水分析化学指导书不要打印,做参考用讲解

给水排水科学与工程专业

水质控制实验指导书

第3章 水分析化学实验指导

3.1 实验一 水中碱度和硬度的测定

一、实验目的与内容 （一）实验目的：

（1）巩固分析天平和滴定管的正确操作。 （2）掌握水中碱度的测定原理与测定方法。 （3）学会EDTA 标准溶液的配制与标定方法。 （4）掌握水中硬度的测定原理与测定方法。 （二）实验内容：

（1）水中碱度的测定。水中的碱度即水中所含能够接受质子的物质总量，用连续滴定法测定。首先以酚酞为指示剂，用HCl 标准溶液滴定至终点时溶液由红色变为无色，HCl 用量为P （mL ）；然后以甲基橙为指示剂，继续用同浓度HCl 溶液滴至溶液由桔黄色变为橙红色，HCl 用量为M （mL ）。根据HCl 标准溶液的浓度和用量（P 与M ），判断水中碱度的种类并求出水中的碱度。

（2）水中硬度的测定。水的硬度是指水中Ca 2+、Mg 2+浓度的总量，是水质的重要指标之一。实验中要求测定水样中的总硬度和Ca 2+的含量。

二、实验原理

（一）水中碱度的测定原理

（1）HCl 标准溶液浓度的标定原理：

酸碱标准溶液一般采用间接法配制，其准确浓度必须依靠基准物进行标定。标定酸的基准物质常用的有无水碳酸钠和硼砂。选用碳酸钠作基准物时，先将其置于180℃下干燥2～3h ，然后置于干燥器内冷却备用。

232222Na CO HCl NaCl H O CO +=++↑

当定量的Na 2CO 3与HCl 反应达化学计量点时，有下列关系：

HCl CO Na n n =3

221，

其中： 3

2323

221

2

1

CO Na co Na CO Na M W n =

， HCl HCl HCl V C n ⋅=

此时溶液的pH 值为3.89，可用甲基橙或甲基红作指示剂。根据Na 2CO 3用量和滴定时

所用的HCl 体积可以计算HCl 标准溶液的准确浓度。

（2）连续滴定法测定水中碱度的原理：

用连续滴定法测定水中碱度的时候，首先以酚酞为指示剂，用HCl 标准溶液滴定至终点时溶液由红色变为无色，HCl 用量为P （mL ）；然后以甲基橙为指示剂，继续用同浓度HCl 溶液滴至溶液由桔黄色变为橙红色，HCl 用量为M （mL ）。根据HCl 标准溶液的浓度和用量（P 与M ），判断水中碱度的种类并求出水中的碱度。如果：

P ＞M ， M=0， 只有OH -碱度； P ＞M ， M≠0， 有OH -和CO 32-碱度； P=M ， 只有CO 32-碱度； P ＜M ，

有CO 32-和HCO 3-碱度； P ＜M ， P=0，

只有HCO 3-碱度

（二）水中硬度的测定原理：

（1）EDTA 浓度的标定原理

EDTA 是一种很好的氨羧络合剂，它能和许多种金属离子生成很稳定的络合物，所以广泛用来滴定金属离子。EDTA 难溶于水，实验用的是它的二钠盐（Na 2EDTA ）。

标定EDTA 溶液常用的基准物有金属Zn 、ZnO 、CaCO 3等，本实验配制的EDTA 标准溶液，用来测定水的硬度，所以选用CaCO 3作为基准物配制钙标准溶液，采用“钙指示剂”作为指示剂。

钙指示剂在溶液pH 值为12~14的条件下显蓝色，能和Ca 2+生成稳定的酒红色络合物。

2Ca

In CaIn -

+

++ 4.5lg =CaIn K

（蓝色）（酒红色）

当用EDTA 标准溶液滴定时，过量的Ca 2+与EDTA 生成无色的络合物，

242Ca

Y CaY +

-

-+ 7.10lg =CaY K

由于CaIn CaY K K lg lg >，当接近化学计算点时，已与钙指示剂络合的Ca 2+被EDTA 络合，释放出In -，

42CaIn Y CaY In +---++

（酒红色） （蓝色）

溶液即显示出指示剂的游离颜色，溶液从酒红色变为蓝色，即为滴定终点。根据钙标准溶液的浓度和用量计算EDTA 标准溶液的准确浓度。

（2）水中总硬度的测定原理

水中总硬度的测定采用络合滴定法，在pH=10.0的NH 3-NH 4Cl 缓冲溶液中，以铬黑T （EBT ）为指示剂，用EDTA 标准溶液为滴定剂，滴定水的中Ca 2+、Mg 2+的总量。

水样首先加入NH 3-NH 4Cl 缓冲溶液控制水样pH=10.0，然后加入铬黑T （EBT ），此时：

EBT Mg ++2

MgEBT 0.7lg =

MgEBT K

（蓝色） （紫红色）

接着用EDTA 标准溶液滴定水中的Ca 2+、Mg 2+，则：

242Y Ca

CaY +

-

-+ 7.10lg =CaY K

242Y Mg

MgY +

--+ 7.8lg =MgY K

因此，由于MgY CaY K K lg lg >，EDTA 优先与Ca 2+络合完全之后，再与Mg 2+络合。 继续滴加EDTA 标准溶液至Ca 2+、Mg 2+完全被络合时，即达计量点时，由于

MgEBT MgY K K lg lg >，则滴入的EDTA 便置换出显色络合物（MgEBT ）中的Mg 2+，而释放

出指示剂EBT ，溶液立即由紫红色变为蓝色，指示滴定终点的到达。

计量点时：

Y MgEBT MgY EBT ++

（紫红色） （蓝色）

根据EDTA 标准溶液的浓度和用量便可求出水样中的总硬度。 （3）水中钙硬度的测定原理

在pH ＞12时，Mg 2+以Mg （OH ）2沉淀形式被掩蔽，加入钙指示剂，用EDTA 标准溶液滴定至溶液由紫红色变为蓝色，即为终点。根据EDTA 标准溶液的浓度和用量计算水中Ca 2+的含量。

三、实验前制备工作

（一）需配制测定碱度的化学试剂：分析纯碳酸钠、0.1000mol/L HCl 、酚酞指示剂、甲基橙指示剂、无CO 2蒸馏水。

（二）需配制测硬度的化学试剂：铬黑T 指示剂、钙指示剂、p H ≈10缓冲液、 三乙醇胺、Na 2S 溶液、盐酸羟胺、4mol/L HCl 、2mol/L NaOH 、10mmol/L EDTA 标准溶液等。

四、实验仪器与试剂

（一）实验仪器：分析天平、电炉、恒温鼓风干燥箱

（二）玻璃器皿及其它：酸式滴定管、移液管、锥形瓶、洗瓶、量筒、锥形瓶、吸耳球、pH 试纸。

（三）实验试剂：

（1）0.1000mol/L HCl 溶液：用时需要标定。 （2）无水碳酸钠（基准试剂）。 （3）酚酞指示剂 0.1%的90%乙醇溶液 （4）甲基橙指示剂 0.1%的水溶液

（5）无CO 2蒸馏水：将蒸馏水或去离子水煮沸15min ，冷却至室温。

（6）10mmol/L EDTA 标准溶液：称取3.725gEDTA 钠盐（Na 2-EDTA ·2H 2O ），溶于水中倾入1000mL 容量瓶中，用水稀释至刻度。

（7）铬黑T 指示剂：称取0.5g 铬黑T 与100gNaCl 充分研细混匀，盛放在棕色瓶中，