實(shí)驗(yàn) 11 水的硬度的測(cè)定 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 了解水硬度的概念 測(cè)定原理及方法 2 掌握滴定的基本操作及相關(guān)儀器的使用方法 二 背景知識(shí)及實(shí)驗(yàn)原理 1 背景知識(shí) 水的硬度是指水中 Ca2 Mg 2 濃度的總量 是水質(zhì)的重要指標(biāo)之一 如果水中 Fe2 Fe 3 Sr 2 Mn 2 Al 3 等離子含量較高時(shí) 也應(yīng)計(jì)入硬度含量中 但它們?cè)谔烊凰?中一般含量較低 而且用絡(luò)合滴定法測(cè)定硬度 可不考慮它們對(duì)硬度的貢獻(xiàn) 有時(shí)把含有 硬度的水稱(chēng)為硬水 硬度 8 度 含有少量或完全不含硬度的水稱(chēng)為軟水 硬度 8 度 水的硬度于健康少有危害 一般硬水可以飲用 并且由于 Ca HCO3 2 的存在而有一種 蒸餾水所沒(méi)有的 醇厚的新鮮味道 但是長(zhǎng)期飲用硬度過(guò)低的水 會(huì)使骨骼發(fā)育受影響 飲用硬度過(guò)高的水 有時(shí)會(huì)引起胃腸不適 通常高硬度的水 不宜用于洗滌 因?yàn)榉试碇?的可溶性脂肪酸遇 Ca2 Mg 2 等離子 即生成不溶性沉淀 不僅造成浪費(fèi) 而且污染衣物 近年來(lái) 由于合成洗滌劑的廣泛應(yīng)用 水的硬度的影響已大大減小了 但是 含有硬度的 水會(huì)使燒水水壺結(jié)垢 帶來(lái)不便 尤其在化工生產(chǎn)中 在蒸汽動(dòng)力工業(yè) 運(yùn)輸業(yè) 紡織洗 染等部門(mén) 對(duì)硬度都有一定的要求 高壓鍋爐用水對(duì)硬度要求更為嚴(yán)格 因?yàn)檎羝仩t若 長(zhǎng)期使用硬水 鍋爐內(nèi)壁會(huì)結(jié)有堅(jiān)實(shí)的鍋垢 而鍋垢?jìng)鳠岵涣?不僅造成燃料浪費(fèi) 而且 易引起鍋爐爆炸 因此 為了保證鍋爐安全運(yùn)行和工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量 對(duì)鍋爐用水和一些工業(yè) 用水 必須軟化處理之后 才能應(yīng)用 去除硬度離子的軟化處理 是水處理尤其工業(yè)用水 處理的重要內(nèi)容 通常對(duì)生活用水要求總硬度不得超過(guò) 4 45mmol L 低壓鍋爐用水不超過(guò) 1 25mmol L 高壓鍋爐用水不超過(guò) 0 0178mmol L 硬度的單位有不同表示方法 分述如下 mmol L 是現(xiàn)在硬度的通用單位 mg L 以 CaCO3 計(jì) 因?yàn)?1molCaCO3 的量為 100 1g 所以 1mmol L 100 1mg LCaCO3 德國(guó)硬度 簡(jiǎn)稱(chēng)度 單位 DH 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的硬度單 位 1 德國(guó)硬度相對(duì)于水中 10mg CaO 所引起的硬度 即 1 度 1 度 10mg L 以 CaO 計(jì) 1mmol L CaO 56 1 10 5 61 DH 2 實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)采用配位滴定法進(jìn)行測(cè)定 配位滴定法是利用配合物反應(yīng)進(jìn)行滴定分析的容量 分析方法 最常用的配合劑是乙二胺四乙酸二鈉鹽 簡(jiǎn)稱(chēng) EDTA 通常用 Na2H2Y 來(lái)表示 EDTA 可以與多種金屬離子形成 1 1 的螯合物 測(cè)定水的硬度時(shí) EDTA 與鈣 鎂的反應(yīng)為 Ca2 H2Y2 CaY 2 2H Mg2 H2Y2 MgY 2 2H EDTA 與 Ca2 Mg2 反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)時(shí)溶液無(wú)明顯顏色變化 需要另加入指示劑 在配 合滴定中 通常利用一種能與金屬離子生成有色配合物的顯色劑來(lái)指示滴定過(guò)程中金屬離 子濃度的變化 成為金屬離子指示劑 本實(shí)驗(yàn)選擇鉻黑 T 作指示劑 通常以 NaH2In 表示 在 pH9 0 10 5 的溶液中 以 HIn2 的形式存在 成呈藍(lán)色 在含 有 Ca2 Mg 2 的水中加入鉻黑 T 指示劑 與 Ca2 Mg 2 配合 具體反應(yīng)為 Ca2 HIn2 藍(lán)色 CaIn 酒紅色 H Mg2 HIn2 藍(lán)色 MgIn 酒紅色 H 用 EDTA 滴定時(shí) EDTA 首先與游離的 Ca2 Mg 2 離子反應(yīng) 接近終點(diǎn)時(shí) 由于 CaIn MgIn 配離子沒(méi)有 CaY 2 MgY 2 配離子穩(wěn)定 EDTA 會(huì)將 Ca2 Mg 2 離子從 指示劑配離子中奪取出來(lái) 即 CaIn 酒紅色 H 2Y2 CaY 2 HIn2 亮藍(lán)色 H Mg In 酒紅色 H2Y2 MgY 2 HIn2 亮藍(lán)色 H 當(dāng)溶液由酒紅色變?yōu)榱了{(lán)色時(shí) 表示達(dá)到滴定終點(diǎn) 由于反應(yīng)進(jìn)行時(shí)生成 H 使溶液酸度增大 影響配合物穩(wěn)定 也影響終點(diǎn)的觀察 因 此需要加入緩沖溶液 保持溶液酸度在 pH 10 左右 在 pH 10 的 NH 3 H2O NH4Cl 緩沖溶液中 鉻黑 T 與水中 Ca2 Mg 2 形成紫紅色絡(luò) 合物 然后用 EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)時(shí) 置換出鉻黑 T 使溶液呈現(xiàn)亮藍(lán)色 即為終點(diǎn) 根據(jù) EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和用量便可求出水樣中的總硬度 三 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品 1 酸式滴定管 25mL 移液管 100mL2 支 錐形瓶 250mL3 個(gè) 2 10mmol LEDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液 稱(chēng)取 3 725gEDTA 鈉鹽 Na 2 EDTA 2H2O 溶于水后 傾入 1000mL 容量瓶中 用蒸餾水稀釋至刻度 3 鉻黑 T 指示劑 稱(chēng)取 0 5g 鉻黑 T 與 100g 氯化鈉 NaCl 充分研細(xì)混勻 盛放在棕色 瓶中 塞緊 4 緩沖溶液 pH 10 Mg EDTA 鹽全部溶液 稱(chēng)取 0 78g 硫酸鎂 MgSO 4 7H2O 和 1 179gEDTA 二納 Na 2 EDTA 2H2O 溶于 50mL 水中 加 2mL 配好的氯化銨的氨水溶液和 0 2g 左右鉻黑 T 指示劑干粉 此時(shí)溶液應(yīng)顯紫紅色 如果出現(xiàn)藍(lán)色 應(yīng)再加少量硫酸鎂使變?yōu)樽霞t色 稱(chēng)取 16 9gNH4Cl 溶于 143mL 濃氨水中 加 Mg EDTA 鹽全部溶液 用水稀釋至 250mL 5 10mmol L 鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液 準(zhǔn)確稱(chēng)取 0 500g 分析純碳酸鈣 CaCO3 預(yù)先在 105 110 下干燥 2h 放入 500mL 燒杯中 用少量水潤(rùn)濕 逐滴加入 4mol L 鹽酸至碳酸鈣完全溶解 加 100mL 水 煮沸數(shù)分鐘 除去 CO2 冷至室溫 加入數(shù)滴甲基紅指示液 0 1g 溶于 100mL60 乙醇中 逐滴加入 3mol L 氨水直至變?yōu)槌壬?轉(zhuǎn)移至 500mL 容量瓶中 用蒸 餾水定容至刻度 此溶液 1 00mL 1 00mgCaCO3 0 4008mg 鈣 6 酸性鉻藍(lán) K 與萘酚綠 B m m 1 2 2 5 混合指示劑 KB 指示劑 將 KB 與 NaCl 按 1 50 比例混合研細(xì)混勻 7 三乙醇胺 20 Na 2S 溶液 2 4mol LHCl 溶液 10 鹽酸羥胺溶液 現(xiàn)用現(xiàn) 配 8 2mol LNaOH 溶液 將 8gNaOH 溶于 100mL 新煮沸放冷的水中 盛放在聚乙烯瓶 中 四 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與操作 1 EDTA 的標(biāo)定 分別吸取 3 份 20 00mL10mmol L 鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液于 250mL 錐形瓶中 加入 20mLpH 10 的 緩沖溶液和 0 2gKB 指示劑 用 EDTA 溶液滴定至溶液由紫紅色變?yōu)樗{(lán)綠色 即為終點(diǎn) 紀(jì)錄用量 按下式計(jì)算 EDTA 溶液的量濃度 mmol L VCEDTA1 式中 CEDTA EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度 mmol L V 消耗 EDTA 溶液的體積 mL C1 鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度 mmol L V1 鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積 mL 2 水樣的測(cè)定 1 吸取 100mL 自來(lái)水水樣 3 份 分別放入 250mL 錐形瓶中 2 加入 5mL 緩沖溶液 3 加入 0 2g 約 1 小勺 鉻黑 T 指示劑 溶液呈明顯的紫紅色 4 立即用標(biāo)定好的 EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至亮藍(lán)色 即為終點(diǎn) 滴定時(shí)充分搖動(dòng) 使 反應(yīng)完全 紀(jì)錄用量 V EDTA 五 結(jié)果與討論或數(shù)據(jù)處理 總硬度 mmol L 0VCEDTA 總硬度 CaCO 3 計(jì) mg L 1 00 ETA 式中 CEDTA EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度 mmol L VEDTA 消耗 EDTA 溶液的體積 mL V0 水樣的體積 mL 100 1 碳酸鈣的摩爾質(zhì)量 CaCO 3 g mol 六 注意事項(xiàng) 1 指示劑的用量不要過(guò)大 否則溶液發(fā)黑無(wú)法辨別終點(diǎn) 2 滴定接近終點(diǎn)時(shí)改為慢滴 并用少量蒸餾水沖洗錐形瓶壁 溶液變藍(lán)立刻停止滴定 3 水樣的體積要精確 七 思考題 1 測(cè)定水的硬度時(shí) 緩沖溶液的作用是什么 對(duì)硬度測(cè)定有無(wú)影響 2 鉻黑 T 指示劑有時(shí)制成粉末狀態(tài)使用 為什么