实验十二水的硬度的测定一、实验目的1.了解并掌握一种测定水的硬度的方法。2．掌握配位滴定法的操作，理解配位滴定法的原理。3．了解配位滴定指示剂变色的原理和滴定终点的判断方法。4．了解水的硬度的表示和计算方法。二、实验提要水的硬度是指水中钙、镁离子的总浓度，表现为沉淀肥皂水化液的能力。含量甚微的铁、铝、锰和锌等离子所形成的硬度通常可以忽略不计。水的硬度是工业和生活用水的一个重要质量指标。硬度高的水对工业生产和人们生活弊多利少，硬度高的水味道苦涩、对人体健康不利，大大降低洗涤剂去污能力，还会使锅炉或水壶内部生成水垢，增加能量消耗，堵塞管道，造成安全隐患等。水的总硬度包括暂时硬度和永久硬度。通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子所形成的硬度称为暂时硬度。加热后不能沉淀下来的钙、镁离子的硫酸盐、硝酸盐或氯化物所形成的硬度称为永久硬度。水的硬度的表示方法有多种，我国较普遍采用的表示方法是德国硬度。这种方法以“度(°）”为计量单位，将所测得的钙、镁离子的质量折算成CaO的质量，再转换为度。1度表示1升水中含有10mgCaO。有时也可以采用CaCO3的质量浓度(mg/L)来表示水的硬度。一般认为，水的硬度（以CaCO3计)在140mg/L以上为硬水，我国生活饮用水卫生标准规定的硬度(以CaCO3计）不应超过450mg/L。实验室里一般采用配位滴定法测定水的硬度。在pH为10左右的NH3·H2O-NHCI缓冲溶液中，以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液直接滴定水中的钙、镁离子。-
1 实验十二 水的硬度的测定 一、实验目的 1. 了解并掌握一种测定水的硬度的方法。 2. 掌握配位滴定法的操作，理解配位滴定法的原理。 3. 了解配位滴定指示剂变色的原理和滴定终点的判断方法。 4. 了解水的硬度的表示和计算方法。 二、实验提要 水的硬度是指水中钙、镁离子的总浓度，表现为沉淀肥皂水化液的能力。含量甚微的铁、 铝、锰和锌等离子所形成的硬度通常可以忽略不计。 水的硬度是工业和生活用水的一个重要质量指标。硬度高的水对工业生产和人们生活弊 多利少，硬度高的水味道苦涩、对人体健康不利，大大降低洗涤剂去污能力，还会使锅炉或 水壶内部生成水垢，增加能量消耗，堵塞管道，造成安全隐患等。 水的总硬度包括暂时硬度和永久硬度。通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子 所形成的硬度称为暂时硬度。加热后不能沉淀下来的钙、镁离子的硫酸盐、硝酸盐或氯化物 所形成的硬度称为永久硬度。 水的硬度的表示方法有多种，我国较普遍采用的表示方法是德国硬度。这种方法以“度 (°)”为计量单位，将所测得的钙、镁离子的质量折算成 CaO 的质量，再转换为度。1 度表示 1 升水中含有 10 mg CaO。有时也可以采用 CaCO3的质量浓度(mg/L)来表示水的硬度。一般 认为，水的硬度(以 CaCO3计)在 140 mg/L 以上为硬水，我国生活饮用水卫生标准规定的硬 度(以 CaCO3计)不应超过 450 mg/L。 实验室里一般采用配位滴定法测定水的硬度。在 pH 为 10 左右的 NH3H2O―NH4Cl 缓 冲溶液中，以铬黑 T 为指示剂，用 EDTA 标准溶液直接滴定水中的钙、镁离子
NO-OFSONOFOa.EDTAb.EDTA配合物c.铬黑T图12-1EDTA、铬黑T和EDTA配合物的结构。EDTA是乙二胺四乙酸的简称，其结构如图3-20a所示，配位滴定法常用的是EDTA的二钠盐，可简写为Na2H2Y，是常用的络合剂，EDTA与金属离子形成的配合物（图12-1b)具有稳定性高、配位比固定(1:1)和水溶性好的优点。铬黑T也具有络合能力，其阴离子部分可简写为In3-，结构如图12-1c所示。EDTA在pH为8.5~11.5的缓冲溶液中与钙、镁离子形成无色配合物，相同条件下，铬黑T与钙、镁离子形成酒红色配合物，但其稳定性没有前者大。当用Na2H2Y进行滴定时，H2Y2-不仅与水样中的钙、镁离子形成配合物，还优先络合已经被铬黑T结合的钙、镁离子，使铬黑T完全游离出来。当被滴定的水样由酒红色变为淡蓝色（溶液中游离状态铬黑T的颜色)时达到滴定终点。整个滴定过程可以用以下反应式表示加入指示剂时，铬黑T与钙、镁离子（用M2+表示）络合：M2+ + HIn-→ Mln + H*(无色）(蓝色）(酒红色）滴定过程中，随着滴定剂的加入，H2Y2-与M2+络合：M+ + H2Y2 → MY2- + 2H（无色）（无色）（无色）接近滴定终点时，H2Y2-置换出MIn中的M2+，HIn2-游离出来，溶液由酒红色突变为淡蓝色，达到滴定终点：MIn + H2Y 2-→ MY2- + HIn2- + H(酒红色)(无色）(无色）(蓝色）AI+、Fe+、Cu-+、Pb-+和Zn-+等离子也可以与EDTA形成稳定的配合物，水样中若存在这些离子将会干扰钙、镁离子含量的准确测定，实验中常采用掩蔽剂消除这些干扰。通常可用三乙醇胺掩蔽A/3+和Fe3+等离子，用硫化钠掩蔽Cu2+、Pb2+和Zn2+等离子。2
2 图 12-1 EDTA、铬黑 T 和 EDTA 配合物的结构。 EDTA 是乙二胺四乙酸的简称，其结构如图 3-20a 所示，配位滴定法常用的是 EDTA 的 二钠盐，可简写为 Na2H2Y，是常用的络合剂，EDTA 与金属离子形成的配合物(图 12-1b)具 有稳定性高、配位比固定(1:1)和水溶性好的优点。铬黑 T 也具有络合能力，其阴离子部分可 简写为 In3-，结构如图 12-1c 所示。 EDTA 在 pH 为 8.5~11.5 的缓冲溶液中与钙、镁离子形成无色配合物，相同条件下，铬 黑 T 与钙、镁离子形成酒红色配合物，但其稳定性没有前者大。当用 Na2H2Y 进行滴定时， H2Y2-不仅与水样中的钙、镁离子形成配合物，还优先络合已经被铬黑 T 结合的钙、镁离子， 使铬黑 T 完全游离出来。当被滴定的水样由酒红色变为淡蓝色(溶液中游离状态铬黑 T 的颜 色)时达到滴定终点。 整个滴定过程可以用以下反应式表示： 加入指示剂时，铬黑 T 与钙、镁离子(用 M2+表示)络合： M2+ + HIn2- → MIn - + H+ (无色) (蓝色) (酒红色) 滴定过程中，随着滴定剂的加入，H2Y2-与 M2+络合： M2+ + H2Y 2- → MY2- + 2H+ (无色) (无色) (无色) 接近滴定终点时，H2Y2- 置换出 MIn - 中的 M2+，HIn2-游离出来，溶液由酒红色突变为淡 蓝色，达到滴定终点： MIn - + H2Y 2- → MY2- + HIn2- + H+ (酒红色) (无色) (无色) (蓝色) Al3+、Fe3+、Cu2+、Pb2+和 Zn2+等离子也可以与 EDTA 形成稳定的配合物，水样中若存在 这些离子将会干扰钙、镁离子含量的准确测定，实验中常采用掩蔽剂消除这些干扰。通常可 用三乙醇胺掩蔽 Al3+和 Fe3+等离子，用硫化钠掩蔽 Cu2+、Pb2+和 Zn2+等离子
水的硬度可通过下式计算：以德国硬度即10mgCaO计，水的硬度=CEDTA×ViDTA×Mao0×100V永样以 CacO.计， 水的硬度 = gamTA × homA × Maca × 1000V水样式中：CEDTA为滴定所用的EDTA的物质的量浓度(mol-L-")：VEDTA为滴定用去的EDTA溶液的体积(mL);Mcao和Mcacos分别为CaO和CaCO;的摩尔质量(g/mol);V水样为所测定水样的体积(mL)。三、实验流程图水的硬度数据的测定处理四、实验用品仪器、用品：锥形瓶(250mL,2只），移液管（50mL，1支），滴定管（50mL，1支），洗耳球。试剂、材料：NH3H2O-NH4CI缓冲溶液，0.0039mol-L-IEDTA标准溶液，铬黑T指示剂，2%硫化钠溶液，20%三乙醇胺溶液。五、实验内容1.水的硬度的测定用移液管移取50.00mL自来水样置于250mL锥形瓶中，加入5mLNH3·H20-NH4CI缓冲溶液、5mL20%三乙醇胺溶液、1mL2%硫化钠溶液和3滴铬黑T指示剂，溶液呈酒红色。用已标定的EDTA溶液滴定自来水样至溶液由酒红色变为蓝色即为滴定终点。记录滴定前后EDTA溶液的体积，利用体积的差值通过实验提要部分所给的公式计算水样的硬度。重复滴定，至相邻两次滴定所消耗的EDTA体积相差应在0.20mL之内。取两次滴定所得硬度的平均值作为水样的硬度。滴定接近终点时，应控制滴定的速度，并充分振摇，仔细观察滴定终点附近溶液由酒红3
3 水的硬度可通过下式计算： 以德国硬度即 10 mg CaO 计， 水的硬度 100 水样 EDTA EDTA CaO = V c V M 以 CaCO3计， 水的硬度 1000 水样 EDTA EDTA CaCO3 = V c V M 式中：c EDTA为滴定所用的 EDTA 的物质的量浓度(molL -1 )； VEDTA为滴定用去的 EDTA 溶液的体积(mL)； MCaO 和 MCaCO3分别为 CaO 和 CaCO3的摩尔质量(g/mol)； V 水样为所测定水样的体积(mL)。 三、实验流程图 四、实验用品 仪器、用品：锥形瓶(250 mL, 2 只)，移液管（50 mL, 1 支），滴定管（50 mL, 1 支），洗 耳球。 试剂、材料：NH3H2O - NH4Cl 缓冲溶液，0.0039 molL -1 EDTA 标准溶液，铬黑 T 指 示剂，2% 硫化钠溶液，20% 三乙醇胺溶液。 五、实验内容 1．水的硬度的测定 用移液管移取 50.00 mL 自来水样置于 250 mL 锥形瓶中，加入 5 mL NH3H2O - NH4Cl 缓冲溶液、5 mL20%三乙醇胺溶液、1 mL2%硫化钠溶液和 3 滴铬黑 T 指示剂，溶液呈酒红 色。用已标定的 EDTA 溶液滴定自来水样至溶液由酒红色变为蓝色即为滴定终点。记录滴定 前后 EDTA 溶液的体积，利用体积的差值通过实验提要部分所给的公式计算水样的硬度。 重复滴定，至相邻两次滴定所消耗的 EDTA 体积相差应在 0.20 mL 之内。取两次滴定所 得硬度的平均值作为水样的硬度。 滴定接近终点时，应控制滴定的速度，并充分振摇，仔细观察滴定终点附近溶液由酒红 钙标准溶 液的配制 EDTA标准 溶液的标定 水的硬度 的测定 数据 处理
色、淡紫色至蓝色的突变，否则消耗过多EDTA溶液，错过终点，产生较大误差。实验滴定管始滴定管终消耗EDTA水样的硬度水样的硬度编号读数(mL)读数(mL)体积(mL)以10mgCaO计以CaCO;计，mg/L123思考题1什么叫水的硬度？硬度的常用表示方法是什么？2.本实验中移液管是否要用去离子水润洗？锥形瓶是否要用去离子水润洗？3.滴定过程中为什么使用碱式滴定管？4.滴定前为什么要加缓冲溶液？水样中为什么要加三乙醇胺和硫化钠溶液？5.所测水样属于软水还是硬水？4
4 色、淡紫色至蓝色的突变，否则消耗过多 EDTA 溶液，错过终点，产生较大误差。 实验 编号 滴定管始 读数(mL) 滴定管终 读数(mL) 消耗 EDTA 体积(mL) 水样的硬度 以 10 mg CaO 计 水样的硬度 以 CaCO3 计，mg/L 1 2 3 思考题 1. 什么叫水的硬度？硬度的常用表示方法是什么？ 2. 本实验中移液管是否要用去离子水润洗？锥形瓶是否要用去离子水润洗？ 3. 滴定过程中为什么使用碱式滴定管？ 4. 滴定前为什么要加缓冲溶液？水样中为什么要加三乙醇胺和硫化钠溶液？ 5. 所测水样属于软水还是硬水？