酸氮含量 30% 其他 10% 1.工作態度 5% 2.器具清理 5%