水的总硬度的测定

水的总硬度的测定专业：化学生物学4eL教师：吴明君课程：分析化学实验姓名:水的总硬度的测定摘要：为测定水中总硬度，本文采用了EDTA络合滴定法。首先用碳酸钙标准品标定EDTA标准溶液，然后以铬黑T为指示剂测定自来水的总硬度，再以钙试剂为指示剂测定自来水的钙硬度，镁硬度为二者之差。实验结果为，自来水的总硬度为11.87。，RSD为1.1%；钙硬度为11.18。，RSD为0.6%；镁硬度为0.69。。此方法简单便捷，可广泛用于水质硬度的测定。关键词：EDTA，自来水，硬度DeterminationoftotalhardnessofwaterAbstract:Inordertodeterminethetotalhardnessofwater,thispaperusestheEDTAcomplextitrationmethod.First,thestandardsolutionofEDTAwascalibratedwithcalciumcarbonatestandard,thenthetotalhardnessoftapwaterwasmeasuredwithchromeblackTasindicator,andthecalciumhardnessoftapwaterwasmeasuredwithcalciumreagentasindicator,andHardnessofmagnesiumisthedifferencebetweenthetwo.Experimentalresultsarethatthetotalhardnessoftapwateris11.87。，RSDis1.1%；Calciumhardnessis11.18。，RSDis0.6%；hardnessofmagnesiumis0.69。.Thismethodissimpleandconvenient,andcanbewidelyusedforthedeterminationofwaterhardness.Keywords:EDTA,tapwater,hardness引言水的硬度最初是指水中钙、镁离子沉淀肥皂水化液的能力。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°的，一般可称软水）。硬度有暂时硬度和永久硬度之分。暂硬和永硬的总和称为“总硬”。由镁离子形成的硬度称为“镁硬”。由钙离子形成的硬度成为“钙硬”。水的硬度的表示方法有很多种，随各国的习惯有所不同，我国目前采用的表示方法：以度 （。）计，一硬度表示一百万分水中含一份 CaO，即1o=10mg-L-1CaO。水是人类最为宝贵的自然资源，也是人类以及所有动植物生存的基础。目前水的硬度的测定方法主要可分为化学分析法和仪器分析法［1］，主要有EDTA络合滴定法，分光光度法，原子吸收法，ICP-AES法，离子色谱法自动电位滴定法，离子选择性电极一流动技术法，电解液阴极大气辉光放电原子发射光谱法【2］等几种测定方法。本文采用EDTA络合滴定法测定水的硬度。水的硬度在生产和生活中都有极大的作用。硬水易形成水垢，容易造成锅炉设备的爆炸，且硬水对衣物的洗护作用较差。在生产中，水的硬度影响面包发酵的效果［3］，对海参的泡发率也有一定的影响［4］，同时胶印润版液中水的硬度对乳化之后油墨的粘着性等性质均产生影响［5］。目前，我们采用的降低水的硬度的普遍方法是煮沸法，在科研工作中还有用改性大豆皮回降低水的硬度的研究和曝气-石灰碱化法［7］降低水的硬度等研究。本实验采用操作简单的EDTA络合滴定法对水的硬度进行测定，结果准确。实验部分1.1仪器与试剂细口试剂瓶，称量瓶，烧杯，表面皿，250mL容量瓶，25mL移液管，锥形瓶，酸式滴定管，10mL量筒。乙二胺四乙酸二钠（固体，AR），CaCO3（AR），镁溶液（实验室自制），100g-L-1NaOH溶液，钙指示剂，铬黑T指示剂，NH3-NH4C1缓冲溶液，自来水，蒸馏水。1.2实验内容EDTA标准溶液的标定0.02mo1・L-1EDTA溶液的配制：在托盘天平称取7.6g乙二胺四乙酸二钠，溶解并稀释至1L，置于细口瓶中。0.02mo1-L-1钙标准溶液的配制：准确称取碳酸钙基准物质0.5〜0.6g于小烧杯中，盖以表面皿，加水润湿，再从杯嘴边逐滴加入数毫升1:1HCl溶液至完全溶解，加热至近沸，冷却后定容于250mL容量瓶中。标定：移取25mL标准钙溶液，置于锥形瓶中，加入约25mL水、2mL镁溶液，5mL100g-L-1NaOH溶液及约10mg钙指示剂，摇匀后，用EDTA溶液滴定至由红色变为蓝色，即为终点。平行测定6次。1.2.2总硬度的测定量取自来水样150mL放于250mL锥形瓶中，加入5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，摇匀。再加入适量铬黑T指示剂，摇匀，溶液呈红色，以0.02mo1-L-1EDTA标准溶液滴定至纯蓝色，即为终点。平行测定5次。1.2.3钙硬度的测定量取150mL自来水样，放入250mL锥形瓶中，加4mL100g•L-1NaOH溶液，摇匀再加入约10mg钙指示剂，摇匀溶液呈红色，用0.02mo1-L-1EDTA标准溶液滴定至纯蓝色，即为终点。平行测定5次。1.2.4镁硬度的确定由总硬度减去钙硬度即得镁硬。结果EDTA标准溶液的标定EDTA的标定测定次数第1次第2次第3次第4次第5次第6次EDTA的初读数/ml0.700.700.320.100.000.15EDTA的终读数/ml28.5028.3228.0227.1027.8027.40VEDTA/ml27.8027.6227.7027.0027.8027.25CEDTA/mol,l-i0.018680.018800.018750.019230.018680.01906c/mol•l-10.01886标准偏差0.00023相对标准差0.012表1EDTA标准溶液的标定置信区间：jU=C土ts/,在置信度P=0.95.N=6时，查表得t（0055）=2.57解得以=0.01886±2.4x10-4__，—RSD=S/C=1.2%碳酸钙基准物的质量为0.5197g,实验数据如表1,EDTA标准溶液在置信度为95%,浓度的置信区间为0.0188612.4x10-4,RSD为1.2%。2.2总硬度的测定水的总硬度的测定测定次数第1次第2次第3次第4次第5次EDTA的初读数/ml0.050.220.010.100.20EDTA的终读数/ml16.8016.9017.1516.9016.95VEDTA/ml16.7516.6817.1416.8016.75总硬度（°）11.8111.7612.0911.8511.81总硬度平均值（°）11.87标准偏差0.13相对标准差0.011表2水的总硬度的测定总硬度（°）孔0丁.秩0丁人&少105/（V水X1000）置信区间：p=C±ts/,在置信度P=0.95.N=5时，查表得t加55）=2.78解得p=11.8710.16，—RSD=S/C=1.1%实验数据如表2,在置信度为95%,水的总硬度的置信区间为11.87±0.16（°），RSD为1.1%。2.3钙硬度的测定水的钙硬度的测定测定次数第1次第2次第3次第4次第5次EDTA的初读数/ml0.200.150.100.010.10EDTA的终读数/ml16.0015.8516.0015.8916.05vedTa115.8015.7015.9015.8815.95钙硬度（°）11.1411.0711.2111.2011.25钙硬度平均值（°）11.18标准偏差0.07相对标准差0.006表3水的钙硬度的测定钙硬度（°）孔0丁.秩0丁人&少105/（V水X1000）置信区间：p=C±ts/,在置信度P=0.95.N=5时，查表得t（0054）=2.78解得p=11.18±0.07，—RSD=S/C=0.6%实验数据如表3,在置信度为95%，水的钙硬度的置信区间11.1810.07（°），RSD为0.6%。2.4镁硬度镁硬度=总硬度-钙硬度=0.69讨论3.1测定水总硬度的方法及选择原子吸收法分别测定钙、镁等离子的浓度，该方法虽灵敏准确，但较繁琐;等离子发射光谱法，虽方法灵敏、快速,但该仪器昂贵没有普及；EDTA滴定法测水中Ca2+、Mg2+的浓度，该方法简单快速、准确可靠、仪器价廉,这是最常使用的方法。但由于EDTA是一种较强的络合剂，它易受到水中其它物质或外界条件的干扰，从而影响测定结果的准确性。3.2EDTA标定基准物质的选取标定EDTA溶液常用的基准物质有Zn、ZnO、CaCO3、Bi、Cu、MgSO4.7H2O、Hg、Ni、Pb等。通常选用其中与被测物质组分相同的物质作为基准物质，这样，滴定条件较一致，可以减小系统误差。用EDTA溶液测水中的Ca2+、Mg2+含量则宜用CaCO3为基准物质。3.3CaCO3作为基准物质引起的误差在配制钙标准溶液的过程中由于操作习惯的原因造成标准溶液的体积不准从而引起误差。并且在滴定过程中,Fe3+、Al3+对指示剂有封闭作用，可用三乙醇胺作掩蔽剂来消除,Co2+、Cu2+、Ni2+对指示剂有封闭作用，可用Na2S或KCN等作掩蔽剂来消除。3.4PH对测量的影响EDTA是弱酸性物质，在标定EDTA的过程中，加入2mL镁溶液，5mL1QQg-L-1NaOH溶液调节PHE2,再次酸度下钙试剂的显色效果最好，同时加入少量镁溶液，在PHE2时形成微量沉淀与钙试剂结合使显色更加明显。用铬黑T为指示剂测定水的总硬度时，pH值变低，金属离子络合物的稳定常数变小，使Ca2+、Mg2+与EDTA生成的络合物不能定量形成；pH值过高（大于12），则Mg2+变成Mg（OH）2沉淀，而不能与EDTA完全反应，所以加入5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，使溶液PHEQ达到铬黑T的最好效果需要的酸度。3.5滴定时间和指示剂用量对结果的影响由于络合反应速度较慢，滴定时终点变色较迟缓，所以在滴定接近终点时应适当放慢速度并不断摇动锥形瓶。并且铬黑T会随着时间推移慢慢被氧化，所以用铬黑T指示剂时应把滴定时间控制在5分钟内。指示剂本身也是一种络合剂，指示剂的用量过多或过少都会影响实验结果，所以指示剂的用量应使溶液呈现明显可见的红色即可。同时应保持各组实验，滴定前溶液颜色基本一致，滴定后亦是如此，尽量减少操作误差。结论本次实验用碳酸钙基准物质对EDTA进行标定，并用EDTA标准溶液测定水的硬度。在置信度为95%的条件下，水的总硬度的置信区间为11.87±0.16（。），RSD为1.1%；钙硬度的置信区间11.18±0.07（。），RSD为0.6%。同时本实验还分析了基准物质CaCO3，其他共存离子，溶液PH值，缓冲溶液，滴定时间以及速度对实际水样中硬度分析的影响，从而能够进一步减小误差，从而使实验的结果更加精确。致谢：感谢吴明君老师的悉心指导，和同学的配合。同时感谢学校为我们提供实验场所，和理学院实验准备老师辛勤工作。参考文献：［1］沈永玲，水硬度的测定方法［J］，广州化工，2011,,39（20）：20~21⑵席晓琴，电解液阴极大气辉光放电原子发射光谱检测水硬度［J］，分析化学仪器装置与实验技术，2013,38（3）：449~452［3］ 豆康宁等，水的硬度和pH值对面包品质的影响［J］，粮食加工，2014,39（6）：63~64［4］ 刘姓等，水的硬度对海参涨发率的影响［J］，食品工业科技，2009,30（2）：232~233［5］ 齐晓垄等，水的硬度对乳化油墨印刷适性的影响［J］，包装工