化学课外实验管理论文

土壤pH值的测定

【原理】土壤里含有许多有机酸、无机酸、碱以及盐类等物质，各种物质的含量不同，使土壤显示出不同的酸碱性。土壤的酸碱性可以用酸度表示，即用pH值表示土壤的酸碱性。习惯上把pH值在6.5～7.5范围内的土壤叫中性土。土壤酸碱度的分级情况见下表。

土壤的酸碱度会影响作物生长，各种作物对土壤pH值的要求也是不同的。下表是一些主要农作物适宜生长的酸度范围。

测定土壤的酸度，一般用蒸馏水或盐溶液（常用氯化钾）提

取土壤中游离态或代换性的氢离子，然后用pH试纸或备有标准色阶的pH混合指示剂测定溶液的酸碱度。如果用pH计，测定的值更精确。

【操作】称取1g风干或新鲜土样，放入试管内，加入5mL蒸馏水，试管口加塞后充分振荡，放置澄清后用精密pH试纸（pH值在5.5～9.8）测定上层清液的酸度。

【说明】

（1）土壤样品的采集要科学。例如，测定大田的土壤酸度，采样时应多点取样，如10亩地可取5个点，30亩地可取10个点，大于30亩可取15～20个点。把各点的样品充分混合后，测定所取土样。为了保证测定准确，应重复测试一次，加以验证。

（2）蒸馏水必须用pH=7的中性水，否则要用氢氧化钠溶液或盐酸把pH值调到中性。

（3）速测用的土样一般以新鲜的自然湿土为宜。保存备用土样要风干，潮湿的土壤易受微生物的作用而改变土壤的性质。风干的方法是：把土样摊在塑料薄膜或纸上，趁它在半干状态时压碎，除去残根等杂质，铺成薄层晾干，再用木棒碾碎。风干场所要干燥通风，防止酸、碱气体侵入。风干后再次研磨、过筛处理，最后装入土样瓶或塑料袋内，保存备用。

土壤中速效氮、磷、钾的测定

【概述】测定土壤的养分，是田间科学管理的必要步骤，也是合理施肥的重要依据。土壤中速效氮、磷、钾养分的简易测定，是有实用意义的实验。测定的一般原理是：将含速效氮、磷、钾养分的一定量土壤，用浸提液把氮、磷、钾浸提出来。然后用不同的试剂分别和浸出液中的氮、磷、钾等养分作用，使溶液呈现不同的颜色。浸出液中所含的某一养分，因浓度不同，颜色的深浅也不一样。将这一颜色跟用纯试剂配制的一系列浓度不同的标准色列相比较，可以粗略确定浸出液中某一养分的浓度，由此推算土壤中某一养分的含量。下面分别介绍土壤浸出液的制备，氮、磷、钾混合标准溶液的配制以及三种养分的测定方法。

土壤浸出液的制备

【原理】

土壤中的速效养分氮、磷、钾主要以硝态氮（NO-3—N）、铵态氮（NH+4—N）、磷酸盐（H2PO-4、HPO2-4）和钾盐（K+）等形式存在于土壤溶液里或被土壤胶粒吸附。要测定它们，首先要用一种溶液把它们浸提出来。当用电解质溶液作浸提液（如NaHCO3）处理土壤时，土壤胶粒吸附的离子就被电解质溶液里的离子（如Na+）替代，替代出来的离子和原来土壤溶液中的养分一起进入浸提液。

【操作】

（1）从田间取回有代表性的土壤样品，在105～115℃下烘干。

（2）称取5g干燥的土壤样品，放入50mL干燥的锥形瓶中，加入25mL0.5mol／L的碳酸氢钠浸提液。用玻璃棒把土壤搅散。再加入半药匙活性炭，剧烈振荡1～2分钟后静置5～10分钟，过滤后得到的滤液是土壤浸出液。

【说明】

（1）浸提液有多种，如盐酸、柠檬酸、氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化钠和醋酸-醋酸钠等溶液。选用哪种浸提液更好，应根据土壤的酸碱度及浸出效果来决定。本实验中统一采用0.5m0l／L的碳酸氢钠溶液作为土壤养分的浸提液。

（2）加活性炭的目的是为了脱色。但加入前要检验活性炭中是否含有磷（方法见速效磷的测定）。如果含有磷，在使用前将磷除去。方法是用0.5m0l／L的碳酸氢钠溶液浸提，浸提2小时后过滤（吸滤法），活性炭还要用浸提液洗涤两次，最后用蒸馏水洗到中性，烘干备用。

氮、磷、钾混合标准溶液的配制

准确称取经105℃烘干的分析纯磷酸二氢钾（KH2PO4）0.4390g、硝酸钾0.7220g、氯化铵0.3820g、硫酸钾1.3247g于250mL的烧杯中，用少量水溶解，然后无损地转移到1000mL容量瓶中（用少量水多次冲洗烧杯，洗液转移入容量瓶中），最后加水稀释到刻度，即得含有磷、硝态氮、铵态氮各为100ppm，钾为1000ppm的混合标准原液。加甲苯5滴防腐，可以保存3～4个月。

用移液管吸取上述标准原液4mL，放在50mL容量瓶中，用水稀释到刻度，摇匀，即得可用于制作标准色列的含硝态氮、铵态氮、磷各为8ppm和钾80ppm的混合标准溶液。有效期7天。

土壤中速效氮的测定

1．硝态氮（N0-3—N）的测定——硝酸试粉法

【原理】硝酸试粉是粉状试剂，它由锌粉（还原剂）、柠檬酸（提供酸性和排除Fe3+的干扰）、对-氨基苯磺酸和甲萘胺（显色剂）和硫酸锰（催化剂）等组成。在酸性条件下，硝酸试粉中的锌把硝酸根离子还原成亚硝酸根离子，亚硝酸根离子跟试粉中的对氨基苯磺酸作用生成对苯磺酸重氮盐，它跟试粉中的甲萘胺反应，生成红色的偶氮染料。红色的深浅程度跟浸出液里的硝酸根含量有关，根据所形成的红色深浅跟标准色列比色，从而确定浸出液里硝态氮的浓度（ppm）。

【操作】

（1）取8支洁净干燥、直径大小和管壁厚薄一致的5mL无色试管（可用5mL注射针剂的废安瓿代替）。按下表所列步骤制作标准色列。

（2）在剩下的两支试管（编号7、8）里各加入土壤浸出液16滴，再分别加入4滴1mol／L硫酸溶液，摇匀。分别加入硝酸试粉1耳勺（尽量和制作标准色列时的加入量相等），摇匀后，在5～15分钟内将显示的颜色跟标准色列比较，记录颜色相同的标准色列硝态氮读数值（即浸出液中含硝态氮的浓度）。7、8两支试管中显色应基本一致，否则应重新测定。

【计算】

（1）土壤中速效养分的求算

本实验的土壤浸出液是由5g干土和25g（按每毫升质量约为1g计算）碳酸氢钠溶液浸提出来的。因此，

（2）每平方米耕地中速效养分含量的求算

土地的耕作层一般离地表0～20cm左右，而干燥土壤（指干燥而结构未被破坏的土壤）的容重为1130kg／m3。因此，

每平方米耕作层土壤质量=1m2×0.2m×1130kg／m3＝226kg

每平方米耕地中速效养分含量（千克）=土壤含速效养分率

×10-6×226=读数值×5×10-6×226

土壤中含硝态氮的量按上述方法求算。

【说明】

（1）滴管的口径必须校正，在垂直滴出时每滴体积是1／20mL（即20滴是1mL）。滴加液体时滴管必须垂直，保证每一液滴的体积大小一致。

（2）硝酸试粉的制备

①甲试剂称取分析纯柠檬酸150g，对-氨基苯磺酸4g，甲萘胺2g，在干燥条件下迅速地分别研细，混合均匀后，贮于棕色瓶中。

②乙试剂称取分析纯锌粉4g，硫酸锰20g，混合均匀后贮于棕色瓶中。

使用时取甲试剂15份，乙试剂1份（指质量），两者充分混合均匀后，贮存在棕色瓶中，放在阴凉干燥处。混合后的试剂，一般只能保存两个月左右，受潮更容易失效。失效时试粉变红色。

（3）浸出液中加入硫酸的目的在于中和浸出液的碱性，以保证反应在酸性条件下进行。

（4）为了消除体积不同而引起的误差，保证结果准确，无论是标准色列的制作，还是浸出液中养分的测定，都应严格按规定滴数加液，使液体的总滴数为20滴（约1mL）。

（5）上页表中硝态氮浓度的一系列读数值是标准色列的读数值（以下简称读数值）。浸出液的显色跟标准色列中某一档溶液颜色相同时，这一读数值就是浸出液中硝态氮的浓度。

设配制色列中这一档溶液时耗用标准溶液n滴，该档的读数值为C。已知标准溶液中硝态氮的浓度是8ppm，而实验中浸出液的用量是16滴，则两者有如下的关系：

n×8ppm＝16×C∴C=0.5n（ppm）

即读数值=标准溶液滴数×0.5

2．铵态氮（NH+4—N）的测定——铵试剂法

【原理】在碱性（pH＞11）条件下，铵态氮跟铵试剂（碘汞化钾的碱性溶液）作用，生成碘化氨基氧汞黄色沉淀。但因土壤浸出液中NH+4很少，一般只能使溶液呈黄色。根据黄色的深浅（跟标准色列比色）确定浸出液中含铵态氮的浓度（ppm）。

【操作】

（1）取8支洁净、干燥的5mL试管（要求跟测硝态氮相同）。按下页表所列步骤制作标准色列。

（2）在剩下的两支试管（编号7、8）里各加入土壤浸出液16滴，再加入10％的酒石酸钾钠溶液各2滴后摇匀，接着分别加入蒸馏水和铵试剂各1滴，使两试管里液体的总体积为20滴，摇匀。将浸出液显示的颜色跟标准色列比较，记录颜色相同的标准色列的铵态氮读数值[即浸出液中含铵态氮的浓度（ppm）]。7、8两支试管里的显色应基本一致，否则应重新测定。

【计算】参照前一实验中土壤中速效养分的计算方法。

土壤中铵态氮（ppm）=读数值×5

每平方米耕地中铵态氮含量（千克）=读数值×5×10-6×226

【说明】

（1）土壤浸出液中常含有Ca2+、Mg2+等，这些离子在这种条件下也能和铵试剂生成沉淀，使溶液浑浊，干扰铵态氮的测定。加入酒石酸钾钠可以排除这些干扰。

（2）10％酒石酸钾钠试剂的配制方法是：称取分析纯酒石酸钾钠10g（或用酒石酸钠）、氢氧化钠2g溶于少量水中，然后加水到100mL。

（3）奈斯勒试剂可以按以下方法配制。取11.5g碘化汞和10g碘化钾，溶于适量水中，稀释到50mL，然后加入50mL6m0l／L氢氧化钠溶液，静置后取清液保存在棕色瓶里。

土壤中速效磷的测定——钼蓝比色法

【原理】土壤中的磷酸盐在酸性条件下和钼酸铵作用，生成淡黄色或无色的磷钼酸铵，然后被氯化亚锡还原为蓝色的磷钼蓝。蓝色的深浅跟含磷量多少有关，把溶液的蓝色跟标准色列比较，可以确定浸出液里含磷的浓度（ppm）。

【操作】

（1）取8支洁净、干燥的5mL（要求跟前一实验中相同）试管。按下表所列步骤制作标准色列。

（2）在剩下的两支试管（编号7、8）里各加入土壤浸出液16滴，再分别加入1mol／L硫酸溶液4滴和1.25％硫酸钼酸铵溶液4滴，摇匀。接着各加入1％氯化亚锡溶液1滴，这时各试管里溶液的总量是25滴，摇匀。把浸出液显示的蓝色跟标准色列相比较，记录同样颜色溶液的读数值[即浸出液中含磷的浓度（ppm）]。7、8两支试管里的显色应基本一致，否则要重新测定。

【计算】

土壤中含磷（ppm）=读数值×5

每平方米耕地中磷的含量（千克）=读数值×5×10-6×226

【说明】

（1）本实验用的方法是指碱性或中性土壤中速效磷的测定。如果测定酸性土壤里的速效磷，浸提液不能用碳酸氢钠溶液，而要以等量的0.5％盐酸作浸提液。测定用的试剂也有所改变。实验方法是在试管里加入16滴浸出液，再加4滴蒸馏水，接着加1.25％的盐酸钼酸铵，摇身后加入1滴1％的氯化亚锡溶液，摇匀。浸出液显示的蓝色，按前述方法进行比色读数。

（2）1.25％硫酸钼酸铵溶液按以下方法配制称取2.5g钼酸铵，溶于20mL水中，加热到60℃，使它全部溶解，冷却。量取7mL浓硫酸加入到70mL水中，冷却。把前一种溶液缓慢倾入后一种溶液中，不断搅拌使不生成沉淀，混匀，冷却，加水到200mL。

（3）盐酸钼酸铵溶液的配制方法是称分析纯钼酸铵1.5g，溶于30mL水中。缓慢加入密度1.19g／cm3的纯盐酸44mL，边加边搅拌，最后加水到100mL。

（4）1％氯化亚锡溶液的配制称取分析纯氯化亚锡1g，加分析纯浓盐酸10mL，等全部溶解（如浑浊需过滤）后，再加甘油90mL，混匀，贮存在棕色瓶中，保存在阴凉处。

土壤中速效钾的测定——亚硝酸钴钠比浊法

【原理】钾离子跟亚硝酸钴钠在中性或酸性条件下，能生成亚硝酸钴钠二钾黄色沉淀而出现浑浊。浑浊程度随溶液中钾离子含量的增多而变浓。把浸出液显出的浑浊程度跟标准色列的浑浊程度相比较，可以得出浸出液中含速效钾的浓度（ppm）。

【操作】

（1）取8支洁净、干燥的5mL试管，按下表所列步骤制作标准色列。

（2）在剩下的两支试管（编号7、8）中各加入土壤浸出液16滴，再分别加入冰醋酸2滴和37％的甲醛溶液1滴，摇匀。接着各加入亚硝酸钴钠溶液4滴和异丙醇16滴，摇匀。把浸出液出现的浑浊程度跟标准色列比较，记录读数值[即浸出液中含钾浓度（ppm）]。7、8两支试管中浑浊程度应基本一致，否则应重新测定。

【计算】

土壤中含钾（ppm）=读数值×5

每平方米耕地中含钾量（千克）=读数值×5×10-6×226

【说明】

（1）因为标准溶液中含钾浓度是80ppm，所以色列的读数值和耗用标准溶液滴数的关系是

读数值=标准溶液的滴数×5

（2）配制标准色列时加入氯化钠是为了使标准溶液跟土壤浸出液里存在的大量钠离子浓度相近。

（3）向土壤浸出液里加入醋酸是为了控制pH值在4～5左右。碱性过强，亚硝酸钴钠中的钴离子会生成Co(OH)3沉淀。酸性过强会引起亚硝酸钴钠分解，因此要严格控制溶液的pH值。

（4）土壤浸出液中的铵根离子和亚硝酸钴钠溶液反应，也能产生(NH4)2Na[Co(NO2)]6黄色沉淀，为此加入甲醛溶液，使生成难以离解的六次甲基四胺，排除铵根离子的干扰。

（5）加入异丙醇可以降低亚硝酸钴钠二钾的溶解度，提高测定效果。如果温度不超过23℃，也可以用乙醇代替异丙醇，温度高会引起沉淀溶解。

（6）亚硝酸钴钠溶液可以按以下方法配制。取23g亚硝酸钠，溶在50mL水里。再加入16.5mL6mol／L醋酸和3g硝酸钴[Co(NO3)2·6H2O]，静置过夜，取滤液使用。

土壤中有机质含量的测定

【原理】土壤里有机质的含量是决定土壤持久性肥力的重要标志，所以测定土壤有机质的含量具有重要意义。测定土壤里有机质的含量有多种方法，其中用重铬酸钾作氧化剂，跟土壤里的有机质发生氧化还原反应，再用滴定法或比色法测定的方法用得较多。

氧化性强的重铬酸钾在酸性溶液里跟土壤中有机质的碳发生氧化还原反应，它们之间存在定量关系。再用标准还原剂（如硫酸亚铁铵）滴定多余的氧化剂（K2Cr2O7），经过换算，就能求得土壤里有机质的含量。不用还原剂滴定，可以用重铬酸钾溶液在反应前后的颜色变化进行比色测定。酸性的重铬酸钾溶液呈橙色，反应后六价的铬被还原成三价铬离子，呈绿色。溶液的颜色越深，表明土壤里有机质的含量越高，一般可通过跟标准色阶或比色卡比较就能得出土壤里有机质的含量。

【操作】

（1）重铬酸钾氧化还原比色法先配制系列标准色阶。在一系列试管里用5％葡萄糖和水调配，配制成各级有机质浓度的标准溶液。按照速测步骤，在各试管中依次加入2.5mL0.167mol／L重铬酸钾溶液和5mL浓硫酸。显色后各取5滴加入比色瓷板孔穴中，加蒸馏水2滴，搅匀后即为标准色阶。各级色阶的间距为0.5％，色调由橙黄、黄绿、绿到深绿逐级加深。实例可见下表。

测试时称取0.5g风干的土样（长期潮湿的土常含有较多的还原性物质，会干扰测定结果，必须充分风干，使它氧化后才能测定）放入试管中，加入2.5mL0.167m0l／L重铬酸钾溶液振荡，再迅速加入5mL浓硫酸，振荡一分钟再静置半小时。用滴管吸取5滴上层清液，加入比色瓷板孔穴中，加2滴蒸馏水，搅匀，跟标准溶液制成的标准色阶比色，记下比色读数。

由于土壤中有机质的含碳量和还原性，跟葡萄糖并不完全一样，所以测得的结果会有误差，为获得较为客观的数据，要进行适当校正。即土壤有机质百分含量=比色读数×校正系数校正系数因不同地区、不同土质的特性而有差异，例如有0.8，0.7等。

（2）滴定法称取研细的风干土样0.5g，放入干燥的硬质试管中，加入硫酸银0.1g，用移液管加入5mL0.067m0l／L重铬酸钾溶液，再缓慢加入5mL浓硫酸，并不断搅拌。在酒精灯上加热这溶液，使它沸腾。为了防止管内液体飞溅，加热时在试管口上套一支小漏斗，当试管内液体开始冒出白烟时停止加热。冷却后，将试管中的液体全部移入锥形瓶内，稀释到50mL左右。加10～15滴2-羧基代二苯胺指示剂，再用0.2m0l／L硫酸亚铁铵标准溶液滴定到溶液呈绿色。另用同样的方法，不加土样，做一次空白试验。按如下公式求土壤里有机质的含量。

在上式中，V0是空白试液时滴定耗用硫酸亚铁铵的毫升数，V是土样滴定时耗用硫酸亚铁铵的毫升数，M是硫酸亚铁铵标准溶液的摩尔浓度，W是风干土样质量，0.003是1mg摩尔标准溶液相当于碳的毫克数，1.724是碳换算为有机质的常数（即假定土壤中有机质含碳为58％，则100／58=1.724）。

【说明】

（1）把土样采回后铺在塑料薄膜上，在阴处研碎、晾干，不能暴晒或烘干（以防有机质发生变化），最后研细装瓶待用。

（2）标准色阶一般配3～8个即可。

（3）比色测定时，如有机质含量过高，则风干土可相应减少，例如可取土样0.3g、0.2g等。

（4）0.2mol／L硫酸亚铁铵溶液的配制准确称取分析纯硫酸亚铁铵78.5g，放入盛有60mL3mol／L硫酸的烧杯中，按配制标准溶液的要求，在1000mL容量瓶中用蒸馏水稀释到刻度（本溶液不宜久藏）。

（5）2-羧基代二苯胺指示剂的配制称取0.25g指示剂于500mL烧杯中，加入12mL0.1mol／L氢氧化钠溶液放在水浴上加热溶解，再加蒸馏水稀释到250mL，过滤后用滤液。