锅炉水样中的离子检测实验.doc

实验一、水的硬度和钙镁总量的测定
一、 实验目的
·了解水的硬度的测定意义及常用的硬度表示方法。
·掌握EDTA法测定水的硬度的原理及方法。
·掌握铬黑T的钙指示剂的应用。
二、 实验原理
一般含有钙镁盐类的水叫硬水。硬水和软水尚无明确的界限，硬度小于5度的一般称为软水。硬度有暂时硬度和永久硬度之分。
暂时硬度：水中含有钙镁的酸式碳酸盐，遇热即成碳酸盐沉淀而失去其硬度。反应式如下：
Ca(HCO3)2CaCO3(完全沉淀)+H2O+CO2↑
Mg(HCO3)2MgCO3(不完全沉淀)+H2O+ CO2↑
∟ (+H2O)→Mg(OH)2↓+CO2↑

永久硬度：水中含有钙镁的硝酸盐、硫酸盐、氯化物等，加热时不沉淀，但在烧锅炉的温度下，溶解度低的可析出成为锅垢。
暂时硬度和永久硬度的总和称为水的总硬度（简称总硬）。由镁离子形成的硬度称为镁硬度（简称镁硬），由钙离子形成的硬度称为钙硬度（简称钙硬）。
水的硬度的测定分为水的总硬度以及钙硬度、钙硬度两种，前者是测定水中钙、镁总量，后者则是分别测定钙和镁的含量。
世界各国表示水硬度的方法不尽相同，随各国的习惯有所不同。我国有将水中的钙镁盐类都折算成CaCO3的量来表示的，采用mmol/L(CaCO3)或mg/L(CaCO3)为单位表示水的硬度。本文采用我国目前常用的将水中的钙镁盐类都折算成CaO的表示方法，用符号(°)表示度，1硬度单位表示十万份水中含1份CaO，1°＝10mg/L。
c(CaO)=c(EDTA)*V(EDTA)/V水样
硬度/(°)＝c(CaO)*M(CaO)×105
式中 c(CaO)——水样中相当于CaO的物质的量浓度，mol/L；
c(EDTA)——EDTA标准溶液的物质的量浓度，mol/L；
V(EDTA)——滴定时用去的EDTA标准溶液的体积，mL；
V水样——水样的体积，mL；
M(CaO)——CaO的摩尔质量，kg/mol。
若V(EDTA)为滴定总硬度时所耗用的，则所得硬度为总硬；若V(EDTA)为滴定钙硬度时所耗用的，则所得硬度为钙硬；由总硬减去钙硬即为镁硬。
本实验用EDTA络合滴定法测定水的总硬度。在pH值为10.0的缓冲溶液中，以铬黑T为指示剂，用三乙醇胺掩蔽Fe3+、Al3+、Cu2+、Pb2+、Zn2+等共存离子。如果Mg2+的浓度小于Ca2+浓度的1/20，则需加入5mLMg2+-EDTA溶液。
铬黑T为有机染料，在不同的pH值有不同的颜色；pH<6为红色；pH=7～11为蓝色；pH>12为黄橙色。在pH=7～11，铬黑T能与多种金属离子作用生成红色络合物，以EDTA滴定，在化学计量点时溶液由红色变为蓝色。如
MgIn-+H2Y2-MgY2-+HIn2-+H+
酒红色 纯蓝色
三、 仪器与试剂
锥形瓶(250mL)，酸式滴定管(50mL)，移液管(25mL)
0.025mol/LEDTA标准溶液，NH3·H2O-NH4Cl缓冲液(pH=10.0)，0.1%铬黑T(0.1g铬黑T溶于100mL三乙醇胺)，6mol/L稀盐酸(1+1HCl)，Na2S溶液(掩蔽Fe3+、Al3+、Hg2+、Pb2+、Bi3+等)，20%三乙醇胺溶液(掩蔽Fe3+、Al3+、Cu2+、Pb2+、Zn2+等)。
四、 实验步骤
水的总硬度的测定步骤如下所述。
用移液管移取25.00mL(取样量根据不同样品中的钙镁含量而定)模拟水样于250mL锥形瓶中，加入1～2滴HCl使试液酸化，然后加入3mL三乙醇胺和10mL氨性缓冲溶液(pH=10)，再加入1mLNa2S溶液以掩蔽重金属离子，然后加铬黑T指示剂少许，用EDTA标准溶液滴定溶液由红色变为蓝色即为终点。平行测定3份，根据消耗的EDTA标准溶液的体积，计算水样的总硬度，以硬度(°)表示结果。
思考题
1、 测定水的硬度时，为什么要加氨性缓冲溶液？
2、 试说明硬度计算公式的来源。
3、 如何得到镁的硬度？
4、 用EDTA测定水的硬度时，哪些离子对测定有干扰？如何消除？
5、 当水样中Mg2+的含量低时，以铬黑T作指示剂测定离子总量时终点不明确，因此常在水样中加入少量的Mg2+-EDTA溶液，再用EDTA滴定，终点就会变化敏锐。所加入的Mg2+-EDTA量对测定结果有无影响？说明原理。

实验二、水样中氯化物的测定（硝酸银滴定法）

一、 实验目的
·学习硝酸银沉淀法。
·学习实际水样的预处理方法。
·掌握摩尔法。
·进一步掌握滴定终点法。
二、 实验原理
在中性至弱碱性范围(pH＝6.5～10.5)内以铬酸钾为指示剂用硝酸银滴定氯化物时，由于氯化物的溶解度小于铬酸钾的溶解度，氯离子首先被完全沉淀出来后，然后铬酸根以铬酸银的形式被沉淀，产生砖红色指示终点到达。该沉淀滴定的反应如下：
Ag++Cl-==AgCl↓ Ksp=1.8×10-10
白色
2Ag++CrO42-==Ag2CrO4↓ Ksp=2.0×10-12
砖红色
在酸性介质中，
2CrO42-+2H+==Cr2O72-+H2O K=4.3×1014
在碱性介质中，
Ag++OH-==AgOH↓ Ksp=2.0×10-8
三、 仪器与试剂
锥形瓶(250mL)，棕色滴定管(50mL、25mL)，移液管(50mL、25mL)，容量瓶(100mL)，棕色试剂瓶，分析天平，干燥器。
NaCl，AgNO3，K2CrO4。
四、 实验步骤
1、氯化钠标准溶液[0.0141mol/L，相当于500mg/L氯化物以Cl计)的配制]
将氯化钠(NaCl)置于瓷坩埚内，在500～600℃下灼烧40～50min，在干燥器中冷却后称取8.2400g，溶于蒸馏水中，在容量瓶中稀释至1000mL。用移液管吸取10.00mL，在容量瓶中准确稀释至100mL。在1.00mL此标准溶液含0.50mg氯化物(以Cl计)。
2、硝酸银标准溶液(0.0141mol/L)的配制和标定
称取于105℃烘30min的硝酸银(AgNO3)2.3950g，溶于蒸馏水中，在容量瓶中稀释至1000mL，贮于棕色试剂瓶中。用氯化钠标准溶液标定其浓度：用移液管准确吸取25.00mL氯化钠标准溶液于250mL的锥形瓶中，加蒸馏水25mL另取一锥形瓶量取蒸馏水50mL作空白，各加入1mL铬酸钾溶液，在不断的摇动下用硝酸银标准溶液滴定至砖红色沉淀刚刚出现为终点。计算每毫升硝酸银溶液所相当的氯化物的量，然后校正其浓度再作最后标定，1.00mL此标准溶液相当于0.50mg氯化物(以Cl计)。
3、铬酸钾溶液(50g/L)的配制
称取5g铬酸钾(K2CrO4)溶于少量蒸馏水中，滴加硝酸银溶液至有红色沉淀生成，摇匀静置12h，然后过滤并用蒸馏水将滤液稀释至100mL。
4、测定
(1)用移液管吸取50.00mL水样或经过预处理的水样(若氯化物含量，可取适量水样用蒸馏水稀释至50mL)置于锥形瓶中，平行取3份。另取一锥形瓶加入50mL蒸馏水做空白试验。
(2)如水样的pH值在6.5～10.5范围，可直接滴定。超出此范围的水样应以酚酞作指示剂，用稀硫酸或氢氧化钠的溶液调节至红色刚刚褪去。
(3)加入1mL铬酸钾溶液，用硝酸银标准溶液滴定至砖红色沉淀刚刚出现即为滴定终点，同法做空白滴定。
5、结果计算
氯化物含量(以Cl计，mg/L)按下式计算：

式中 V1——蒸馏水消耗硝酸银标准溶液的体积，mL；
V2——水样消耗硝酸银标准溶液的体积，mL；
c(AgNO3)——硝酸银标准溶液的浓度，mol/L；
V——水样的体积，mL。
实验的标准偏差≦0.30%。
思考题：
1. 若不用棕色试剂瓶和棕色滴定管盛装AgNO3，会出现什么问题？
2. 盛装AgNO3的滴定管用后未洗涤干净，会出现什么效果？
3. 本试验做空白试验的目的是什么？

演示实验：（检测水样中有无Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等离子）
1、 Mg2+的检测：取水样5滴，加入1滴2mol/LNH3·H2O，再加入少量铬黑T，观察是否变红。
2、 Ca2+的检验：取水样5滴，加入2滴2mol/LNH3·H2O，再加入少量钙指示剂，观察溶液是否变红。
3、 Cl-的检验：取水样适量，加入适量1mol/LHNO3使之酸化，然后加入适量0.1mol/LAgNO3，观察是否出现白色浑浊。
4、 SO42-的检验：取水样10滴，加入4滴1mol/LBaCl2，观察是否出现白色浑浊。