水的總硬度的測定

1、水的總硬度的測定本實(shí)驗(yàn)屬于的學(xué)科：化學(xué) 專業(yè)：分析化學(xué) 適用對象：對水的總硬度有要求的企業(yè)和單位一、實(shí)驗(yàn)背景：水的總硬度是指水中鈣和鎂離子的總含量。各國對水的硬度的表示方法各有不同，我國“生活飲水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定總硬度（以碳酸鈣計(jì)）不得超過450mg/L，這是用物資的質(zhì)量濃度（單位：mg/L）表示的。我國目前使用較多的表示方法還有用物質(zhì)的量濃度（單位：mol/L）表示的。除了對飲用水的總硬度有一定的要求之外，各種工業(yè)用水對水總硬度也有不同的要求。因此，測定水的總硬度有很重要的實(shí)際意義。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?） 了解水的硬度的測定的意義和常用的硬度表示方法。（2） 掌握用配位滴定法測定水的總硬度的原理

2、、方法和相關(guān)計(jì)算。（3） 熟悉金屬指示劑變色原理及滴定終點(diǎn)的判斷。三、實(shí)驗(yàn)原理：含有較多鈣鹽和鎂鹽的H2O稱為硬水。水的硬度以H2O中Ca2+、Mg2+折合成CaO來計(jì)算，每升H2O中含10mg CaO為1度（l°）。測定水的硬度就是測定水中Ca2+、Mg2+的含量。一般把小于4°的H2O稱為很軟的水，4°8°稱為軟水。8°16°稱為中等硬水，16°32°稱為硬水，大于32°稱為很硬水。生活用水的總硬度一般不超過25°。各種工業(yè)用水對硬度有不同的要求。水的硬度是水質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，測定水的硬度有

3、很重要的意義。測定Ca2+、Mg2+總量時(shí)，用緩沖溶液調(diào)節(jié)溶液的pH為10。以鉻黑T為指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。鉻黑T和EDTA都能與Ca2+、Mg2+形成配合物，其穩(wěn)定性。因此，加入鉻黑T后，它先與部分Mg2+配合生成MgIn-（紫紅色）。當(dāng)?shù)渭覧DTA標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，EDTA首先與游離的Ca2+配位，其次與游離的Mg2+配位，最后奪取MgIn-中的Mg2+，使鉻黑T游離出來，溶液由紫紅色變?yōu)榧兯{(lán)色，指示達(dá)到終點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)用品：1. 儀器聚四氟乙烯滴定管，錐形瓶，洗瓶，容量瓶，吸移管，吸耳球，燒杯，試劑瓶2.試劑乙二胺四乙酸鈉（EDTA，CaCO3，鉻黑T（0.5%三乙醇胺溶液），0.05

4、%甲基紅，pH10的氨性緩沖溶液，Mg-EDTA溶液，6mol/L鹽酸五、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 300mL 0.01mol/L EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制用潔凈的500mL燒杯稱取配制300mL 0.01mol/L EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液所需的EDTA二鈉鹽，在燒杯中加水溫?zé)崛芙?，冷卻后轉(zhuǎn)移至試劑瓶中，搖勻。2. 0.01mol/L Ca2+ 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制準(zhǔn)確稱取配制0.01mol/L Ca2+ 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制所需的CaCO3于150mL燒杯中。先用少量水潤濕，蓋上表面皿，從燒杯嘴滴加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，再補(bǔ)加1-2滴即可）。加水使溶

5、液總量約50mL，微沸幾分鐘以除去二氧化碳。冷卻后用少量的水沖洗表面皿和燒杯內(nèi)壁，定量地轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。3. 0.01mol/L EDTA 溶液的標(biāo)定（pH=10時(shí)以CaCO3為基準(zhǔn)物質(zhì)）稱取10.00mL鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液于250mL錐形瓶中，加1滴0.05%甲基紅，用（1+2）氨水中和至溶液由紅色變淺黃色。加入20mL水和3mL Mg-EDTA，再加5mL pH=10的氨性緩沖溶液及4滴鉻黑T指示劑，應(yīng)立即在不斷振搖下，自滴定管加入EDTA二鈉溶液，開始滴定時(shí)速度宜稍快，接近終點(diǎn)時(shí)應(yīng)稍慢，并充分振搖，最好每滴間隔23s，溶液的顏色由紫色或紫紅色變?yōu)榧兯{(lán)色，在最后一點(diǎn)

6、紫的色調(diào)消失，剛出現(xiàn)天藍(lán)色即為終點(diǎn)。平行標(biāo)定三次。計(jì)算EDTA溶液的準(zhǔn)確濃度。計(jì)算公式：式中：m為稱取CaCO3的質(zhì)量（g），M為CaCO3的摩爾質(zhì)量（g/mol），V為EDTA溶液的消耗量（mL）4. 水樣測定（1） 試樣的制備一般樣品不需要預(yù)處理。如樣品中存在大量微小顆粒物，需在采樣后盡快經(jīng).045m孔徑濾膜過濾。樣品經(jīng)過濾，可能有少量鈣和鎂被濾掉。試樣中鈣和鎂的總量超出3.6mmol/L 時(shí)，應(yīng)稀釋至低于此濃度，記錄稀釋因子F。如試樣經(jīng)過酸化保存。可用適量的氫氧化鈉溶液中和，計(jì)算結(jié)果時(shí)，應(yīng)把樣品或試樣由于加酸或堿的稀釋考慮在內(nèi)。（2） 測定用移液管移取100.00mL 自來水，加8mL氨

7、性緩沖溶液，67滴鉻黑T，此時(shí)溶液應(yīng)呈紫色或紫紅色。為防止產(chǎn)生沉淀，應(yīng)立即在不斷振搖下，自滴定管加入EDTA二鈉溶液，開始滴定時(shí)速度宜稍快，接近終點(diǎn)時(shí)應(yīng)稍慢，并充分振搖，最好每滴間隔23s，溶液的顏色由紫色或紫紅色變?yōu)榧兯{(lán)色，在最后一點(diǎn)紫的色調(diào)消失，剛出現(xiàn)天藍(lán)色即為終點(diǎn)。整個(gè)滴定過程應(yīng)在5min內(nèi)完成。平行標(biāo)定三次。計(jì)算公式：水的硬度以水中Ca2+、Mg2+總量換算CaCO3含量的方法表示，單位為mg/L。式中：C為滴定水樣時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)溶液EDTA的濃度（mol/L），V為滴定水樣時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)溶液EDTA的消耗量（mL）,為水樣的體積（mL），M為CaCO3 的摩爾質(zhì)量（g/mol）五、實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)基

8、本儀器使用技術(shù)：1、量筒：量筒是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中最常用的度量液體的儀器。它有各種不同的容量，可根據(jù)不同需要選用。例如，需要量取8.0ml液體時(shí)，為了提高測量的準(zhǔn)確度，應(yīng)選用10ml量筒（測量誤差為±0.1ml），如果選用100ml量筒量取8.0ml液體體積，則至少有±1ml的誤差。讀取量筒的刻度值，一定要使視線與量筒內(nèi)液面（半月形彎曲面）的最低點(diǎn)處于同一水平線上，否則會增加體積的測量誤差。量筒不能做反應(yīng)器用，不能裝熱的液體。2、滴定管：滴定管是滴定時(shí)準(zhǔn)確測量溶液體積的量出式量器，它是具有精確刻度、內(nèi)徑均勻的細(xì)長玻璃管。常量分析的滴定管容積有50ml和25ml，最小刻度為0.1m

9、l,讀數(shù)可估計(jì)到0.01ml。另外還有容積為10ml、5ml、2ml、1ml的半微量和微量滴定管。滴定管一般分為酸式滴定管和堿式滴定管兩種。酸式滴定管下端有玻璃活塞開關(guān)，它用來裝酸性溶液和氧化性溶液，不宜盛堿性溶液。堿式滴定管的下端連接一乳膠管，管內(nèi)有玻璃珠以控制溶液的流出，乳膠管的下端再連一尖嘴玻璃管。凡是能與乳膠管起反應(yīng)的氧化性溶液，如KMnO4、I2等，都不能裝在堿式滴定管中。3、容量瓶：容量瓶是一種細(xì)頸梨形的平底瓶，帶有磨口塞。瓶頸上刻有環(huán)形標(biāo)線，表示在所指溫度下（一般為20）液體充滿至標(biāo)線時(shí)的容積，這種容量瓶一般是“量入”瓶。但也有刻有兩條標(biāo)線的，上面一條表示量出的容積。容量瓶主要是

10、用來把精密稱量的物質(zhì)配制成準(zhǔn)確濃度的溶液或是將準(zhǔn)確容積及濃度的濃溶液稀釋成準(zhǔn)確濃度及容積的稀溶液。常用的容量瓶有25ml、50ml、100ml、250ml、500ml、1000ml等各種規(guī)格。容量瓶使用前應(yīng)檢查是否漏水：注入自來水至標(biāo)線附近，蓋好瓶塞。用左手食指壓住瓶塞，右手托住瓶底，將其倒立2min，觀察瓶塞周圍是否有水滲出。如果不漏，再把塞子旋轉(zhuǎn)180度，塞緊、倒置，如仍不漏水，則可使用。使用前必須把容量瓶按容量器皿洗滌要求洗滌干凈。容量瓶與塞配套使用。瓶塞須用橡膠圈把它系在瓶頸上，以防掉下摔碎。系繩不要很長，以可啟開塞子為限。配制溶液的操作方法：將準(zhǔn)確稱量的試劑放在小燒杯中，加入適量水，

11、攪拌使其溶解（若難溶，可蓋上表面皿，稍加熱，但須放冷后才能轉(zhuǎn)移），沿玻璃棒把溶液轉(zhuǎn)移至容量瓶中。燒杯中的溶液倒盡后燒杯不要直接離開玻棒，而應(yīng)在燒杯扶正的同時(shí)使杯嘴沿玻棒上提12cm，隨后燒杯即離開玻棒，這樣可避免杯嘴與玻棒之間的一滴溶液流到燒杯外面。然后再用少量水涮洗杯壁34次，每次的涮洗液按同樣操作轉(zhuǎn)移至容量瓶中。當(dāng)溶液達(dá)到容量瓶的2/3時(shí)，應(yīng)將容量瓶沿水平方向搖晃使溶液初步混勻（注意：不能倒轉(zhuǎn)容量瓶！）再加水至接近標(biāo)線，最后用滴管從刻線以上1cm處沿頸壁緩緩滴加純水至溶液彎月面最低點(diǎn)恰好與標(biāo)線相切。蓋緊瓶塞，用食指壓住瓶塞，另一只手托住容量瓶底部，倒轉(zhuǎn)容量瓶，使瓶內(nèi)氣泡上升到頂部，邊倒轉(zhuǎn)邊

12、搖動(dòng)如此反復(fù)倒轉(zhuǎn)搖動(dòng)多次，使瓶內(nèi)溶液充分混合均勻。容量瓶是量器而不是容器，不宜長期存放溶液，如溶液需使用一段時(shí)間，應(yīng)將溶液轉(zhuǎn)移至試劑瓶中貯存，試劑瓶應(yīng)先用該溶液涮洗23次，以保證濃度不變。容量瓶不得在烘箱中烘烤，也不許以任何方式對其加熱。4、移液管、吸量管移液管和吸量管是用于準(zhǔn)確移取一定體積的量出式的玻璃量器。移液管是中間有一膨大部分（稱為球部）的玻璃管，球部上和下均為較細(xì)窄的管頸，上端管頸刻有一條標(biāo)線，亦稱“單標(biāo)線吸量管”。常用的移液管有2ml、5ml、10ml、25ml等規(guī)格。吸量管是具有分刻度的玻璃管，亦稱分度吸量管。用于移取非固定量的溶液。常用的吸量管有1ml、2ml、5ml、10ml

13、等規(guī)格。移取溶液的操作：移取溶液前，必須用濾紙將管尖端內(nèi)外的水吸去，然后用欲移取的溶液涮洗23次，以確保所移取溶液的濃度不變。移取溶液時(shí)，用右手的大拇指和中指拿住管頸上方，下部的尖端插入溶液中12cm。左手拿洗耳球，先把球中空氣壓出，然后將球的尖端接在移液管口，慢慢松開左手使溶液吸入管內(nèi)。當(dāng)液面升高到刻度以上時(shí)，移去洗耳球，立即用右手的食指按住管口，將移液管下口提出液面，管的末端仍靠在盛溶液器皿的內(nèi)壁上。略為放松食指，用拇指和中指輕輕捻轉(zhuǎn)管身，使液面平穩(wěn)下降，直到溶液的彎月面與標(biāo)線相切時(shí)，立即用食指壓緊管口，使液體不再流出。取出移液管，以干凈濾紙片擦去移液管末端外部的溶液，但不得接觸下口，然后

14、插入承接溶液的器皿中，使管的末端靠在器皿內(nèi)壁上。此時(shí)移液管應(yīng)垂直，承接的器皿傾斜，松開食指，讓管內(nèi)溶液自然地全部沿器壁流下。等待1015s后，拿出移液管。如移液管未標(biāo)“吹”字，殘留在移液管末端的溶液，不可用外力使其流出。因移液管的容積不包括末端殘留的溶液。滴定操作技術(shù)：1、使用前準(zhǔn)備檢查滴定管的密合性：酸式滴定管磨口旋塞是否密合是滴定管的質(zhì)量指標(biāo)之一。其檢查的方法是將旋塞用水濕潤后插入活塞內(nèi)，管中充水至最高標(biāo)線，用滴定管架將其固定。密合性良好的滴定管，15min后漏水不應(yīng)超過1個(gè)分度（50mL滴定管為0.1mL）。旋塞涂油：旋塞涂油是起密封和潤滑作用，最常用的油是凡士林油。作法是：將滴定管平放

15、在臺面上，抽出旋塞，用濾紙將旋塞及塞槽內(nèi)的水擦干，用手指蘸少許凡士林在旋塞的兩側(cè)涂上薄薄的一層。在涂油過程中，滴定管始終要平放、平拿，不要直立，以免擦干的塞槽又沾濕。涂好凡士林后，用乳膠圈套在旋塞的末端，以防活塞脫落破損。堿式滴定管應(yīng)選擇合適的尖嘴、玻璃珠和乳膠管（長約6cm），組裝后檢查滴定管是否漏水，液滴是否能靈活控制。如不合要求，則需要重新裝配。裝入操作溶液：在裝入操作溶液時(shí)，應(yīng)由貯液瓶直接灌入，不得借用任何別的器皿，例如，漏斗或燒杯，以免操作溶液的濃度改變或造成污染。裝入前應(yīng)先將貯液瓶中的操作溶液搖勻，使凝結(jié)在瓶內(nèi)的水珠混入溶液。為除去滴定管內(nèi)殘留的水膜，確保操作溶液的濃度不變，應(yīng)用該

16、溶液涮洗滴定管23次，每次用量約10mL。裝滿溶液的滴定管，應(yīng)檢查滴定管尖嘴內(nèi)無氣泡，如有氣泡，必須排出。對于酸式滴定管，可用右手拿住滴定管無刻度部位使其傾斜約30度，左手迅速打開旋塞，使溶液快速沖出，將氣泡帶走；對于堿式滴定管，可把乳膠管向上彎曲，出口上斜，擠捏玻璃珠右上方，使溶液從尖嘴快速沖出，即可排除氣泡。滴定管的讀數(shù)：將裝滿溶液的滴定管垂直地夾在滴定管架上。由于附著力和內(nèi)聚力的作用，滴定管內(nèi)的液面呈彎月形。無色水溶液的彎月面比較清晰，而有色溶液的彎月面清晰程度較差。因此，兩種情況的讀數(shù)方法稍有不同。為了正確讀數(shù)，應(yīng)遵守下列原則。a.讀數(shù)時(shí)滴定管應(yīng)垂直放置，注入溶液或放出溶液后，需等待1

17、2min后才能讀數(shù)。b.無色溶液或淺色溶液，應(yīng)讀彎月面下緣實(shí)線的最低點(diǎn)。為此，讀數(shù)時(shí)，視線應(yīng)與彎月面下緣實(shí)線的最低點(diǎn)在同一水平上。有色溶液，如KMnO4、I2溶液等，視線應(yīng)與液面兩側(cè)的最高點(diǎn)相切。c.滴定時(shí)，最好每次從0.00ml開始，或從接近“0”的任一刻度開始，這樣可以固定在某一體積范圍內(nèi)量度滴定時(shí)所消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液，減少體積誤差。讀數(shù)必須準(zhǔn)確至0.01mL.2、滴定操作使用酸式滴定管時(shí)，應(yīng)用左手控制滴定管旋塞，大拇指在前，食指和中指在后，手指略微彎曲，輕輕向內(nèi)扣住旋塞，手心空握，以免碰旋塞使其松動(dòng)，甚至可能頂出旋塞。右手握持錐形瓶，邊滴邊搖動(dòng)，向同一方向作圓周旋轉(zhuǎn)，而不能前后振動(dòng)，否則會濺

18、出溶液。滴定速度一般為10ml·min-1，即每秒34滴。臨近滴定終點(diǎn)時(shí)，應(yīng)一滴或半滴地加入，并用洗瓶吹入少量水沖洗錐形瓶內(nèi)壁，使附著的溶液全部流下，然后搖動(dòng)錐形瓶。如此繼續(xù)滴定至準(zhǔn)確到達(dá)終點(diǎn)為止。使用堿式滴定管時(shí)，左手拇指在前，食指在后，捏住乳膠管中的玻璃球所在部位稍上處，向手心捏擠乳膠管，使其與玻璃球之間形成一條縫隙，溶液即可流出。應(yīng)注意，不能捏擠玻璃球下方的乳膠管，否則易進(jìn)入空氣形成氣泡。為防止乳膠管來回?cái)[動(dòng)，可用中指和無名指夾住尖嘴的上部。滴定通常在錐形瓶中進(jìn)行，必要時(shí)也可以在燒杯中進(jìn)行。滴定結(jié)束后，把滴定管中剩余的溶液倒掉（不能倒回原貯液瓶?。?，依次用自來水、洗液和純水洗凈，然后用純水充滿滴定管并垂直夾在滴定管架上，下尖嘴口距臺底座12cm，上管口用一滴定管帽蓋住。六、注意事項(xiàng)：（1）固體鉻黑T很穩(wěn)定，但其水溶液只能穩(wěn)定數(shù)日。若放置時(shí)間過長，其敏銳性會下降，甚至失敗。（2）防止在堿性溶液中析出碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀。（3）如果EBT指示劑在水樣中變色緩慢，則可能是由于Mg2+ 含量低，這時(shí)應(yīng)在滴定前加入少量Mg2+ 溶液，開