总硬度及钙镁含量测定

实验十一水的总硬度及钙镁含量测定（3学时）

一、实验目的

1.了解水的硬度的表示方法。

2.通过钙、镁含量的测定，学习配位滴定法，掌握EDTA法测定钙、镁含量的原理和操作技术。

3.掌握铬黑T和钙指示剂的应用条件和终点颜色变化。

二、实验原理

天然水的硬度主要由Ca2＋、Mg2＋组成。水的硬度的表示方法很多，但常用的有两种：一是用“德国度(°H G)”表示，这种方法是将水中的Ca2＋、Mg2＋折合为CaO来计算，每升水含10mg就称为1德国度。另一种方法是用“mgCaCO3／L”表示，它是将每升水中所含的Ca2＋、Mg2＋都折合成CaCO3的毫克数，这种表示方法美国使用较多。

天然水按硬度的大小可以分为以下几类：0～4°H G叫极软水，4～8°H G叫软水，8～16°H G 叫中等软水，16～30°H G叫硬水，30°H G以上叫极硬水。

用EDTA法测定Ca2＋、Mg2＋含量的方法是，先测定Ca2＋、Mg2＋的总量，再测定Ca2＋的含量，然后由测定Ca2＋、Mg2＋总量时消耗EDTA的体积减去测定Ca2＋含量时消耗EDTA 的体积而求得Mg2＋的含量。

Ca2＋、Mg2＋总量的测定：在pH＝10的氨性缓冲溶液中，加入少量铬黑T指示剂，然后用EDTA标准溶液滴定。由于铬黑T和EDTA都能与Ca2＋、Mg2＋生成配合物，其稳定次序为：CaY2－＞MgY2－＞MgIn－＞CaIn－，因此加入铬黑T后，它首先与Mg2＋结合，生成酒红色配合物，当滴入EDTA时，EDTA则先与游离的Ca2＋配位，其次与游离的Mg2＋配位，最后夺取铬黑T配合物中的Mg2＋，使铬黑T游离出来，终点溶液由酒红色变为纯蓝色。

Ca2＋含量的测定：另取等体积的水样，调节pH＝12，加少量钙指示剂，然后用EDTA 滴定，这时Mg2＋以Mg(OH)2沉淀析出，不干扰Ca2＋的测定，终点时溶液由红色变为纯蓝色。

三、仪器和试剂

(一)仪器

100mL烧杯、250mL容量瓶(2只)、酸式滴定管、锥形瓶(3只)、移液管(25mL、50mL)，玻棒、10mL量筒(2只)、称量瓶(2只)、分析天平。

(二)试剂

Na 2H 2Y·2H 2O 固体(AR )、MgSO 4·7H 2O 固体(AR )、1︰1的HCl 、10％NaOH 溶液。 氨缓冲溶液（含EDTA －Mg 2＋）：称取EDTA 二钠盐（Na 2H 2Y·2H 2O ）2.0g 及MgSO 4·7H 2O 1.5g 溶于100mL 纯水中，加NH 4Cl 33.8g 及浓氨水286mL ，溶解后用纯水定容至1000mL 。然后用移液管取上述溶液10.00mL 于锥形瓶中，加纯水90mL ，铬黑T 指示剂少许，用EDTA 标准溶液滴定至纯蓝色，记录用量。按此比例取EDTA 标准溶液，加入上述溶液中，混合均匀。

铬黑T 指示剂：铬黑T 与固体NaCl 按1︰100的比例混合，研磨均匀贮于棕色广口瓶中。

钙指示剂：钙指示剂与固体NaCl 按2︰100的比例混合，研磨均匀，贮于棕色广口瓶中。

四、实验内容

(一)0.005mol ·L －1EDTA 标准溶液的配制

准确称取基准级EDTA 二钠晶体(Na 2H 2Y·2H 2O )0.4～0.5g 于小烧杯中，加纯水溶解后，定量转入250mL 容量瓶中，稀释至刻度，其准确浓度按下式计算：

002501000M m O 2H Y H Na EDTA EDTA 222.c ⨯=⋅

(二)0.005 mol ·L －1EDTA 标准溶液的标定

精确配制的EDTA 二钠溶液可以不标定，当EDTA 二钠的纯度不够或放置过久时，可按下法标定：

准确称取MgSO 4·7H 2O 0.25～0.35g 于小烧杯中，加纯水溶解后，定容为250mL 。 用移液管取上述Mg 2＋标准溶液25.00mL 于锥形瓶中，加氨缓冲溶液2mL ，铬黑T 指示剂少许（约绿豆大小），用EDTA 滴定至溶液由酒红色经紫色变为纯蓝色即为终点。平行标定2～3次，EDTA 的准确浓度按下式计算：

100V M m 1000

V M 002500025m c EDTA

O 7H MgSO O 7H MgSO EDTA O 7H MgSO O 7H MgSO

EDTA 24242424⨯⋅=⨯⨯=

⋅⋅⋅⋅.. (三)Ca 2＋、Mg 2＋总量的测定

用50mL 移液管吸取澄清水样（若浑浊则以中速滤纸过滤）50.00mL 于锥形瓶中①

，加氨缓冲溶液4mL ②，铬黑T 指示剂少许(绿豆大小)③，在充分摇动下，用EDTA 标准溶液滴定到溶液由酒红色经紫色变为纯蓝色即为终点④。记下EDTA 的用量V 1mL ，平行测定2～3次，总硬度按下式计算：

100V M V c CaO

1EDTA ⨯⋅⋅=水样总硬度（德国度）

(四)Ca 2＋的测定

用50mL 移液管吸取水样50.00mL ，加10％NaOH 溶液2mL ②⑤，摇匀，再加钙指示剂少许（绿豆大小）③，用EDTA 标准溶液滴定至溶液由红色经紫色变为纯蓝色即为终点记录EDTA 的用量V 2，平行测定 2～3次。

100V M

V c CaO 2EDTA ⨯⋅⋅=水样钙硬度（德国度）

镁硬度（德国度）=总硬度一钙硬度

注释

①若水的硬度较高(如＞16°H G )，应少取水样，以免消耗EDTA 标准溶液的体积过多。若取样量少于50mL ，应用纯水释至50mL 后再滴定。

②若水中HCO 3－

含量较高，加缓冲溶液(或NaOH )后，可能有CaCO 3沉淀析出，使测定结果偏低，并且终点拖长，变色不敏锐，这时可以在滴定前加几滴1︰1HCl 酸化(刚果红试纸变蓝)，并煮沸1～2min 以除去CO 2，然后再作测定。

③指示剂的用量以使水样呈明显红色为好，颜色过深或过浅都会使终点难于判断。滴定时，若发现颜色太浅，可随时补加适量的指示剂。

④EDTA 的配位反应速度较慢，因此滴定速度也应慢一些。临近终点时更要注意，每加1滴，要摇动几秒钟，否则容易过量。温度太低时，要加热使水温在303～313K 。终点前出现的紫色是Mg －铬黑T 与铬黑T 的混合色。

⑤当Mg 2＋的含量较高时，生成的Mg(OH)2沉淀将吸附Ca 2＋，使Ca 2＋的测定结果偏低，可在水样中加入少量蔗糖(或糊精)后，再加碱，可减少沉淀对Ca 2＋的吸附。若水中Ca 2＋、Mg 2＋含量较多，也可少取水样稀释后再测定，从而减轻沉淀的干扰。

思考题

1. 本实验中加入氨缓冲溶液和NaOH 溶液各起什么作用？

1. 在配制氮缓冲溶液时，为什么要加入EDTA －Mg 2＋？