应用化学分析化学实验

3.水硬度测定水硬度的测定分为水的总硬度以及钙-镁硬度两种，前者是测定Ca、Mg总量，后者则是分别测定Ca和Mg的含量。
世界各国表示水硬度的方法不尽相同。我国采用mmol.L-1或mg.L-1（CaCO3）为单位表示水的硬度。一般采用络合滴定法测定水的总硬度。即在pH＝10的氨性溶液中，以铬黑Ｔ作为指示剂,用EDTA标准溶液直接滴定水中的Ca2+、Mg2+，直至溶液由紫红色经紫蓝色转变为蓝色，即为终点。反应如下：
五、实验记录与数据处理
盐酸标准溶液浓度（mol.L-1）
实验编号
1
2
3
取混合碱液体积V，（ml）
25.00
HCl：第一滴定终点读数，（ml）
初始读数，（ml）
净用量V1，（ml）
HCl：第二滴定终点读数，（ml）
初始读数，（ml）
净用量V2，（ml）
混合碱组成
W（Na2CO3）（g.L-1）
W（NaHCO3）（g.L-1）
标定EDTA的基准物质有纯的金属：如Cu、Zn、Ni、Pb，以及它们的氧化物。
某些盐类：如CaCO3、ZnSO4.7H2O、MgSO4.7H2O。
考虑到后面的实验为自来水总硬度的测定，本实验采用CaCO3为基准物质。
2.金属离子指示剂：在络合滴定时，与金属离子生成有色络合物来指示滴定过程中金属离子浓度的变化。
三、实验仪器与试剂
仪器：酸式滴定管、250mL容量瓶、250mL锥形瓶。
试剂：已标定好的0.10mol/L盐酸标准溶液、甲基橙1g/L水溶液、酚酞1g/L、乙醇溶液、混合碱液。
四、实验步骤
1、混合碱液的稀释
准确吸取混合碱液25.00mL于250mL容量瓶中，加水稀释至刻度线，摇匀。
2、混合碱液的测定
强酸配制及标定
1、0.1mol.L-1HCl溶液浓度的配制
量取9ml浓盐酸，注入1000ml水中，摇匀。
2、0.1mol.L-1HCl溶液浓度的标定
在电子天平上准确称取三份灼烧至恒重的工作基准试剂无水Na2CO30.15~0.2克于250ml锥形瓶中,加50mL水溶解后,加2~3滴甲基橙指示剂,然后用待标定的0.1mol.L-1HCl滴定至溶液由黄色变为橙色即为终点,记下消耗HCl溶液的体积。平行滴定3次。同时做空白实验。
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
计量点时溶液的pH值约为4，可选用甲基橙作指示剂。滴定终点，溶液由黄色变为橙色。根据Na2CO3的质量和所消耗的HCl的体积，即可计算出准确浓度。
三、实验仪器与试剂
仪器：酸碱式滴定管，电子天平，台式天平及滴定用常规玻璃仪器
试剂：氢氧化钠（A.R），邻苯二甲酸氢钾（A.R），0.1％酚酞乙醇溶液，浓盐酸、基准碳酸钠、甲基橙
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Na2CO3+ HCl = NaCl + NaHCO3
设滴定体积V1mL，再加入甲基橙指示剂，继续用HCl标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色即为终点。此时NaHCO3被中和成H2CO3，反应为：
NaHCO3+ HCl = NaCl + H2O + CO2↑
1、用邻苯二甲酸氢钾（KHC8H404）标定
邻苯二甲酸氢钾易得纯品，在空气中不吸水，容易保存，是标定NaOH溶液的较好的基准物质。使用前在100～125℃烘2～3h。它与NaOH的反应为：
化学计量点时溶液的pH≈9.1，可选酚酞作指示剂。
2、用草酸（H2C204·2H20）标定
草酸易得纯品，稳定性也好。但草酸溶液不够稳定，能自动分解成CO2和CO，光照和催化剂能加速分解，所以制成溶液后应立即滴定。
3．掌握滴定操作和滴定终点的判断；
4.掌握酸碱滴定的应用。
二、实验原理
NaOH标准溶液的标定原理
NaOH具有强吸湿性，也容易吸收空气中的CO2，常含有Na2CO3。因此，NaOH标准溶液只能用间接法配制。为了避免CO2的影响，还需配制不含CO32-的NaOH溶液。
配制不含CO32-的NaOH溶液常用的方法是将NaOH制成饱和溶液(浓度为18mol·L-1)。在这种溶液中Na2CO3几乎不溶解而沉淀下来。吸取上层清液，用无CO2的馏馆水稀释至所需要的浓度。
W（NaOH）（g.L-1）
实验结果分析：
六、思考题
1、双指示剂法中，达到第二计量点时为什么不用加热除去CO2？
2、测量一批混合碱样时，若出现①V2>V1>0；②V1=V2>0；③V1>V2>0；④V1=0，V2不等于0；⑤V2=0，V1不等于0五种情况时，各样品的组成有何差别？
实验教案
课题(项目)名称:自来水总硬度的测定
实验教案
课题(项目)名称:酸碱标准溶液的配制和标定
计划学时: 6
实验类型: 1.演示性□2.验证性√3.综合性□4.设计性□5.其它□
授课日期:年月日
第周星期第节
一、实验目的
1．掌握配制NaOH标准溶液和用基准物质标定NaOH标准溶液浓度的方法；
2.掌握配制HCl标准溶液和用基准物质标定HCl标准溶液浓度的方法；
草酸是二元弱酸（Ka1=5.9×10-2，Ka2=6.4×10-5，用NaOH滴定时，两级H+同时被中和。
H2C204+2NaOH=Na2C204+2H20
化学计量点时溶液pH≈8.4，可选酚酞作指示剂。
本实验采用邻苯二甲酸氢钾（KHC8H404）标定
HCl标准溶液的标定原理
市售盐酸中HCl含量不稳定，且常含有杂质，应采用间接法配制，再用基准物质标定，确定其浓度。
设此时消耗HCl标准溶液的体积V2mL，根据V1和V2可以判断出混合碱的组成。设试液的体积为VmL。
当V1>V2时，试液为NaOH和Na2CO3的混合物，NaOH和Na2CO3的含量（以质量浓度g•L-1表示）可由下式计算：
当V1<V2时，试液为Na2CO3和NaHCO3的混合物，NaOH和Na2CO3的含量（以质量浓度g•L-1表示）可由下式计算：
当少量Na2CO3存在对测定影响不大时，可称取比需要量稍多的固体NaOH，用少量水迅速洗涤2～3次，以洗去表面的Na2CO3，倾去洗涤水，然后配制成所需浓度的溶液。或者称取所需要量的NaOH试剂，用无CO2的蒸馏水溶解、配制。
标定NaOH溶液的基准物质有邻苯二甲酸氢钾和草酸等。也可以用标准酸溶液标定。
六数据处理naoh标准溶液的配制和标定草酸质量定容体积ml移取草酸溶液体积mlnaoh初读数naoh终读数用去naoh体积mlcnaohmoll1平均值moll1相对平均偏差hcl标准溶液的配制和标定编号项目na2co3基准试剂称量称量瓶试样质量倾倒前称量瓶试样质量倾倒后称得na2co3质量mhcl标准溶液滴滴定管初读数v初ml滴定管终读数v终ml实际hcl消耗体积vml结果计算chclmollhclmollrd相对偏差rad相对平均偏差七思考题1称取naoh固体为什么不能放在纸上称量而要放在表面皿上称量
计划学时: 6
实验类型: 1.演示性□2.验证性√3.综合性□4.设计性□5.其它□
授课日期:年月日
第周星期第节
一、实验目的
1.了解EDTA标准溶液的配制和标定原理。
2.掌握铬黑T和钙指示剂的应用，了解金属指示剂的特点。
3.了解水的硬度测定的意义和常用的硬度表示方法；
4.掌握EDTA测定水的硬度的原理和方法；
授课日期:年月日
第周星期第节
一、实验目的
1、进一步熟练滴定操作和滴定终点的判断。
2.掌握混合碱分析的测定原理、方法和计算。
二、实验原理
混合碱是Na2CO3与NaOH或Na2CO3与NaHCO3的混合物，可采用双指示剂法进行分析，测定各组分的含量。
在混合碱的试液中加入酚酞指示剂，用HCl标准溶液滴定至溶液呈微红色。此时试液中所含NaOH完全被中和，Na2CO3也被滴定成NaHCO3，反应如下：
用25mL的移液管移取25mL混合碱稀释液三份于250mL锥形瓶中，加2～3滴酚酞，以0.10mol.L-1HCl标准溶液滴定至红色变为无色为第一终点，记下HCl标准溶液体积V1，再加入2滴甲基橙，继续用HCl标准溶液滴定至溶液由黄色恰变橙色为第二终点，记下HCl标准溶液体积V2。平行测定三次，根据V1、V2的大小判断混合物的组成，计算各组分的含量。
酸碱滴定法的应用
有一未知酸/碱溶液，试判别：未知溶液是酸液还是碱液；未知液浓度。
五、实验注意事项：
1、NaOH具有强腐蚀性，不要接触到皮肤、衣服等。
2、碱式滴定管的使用
（1）赶气泡：将标准溶液充满滴定管后，应检查管下部是否有气泡，如有气泡，可将橡皮管向上弯曲，并在稍高于玻璃珠所在处用两个手指挤压，使溶液从尖嘴口喷出，即可除去气泡。
（2）碱管操作技能：左手无名指和小指夹住出口管，拇指和食指向侧面挤压玻璃珠所在部位稍上处的橡皮管，使溶液从空隙处流出。
注：①不能使玻璃珠上下移动
②不能捏玻璃珠下部的橡皮管
3、配制0.1mol.L-1HCl溶液时，因为浓盐酸易挥发，应在通风橱里操作；
4、注意滴定终点的判定。
六、数据处理
表1NaOH标准溶液的配制和标定
草酸质量/g
定容体积/mL
移取草酸溶液体积/mL
NaOH初读数
NaOH终读数
用去NaOH体积/mL
c(NaOH) /mol·L-1
平均值/mol·L-1
相对平均偏差
表2HCl标准溶液的配制和标定
编号
项目
1
2
3
Na2CO3基准试剂称量
称量瓶+试样质量/g (倾倒前)
称量瓶+试样质量/g (倾倒后)
称得Na2CO3质量M/g
标定盐酸溶液的常用基准物质是硼砂或无水碳酸钠。考虑到下个实验要用本实验制备的盐酸标准溶液测定混合碱（Na2CO3/NaOH、Na2CO3/ NaHCO3），因此本实验选用无水碳酸钠作为基准物质标定盐酸，以保证标定和测量条件一致，减少实验误差。
无水碳酸钠容易提纯，价格便宜，但具有吸湿性。因此Na2CO3固体需先在烘箱中于180℃高温下烘2~3h，然后置于干燥器中冷却后备用。Na2CO3与HCl的反应如下：
3、滴定结束后，溶液放置一段后为什么会褪为无色？
4、配制盐酸标准溶液时能否用直接配制法？为什么？
5、为什么无水碳酸钠要灼烧至恒重？
6、除用基准物质标定盐酸外，还可用什么方法标定盐酸？
实验教案
课题(项目)名称:混合碱的分析（双指示剂法）
计划学时: 4
实验类型: 1.演示性□2.验证性√3.综合性□4.设计性□5.其它□
四、实验步骤
强碱配制及标定
1、0.1mol·L-1NaOH标准溶液的配制。
用洁净而干燥的表面皿在台式天平上称取2gNaOH，迅速置于100mL烧杯中，用约2mL蒸馏水迅速洗涤2次，以除去NaOH表面上少量的Na2CO3，加50mL蒸馏水，搅拌全部溶解，移入带橡皮塞的试剂瓶中，加水稀释至500mL，摇匀，贴标签备用。
2、0.1mol/LNaOH标准溶液的标定
取105~110℃干燥至恒重的基准邻苯二甲酸氢钾约0.40 g（±10%），电子天平称量，置250ml锥形瓶中。加入50ml新鲜蒸馏水，振摇使之完全溶解，加0.1％酚酞指示剂3滴，用0.1mol/L NaOH标准溶液滴定使溶液由无色至微红色（30s不褪），即为终点。平行测定三次。计算NaOH溶液的浓度，三次测定的相对平均偏差应小于0.2％。
三、实验仪器与试剂
仪器：电子天平、托盘天平、碱式滴定管、250 mL容量瓶、25mL移液管、250 mL锥形瓶、烧杯、10mL和50mL量筒、500mI小口试剂瓶、表面皿、电炉或酒精灯。
M＋In←→MIn
颜色甲 颜色乙
滴入EDTA后，金属离子逐步被络合，当达到反应化学计量点时，已与指示剂络合的金属离子被EDTA夺出，释放出指示剂的颜色：
MIn＋Y←→MY＋In
颜色乙颜色甲
指示剂变化的pMep应尽量与化学计量点的pMsp一致。金属离子指示剂一般为有机弱酸，存在着酸效应，要求显色灵敏，迅速，稳定。
二、实验原理
1.EDTA：乙二胺四乙酸H4Y（本身是四元酸），由于在水中的溶解度很小，通常把它制成二钠盐（Na2H2Y·2H2O），也称为EDTA或EDTA二钠盐。EDTA相当于六元酸，在水中有六级离解平衡。与金属离子形成螯合物时，络合比皆为1：1。
EDTA因常吸附0.3%的水分且其中含有少量杂质而不能直接配制标准溶液，通常采用标定法制备EDTA标准溶液。
滴定前：EBT＋Me（Ca2+、Mg2+）＝Me－EBT
（蓝色）pH=10（紫红色）
滴定开始至化学计量点前：H2Fra bibliotek2-+ Ca2+＝CaY2-+ 2H+
H2Y2-+ Mg2+＝MgY2-+ 2H+
计量点时：H2Y2-+ Mg-EBT＝MgY2-+ EBT + 2H+
（紫蓝色）（蓝色）
滴定时，Fe3+、Al3+等干扰离子用三乙醇胺掩蔽，Cu2+、Pb2+、Zn2+等重金属离子可用KCN、Na2S或巯基乙酸掩蔽。
HCl标准溶液滴定
滴定管初读数V初/mL
滴定管终读数V终/mL
实际HCl消耗体积V /mL
结果
计算
C(HCl)/(mol/L)
(HCl) /(mol/L)
RD (相对偏差)
RAD (相对平均偏差)
七、思考题
1、称取NaOH固体为什么不能放在纸上称量，而要放在表面皿上称量？
2、NaOH溶液为什么要盛在带有橡皮塞的试剂瓶中？