常州工程职院化学实验技术教案07锅炉用水--总硬度的测定

《化学实验技术》项目7：锅炉用水--总硬度的测度任务1：锅炉用水--总硬度测定方案的确定(2学时) [教师介绍] 本次课的主要内容： 1.通过网络图书馆等手段查阅资料，确定锅炉用水总硬度的测定方案； 2.以小组为单位汇报方案，讨论确定方案； 3.研究配位滴定的相关知识。学生分组讨论进行任务分配：每组为一团体，共同查阅文献及网络，每个人查得的资料由组长汇总，大家讨论确定方案。学生讨论交流：初步明确总硬度测定方案提交方案：每组确定一名学生汇报展示初步拟定的测定方案，老师进行点评总结方案1：配位滴定­­直接滴定法方案2：沉淀滴定Ca 2+ + CO3 2­ → CaCO3 ↓ （因为碳酸钙不是难溶物质，在水中有一定溶解度，故此方法实验误差较大）方案3：配位滴定­­间接滴定法（）方案4：配位滴定­­返滴法方案5：配位滴定­­置换滴定学生汇报完毕后教师有针对性地补充相关知识概念：一、配位滴定对反应有哪些要求？（1）生成的配合物要相当稳定，配位反应必须完全，一般应满足 8 10³稳 K （2）反应必须按一定的反应式定量地进行（3）配位反应速度要快（4）要有合适的方法确定滴定终点（5）滴定过程中生成的配合物是可溶的二、配位滴定方式及其应用配位滴定法可采用不同的滴定方式直接或间接地测定周期表中大多数金属离子，具体如下：（一）、直接滴定法如果金属离子与 EDTA 的配位反应能满足滴定分析的要求，就可以直接滴定。该法简便、快速，可能引入的误差少，准确度高。水的硬度：水中除碱金属外所有金属离子浓度总和，一般以 Ca 2+ 、Mg 2+ 含量表示，其《化学实验技术》它金属离子含量很低忽略不计。Ca 2+ 、Mg 2+ 常以碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物等形式存在，含有盐的水称为“硬水”。水的硬度是生活用水、工业用水的一项重要指标，在实际生产中，常常需要测定水的硬度。目前，表示水硬度时常将Ca 2+ 、Mg 2+ 含量折合成CaCO3 或CaO的量，目前的两种表示方法为：①. 每升水中含CaCO3（或CaO）的质量表示，单位 mg/L ②. 用“度”来表示，10mgCaO=1度水的硬度可分为：以钙盐含量表示，称为钙硬度；以镁盐含量表示，称为镁硬度；以 Ca 2+ 、Mg 2+ 总量表示，称为总硬度。（二）、返滴定法当被测金属离子M 与EDTA反应很慢、M在滴定条件下易发生副反应、无合适的指示剂、指示剂有封闭现象等，此时，可采用返滴定法。在试液中先加入过量的EDTA，待与金属离子反应完全后，余下的 EDTA 用另一种标准溶液滴定，根据用量，可得待测离子的含量。（三）、置换滴定法利用置换反应，将金属离子或EDTA置换出来，然后用标准溶液滴定。（1）置换出金属离子例：当用 EDTA 测定 Ag + 时，生成的配合物 AgY 不稳定，不能直接滴定。可以将 Ag + 加入到[Ni(CN)4] 2 溶液中，Ag + 置换出Ni 2+ ，在 pH=10的氨性溶液中，以紫脲酸胺作指示剂， Ni 2+ 可以被EDTA滴定。反应式如下：置换反应：2Ag + +[Ni(CN)4] 2­ (过量)→2[Ag(CN)2] ­ +Ni 2+ （置换出金属离子Ni 2+ ）滴定反应：Ni + Y=NiY （2）置换出EDTA 例：测定 Al 3+ 时，溶液中同时存在干扰离子 Zn 2+ 、Cu 2+ 时，可向试液中先加入过量的 EDTA，并加热使它们都与EDTA发生配位反应，然后在pH=5~6时，以二甲酚橙指示剂，用 Zn 2+ 回滴余下的 EDTA。再加入 NH4F，F ­ 能与 Al 3+ 生成更稳定配合物 ­ 3 6 AlF ，F ­ 就从 AlY 中将Y置换出来，再Zn 2+ 滴定释放出来的Y。《化学实验技术》置换反应： AlY ­ +6F ­ = ­ 3 6 AlF + Y 4­ （置换出EDTA，Y 4­ ）滴定反应：Zn + Y=ZnY 4、间接滴定法有些金属离子（如Li + 、Na + 、K + 、Rb + 、Cs + 等）和一些非金属离子（如 ­ 2 4 SO 、 ­ 3 4 PO 等）由于不能与 EDTA 配位，或生成的配位物不稳定，这时可用间接滴定法测定。此法手续复杂，引入误差机会多，不是一种理想的方法。例：测定 CN ­ 可加入过量的 Ni 2+ ，此时 CN ­ 与 Ni 2+ 形成[Ni(CN)4] 2+ ，用紫脲酸铵指示剂，用EDTA滴定余下的Ni 2+ ，从而计算出CN ­ 的含量。反应如下：配位反应：CN ­+ + Ni 2+ （过量）→[Ni(CN)4] 2+ 滴定反应：Ni（余下）+ Y= NiY [学生进行讨论，优化测定方案]讨论评价其优缺点，并且对照本组初制订的方案，进行提升，总结实验的注意事项拟定方案，汇报上交拟定总硬度测定方案并汇报上交布置下一次任务：1）锅炉用水--总硬度测定方案的实施，写出预习报告2）课下进行方案的充实完善，资料查阅，整理，充实，完成预习报告实验方案示例：锅炉用水总硬度的测定 1、仪器与药品仪器：滴定分析仪器，250mL容量瓶，25mL、50mL吸量管，100mL量筒药品：乙二胺四乙酸二钠（Na2H2Y•2H2O），基准物ZnO（需在800℃灼烧恒重），缓冲溶液（pH=10）：称取 1.25g 乙二胺四乙酸二钠镁（Na2MgY•4H2O0 和 16.9g 氯化铵，溶于143mL氨水中，用水稀至250mL。铬黑T指示剂：5g/L三乙醇胺—乙醇（3+1）溶液，或0.5g铬黑T与100g氯化钠研细混匀，使用干粉。 2. 实验操作步骤（1）0.01mol/L 的 EDTA 标准滴定溶液的标定称取基准ZnO 0.2g（±10%）于100mL烧杯中，在通风橱中，加数滴浓HCl使其溶解，《化学实验技术》避免加入过量酸。再用量杯加约 40mL 蒸馏水，定量转移至 250mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。用吸量管移取上述Zn 2+ 标准溶液25.00mL于 250ml的锥形瓶中。用量杯加50mL蒸馏水，加 3d EBT 指示剂，加 5mL缓冲溶液，立即用 EDTA标准滴定溶液滴定到紫红色变为纯蓝色为终点。平行标定3份。 (2)水中钙镁含量的测定用25mL吸量管准确移取水样25.00mL于250mL锥形瓶中，加5mL缓冲溶液，加入3d EBT 指示液，用 EDTA 标准滴定溶液进行滴定，充分摇动，接近终点时，滴定速成度宜慢，直到溶液的颜色由紫红色刚变为纯蓝色即为终点。平行测定二次 3.数据记录与处理（1）求C（Zn 2+ ）=？mol/L 2500 . 0 38 . 81 ) ( 2´=+ m Zn C C（Zn 2+ ）­­­­­­ Zn 2+ 标准溶液的浓度，mol/L（4位有效数字） 0．2500­­­­­­­Zn 2+ 标准溶液的体积，L 81．38­­­­­­­ZnO的摩尔质量，g/mol m­­­­­­­基准ZnO的质量，g （2）求C（EDTA）= ？mol/L V Zn C EDTA C 25 ) ( ) ( 2´=+ C（EDTA）­­­­­­­EDTA标准滴定溶液的浓度，mol/L（4位有效数字） C（Zn 2+ ）­­­­­­ Zn 2+ 标准溶液的浓度，mol/L V­­­­­­­标定Zn 2+ 标准溶液所消耗的EDTA体积，mL 25­­­­­­标定所移取的Zn 2+ 标准溶液的体积，mL 极差：Cmax – Cmin 标定4次结果的好坏（精密度）用：“极差/平均值”来表示。 % 100 % min max´-= C C C 平均值极差 ­­­­­­­­­（1~2位有效数字）（3）求C（Ca 2+ + Mg 2+ ）=？mmol/L L mmol V EDTA C Mg Ca C / 25 10 ) ( ) ( 3 2 2´´=+++ C（EDTA）­­­­­­­EDTA标准滴定溶液的浓度平均值，mol/L C（Ca 2+ + Mg 2+ ）­­­­­­­水中Ca 2+ 与 Mg 2+ 的总浓度，mmol/L《化学实验技术》 V­­­­­­­滴定所消耗的EDTA的体积，mL 25­­­­­­­测定时，移取水样的体积，mL 测定结果的好坏用（精密度）用：“相对平均偏差Rd%（1~2位有效数字）”来表示。 % 100 2 % 2 1´´-+-=rrrrr Rd ­­­­­­­­­­­（1~2位有效数字）注意事项： 1、移液管移取25.00mL液体时，一定要移准 2、滴定时，规范地操作，终点要控制好。实验报告(锅炉用水总硬度的测定) 1、EDTA溶液的标定：项目 1 2 3 4 倾样前，称量瓶+ZnO 质量/g 倾样后，称量瓶+ ZnO 质量/g m（ZnO）/g V（EDTA）/mL C（EDTA） / mol·L ­1 c（EDTA） / mol·L ­1 极差 % 100´平均值极差 2、水中（Ca 2+ +Mg 2+ ）总含量的测定项目 1 2 3 取水样量V/ mL 25.00 25.00 25.00 V1（EDTA）/mL C （ Ca 2+ + Mg 2+ ） / mmol/L c （ Ca 2+ + Mg 2+ ） / mmol/L d Rd×100% 写出计算过程：《化学实验技术》任务2：锅炉用水--总硬度测定方案的实施(4学时) 1. 教师布置任务根据上一任务，每一小组制定了总硬度的测定方案,故本次任务为：锅炉用水­­总硬度的测定方案的实施 2. 学生进行实验，教师提示分析操作注意事项：滴定管的使用；分析天平的使用注意事项 1）首先进行基准物氧化锌的称量，3个样，0.18­0.22 g EDTA溶液的标定 2）用基准物的溶液配制成已知浓度的溶液对EDTA标准溶液进行标定 3）水中钙镁含量的测定用已知浓度EDTA测定锅炉水样中钙镁离子含量即测定水的总硬度 4）填写实验数据记录表 3. 数据的分析总结 1）学生分组汇报所测得的数据，并对所测得的数据进行分析，除去可疑数据 2）分析误差产生的原因 3）根据实验中的问题进行点评，纠正错误的操作，原理等知识的补充 4）对实验数据进行整理，对实验进行归纳总结，完成实验报告 4. 布置任务锅炉用水—总硬度测定方案的优化附表：实验报告(锅炉用水总硬度的测定) 1、EDTA溶液的标定：项目 1 2 3 4 倾样前，称量瓶+ZnO 质量/g 倾样后，称量瓶+ ZnO 质量/g m（ZnO）/g V（EDTA）/mL C（EDTA） / mol·L ­1 c（EDTA） / mol·L ­1 极差 % 100´平均值极差《化学实验技术》 2、水中（Ca 2+ +Mg 2+ ）总含量的测定项目 1 2 3 取水样量V/ mL 25.00 25.00 25.00 V1（EDTA）/mL C （ Ca 2+ + Mg 2+ ） / mmol/L c （ Ca 2+ + Mg 2+ ） / mmol/L d Rd×100% 写出计算过程：（1）求C（Zn 2+ ）=？mol/L 2500 . 0 38 . 81 ) ( 2´=+ m Zn C C（Zn 2+ ）­­­­­­ Zn 2+ 标准溶液的浓度，mol/L（4位有效数字） 0．2500­­­­­­­Zn 2+ 标准溶液的体积，L 81．38­­­­­­­ZnO的摩尔质量，g/mol m­­­­­­­基准ZnO的质量，g （2）求C（EDTA）= ？mol/L V Zn C EDTA C 25 ) ( ) ( 2´=+ C（EDTA）­­­­­­­EDTA标准滴定溶液的浓度，mol/L（4位有效数字） C（Zn 2+ ）­­­­­­ Zn 2+ 标准溶液的浓度，mol/L V­­­­­­­标定Zn 2+ 标准溶液所消耗的EDTA体积，mL 25­­­­­­标定所移取的Zn 2+ 标准溶液的体积，mL 极差：Cmax – Cmin 标定4次结果的好坏（精密度）用：“极差/平均值”来表示。 % 100 % min max´-= C C C 平均值极差 ­­­­­­­­­（1~2位有效数字）（3）求C（Ca 2+