自来水硬度的测定

实验目的

1.学习配制和标定EDTA标准溶液的方法;掌握铬黑T(EBT)指示剂和钙指示剂的使用条件和在终点时颜色的变化，了解络合滴定法的特点。学习测定水的总硬度、钙硬度和镁硬度的原理和方法。

3.学习酸溶法的溶样方法，掌握定量转移溶液的操作和容量瓶、移液管的正确使用方法。

二、实验原理

1.市售的EDTA二钠盐中含有EDTA酸和水分，不易精制,加之实验用水和其他试剂中也常含有金属离子,因此其标准溶液通常采用间接法配制。此时应根据测定的对象不同,采用不同的基准试剂来标定EDTA溶液的浓度。常用的基准试剂标定EDTA时,应尽量选择与被测组分相同的基准物质,使标定和测定时的条件-致,可以减小测定误差。

小t测定水的硬度时,常用CaCO3基准试剂标定EDTA溶液的浓度,选用钙指示剂指示终点,用NaOH控制溶液pH为12-13,其变色原理为滴定前

Ca+In(蓝色)=CaIn(红色)

滴定中

Ca+Y==CaY

终点时

Caln(红色)+Y=CaY+In(蓝色)由于钙、镁离子是天然水中的主要离子,因此-般以水中这两种离子的含量来计算水的硬度。所谓水的总硬度即水中所含钙镁离子的总量,其中包括碳酸盐硬度(暂时硬度,即通过加热后能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子)和非碳酸盐硬度(永久硬度,即加热后不能沉淀下来的那部分钙、镁离子)。硬度是衡量水质的一项重要指标,按照阳离子的不同还可区分为钙硬度和镁硬度。很多行业对所用水的硬度都有一定的要求,因此测定水的硬度是这些部门的常规分析项目之一,以便确定用水的质量并为水的软化处理提供依据。

在国际、国家和国内有关部门测定水的总硬度的行业标准中,指定方法是以铬黑T为指示剂的络合滴定法,并将水中钙、镁的总量折算成CaCO3的含量来表示总硬度,单位是mg/L。这一方法适用于生活饮用水、工业锅炉用水、冷却水、地下水和未被严重污染的地表水。例如,我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749--2006)中规定水硬度不得超过450mg/L。本方法原理如下。

在pH≈10的NH,-NH4CI缨冲溶液中,用EDTA标准溶液直接滴定水中Ca2+、Mg2+的总量,至溶液由紫红色(经紫蓝色)转变成蓝色为终点。其反应为.滴定前Mg2++EBT(蓝色)=Mg+EBT(紫红色)

滴定开始至计量点之前Ca2+(Mg2+)+H2Y22-=CaY2-(MgY2-)+2H+gie计量点时tMg-EBT(紫红色)+H2Y_=MgYτ+EBT(蓝色)+2H+由于铬黑T与Mg2+形成的络合物较其与Ca2+的络合物更为稳定,因此当水祥中镁的含量甚微时指示剂在终点的变色就不很敏锐。为了解决这一问题，可在水祥中加人少量MgY2-榕液予以改善,或者采用K-B混合指示剂指示终点(紫红至蓝绿)。

如需分别测定水的钙硬度和镁硬度,可加NtOH调节水样的因为12-13使Mg2+形成Mg(OH)2,沉淀,以钙指示剂指示终(紫红~纯蓝),用EDTA标准溶液滴定水样中的钙分量。镁分量即可由钙镁总量量与钙分量之差求得。三、试剂

乙二胺四乙酸二钠(Na2H2Y.2H20,AR)CaCO3(GR.110度干燥至恒重，干燥器中保存),0.5%铬黑T指示剂(0.5g铬黑T，加20mL三乙醇胺,用水稀释至100

mL),1%钙指示剂(1

B钙指示剂剂和100gNaCl研细混匀，储存于干燥容器中),氨性缓冲溶液(pH≈10,,20g

NH4CI和100

mL浓氨水，用水稀释至1L,混匀).0.02mol/LMgY2-溶液(配制方法见注释5),6mol/L

HCl溶液,1mol/LNa0H溶液。四、实验步骤

1.

配制500mL0.02mol/LEDTA溶液

在台秤上称取4.0g的Na2H2Y.2H20于500

mL烧杯中,加水200mL左右微热使其完全溶解后,冷却,转入试剂瓶(如需保存,则用聚乙烯瓶)中,稀释至500mL,摇匀，贴上标签。

2.配制250.0mL0.02mol/L钙标准溶液

(野准确称取0.50-0.55g基准试剂CaCO3于100mL小烧杯中,加几滴水使成糊状。盖上表面皿,由烧杯嘴沿杯壁向内慢慢滴加6mol.L~'HCI溶液5mL,反应剧烈时稍停,手指按住表面M略为转动烧杯底,使试样完全溶解。用洗瓶吹出少量水清洗表面皿的凸面和烧杯内壁,洗涤液应全部流人烧杯内,不得损失。此后按定量转移溶液的方法操作,将钙溶液全部转入250mL的容量瓶中,加水稀释定容、摇匀,做上记号。

3.标定EDTA溶液的浓度

准确移取20.00mL钙标准溶液于锥形瓶中,加人5mLNaOH溶液

(1mol/L)和适量钙指示剂,摇匀,用待标定的EDTA溶液进行滴定，至溶液由紫红色恰好变为纯蓝色为终点，记录Vr。平行标定3次,要求其I:v、的极差不大于0.05mL(以下同)。

4.水样总硬度的测定

用移液管移取适量水样于锥形瓶中(自来水样取100.0mL;人工配制水样取20.00mL),加入5mL氨性缓冲溶液和适量铬黑T指示剂(3-4滴)

,摇匀，用EDTA标准溶液进行滴定。因反应速度较慢,临近终点时应慢滴多摇,使反应充分,直至终点(紫红色~纯蓝色)。记录EDTA的用量V,,平行测定3次。

5.钙硬度的测定

移取等体积水样于锥形瓶中,加入适量1mol、LNaOH溶液(自来水样中加2mL;人工配制水样中加5mL)

,此时水样的pH应为12-13。加入适量钙指示剂,用EDTA标准溶液进行滴定,并不断振荡。临近终点时,滴定要慢,至试液由紫红色变为纯蓝色为终点。记录EDTA的用量V,平行测定3次。

6.由水中钙镁总量(总硬度)及钙的含量(钙硬度)即可算出镁的含量(镁硬度）数据记录处理钙标准溶液的标定基准物CaCO3的质量（g）体积(ml)浓度(mol/L)0.2682500.01702EDTA的标定次数项目123CCaCO30.01072VY初0.000.000.00VY终19.4519.5019.48VY19.4519.5019.48CY0.011010.010980.01100CY平0.01100dr平0.09%C硬度测定次数项目123V水样100.00100.00100.00VY初0.000.000.00VY终7.307.327.28VY17.307.327.28VY初0.000.000.00VY终5.705.725.74VY25.705.725.74ρ总160.7161.2160.7ρ总平160.9dr平0.15%ρ钙1.2541.2581.263ρ钙平1.258dr平0.24%ρ镁0.35360.35260.3426ρ镁平0.3496dr平1.3%总硬度：ρ钙：ρ=C六、思考题

1.由4个形成常数Kcay>Kmgy>Kmgm>Kcam排列顺序，说明用EDTA标准溶液滴定钙、镁总量至终点时，反应过程和变色原理，写出有关反应式。

答：滴定前加入指示剂，溶液中钙镁会与指示剂络合，发生反应为：Ca2++HIn2-(蓝色)==CaIn-(红色)+H+Mg2++HIn2-(蓝色)==MgIn-(红色)+H+（KMgIn>KCaIn）开始滴定，加入EDTA滴定剂，先与溶液中游离的钙镁络合，发生反应为：Ca+Y==CaYMg+Y==MgY（KCaY>KMgY）

2.以铬黑T为指示剂测定水中钙、镁总量时，为使终点明晰，当水样中Mg2+含量很低时，可加入一定量MgY2-予以改善。这样做对测定结果有无影响?为什么?

答：这种做法不可行，会导致测定结果偏高，水样中镁含量过低，可用总硬度减去钙含量。

七、讨论

分析实验现象或实验数据产生的误差原因，对实验中遇到的疑难问