水中钙镁离子含量测定

实验十四 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/L

2         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/    钙硬度＝(CV2)EDTAMCa/  镁硬度＝C(V1-V2)MMg/

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/

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-1 CaCO3表示的总硬度换算成德国度时，需乘以系数。德国度oDH(10×10-3g·L-1 CaO) = 总硬度(g·L-1 CaCO3)××10) = 总硬度(g·L-1 CaCO3)×

3、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～,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+ ：

MgIn- + H2Y2- ＝ MgY2- + HIn2- + H+

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·L-1EDTA滴定·L-1Ca2+溶液，终点误差为%；若滴定的是·L-1 Mg2+溶液，终点误差为%。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。

<1>在pH=12～13的条件，Mg2+形成Mg(OH)2沉淀，不干扰钙的测定。

  <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 ：

    由于MIn为酒红色，要使终点的变色敏锐，从平衡式看 < pH < 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：

⑴在水样中加入NaOH溶液后放置或稍加热（298K），待看到Mg(OH)2沉淀后再加指示剂。放置或稍加热使Mg(OH)2沉淀形成，而且颗粒稍大，以减少吸附；

⑵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

⑴总硬度：计算三份水样的总硬度（g·L-1  CaCO3），求平均值（包括S，T  等处理），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-1  Ca2+）；

   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-1  Mg2+）。

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），5mL氨性缓冲溶液，1mL 20g·L-1Na2S溶液，2～3滴铬黑T指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色即为终点。

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