水的总硬度的测定
水的总硬度的测定
【摘要】
水的硬度是水质质量检测的一个重要指标,通过在一定的条件下,以EDTA为络合滴定剂,测定水的硬度可以让学生理解和巩固所学知识,了解其实际意义。这对于培养学生运用所学知识解决实际问题的能力,研究创新精神,产生了良好效果。
【关键字】
总硬度 钙硬度 镁硬度 EDTA 络合滴定
【实验目的】
1. 了解络合滴定法的原理及其应用。
2. 掌握络合滴定法中的直接滴定法,学会用配位滴定法测定水的总硬度。
3. 掌握EDTA标准溶液的配制与标定的原理。
4. 了解标定EDTA所用指示剂的性质和使用的条件。
5. 掌握用CaCO3标定EDTA的方法。
【实验原理】
1、 水的总硬度的测定:
含有钙镁盐类的水叫硬水(硬度小于5.6度的一般可称软水)。硬度有暂时硬度和永久硬度之分。凡水中含有钙、镁的酸式碳酸盐,
遇热即成碳酸盐沉淀而失去其硬度则为暂时硬度;凡水中含有钙、镁的硫酸盐、氯化物、硝酸盐等所成的硬度称为永久硬度。
暂时硬度和永久硬度的总和称为“总硬”。由Mg2+离子形成的硬度称为“镁硬”,由Ca2+离子形成的硬度称为“钙硬”。
测定水的硬度常采用配位滴定法,用乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)的标准溶液滴定水中Ca、Mg总量,然后换算为相应的硬度单位(我国采用 mmol/L或mg/L(CaCO3)为单位表示水的硬度)。
按国际标准方法测定水的总硬度:在pH=10的NH3—NH4Cl缓冲溶液中(为什么?),以铬黑T(EBT)为指示剂,用EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色即为终点。滴定过程反应如下:
⑴ 指示剂:铬黑T(EBT)
PH <6.3 (紫); PH 6.3~11.5 (蓝); PH >11.5 (橙) ⑵ 滴定过程颜色变化:
滴定前: EBT + Mg2+= Mg-EBT
(蓝色) (紫红色)
滴定时: EDTA + Ca2+= Ca-EDTA
(无色)
EDTA + Mg2+= Mg-EDTA
(无色)
终点时:EDTA + Mg-EBT = Mg-EDTA + EBT
(紫红色) (蓝色) 到达计量点时,呈现游离指示剂的纯蓝色。
⑶ 终点颜色变化:(紫红色) → (蓝色)
⑷ 干扰离子的掩蔽:
若水样中存在Fe3+,Al3+等微量杂质时,可用三乙醇胺进行掩蔽,Cu2+、Pb2+、Zn2+等重金属离子可用Na2S或KCN掩蔽。
⑹ 分测钙、镁硬度:
可控制pH介于12~13之间(此时,氢氧化镁沉淀),选用钙指示剂进行测定。镁硬度可由总硬度减去钙硬度求出。
2、EDTA的标定:
EDTA标准溶液常采用间接法配制,由于EDTA与金属形成1:1配合物,因此标定EDTA溶液常用的基准物是一些金属以及它们的氧化物和盐,如:Zn、ZnO、CaCO3、Bi、Cu、MgSO4·7H2O、Ni、Pb、ZnSO4·7H2O、等。
为了减小系统误差,本实验选用CaCO3为基准物,在pH=10的NH3—NH4Cl缓冲溶液中,以铬黑T为指示剂,进行标定(标定条件与测定条件一致)。用待标定的EDTA溶液滴至溶液由紫红色变为纯蓝色即为终点。
滴定前: EBT + Mg2+-EDTA= Mg-EBT+ EDTA
(蓝色) (紫红色)
滴定时: EDTA + Ca2+= Ca-EDTA
(无色)
终点时:EDTA + Mg-EBT = Mg-EDTA + EBT
(紫红色) (无色) (蓝色)
K稳(Ca-EDTA)>K稳(Mg-EDTA)>K稳(Mg-EBT)>K稳(Ca-EBT)
【仪器与试剂】
1.仪器:分析天平、称量瓶、台秤、滴定管、锥形瓶、烧杯、玻棒、表面皿、试剂瓶等。
2.试剂:乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na·2H2O,A.R)、碳酸钙
(基准试剂)、氨-氯化铵缓冲溶液(pH=10)、HCl 1∶1、铬黑T指示剂 0.5%。
铬黑T指示剂 常用两种配制方法:①取铬黑T0.1g与研细的干燥氯化钠10g混匀,配成固体混合剂保存在干燥器中,用时挑取少许即可。②铬黑T指示剂(0.5%):铬黑T0.2g溶于三乙醇胺15ml,待完全溶解后,加无水乙醇5ml。此溶液可保存数月。
【实验步骤】
1.0.01mol·L-1EDTA标准溶液的配制和标定
1)配制:在台秤上称取2gEDTA于烧杯中,用少量水加热溶解,冷却后转入500mL聚乙烯塑料瓶中加去离子水稀释至500mL。
2)标定:准确称取CaCO3基准物0.25g,置于100mL烧杯中,用少量水先润湿,盖上表面皿,慢慢滴加1∶1HCl 5mL,待其全部溶解后,加去离子水50ml,微沸数分钟以除去CO2,冷却后用少量水冲洗表面皿及烧杯内壁,定量转移入250mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。 移取25.00mLCa2+标准溶液于250mL锥形瓶中,(加1滴甲基红,用氨水中和至溶液由红变黄.氨性缓冲溶液若缓冲容量够,此步可省略),加入20mL水和5ml Mg2+-EDTA溶液,再加入10ml氨性缓冲溶液,3滴铬黑T指示剂指示剂,立即用待标定的EDTA溶液滴定至溶液由紫红色(酒红色)变为纯蓝色(紫蓝色),即为终点。平行标定三次,计算EDTA溶液的准确浓度。
2.自来水总硬度的测定
移取水样100.0mL于250mL锥形瓶中,加入1~2滴1:1HCL微沸数分钟以除去CO2,冷却后,加入3mL1∶1三乙醇胺(若水样中含有重金属离子,则加入1mL2%Na2S溶液掩蔽),5mL氨性缓冲溶液,2~3滴铬黑T(EBT)指示剂,EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色,即为终点。注意接近终点时应慢滴多摇。平行测定三次,计算水的总硬度,以mg/L(CaCO3)表示分析结果。
附:钙硬度和镁硬度的测定
取水样100.0mL于250mL锥形瓶中,加入2mL 6mol·L-1NaOH溶液,摇匀,再加入0.01g钙指示剂,摇匀后用0.005mol·L-1EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。计算钙硬度。由总硬度和钙硬度求出镁硬度。
【注意事项】
1. 贮存EDTA溶液应选用聚乙烯瓶或硬质玻璃瓶,以免EDTA与玻璃中的金属离子作用。
2. 配合反应为分子反应,反应速度不如离子反应快,近终点时,滴定速度不宜太快。
【数据处理】
【问题及讨论】
1.为什么滴定Ca2+、Mg2+总量时要控制pH≈10,而滴定Ca2+分量时要控制pH为12~13?若pH>13时测Ca2+对结果有何影响?
答:因为滴定Ca2+、Mg2+总量时要用铬黑T作指示剂,铬黑T在pH为8~11之间为蓝色,与金属离子形成的配合物为紫红色,终点时溶液为蓝色。所以溶液的pH值要控制为10。测定Ca2+时,要将溶液的pH控制至12~13,主要是让Mg2+完全生成Mg(OH)2沉淀。以保证
准确测定Ca2+的含量。在pH为12~13间钙指示剂与Ca2+形成酒红色配合物,指示剂本身呈纯蓝色,当滴至终点时溶液为纯蓝色。但pH>13时,指示剂本身为酒红色,而无法确定终点。
2.如果只有铬黑T指示剂,能否测定Ca2+的含量?如何测定? 答:如果只有铬黑T指示剂,首先用NaOH调pH>12,使Mg2+生成沉淀与Ca2+分离,分离Mg2+后的溶液用HCl调pH=10,在加入氨性缓冲溶液。以铬黑T为指示剂,用Mg—EDTA标准溶液滴定Ca2+的含量
【参考文献】
1. 张剑荣,戚苓,方惠群编。仪器分析实验。北京:科学出版社,1999。
2. 陈培榕,邓勃主编。现代仪器分析实验与技术。北京:清华大学出版社,1999。
3. 北京师范大学化学系分析研究室编。基础仪器分析实验。北京:北京师范大学出版社,1985.