活動一土壤酸堿度的測定
一、活動思路
土壤裏含有許多有機酸、無機酸、堿以及鹽類等物質，各種物質的含量不同，使土壤顯示出不同的酸堿性。土壤的酸堿性可以用酸度表示，即用pH值表示土壤的酸堿性。習慣上把pH值在6．5～7．5範圍內的土壤叫中性土。土壤酸堿度的分級情況。
土壤的酸堿度會影響作物生長，各種作物對土壤pH值的要求也是不同的。
所以了解土壤的酸堿性，對農業生產有很大的意義。土壤的酸性可以分為活性酸度（由土壤溶液裏的H+造成）和潛在性酸度；潛在性酸度又可分為代換性酸度（由土壤膠粒所吸附的H+造成，參看問題討論1）和水解性酸度（當有水解時顯堿性的鹽類存在時才表現出來的酸度）。在這三種酸度中，水解性酸度＞代換性酸度＞活性酸度。通常在用石灰改良酸性土壤時，都按照水解性酸度的大小（參看問題討論2）來確定石灰的施用量。
二、活動目的
1．學會測定土壤酸堿度的簡單方法。
2．了解用石灰改良酸性土壤的措施。
三、活動用品
堿式滴定管（25～50mL），錐形瓶（500mL），比色板、移液管（50～100mL），過濾裝置，電子天平，廣口瓶（2000mL），試管，氯化鉀溶液（1mol·L-1），酚酞指示劑（1%），醋酸鈉溶液（1mol·L-1），氫氧化鈉溶液（0．05mol·L-1），pH試紙。
四、測定提示
1．采集土樣
在具有代表性的地域，科學合理的選擇五個取樣點，於耕作層內自上而下取土樣100g，共采集5份，充分混和後用紙包好，標明地域和編號。采回土樣後，在實驗室內把所有土樣放在紙上，攤成厚2cm的一層，用紙蓋好，保持2～3天，使土樣自然風幹，然後裝入玻璃瓶備用（參看問題討論3）。
2．測定土壤的活性酸度
用試管盛取土樣1g，加入5mL蒸餾水（水和土樣之比為5∶1），振蕩10分鍾後靜置，用玻璃棒蘸取試管上部的清液，滴在pH試紙上（參看問題討論4），把變色的試紙跟所附的比色板比較（最少測3次，取平均值），就可以粗略地測知土壤的活性酸度。
3．測定土壤的代換性酸度
代換性酸度不能用試紙或指示劑直接去測，必須用中性鹽類裏的活性金屬離子（如KCl中的K+）把土壤表麵的H+代換出來以後才能用pH試紙測定。
［土壤膠體］H+＋K+＝［土壤膠體］K++H+
用試管盛取土樣1g，加入5mL1mol·L-1中性的氯酸鉀溶液（參看問題討論5），振蕩10分鍾後靜置，采用上述測定活性酸度的方法，用pH試紙測定它的酸度。
4．測定土壤的水解性酸度
（1）土樣的處理：用廣口瓶盛取土樣200g，加入1mol·L-1醋酸鈉溶液1000mL，攪拌。加蓋以後靜置過夜，第二天過濾，如果濾液不清，應該重新過濾（參看問題討論6）。
（2）中和滴定：取濾液250mL於錐形瓶內，滴入2滴酚酞指示劑，用已知濃度的氫氧化鈉溶液（0．05mol·L-1）進行中和滴定（滴定的終點，應該跟空白試驗做出對比）。停止滴定後記錄消耗的堿液體積數，共做三次滴定，取三次滴定消耗的堿液體積的平均值。
（3）空白試驗：在錐形瓶中注入1mol·L-1醋酸鈉溶液250mL，滴入2滴酚酞指示劑，呈玫瑰紅色。當中和滴定的錐形瓶中液體的顏色與空白試驗錐形瓶中的顏色相同時停止滴定。
5．改良土壤所用石灰量的計算
例如，本活動所用數據如果是：中和250mL土樣取液共用去0．05mol·L-1氫氧化鈉溶液21mL，也就是用去（0．05×21）/1000＝1．05×10-3mol的氫氧化鈉。
250mL土樣的浸取液共含土樣＝（200×250）/1000＝50（g）
中和1g土樣浸取液需要的氫氧化鈉＝1．05×10-3/50＝2．1×10-5（mol）
而改良土壤常用石灰，因此要換算成氫氧化鈣的用量。
中和土壤浸出液所用氫氧化鈉的物質的量應該等於2倍氫氧化鈣所用的物質量。所以有如下計算式：
氫氧化鈣的物質的量＝1/2氫氧化鈉的物質的量
X/74=2．1×10-5×1/2
所以X＝2．1×10-5×37＝7．77×10-4（g）＝7．77×10-7（kg）
如果每畝農田的耕作層土壤重按150000kg計，要把1畝這樣的酸性土壤改良成中性的土壤，需要的石灰量可以計算如下：
Y=150000×1000×7．77×10-7＝116．6（kg）
實際施用的時候，可以根據具體情況增減。
五、問題討論
1．酸性土壤還吸附有一定量代換性的鋁離子，當它被其他陽離子代換進入溶液以後，它就跟水作用而產生氫氧化鋁沉澱，同時水中釋放出氫離子：
Al3++3H2O→Al（OH）3+3H+
2．施用石灰來中和土壤裏的酸，不僅要中和土壤溶液裏的活性酸，而且還要中和土壤裏的潛在酸；實際上，在測定土壤的水解性酸度時，已經包括了活性酸和代換酸，所以通常都根據土壤的水解性酸度來確定石灰的施用量。
3．取土樣要有代表性，因此要多點取土，充分混合，布點均勻，不能在路、溝旁等處取樣。
取樣點數量應根據地塊麵積以及肥力是否均勻而定。采樣深度一般為20cm。取樣點的布置應根據地塊形狀、樣點數量和肥力均勻程度而定。若麵積不大，比較方正多采用對角線取樣法；若麵積較大，形狀方正，肥力不勻的地塊，多采用棋盤式取樣法；若麵積較大、形狀複雜、肥力又不勻的地塊，多采用蛇形取樣法。
取樣點選好後，先清除樣點地麵的植物殘體，然後用小鐵鏟取土。采土時應注意各點所取土樣數量要大致相同。
由於樣點多，所以采土量往往很大，這時可采用四分法棄土。即把所采多點土樣，放在幹淨的塑料布上，捏碎混勻後攤成圖形，中間劃開十字，然後按對角線去掉兩份。如土量仍多，可按上法再次棄土，直至保留0．5kg左右土樣即可。
4．由於目前使用的pH試紙穩定性不太好，還不能符合測定要求，建議采用混合指示劑。混合指示劑是40%（容積）酒精的水溶液，其中含有0．05%溴甲酚綠，0．10%溴甲酚紫和0．02%甲酚紅。
把3滴指示劑滴在白瓷板上，灑上適量的土樣（粉末），使指示劑能夠濕潤土壤粉末，用玻璃棒攪拌0．5分鍾左右，移去土樣，觀察指示劑的變色情況，對照查出土壤的pH值。
5．一般化學純的氯化鉀常偏酸性。為使測定結果較為精確，配製1mol·L-1的氯化鉀溶液後，必須用0．1mol·L-1氫氧化鉀溶液調節到中性才可使用。6．用醋酸鈉溶液處理土壤以後的濾液顯酸性，這是因為土壤膠粒深層的氫離子中和了醋酸鈉水解以後所生成的堿［NaOH中的氫氧根離子（OH-）］，使濾液顯酸性。
CH3COONa+H2O=CH3COOH+NaOH
[土壤膠粒]H+＋Na++OH-=[土壤膠粒]Na++H2O
用已知濃度的堿液中和滴定用醋酸鈉溶液處理過的土樣濾液，就可以計算出應該加入的石灰量。
六、後續思考
設計一套測定家鄉土壤或生活用水酸堿度的測定方案。
活動二生活汙水中化學需氧量COD的測定
一、活動思路
化學需氧量又稱化學耗氧量（簡稱COD），是表示水體或汙水汙染程度的重要綜合性指標之一，也是環境保護和水質監測中經常需要測定的項目。通常可以利用化學氧化劑（高錳酸鉀）將廢水中可氧化物質（有機物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等）氧化分解，然後根據殘留的氧化劑的量計算出氧的耗氧量。COD的值越高，說明水體汙染程度越嚴重。
COD的測定方法，不僅有高錳酸鉀高溫氧化法，也包括高錳酸鉀低溫氧化法（氧吸收量）和重鉻酸鉀氧化法。化學需氧量常由於氧化劑的種類、濃度及氧化條件等的不同，導致對有機物質的氧化率的不同。因此，在排水中存在有機物的情況下，必須在同一條件下測定才能進行對比。
本實踐活動采用酸性高錳酸鉀法測定COD。在酸性條件下，向被測水樣中定量加入高錳酸鉀溶液。加熱水樣，使高錳酸鉀與水樣中有機汙染物充分反應，過量的高錳酸鉀則可加入一定量的草酸鈉還原。最後用高錳酸鉀溶液返滴過量的草酸鈉（對於反應較慢或溶解較慢的固體試樣采用“反滴定”法可以得到較滿意的結果），由此計算水樣的耗氧量。主要原理：
4MnO4-（過量）+5C+12H+=4Mn2++5CO2↑+6H2O（100℃）
2MnO4-（剩餘）+2C2O42-（過量）+16H+=4Mn2++10CO2↑+8H2O（65～85℃）
2C2O42-（剩餘）+2MnO4-（滴定液）+16H+=4Mn2++10CO2↑+8H2O（65～85℃）
二、活動目的
1．了解化學耗氧量（COD）的基本含義。
2．實踐酸性高錳酸鉀法測定水的COD的方法。
三、活動用品
酸式滴定管、250mL錐形瓶、250mL容量瓶、分析天平、電爐、3mol·L-1硫酸、高錳酸鉀溶液、5%硝酸銀溶液、草酸鈉固體。
四、測定提示
1．標定高錳酸鉀溶液
①準確稱取0．42g左右的草酸鈉溶於少量蒸餾水中，轉移至250mL容量瓶中定容，計算此標準草酸鈉溶液的濃度。
②取20．00mL的標準草酸鈉溶液於250mL錐形瓶中，加10．00mL3mol·L-1的硫酸酸化，加熱至70～80℃，趁熱用高錳酸鉀溶液滴定，記錄高錳酸鉀溶液的用量，根據反應方程式計算高錳酸鉀溶液的濃度。
2．水樣測定
①取適量水樣（Vs）於250mL錐形瓶中，用蒸餾水稀釋至100mL，加10．00mL3mol·L-1的硫酸，再加入5%的硝酸銀溶液5mL以除去水樣中的Cl-（當水中Cl-濃度很小時，可以不加硝酸銀），搖勻後準確加入已標定的高錳酸鉀溶液10．00mL（V1），將錐形瓶置於沸水浴中加熱30分鍾，氧化需氧汙染物。
②稍冷後（約80℃），加草酸鈉標準溶液10．00mL，搖勻（此時溶液為無色），在70～80℃的水浴中用高錳酸鉀溶液滴定至微紅色，30秒內不褪色即為終點，記錄高錳酸鉀溶液用量（V2）。
③在250mL錐形瓶中加入蒸餾水100mL和3mol·L-1的硫酸10mL，移入草酸鈉標準溶液10．00mL，搖勻，在70～80℃的水浴中，用高錳酸鉀溶液滴定至微紅色，30秒內不褪色即為終點，記錄高錳酸鉀的用量（V3）。
④在250mL錐形瓶中加入蒸餾水100mL和3mol·L-1的硫酸10mL，在70～80℃的水浴中，用高錳酸鉀溶液滴定至溶液呈微紅色，30秒內不褪色即為終點，記錄高錳酸鉀的用量（V4）。
3．化學需氧量計算
COD（Mn）=｛[（V1+V2-V4）f-10．00]×C（Na2C2O4）×16．00×1000｝/Vs
式中：f=10．00/（V3-V4），即每毫升高錳酸鉀相當於fmL草酸鈉標準溶液；C為標準草酸鈉溶液的濃度；16．00為氧的相對原子質量。
五、活動交流
1．在常溫下高錳酸鉀和草酸鈉之間的反應速度緩慢，因此滴定的速度不宜過快，若滴定過快，部分高錳酸鉀將來不及與草酸鈉反應，從而在酸性溶液中分解。
4MnO4-+4H+=4MnO2+3O2+2H2O
為加快反應，可加熱溶液（但溫度不宜過高，溫度過高易引起草酸鈉的分解）。此外，Mn2+對高錳酸鉀和草酸鈉的反應有促進作用，所以反應速度逐漸加快。
2．高錳酸鉀的顏色較深，液麵的彎月麵下沿不易看出，滴定管讀數時應以液麵的上沿最高線為準。
3．本實踐在加熱氧化有機汙水時，完全敞開。如果水樣中易揮發性化合物含量較高，應使用回流冷凝裝置加熱，否則結果會偏低。此外，水樣中Cl-在酸性高錳酸鉀中能被氧化，會使結果偏高。
4．汙水水樣中有機物的種類繁多。主要含有烴類、脂肪、蛋白質以及揮發性物質（如乙醇、丙酮等）的生活汙水和工業廢水中的有機物可以被氧化90%以上，但像吡啶、甘氨酸等有機物則難以氧化。在實際測定中，氧化劑種類、濃度和氧化條件等對測定結果均有影響，所以必須嚴格規定操作步驟進行分析，並在實踐活動的結果報告中注明所用的方法。
活動三化學肥料的檢驗
一、活動思路
化學肥料對提高農產品的產量和質量具有十分重要的意義。化學肥料種類多，表觀多數相似，一般較難用感覺器官區別，因而在施用時容易混淆或錯用。市售化學肥料多屬鹽類物質，根據其物理性質和化學性質，通過分析判斷和簡單化學方法可以加以區別。
二、活動目的
學會用簡單的物理方法和化學方法檢驗區別化學肥料。
三、活動用品
試管、試管架、酒精燈、藥匙、鑷子、玻璃棒；氮肥（碳銨、硫銨、氯銨、硝銨、尿素）、磷肥（過磷酸鈣、鈣鎂磷、磷礦粉）、鉀肥（硝酸鉀、硫酸鉀、碳酸鉀、氯化鉀）等樣品；熟石灰、氯化鋇、鹽酸、硝酸、硝酸銀、木炭、蒸餾水、pH試紙、蒸發皿。