1、实验 11 水的硬度的测定一实验目的1. 了解水硬度的概念、测定原理及方法2.掌握滴定的基本操作及相关仪器的使用方法二背景知识及实验原理1. 背景知识水的硬度是指水中 Ca2+、Mg 2+浓度的总量，是水质的重要指标之一。如果水中Fe2+、Fe 3+、Sr 2+、Mn 2+、Al 3+等离子含量较高时，也应计入硬度含量中；但它们在天然水中一般含量较低，而且用络合滴定法测定硬度，可不考虑它们对硬度的贡献。有时把含有硬度的水称为硬水（硬度8 度） ，含有少量或完全不含硬度的水称为软水（硬度8 度） 。水的硬度于健康少有危害。一般硬水可以饮用，并且由于 Ca(HCO3)2 的存在而有一种蒸馏水所没有
2、的、醇厚的新鲜味道；但是长期饮用硬度过低的水，会使骨骼发育受影响；饮用硬度过高的水，有时会引起胃肠不适。通常高硬度的水，不宜用于洗涤，因为肥皂中的可溶性脂肪酸遇 Ca2+、Mg 2+等离子，即生成不溶性沉淀，不仅造成浪费，而且污染衣物。近年来，由于合成洗涤剂的广泛应用，水的硬度的影响已大大减小了。但是，含有硬度的水会使烧水水壶结垢，带来不便。尤其在化工生产中，在蒸汽动力工业、运输业、纺织洗染等部门，对硬度都有一定的要求，高压锅炉用水对硬度要求更为严格。因为蒸汽锅炉若长期使用硬水，锅炉内壁会结有坚实的锅垢，而锅垢传热不良，不仅造成燃料浪费，而且易引起锅炉爆炸。因此，为了保证锅炉安全运行和工业产品
3、质量，对锅炉用水和一些工业用水，必须软化处理之后，才能应用。去除硬度离子的软化处理，是水处理尤其工业用水处理的重要内容。通常对生活用水要求总硬度不得超过 4.45mmol/L，低压锅炉用水不超过1.25mmol/L；高压锅炉用水不超过 0.0178mmol/L。硬度的单位有不同表示方法，分述如下： mmol/L：是现在硬度的通用单位。 mg/L（以 CaCO3 计） ，因为 1molCaCO3 的量为 100.1g，所以1mmol/L=100.1mg/LCaCO3。 德国硬度（简称度，单位 DH）：国内外应用较多的硬度单位。1 德国硬度相对于水中 10mg(CaO)所引起的硬度，即 1 度；1
4、 度=10mg/L （以 CaO 计） ；1mmol/L（CaO）=56.110=5.61 DH2. 实验原理本实验采用配位滴定法进行测定。配位滴定法是利用配合物反应进行滴定分析的容量分析方法。最常用的配合剂是乙二胺四乙酸二钠盐，简称 EDTA，通常用 Na2H2Y 来表示。EDTA 可以与多种金属离子形成 1:1 的螯合物。测定水的硬度时，EDTA 与钙、镁的反应为：Ca2+ H2Y2-= CaY2- +2H+Mg2+ H2Y2-= MgY2- +2H+EDTA 与 Ca2+、 Mg2+反应达到终点时溶液无明显颜色变化，需要另加入指示剂。在配合滴定中，通常利用一种能与金属离子生成有色配合物的
5、显色剂来指示滴定过程中金属离子浓度的变化，成为金属离子指示剂。本实验选择铬黑 T 作指示剂。通常以 NaH2In 表示，在 pH9.010.5 的溶液中，以 HIn2-的形式存在，成呈蓝色。在含有 Ca2+、Mg 2+的水中加入铬黑 T 指示剂，与 Ca2+、Mg 2+配合，具体反应为：Ca2+ HIn2- （蓝色）= CaIn - （酒红色） +H+Mg2+ HIn2- （蓝色）= MgIn- （酒红色） +H+用 EDTA 滴定时，EDTA 首先与游离的 Ca2+、Mg 2+离子反应，接近终点时，由于 CaIn-、 MgIn-配离子没有 CaY2-、 MgY2- 配离子稳定，EDTA 会将
6、 Ca2+、Mg 2+离子从指示剂配离子中夺取出来，即 CaIn- （酒红色）+ H 2Y2- = CaY2- + HIn2-（亮蓝色） +H+Mg In- （酒红色）+ H2Y2- = MgY2- + HIn2-（亮蓝色） +H+当溶液由酒红色变为亮蓝色时，表示达到滴定终点。由于反应进行时生成 H+，使溶液酸度增大，影响配合物稳定，也影响终点的观察，因此需要加入缓冲溶液，保持溶液酸度在 pH=10 左右。在 pH=10 的（NH 3H2O-NH4Cl）缓冲溶液中，铬黑 T 与水中 Ca2+、Mg 2+形成紫红色络合物，然后用 EDTA 标准溶液滴定至终点时，置换出铬黑 T 使溶液呈现亮蓝色，
7、即为终点。根据 EDTA 标准溶液的浓度和用量便可求出水样中的总硬度。三实验仪器及药品1. 酸式滴定管 (25mL)，移液管（100mL2 支） ，锥形瓶（250mL3 个） 2. 10mmol/LEDTA 标准溶液：称取 3.725gEDTA 钠盐（Na 2-EDTA2H2O） ，溶于水后倾入 1000mL 容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。3. 铬黑 T 指示剂：称取 0.5g 铬黑 T 与 100g 氯化钠 NaCl 充分研细混匀，盛放在棕色瓶中，塞紧。4. 缓冲溶液（pH10）Mg-EDTA 盐全部溶液：称取 0.78g 硫酸镁（MgSO 47H2O）和 1.179gEDTA 二纳（Na
8、2-EDTA2H2O）溶于 50mL 水中，加 2mL 配好的氯化铵的氨水溶液和 0.2g 左右铬黑T 指示剂干粉。此时溶液应显紫红色（如果出现蓝色，应再加少量硫酸镁使变为紫红色。称取 16.9gNH4Cl 溶于 143mL 浓氨水中，加 Mg-EDTA 盐全部溶液，用水稀释至250mL。5. 10mmol/L 钙标准溶液：准确称取 0.500g 分析纯碳酸钙 CaCO3（预先在 105110下干燥 2h）放入 500mL 烧杯中，用少量水润湿。逐滴加入 4mol/L 盐酸至碳酸钙完全溶解。加 100mL 水，煮沸数分钟（除去 CO2） ，冷至室温。加入数滴甲基红指示液（0.1g 溶于100m
9、L60%乙醇中） ，逐滴加入 3mol/L 氨水直至变为橙色，转移至 500mL 容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度。此溶液 1.00mL=1.00mgCaCO3=0.4008mg 钙。6. 酸性铬蓝 K 与萘酚绿 B（m/m=1:(22.5) ）混合指示剂（KB 指示剂）：将 KB 与NaCl 按 1:50 比例混合研细混匀。7. 三乙醇胺（20%） ，Na 2S 溶液（2% ） ，4mol/LHCl 溶液， 10%盐酸羟胺溶液（现用现配）8. 2mol/LNaOH 溶液：将 8gNaOH 溶于 100mL 新煮沸放冷的水中，盛放在聚乙烯瓶中。四实验内容与操作1. EDTA 的标定分别吸取 3 份
10、 20.00mL10mmol/L 钙标准溶液于 250mL 锥形瓶中，加入 20mLpH10 的缓冲溶液和 0.2gKB 指示剂，用 EDTA 溶液滴定至溶液由紫红色变为蓝绿色，即为终点，纪录用量。按下式计算 EDTA 溶液的量浓度（ mmol/L） 。VCEDTA1式中 CEDTAEDTA 标准溶液的浓度（ mmol/L） ；V消耗 EDTA 溶液的体积（mL ） ；C1钙标准溶液的浓度（mmol/L）V1钙标准溶液的体积（mL）2. 水样的测定（1）吸取 100mL 自来水水样 3 份，分别放入 250mL 锥形瓶中（2）加入 5mL 缓冲溶液（3）加入 0.2g（约 1 小勺）铬黑 T
11、指示剂，溶液呈明显的紫红色（4）立即用标定好的 EDTA 标准溶液滴定至亮蓝色，即为终点（滴定时充分摇动，使反应完全） ，纪录用量（V EDTA） 。五结果与讨论或数据处理总硬度（mmol/L）= 0VCEDTA总硬度（CaCO 3 计，mg/L）= 1.00ETA式中 CEDTAEDTA 标准溶液的浓度（ mmol/L） ；VEDTA消耗 EDTA 溶液的体积（mL） ；V0 水样的体积（mL）100.1碳酸钙的摩尔质量（CaCO 3，g/mol）六注意事项1. 指示剂的用量不要过大，否则溶液发黑无法辨别终点。2. 滴定接近终点时改为慢滴，并用少量蒸馏水冲洗锥形瓶壁，溶液变蓝立刻停止滴定。3. 水样的体积要精确七思考题1. 测定水的硬度时，缓冲溶液的作用是什么？对硬度测定有无影响？2. 铬黑 T 指示剂有时制成粉末状态使用，为什么？
