大化实验 水硬度的测定 钙镁总量的测定
实验十二 水硬度的测定
一 实验目的
1、了解硬度的常用表示方法;
2、学会用配位滴定法测定水中钙镁含量,钙含量的原理和方法
3、掌握铬黑T ,钙指示剂的使用条件和终点变化。
二、实验原理
1、 总硬度、钙硬度、镁硬度的概念及表示方法;
水的硬度主要是指水中含可溶性的钙盐和镁盐。总硬度通常以每L 水中含的碳酸钙的mg 数,即mg/L.
钙硬度即每1L 水中含的钙离子的mg 数,mg/L.
镁硬度即每1L 水中含的镁离子的mg 数,mg/L
2 总硬度的测定条件与原理
测定条件:以NH 3-NH 4Cl 缓冲溶液控制溶液pH =10,以铬黑T 为指示剂,用EDTA 滴定水样。
原理:滴定前水样中的钙离子和镁离子与加入的铬黑T 指示剂络合,溶液呈现酒红色,随着EDTA 的滴入,配合物中的金属离子逐渐被EDTA 夺出,释放出指示剂,使溶液颜色逐渐变蓝,至纯蓝色为终点,由滴定所用的EDTA 的体积即可换算出水样的总硬度。
3 钙硬度的测定条件与原理;
测定条件:用NaOH 溶液调节待测水样的pH 为13,并加入钙指示剂,然后用EDTA 滴定。
原理:调节溶液呈强碱性以掩蔽镁离子,使镁离子生成氢氧化物沉淀,然后加入指示剂用EDTA 滴定其中的钙离子,至酒红色变为纯蓝色即为终点,由滴定所用的EDTA 的体积即可算出水样中钙离子的含量,从而求出钙硬度。
4、相关的计算公式
总硬度=(CV1) EDTA M CaCO3/0.1 钙硬度=(CV2) EDTA M Ca /0.1 镁硬度=C(V1-V 2)M Mg /0.1
三 实验步骤
四 实验数据记录与处理
总硬度的测定
钙硬度的测定
镁硬度=C(V1-V 2)M Mg /0.1
五、思考题
1、水硬度的测定包括哪些内容?如何测定?
〈1〉水硬度的测定包括总硬度与钙硬度的测定,镁硬度则根据实验结果计算得到;
〈2〉可在一份溶液中进行,也可平行取两份溶液进行;
①.在一份溶液中进行;先在pH=12 时滴定Ca 2+ ,再将溶液调至pH=10 (先调至pH=3,再调至pH=10,以防止Mg(OH)2
或MgCO 3等形式存在而溶解不完全),滴定Mg 2+。
②.平行取两份溶液进行:一份试液在pH=10时测定Ca ,Mg 总量,另一份在pH=12时测定Ca ,由两者所用EDTA 体积之差求出Mg 的含量。本实验采用第二种方法。
2、我国如何表示水的总硬度,怎样换算成德国硬度?
我国通常以1×10-3g·L-1 CaCO3表示水的总硬度,德国以10×10-3g·L-1 CaO表示水的硬度,因此,如以我国1×10-3g·L-1
CaCO 3表示的总硬度换算成德国度时,需乘以系数0.056。德国度o DH(10×10-3g·L-1 CaO) = 总硬度(g·L-1
CaCO 3)×56.08/(100.09×10) = 总硬度(g·L-1 CaCO3)×0.056
3、怎样移取100mL 水样?
⑴由于移取的水样体积大,因此移取时盛水样的烧杯为400mL ;
⑵吸取水样用水泵、真空泵,而不是洗耳球;
⑶将真空泵上的橡皮管微接(不是全部套住)100mL 吸管的管口,使水以适中的速度进入吸管。若全部套住,进水速度快,会带入大量小气泡(水呈浑浊样),使移取的体积不准。
⑷注意右手食指的操作,因100mL 吸管的上口管径大,溶液下流快,故调节液面至刻度线时,应微松食指使液面缓缓下降,以控制液面的最低点恰与刻度线相切,同时紧按食指,使液面不再下降,使移取水样的体积准确。
⑸每个实验室公用三支100mL 无分度吸管,以及相配套的400mL 烧杯及表面皿。
5、为什么测定钙、镁总量时,要控制pH=10?叙述它的测定条件。
⑴因稳定常数 CaY2-> MgY 2-,滴定Ca 2+的最低pH=8,滴定Mg 2+的最低pH=10,指示剂铬黑T 使用的最适宜pH 范围为9~10.5, 因此测定时pH=10。
⑵测定总量的条件为,在pH=10的氨性缓冲溶液中,以铬黑T 为指示剂。
6、测定总硬度时,溶液中发生了哪些反应,它们如何竞争
在pH=10的缓冲溶液中,加入铬黑T 指示剂后,指示剂先与Mg 2+配位(为什么?)为MgIn -,当滴加EDTA 后,EDTA 先与游离的Ca 2+、Mg 2+配位,最后夺取MgIn -中的Mg 2+ :
MgIn - + H2Y 2- = MgY2- + HIn2- + H+
溶液的颜色由酒红色变为纯蓝色。
7、 如果待测液中只含有Ca 2+,能否用铬黑T 为指示剂进行测定?
若按本实验条件用直接滴定法测定总硬度,则不能。经计算可知,在pH=10的氨性溶液中,以铬黑T 为指示剂,用
0.02mol·L-1EDTA 滴定0.02mol·L-1Ca 2+溶液,终点误差为-1.5%;若滴定的是0.02mol·L-1 Mg2+溶液,终点误差为0.11%。
此结果表明,采用铬黑T 为指示剂时,尽管CaY 比MgY 稳定,但测定钙的终点误差较大,这是由于铬黑T 与Ca 2+显色不灵敏所致。
若按照置换滴定法进行实验,则可以。只要在溶液中加入少量MgY ,在pH=10的条件下,用铬黑T 为指示剂就能进行测定
8 测定钙硬度时,为什么加2mL 6mol·L-1NaOH 溶液使溶液的pH=12~13?叙述它的测定条件。
在pH=12~13的条件,Mg 2+形成Mg(OH)2沉淀,不干扰钙的测定。
钙硬度的测定条件:pH=12~13,以钙指示剂为指示剂。
9为什么钙指示剂能在pH=12~13的条件下指示终点?
在溶液中,钙指示剂存在下列平衡 :
H 2In - p K a2=7.4 HIn 2- p K a3=13.5 In 3-
酒红
色 蓝色 酒红色
由于MIn 为酒红色,要使终点的变色敏锐,从平衡式看7.4
10、怎样减少测定钙硬度时的返红现象?
测定钙硬度时,采用沉淀掩蔽法排除Mg 2+对测定的干扰,由于沉淀会吸附被测离子Ca 2+和钙指示剂,从而影响测定的准确度和终点的观察(变色不敏锐),因此测定时注意:
⑴在水样中加入NaOH 溶液后放置或稍加热(298K ),待看到Mg(OH)2沉淀后再加指示剂。放置或稍加热使Mg(OH)2沉淀形成,而且颗粒稍大,以减少吸附;
⑵近终点时慢滴多搅,即滴一滴多搅动,待颜色稳定后再滴加。
11、、怎样表示实验结果?
⑴总硬度:计算三份水样的总硬度(g·L-1 CaCO3),求平均值(包括S ,T 等处理),将总硬度转化为德国度,说明水
样是否符合饮用水标准;
⑵钙硬度:取三次测定钙硬度时所得的EDTA 标准液体积V 2的平均值;计算钙硬度(g·L-1 Ca2+);
⑶镁硬度:取三次测定总硬度时所得的EDTA 标准液体积V 1的平均值;由体积V 1的平均值和体积V 2的平均值计算镁硬
度(g·L-1 Mg2+)。
13、 如水样中含有Al3+、Fe3+、Cu2+,能否用铬黑T 为指示剂进行测定,如可以,实验应该如何做?
由于Al 3+、Fe 3+、Cu 2+等对指示剂有封闭作用,如用铬黑T 为指示剂测定此水样,应加掩蔽剂将它们掩蔽:Al 3+、Fe 3+用三乙醇胺,Cu 2+用乙二胺或硫化钠掩蔽。
例:取适量体积的水样,加入3mL 三乙醇胺(200g·L-1水溶液),5mL 氨性缓冲溶液,1mL 20g·L-1Na 2S 溶液,2~3滴
铬黑T 指示剂,用EDTA 标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色即为终点