实验十二自来水硬度的测定

一、实验目的

1、了解水的硬度的测定意义和常用硬度的表示方法；

2、掌握EDTA标准溶液的配制与标定方法；

3、掌握配位滴定法测定自来水总硬度的原理和方法。

4、了解掩蔽干扰离子的条件和方法。

二、实验原理

通常将含较多量Ca²⁺、Mg²⁺的水叫硬水，水的总硬度是指水中Ca²⁺、Mg²⁺的总量，它包括暂时硬度和永久硬度，水中Ca²⁺、Mg²⁺以酸式碳酸盐形式存在的称为暂时硬度，遇热即成碳酸盐沉淀。反应如下：

     Δ

Ca(HCO₃)₂→ CaCO₃（完全沉淀）+H₂O+CO₂↑

   Δ

 Mg(HCO₃)₂→MgCO₃（不完全沉淀）+H₂O+CO₂↑

                                +H₂O

                            Mg(OH)₂↓+CO₂↑

若以硫酸盐、硝酸盐和氯化物形式存在的称为永久硬度，再加热亦不产生沉淀（但在锅炉运行温度下，溶解度低的可析出成锅垢）。

水的硬度是表示水质的一个重要指标，对工业用水关系极大。水的硬度是锅垢形成和影响产品质量的重要因素。因此，水的总硬度即水中Ca²⁺、Mg²⁺总量的测定，为确定用水质量和进行水的处理提供了依据。

由Mg²⁺形成的硬度称为“镁硬”，由Ca²⁺形成的硬度称为“钙硬”。

水的总硬度测定：一般采用配位滴定法，在pH≈10的氨性缓冲溶液中，以铬黑T（EBT）为指示剂，用EDTA标准溶液直接测定Ca²⁺、Mg²⁺的总量。由于K_CaY>K_MgY> K_Mg·EBT> K_Ca·EBT，铬黑T先与部分Mg配位为Mg·EBT（红色）。当EDTA滴入时，EDTA与Ca²⁺、Mg²⁺配位，终点时EDTA夺取Mg·EBT的Mg²⁺，将EBT置换出来，溶液由红色突变为蓝色即为终点。由EDTA溶液的浓度和用量，可计算出水的总硬度。

 

有关化学反应式如下：

滴定前：Mg²⁺ + HIn^2-（蓝色）= MgIn^-（红色）+H⁺

滴定开始至化学计量点前：Mg²⁺ +HY^3-= MgY^2-+H⁺

Ca²⁺+ HY^3-= CaY^2-+ H⁺

化学计量点：MgIn^-（红色）+ H₂Y^2- = MgY^2-+ HIn^2-（蓝色）

钙硬的测定：另取等量水样加NaOH调节溶液pH为12~13，使Mg²⁺生成Mg(OH)₂沉淀，加入钙指示剂用EDTA滴定，测定水中Ca²⁺的含量。

镁硬的测定：总硬度减去钙硬即为镁硬。

滴定时，Fe³⁺、Al³⁺的干扰可用三乙醇胺掩蔽，Cu²⁺、Pb²⁺和Zn²⁺等重金属离子可用KCN、Na₂S予以掩蔽。

三、主要试剂

实验用主要试剂见表12-1。

表12-1 主要试剂表

试  剂	规  格	试  剂	规  格
乙二胺四乙酸二钠	A·R	HCl溶液	1：1
NH3-NH4Cl缓冲溶液	pH≈10	NaOH 溶液	40g·L-1
钙指示剂	自制	铬黑T指示剂	自制

四、实验步骤

1、EDTA标准溶液的配制与标定

（1）0.010 mol/LEDTA溶液的配制

称取2.0g乙二胺四乙酸二钠（Na₂H₂Y·2H₂O）于500 mL烧杯中，加200 mL水，温热使其完全溶解，转入至聚乙烯瓶中，用水稀释至500mL，摇匀备用。

（2）以CaCO₃为基准物标定EDTA

①0.010 mol/L钙标准溶液的配制

准确称取120℃干燥过的CaCO₃0.25~0.30g，置于250 mL烧杯中，用少量水湿润，盖上表面皿，慢慢滴加1：1HCl 5 mL使其溶解，加少量水稀释，定量转移至250 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，计算其准确浓度。

② 0.010 mol/L EDTA溶液浓度的标定

移取20.00 mL钙标准溶液置于250mL锥形瓶中，加5mL1mol·L^-1NaOH溶液及少量钙指示剂（约0.01 g，米粒大小），摇匀后，用EDTA溶液滴定至溶液由红色恰变为蓝色，即为终点。平行滴定3份，计算EDTA溶液的浓度，要求相对平均偏差不大于0.2%。

2、自来水总硬度的测定

用移液管移取澄清的自来水样100 mL于250mL锥形瓶中，加5mL NH₃-NH₄Cl缓冲溶液，2~3滴铬黑T指示剂，摇匀。用0.01mol·L^-1 EDTA标准溶液滴定至溶液刚好由红色变为蓝色，即为终点。平行测定3份，计算水样的总硬度，以mg（CaCO₃）·L^-1表示测定结果。

3、自来水钙硬的测定

用移液管移取澄清的自来水样100 mL于250mL锥形瓶中，加入5 mL40g·L^-1NaOH 溶液，摇匀，再加入少许（约0.01 g，米粒大小）钙指示剂，摇匀。用0.01 mol·L^-1EDTA标准溶液滴定至溶液呈蓝色，即为终点。平行测定3份，计算水的钙硬。

五、实验数据记录与结果处理

1、0.010 mol/LEDTA溶液的标定

表12-2  0.010 mol/LEDTA溶液的标定                               

实验编号	1	2	3
滴定管初读数（mL）	0.00	0.00	0.00
滴定管终读数（mL）
VY（mL）
cY（mol·L-1）
（mol·L-1）

2、自来水总硬度的测定

水的总硬度由下式计算：

表12-3 自来水总硬度的测定                                              

实验编号	1	2	3
V水样（mL）	100.00	100.00	100.00
滴定管初读数（mL）
滴定管终读数（mL）
VY（mL）
水的总硬度（mg·L-1）
水的平均总硬度（mg·L-1）

3、自来水钙硬的测定

表12-4 自来水钙硬的测定                                               

实验编号	1	2	3
V水样（mL）	100.00	100.00	100.00
滴定管初读数（mL）
滴定管终读数（mL）
VY（mL）
cCa2+（mmol·L-1）
（mol·L-1）