实验五-水总硬度的测定

实验五工业用水总硬度测定[e-mail]酸碱滴定法配位滴定法（络合滴定法）氧化还原滴定法沉淀滴定法滴定分析法背景知识1.配位滴定分析的概念及基本原理；2.EDTA；3.金属指示剂的概念及其显色原理；4.掩蔽剂的概念及其作用；1.配位滴定分析的概念及原理也称络合滴定分析，是一种以配位反应为基础的滴定分析方法。配位滴定法广泛应用于金属离子的测定。最常用的是以乙二胺四乙酸二钠（EDTA）为滴定剂，滴定金属离子的方法。2.EDTA乙二胺四乙酸二钠盐（C10H14N2Na2O8·2H2O）白色粉末，水溶性好，难溶于乙醇、乙醚等有机溶剂标定EDTA的基准物有Zn、ZnO、CaCO3、Bi、Cu、MgSO47H2O等EDTA配位反应具有以下特点：①EDTA能与大多数不同价态的金属离子形成配位比为1:1的、溶于水（使滴定反应能够在水溶液中进行）的稳定配合物，并且容易找到合适指示剂。②与大多数金属离子配位反应速率快，反应几乎是一步形成，所以配位反应很完全。③EDTA与金属离子的配位能力与溶液酸度有关，控制溶液酸度可提高滴定的选择性。酸度高配合物不稳定，酸度低易生成氢氧化物沉淀。3.金属指示剂及其显色原理是一种有机配位试剂，可与金属离子生成有颜色的配合物。EDTAIn+MMIn+MMY+InA色B色由于金属离子与指示剂形成的配合物稳定性比金属离子与EDTA的配合物稳定性差，因此，EDTA能从MIn中夺取M生成MY，而使In游离出来。利用配位滴定终点前后，溶液中被测金属离子浓度的突变造成的指示剂两种存在形式（游离和配位）的转变而引起的颜色不同，指示滴定终点。稳定性CaY2-MgY2-MgIn-CaIn-金属指示剂应具备如下条件：1.在滴定的pH范围内，它能与金属离子形成与自身颜色有明显差别的有色配合物。2.指示剂金属离子配合物的稳定性要适当。a．不能太高。否则EDTA不能夺取MIn中的M，即使过了化学计量点也不变色，失去指示剂的作用。b．不能太低。否则未到终点时就游离出来，使滴定终点提前到达。3.指示剂与金属离子生成的配合物应有易溶于水，配位反应必须灵敏、迅速、有良好的可逆性。4.掩蔽剂利用络合反应、氧化还原反应或沉淀反应，消除干扰离子的试剂。加入掩蔽剂来降低干扰离子的浓度，使之不能与EDTA配合。1.络合反应。如使用硫氰化钾检验含Fe3+的二价钴离子溶液，应用NaF作掩蔽剂。就是因为Fe3+与氟离子发生络合反应。2.沉淀反应。如检验某离子时，利用硫酸盐作为Ba2+的掩蔽剂，就是利用两者结合生成沉淀以消除离子干扰。3.氧化还原反应。如检验离子时，利用氨气作为次氯酸根离子的掩蔽剂，就是利用两者发生氧化还原反应而消除次氯酸根离子的干扰。一、实验目的1.掌握水的硬度的表示方法；2.学习配位滴定法测定水中总硬度的原理和方法；3.学会EDTA标准溶液的配制、标定和稀释；4.熟悉金属指示剂变色原理及滴定终点的判断；学科名词硬水：含有较多可溶性钙、镁化合物的水。硬水中含盐量一般以硬度表示。硬度单位是度，1度相当于每升水中含10mg的CaO。硬度在8以上者通常称为硬水，地下水（如井水、泉水）的含盐量较多，属于硬水。在硬水中，钙盐和镁盐以碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物和硝酸盐的形式存在。硬度又分为暂时性硬度和永久性硬度。由于水中含有碳酸氢钙与碳酸氢镁而形成的硬度，经煮沸后可把硬度去掉，这种硬度称为暂时性硬度。水中含硫酸钙和硫酸镁等盐类物质而形成的硬度，经煮沸后不能去除的硬度，称为永久性硬度。总硬度测定是滴定Ca、Mg总量，并以Ca计算（mg·L-1）。二、实验原理测定水的总硬度一般采用EDTA滴定法。在pH≈10的氨性缓冲溶液中，以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液滴定。在化学计量点前，Ca2+、Mg2+与络黑T形成紫红色配合物，当用EDTA标准溶液滴定至化学计量点时，游离出指示剂，溶液呈现纯蓝色。滴定时，Fe3+、Al3+等干扰离子，可用三乙醇胺掩蔽；Cu2+、Pb2+、Zn2+等金属离子可用KCN（氰化钾）、Na2S掩蔽。EDTA+Mg-EBT=EBT+Mg-EDTA蓝色紫（酒）红色紫（酒）红色蓝色Mg2++EDTA=Mg-EDTA（无色）Ca2++EDTA=Ca-EDTA（无色）Mg2++EBT=Mg-EBTCa-EBT/Mg-EBTEDTACa-EDTA/Mg-EDTA+EBT钙硬度的测定钙含量的测定(pH=12)无色蓝色酒红色Ca2++NNCa-NNEDTACa-EDTA+NN置换出的指示剂指示终点无色蓝色三、仪器与试剂仪器：酸式滴定管(25ml)、烧杯（100ml）、吸量管（5、10ml）、量筒（100ml）、锥形瓶（250ml），洗耳球试剂：自来水样、EDTA(0.02mol/L待标液)、CaCO3标准溶液（0.02mol/L）、三乙醇胺（1：1）、氨性缓冲溶液K-B指示剂、铬黑T指示剂（EBT）准备工作Ca标准溶液的配制近似0.02mol/LEDTA溶液的配制四、操作步骤1.EDTA溶液浓度的标定用移液管移取10.00ml钙标准溶液，置于250ml锥形瓶中，加10ml氨性缓冲溶液，用蒸馏水稀释到100ml，滴加3滴K-B指示剂，摇匀，溶液显示紫红色，待用。用EDTA待标溶液滴定至钙标准溶液，溶液由紫红色变为蓝绿色即为终点。记录消耗的EDTA标准溶液的体积。平行做三次。计算EDTA标准溶液的浓度。C(EDTA)=10.00·C（CaCO3）/V(EDTA)数据123Vca2+（ml）△VEDTA（ml）CEDTA（mol/L）平均值钙标准溶液滴定EDTA溶液的数据记录2.自来水总硬度的测定取水样100ml（量筒）于250ml锥形瓶中，加入5ml三乙醇胺溶液，5ml氨性缓冲溶液，及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。平行测定三次。计算水的总硬度，以mg/L表示分析结果。EDTA标准溶液滴定自来水硬度数据记录123VH2O(ml)100.0100.0100.0△VEDTA(ml)CCaCO3（mg/L）平均值（mg/L）五、注意事项1.吸量管的规范使用；2.滴定临近终点时应慢滴多摇；3.注意观察终点颜色变化；4.共存离子或干扰离子的掩蔽。六、结果和分析C(EDTA)总硬度CaCO3mg/L七、讨论思考题1.与酸碱滴定法相比，络合滴定法的操作应注意的问题？由于配位反应速度慢于酸碱反应，因此当滴落点出现蓝色，消失慢时，要1滴多搅，否则终点易过。2.配位滴定中，为什么要加入缓冲溶液？因为EDTA本身是有机酸，在与Mn+的配位反应中有H+放出：H2Y2-+Mn+=MYn-4+2H+随着反应的进行，溶液的酸度会增大，酸度的增加会影响已生成配合物的稳定性，也不能满足指示剂变色要求的最适宜酸度范围，导致产生很大的误差。因此，在测定中必须加入适量的缓冲溶液。3.用何种缓冲溶液？原因？实验是以NH3-NH4Cl为缓冲溶液。原因：实验中所用的指示剂是铬黑T，pH=6.3pH=11.55H2In-HIn2-In3-紫红蓝橙若pH6.3或pH11.5，由于指示剂本身接近于红色而不能使用。根据实验结果，使用铬黑T的最适宜酸度是pH=9～10.5，pH=10的缓冲液符合要求。4.水中若含Fe3+、Al3+，如何测定其干扰？应如何消除？加掩蔽剂三乙醇胺，掩蔽Fe2+、Al3+使其形成比与EDTA更加稳定的化合物。