水的总硬度的测定.doc

水的总硬度的测定本实验属于的学科：化学 专业：分析化学 适用对象：对水的总硬度有要求的企业和单位一、实验背景：水的总硬度是指水中钙和镁离子的总含量。各国对水的硬度的表示方法各有不同，我国“生活饮水卫生标准”规定总硬度（以碳酸钙计）不得超过450mg/L，这是用物资的质量浓度（单位：mg/L）表示的。我国目前使用较多的表示方法还有用物质的量浓度（单位：mol/L）表示的。除了对饮用水的总硬度有一定的要求之外，各种工业用水对水总硬度也有不同的要求。因此，测定水的总硬度有很重要的实际意义。二、实验目的：（1） 了解水的硬度的测定的意义和常用的硬度表示方法。（2） 掌握用配位滴定法测定水的总硬度的原理、方法和相关计算。（3） 熟悉金属指示剂变色原理及滴定终点的判断。三、实验原理：含有较多钙盐和镁盐的H2O称为硬水。水的硬度以H2O中Ca2+、Mg2+折合成CaO来计算，每升H2O中含10mg CaO为1度（l）。测定水的硬度就是测定水中Ca2+、Mg2+的含量。一般把小于4的H2O称为很软的水，48称为软水。816称为中等硬水，1632称为硬水，大于32称为很硬水。生活用水的总硬度一般不超过25。各种工业用水对硬度有不同的要求。水的硬度是水质的一项重要指标，测定水的硬度有很重要的意义。测定Ca2+、Mg2+总量时，用缓冲溶液调节溶液的pH为10。以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液滴定。铬黑T和EDTA都能与Ca2+、Mg2+形成配合物，其稳定性。因此，加入铬黑T后，它先与部分Mg2+配合生成MgIn-（紫红色）。当滴加EDTA标准溶液时，EDTA首先与游离的Ca2+配位，其次与游离的Mg2+配位，最后夺取MgIn-中的Mg2+，使铬黑T游离出来，溶液由紫红色变为纯蓝色，指示达到终点。四、实验用品：1. 仪器聚四氟乙烯滴定管，锥形瓶，洗瓶，容量瓶，吸移管，吸耳球，烧杯，试剂瓶2.试剂乙二胺四乙酸钠（EDTA，CaCO3，铬黑T（0.5%三乙醇胺溶液），0.05%甲基红，pH10的氨性缓冲溶液，Mg-EDTA溶液，6mol/L盐酸五、实验步骤：1. 300mL 0.01mol/L EDTA 标准溶液的配制用洁净的500mL烧杯称取配制300mL 0.01mol/L EDTA标准溶液所需的EDTA二钠盐，在烧杯中加水温热溶解，冷却后转移至试剂瓶中，摇匀。2. 0.01mol/L Ca2+ 标准溶液的配制准确称取配制0.01mol/L Ca2+ 标准溶液的配制所需的CaCO3于150mL烧杯中。先用少量水润湿，盖上表面皿，从烧杯嘴滴加5mL 6mol/L HCl 溶液使CaCO3全部溶解。（注意：一滴一滴的加入，溶解完全后，再补加1-2滴即可）。加水使溶液总量约50mL，微沸几分钟以除去二氧化碳。冷却后用少量的水冲洗表面皿和烧杯内壁，定量地转移至100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。3. 0.01mol/L EDTA 溶液的标定（pH=10时以CaCO3为基准物质）称取10.00mL钙标准溶液于250mL锥形瓶中，加1滴0.05%甲基红，用（1+2）氨水中和至溶液由红色变浅黄色。加入20mL水和3mL Mg-EDTA，再加5mL pH=10的氨性缓冲溶液及4滴铬黑T指示剂，应立即在不断振摇下，自滴定管加入EDTA二钠溶液，开始滴定时速度宜稍快，接近终点时应稍慢，并充分振摇，最好每滴间隔23s，溶液的颜色由紫色或紫红色变为纯蓝色，在最后一点紫的色调消失，刚出现天蓝色即为终点。平行标定三次。计算EDTA溶液的准确浓度。计算公式：式中：m为称取CaCO3的质量（g），M为CaCO3的摩尔质量（g/mol），V为EDTA溶液的消耗量（mL）4. 水样测定（1） 试样的制备一般样品不需要预处理。如样品中存在大量微小颗粒物，需在采样后尽快经.045m孔径滤膜过滤。样品经过滤，可能有少量钙和镁被滤掉。试样中钙和镁的总量超出3.6mmol/L 时，应稀释至低于此浓度，记录稀释因子F。如试样经过酸化保存。可用适量的氢氧化钠溶液中和，计算结果时，应把样品或试样由于加酸或碱的稀释考虑在内。（2） 测定用移液管移取100.00mL 自来水，加8mL氨性缓冲溶液，67滴铬黑T，此时溶液应呈紫色或紫红色。为防止产生沉淀，应立即在不断振摇下，自滴定管加入EDTA二钠溶液，开始滴定时速度宜稍快，接近终点时应稍慢，并充分振摇，最好每滴间隔23s，溶液的颜色由紫色或紫红色变为纯蓝色，在最后一点紫的色调消失，刚出现天蓝色即为终点。整个滴定过程应在5min内完成。平行标定三次。计算公式：水的硬度以水中Ca2+、Mg2+总量换算CaCO3含量的方法表示，单位为mg/L。式中：C为滴定水样时，标准溶液EDTA的浓度（mol/L），V为滴定水样时，标准溶液EDTA的消耗量（mL）,为水样的体积（mL），M为CaCO3 的摩尔质量（g/mol）五、实验操作技术基本仪器使用技术：1、量筒：量筒是化学实验室中最常用的度量液体的仪器。它有各种不同的容量，可根据不同需要选用。例如，需要量取8.0ml液体时，为了提高测量的准确度，应选用10ml量筒（测量误差为0.1ml），如果选用100ml量筒量取8.0ml液体体积，则至少有1ml的误差。读取量筒的刻度值，一定要使视线与量筒内液面（半月形弯曲面）的最低点处于同一水平线上，否则会增加体积的测量误差。量筒不能做反应器用，不能装热的液体。2、滴定管：滴定管是滴定时准确测量溶液体积的量出式量器，它是具有精确刻度、内径均匀的细长玻璃管。常量分析的滴定管容积有50ml和25ml，最小刻度为0.1ml,读数可估计到0.01ml。另外还有容积为10ml、5ml、2ml、1ml的半微量和微量滴定管。滴定管一般分为酸式滴定管和碱式滴定管两种。酸式滴定管下端有玻璃活塞开关，它用来装酸性溶液和氧化性溶液，不宜盛碱性溶液。碱式滴定管的下端连接一乳胶管，管内有玻璃珠以控制溶液的流出，乳胶管的下端再连一尖嘴玻璃管。凡是能与乳胶管起反应的氧化性溶液，如KMnO4、I2等，都不能装在碱式滴定管中。3、容量瓶：容量瓶是一种细颈梨形的平底瓶，带有磨口塞。瓶颈上刻有环形标线，表示在所指温度下（一般为20）液体充满至标线时的容积，这种容量瓶一般是“量入”瓶。但也有刻有两条标线的，上面一条表示量出的容积。容量瓶主要是用来把精密称量的物质配制成准确浓度的溶液或是将准确容积及浓度的浓溶液稀释成准确浓度及容积的稀溶液。常用的容量瓶有25ml、50ml、100ml、250ml、500ml、1000ml等各种规格。容量瓶使用前应检查是否漏水：注入自来水至标线附近，盖好瓶塞。用左手食指压住瓶塞，右手托住瓶底，将其倒立2min，观察瓶塞周围是否有水渗出。如果不漏，再把塞子旋转180度，塞紧、倒置，如仍不漏水，则可使用。使用前必须把容量瓶按容量器皿洗涤要求洗涤干净。容量瓶与塞配套使用。瓶塞须用橡胶圈把它系在瓶颈上，以防掉下摔碎。系绳不要很长，以可启开塞子为限。配制溶液的操作方法：将准确称量的试剂放在小烧杯中，加入适量水，搅拌使其溶解（若难溶，可盖上表面皿，稍加热，但须放冷后才能转移），沿玻璃棒把溶液转移至容量瓶中。烧杯中的溶液倒尽后烧杯不要直接离开玻棒，而应在烧杯扶正的同时使杯嘴沿玻棒上提12cm，随后烧杯即离开玻棒，这样可避免杯嘴与玻棒之间的一滴溶液流到烧杯外面。然后再用少量水涮洗杯壁34次，每次的涮洗液按同样操作转移至容量瓶中。当溶液达到容量瓶的2/3时，应将容量瓶沿水平方向摇晃使溶液初步混匀（注意：不能倒转容量瓶！）再加水至接近标线，最后用滴管从刻线以上1cm处沿颈壁缓缓滴加纯水至溶液弯月面最低点恰好与标线相切。盖紧瓶塞，用食指压住瓶塞，另一只手托住容量瓶底部，倒转容量瓶，使瓶内气泡上升到顶部，边倒转边摇动如此反复倒转摇动多次，使瓶内溶液充分混合均匀。容量瓶是量器而不是容器，不宜长期存放溶液，如溶液需使用一段时间，应将溶液转移至试剂瓶中贮存，试剂瓶应先用该溶液涮洗23次，以保证浓度不变。容量瓶不得在烘箱中烘烤，也不许以任何方式对其加热。4、移液管、吸量管移液管和吸量管是用于准确移取一定体积的量出式的玻璃量器。移液管是中间有一膨大部分（称为球部）的玻璃管，球部上和下均为较细窄的管颈，上端管颈刻有一条标线，亦称“单标线吸量管”。常用的移液管有2ml、5ml、10ml、25ml等规格。吸量管是具有分刻度的玻璃管，亦称分度吸量管。用于移取非固定量的溶液。常用的吸量管有1ml、2ml、5ml、10ml等规格。移取溶液的操作：移取溶液前，必须用滤纸将管尖端内外的水吸去，然后用欲移取的溶液涮洗23次，以确保所移取溶液的浓度不变。移取溶液时，用右手的大拇指和中指拿住管颈上方，下部的尖端插入溶液中12cm。左手拿洗耳球，先把球中空气压出，然后将球的尖端接在移液管口，慢慢松开左手使溶液吸入管内。当液面升高到刻度以上时，移去洗耳球，立即用右手的食指按住管口，将移液管下口提出液面，管的末端仍靠在盛溶液器皿的内壁上。略为放松食指，用拇指和中指轻轻捻转管身，使液面平稳下降，直到溶液的弯月面与标线相切时，立即用食指压紧管口，使液体不再流出。取出移液管，以干净滤纸片擦去移液管末端外部的溶液，但不得接触下口，然后插入承接溶液的器皿中，使管的末端靠在器皿内壁上。此时移液管应垂直，承接的器皿倾斜，松开食指，让管内溶液自然地全部沿器壁流下。等待1015s后，拿出移液管。如移液管未标“吹”字，残留在移液管末端的溶液，不可用外力使其流出。因移液管的容积不包括末端残留的溶液。滴定操作技术：1、使用前准备检查滴定管的密合性：酸式滴定管磨口旋塞是否密合是滴定管的质量指标之一。其检查的方法是将旋塞用水湿润后插入活塞内，管中充水至最高标线，用滴定管架将其固定。密合性良好的滴定管，15min后漏水不应超过1个分度（50mL滴定管为0.1mL）。旋塞涂油：旋塞涂油是起密封和润滑作用，最常用的油是凡士林油。作法是：将滴定管平放在台面上，抽出旋塞，用滤纸将旋塞及塞槽内的水擦干，用手指蘸少许凡士林在旋塞的两侧涂上薄薄的一层。在涂油过程中，滴定管始终要平放、平拿，不要直立，以免擦干的塞槽又沾湿。涂好凡士林后，用乳胶圈套在旋塞的末端，以防活塞脱落破损。碱式滴定管应选择合适的尖嘴、玻璃珠和乳胶管（长约6cm），组装后检查滴定管是否漏水，液滴是否能灵活控制。如不合要求，则需要重新装配。装入操作溶液：在装入操作溶液时，应由贮液瓶直接灌入，不得借用任何别的器皿，例如，漏斗或烧杯，以免操作溶液的浓度改变或造成污染。装入前应先将贮液瓶中的操作溶液摇匀，使凝结在瓶内的水珠混入溶液。为除去滴定管内残留的水膜，确保操作溶液的浓度不变，应用该溶液涮洗滴定管23次，每次用量约10mL。装满溶液的滴定管，应检查滴定管尖嘴内无气泡，如有气泡，必须排出。对于酸式滴定管，可用右手拿住滴定管无刻度部位使其倾斜约30度，左手迅速打开旋塞，使溶液快速冲出，将气泡带走；对于碱式滴定管，可把乳胶管向上弯曲，出口上斜，挤捏玻璃珠右上方，使溶液从尖嘴快速冲出，即可排除气泡。滴定管的读数：将装满溶液的滴定管垂直地夹在滴定管架上。由于附着力和内聚力的作用，滴定管内的液面呈弯月形。无色水溶液的弯月面比较清晰，而有色溶液的弯月面清晰程度较差。因此，两种情况的读数方法稍有不同。为了正确读数，应遵守下列原则。a.读数时滴定管应垂直放置，注入溶液或放出溶液后，需等待12min后才能读数。b.无色溶液或浅色溶液，应读弯月面下缘实线的最低点。为此，读数时，视线应与弯月面下缘实线的最低点在同一水平上。有色溶液，如KMnO4、I2溶液等，视线应与液面两侧的最高点相切。c.滴定时，最好每次从0.00ml开始，或从接近“0”的任一刻度开始，这样可以固定在某一体积范围内量度滴定时所消耗的标准溶液，减少体积误差。读数必须准确至0.01mL.2、滴定操作使用酸式滴定管时，应用左手控制滴定管旋塞，大拇指在前，食指和中指在后，手指略微弯曲，轻轻向内扣住旋塞，手心空握，以免碰旋塞使其松动，甚至可能顶出旋塞。右手握持锥形瓶，边滴边摇动，向同一方向作圆周旋转，而不能前后振动，否则会溅出溶液。滴定速度一般为10mlmin-1，即每秒34滴。临近滴定终点时，应一滴或半滴地加入，并用洗瓶吹入少量水冲洗锥形瓶内壁，使附着的溶液全部流下，然后摇动锥形瓶。如此继续滴定至准确到达终点为止。使用碱式滴定管时，左手拇指在前，食指在后，捏住乳胶管中的玻璃球所在部位稍上处，向手心捏挤乳胶管，使其与玻璃球之间形成一条缝隙，溶液即可流出。应注意，不能捏挤玻璃球下方的乳胶管，否则易进入空气形成气泡。为防止乳胶管来回摆动，可用中指和无名指夹住尖嘴的上部。滴定通常在锥形瓶中进行，必要时也可以在烧杯中进行。滴定结束后，把滴定管中剩余的溶液倒掉（不能倒回原贮液瓶！），依次用自来水、洗液和纯水洗净，然后用纯水充满滴定管并垂直夹在滴定管架上，下尖嘴口距台底座12cm，上管口用一滴定管帽盖住。六、注意事项：（1）固体铬黑T很稳定，但其水溶液只能稳定数日。若放置时间过长，其敏锐性会下降，甚至失败。（2）防止在碱性溶液中析出碳酸钙和氢氧化镁沉淀。（3）如果EBT指示剂在水样中变色缓慢，则可能是由于Mg2+ 含量低，这时应在滴定前加入少量Mg2+ 溶液，开始滴定时滴定速度宜稍快，接近终点滴定速度宜慢，每加1滴EDTA溶液后，都要充分摇匀。（4）乙二胺四乙酸二钠中含有一定量的乙二胺四乙酸二钠酸，后者溶解度小，使得配制EDTA溶液时，即使加热，试剂也溶解不完。为此，可加入少量的NaOH溶液使pH提高到5.0以上，以促使试剂溶解。（5）在氨性溶液中，的含量较高时，可能慢慢析出CaCO沉淀，使滴定终点拖长，变色不敏锐，所以滴定前最好将溶液酸化，煮沸除去CO，注意HCl不可加多，否则影响滴定时溶液的pH。（6）如水样杂志较多，可加1：1的HCl 1-2滴酸化水样。煮沸数十分钟，除去CO，冷却，加入掩蔽剂后再按照标准程序滴定。附：数据记录表格