实验十二-水硬度的测定

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/L2总硬度的测定条件与原理测定条件：以NH3-NH4Cl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)EDTAMCaCO3/0.1钙硬度＝(CV2)EDTAMCa/0.1镁硬度＝C(V1-V2)MMg/0.1三实验步骤实验步骤思考题总硬度的测定用100mL吸管移取三份水样，分别加5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，2～3滴铬黑T指示剂，用EDTA标准溶液滴定，溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。1、水硬度的测定包括哪些内容？如何测定？2、我国如何表示水的总硬度，怎样换算成德国硬度？3、用Zn2+标准溶液标定EDTA标准溶液有二种方法，水硬度的测定实验中所用EDTA应用哪种方法标定？4、怎样移取100mL水样？5、为什么测定钙、镁总量时，要控制pH=10？叙述它的测定条件。6、测定总硬度时，溶液中发生了哪些反应，它们如何竞争7、如果待测液中只含有Ca2+，能否用铬黑T为指示剂进行测定?钙硬度测定用100mL吸管移取三份水样，分别加2mL6mol·L-1NaOH溶液，5～6滴钙指示剂，用EDTA标准溶液滴定，溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。8、测定钙硬度时，为什么加2mL6mol·L-1NaOH溶液使溶液的pH=12～13？叙述它的测定条件。9、为什么钙指示剂能在pH=12～13的条件下指示终点？10、怎样减少测定钙硬度时的返红现象？11、怎样做空白实验，为什么要做空白实验，实验中为什么不做？12、怎样表示实验结果？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？四实验数据记录与处理总硬度的测定序号123自来水体积V水/mLV初/mLV终/mLV总/mL平均体积V1/mL总硬度/mg/L平均值/mg/L(舍前)ST平均值/mg/L(舍后)钙硬度的测定序号123自来水体积V水/mLV初/mLV终/mLV总/mL平均体积V2/mL钙硬度/mg/L平均钙硬度/mg/L(舍前)ST平均钙硬度/mg/L(舍后)镁硬度＝C(V1-V2)MMg/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Ca2+，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MgCO3等形式存在而溶解不完全），滴定Mg2+。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-1CaCO3表示水的总硬度，德国以10×10-3g·L-1CaO表示水的硬度，因此，如以我国1×10-3g·L-1CaCO3表示的总硬度换算成德国度时，需乘以系数0.056。德国度oDH(10×10-3g·L-1CaO)=总硬度(g·L-1CaCO3)×56.08/(100.09×10)=总硬度(g·L-1CaCO3)×0.0563、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-MgY2-，滴定Ca2+的最低pH=8,滴定Mg2+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Mg2+配位（为什么？）为MgIn-，当滴加EDTA后，EDTA先与游离的Ca2+、Mg2+配位，最后夺取MgIn-中的Mg2+：MgIn-+H2Y2-＝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Ca2+，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-1Ca2+溶液，终点误差为-1.5%；若滴定的是0.02mol·L-1Mg2+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Ca2+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2mL6mol·L-1NaOH溶液使溶液的pH=12～13？叙述它的测定条件。1在pH=12～13的条件，Mg2+形成Mg(OH)2沉淀，不干扰钙的测定。2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：pKa2=7.4pKa3=13.5H2In-HIn2-In3-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7.4pH13.5就能满足。为了排除Mg2+的干扰，因此在pH=12～13的条件下，滴定钙，终点呈蓝色。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Mg2+对测定的干扰，由于沉淀会吸附被测离子Ca2+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-1CaCO3），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V2的平均值；计算钙硬度（g·L-1Ca2+）；⑶镁硬度：取三次测定总硬度时所得的EDTA标准液体积V1的平均值；由体积V1的平均值和体积V2的平均值计算镁硬度（g·L-1Mg2+）。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Al3+、Fe3+、Cu2+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：Al3+、Fe3+用三乙醇胺，Cu2+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，1mL20g·L-1Na2S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。怎样选择标定EDTA标准液的工作基准试剂？选择工作基准试剂的原则是与测定对象尽量一致，因此在水硬度的测定中，标定EDTA溶液的工作基准试剂也可选用CaCO3。1CaCO3基准试剂的干燥将CaCO3放烘箱中于393K下干燥2h，稍冷后置于干燥器中冷至室温。2CaCO3标准溶液配制准确称取0.17～0.20gCaCO3，先用少量水湿润，盖上表面皿，缓慢加1:1HCl10mL，加热溶解。溶解后将溶液转入250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。30.01mol·L-1EDTA标准溶液的标定a.用吸管吸取25.00mLCa2+试液，加入10mLpH=10的氨缓冲溶液，2～3滴K-B指示剂(0.2g酸性铬蓝K和0.4g萘酚B，配制为1000mL水溶液)，用EDTA溶液滴定至溶液由紫红色变为蓝绿色，即为终点。b.用含Mg-EDTA的缓冲溶液（见下面的讨论2），以铬黑T为指示剂标定。若水样中Mg2+的含量较低时，应如何测定水硬度？⑴当水样中Mg2+的含量较低时（一般要求相对于Ca2+来说须有5%Mg2+存在），因用铬黑T指示剂往往得不到敏锐的终点，可在EDTA标准溶液中加入适量Mg2+（标定前加入Mg2+，对终点没有影响）或者在缓冲溶液中加入一定量的Mg-EDTA盐，利用置换滴定法的原理来提高终点变色的灵敏性，后者配法如下：氨性缓冲溶液pH=10；称取20gNH4Cl，加100mL浓氨水，加Mg2+EDTA盐全部溶液，用水稀释至1L；Mg-EDTA盐溶液的配制，称取0.25gMgCl2·6H2O于100mL烧杯中，加入少量水溶解后转入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，用干燥的吸管移取50.00mL溶液，加5mLpH=10的氨缓冲溶液，4～5滴铬黑T指示剂，用0.1mol·L-1EDTA溶液滴定至溶液由紫红变为蓝色，即为终点。取此同量的EDTA溶液加入容量瓶剩余的镁溶液中，即成Mg2+-EDTA盐，将此溶液全部倾入上述缓冲溶液中。⑵采用K-B混合指示剂，终点颜色由紫红色变为蓝绿色。吸取水样的体积不准。原因1操作不准确或不熟练；2思考题4答案中3、4未做好。解决办法多练习吸管的操作。终点过。原因1急躁；2不了解配位反应的特点：反应速度比酸碱反应慢。解决办法近终点，滴一滴多摇动。加错指示剂。原因解决办法先看标签再取指示剂，若不仔细看标签，就会将颜色相近的两种指示剂（铬黑T、钙指示剂）取错。在配位滴定中，采用不同的滴定方式，不仅可以扩大配位滴定的应用范围，而且可以提高配位滴定的选择性。1直接滴定法直接滴定法是配位滴定中的基本方法。这种方法是将试样处理成溶液后，调节至所需要的酸度，加入必要的其他试剂和指示剂，直接用EDTA滴定。采用直接滴定法时，必须符合下列条件。被测离子的浓度cM及其EDTA配合物的条件稳定常数K'MY应满足lg(cMK'MY)≥6的要求，至少应在5以上。配位速度应该很快。应有变色敏锐的指示剂，且没有封闭现象。在选用的滴定条件下，被测离子不发生水解和沉淀反应。金属离子的水解沉淀反应是容易防止的。例如，在pH=l0时滴定Pb2+，可先在酸性试液中加入酒石酸盐，将Pb2+配位，再调节溶液的pH为l0左右，然后进行滴定。这样就防止了Pb2+的水解。在这里，酒石酸盐是辅助配位剂。2返滴定法返滴