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/0.1三实验步骤四实验数据记录与处理总硬度的测定钙硬度的测定镁硬度＝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-1 CaCO3表示水的总硬度，德国以10×10-3g·L-1 CaO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o DH(10×10-3g·L-1 CaO) = 总硬度(g·L-1CaCO3)×56.08/(100.09×10)= 总硬度(g·L-1 CaCO3)×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+：Y2-＝ MgY2- + HIn2- + H+MgIn- + H2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2mL 6mol·L-1NaOH溶液使溶液的pH=12～13？叙述它的测定条件。

沉淀，不干扰钙的测定。

<1>在pH=12～13的条件，Mg2+形成Mg(OH)2<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：p K a2=7.4 p K a3=13.5In-HIn2-In3-H2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7.4 < pH < 13.5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：沉淀后再⑴在水样中加入NaOH溶液后放置或稍加热（298K），待看到Mg(OH)2沉淀形成，而且颗粒稍大，以减少吸附；加指示剂。

放置或稍加热使Mg(OH)2⑵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？），求平均值（包括S，T等⑴总硬度：计算三份水样的总硬度（g·L-1CaCO3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），5mLS溶液，2～3滴铬黑T指示剂，用EDTA标准溶氨性缓冲溶液，1mL 20g·L-1Na2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。

<1> CaCO3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。

<2> CaCO3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1:1 HCl 10mL，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。

<3> 0.01mol·L-1 EDTA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-1 EDTA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c M及其EDTA配合物的条件稳定常数K'MY应满足lg(c M K'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。