基本水化学实验

目录1碱度（酸滴定法）-----------------------------------------------12总硬度（络合滴定法）-----------------------------------------23钙和镁（络合滴定法）-----------------------------------------34溶解氧（碘量法）-----------------------------------------------45化学耗氧量（碱性高锰酸钾法）-----------------------------76水样中氮指标测定-------------97水样中磷指标测定--------------------------------------11实验一总碱度（酸滴定法）一、方法原理用标准HCl溶液直接滴定总碱度。以HCl溶液滴定水样，使HCl与水样中的弱酸阴离子，如OH、CO32-、HCO3-等全部反应，此时pH约为4.3，临近终点时加热驱除二氧化碳，以甲基红—次甲基兰混合指示剂指示滴定终点。二、仪器及设备实验室常规设备三、试剂及其配制1.HCl标准溶液（0.01mol/L）：0.9mL浓HCl用除去CO2的纯水稀释至1L。2.Na2CO3标准溶液（C1/2Na2CO3=0.01000mol/L）：称取0.5300g无水碳酸钠（AR，于180℃烘2h），以除去CO2的纯水溶解并在1000mL容量瓶中定容。3.甲基红—次甲基蓝混合指示剂：0.032g甲基红溶解于80mL95%的酒精中，加入5mL0.1%的次甲基蓝酒精溶液，滴加NaOH溶液（0.02mol/L）至指示剂溶液呈浅褐绿色。四、测定步骤1.盐酸标准溶液的标定移取Na2CO3标准溶液25.00mL于锥形瓶中，加入甲基红—次甲基蓝混合指示剂3滴，用HCl标准溶液滴定至溶液由黄绿色变为玫瑰红，加热驱除CO2，玫瑰红褪去，待稍冷却后继续滴至玫瑰红即为滴定终点，记下消耗的HCl标准溶液体积V（mL，双样标定取平均值），按下式计算HCl标准溶液的准确浓度：CHCl=(0.01000x10.00)/V（mol/L）2.水样的测定移取水样50.00mL于锥形瓶中，加入甲基红—次甲基蓝混合指示剂6滴，滴定至溶液呈玫瑰红（临近滴定终点加热驱除CO2），记录HCl标准溶液的总消耗量（mL，以T表示）。五、结果计算1.总碱度A=1000·CHCl·T/50.00(mmol/L)六、注意事项1.配制溶液的除CO2纯水是用纯水经煮沸驱除CO2后冷却制得的。2.水样中OH-、HCO3-不能共存。3.作为总碱度单位的mmol/L，均以折算为单位电荷的离子量作为基本单元（如HCO3-、1/2CO32-、OH-等），碱度的单位也可用德国度。4.海水一般只测定总碱度。实验二总硬度（络合滴定法）一、方法原理水的硬度是指一升水样中含二价及二价以上金属离子的含量，通常水的总硬度主要由Ca2+、Mg2+组成，其测定采用络合滴定法。在pH≈10的氨缓冲液中，以铬黑T为指示剂，用标准EDTA溶液直接滴定水中的Ca2+、Mg2+总量。在等当点之前，Ca2+、Mg2+和铬黑T形成紫红色络合物；当等当点到达时，游离出指示剂，溶液呈现蓝色。滴定时反应如下：等当点前Ca2++H2Y2-→CaY2-+2H+Mg2++H2Y2-→MgY2-+2H+等当点时Mg-铬黑T+H2Y2-→MgY2-+2H++铬黑T（酒红色）（蓝色）此滴定需要有Mg2+存在，变色才敏锐。为了使测定适用于缺镁水样，可在氨缓冲液中加入Mg-EDTA盐，利用置换滴定法提高终点变色的敏锐性。二、仪器与设备锥形瓶、酸式滴定管、移液管、量筒等三、试剂及其配制1．EDTA标准溶液（C1/2EDTA=0.1000mol/L）：准确称取在105℃下烘干的EDTA-Na2（基准级）18.60克于小烧杯中，先用适量蒸馏水溶解后，转入1000毫升容量瓶中，稀释定容。2．氨缓冲溶液（内含Mg-EDTA盐）：溶液A——20gNH4Cl固体溶于纯水中，加入100ml浓氨水并稀释至1L；溶液B——0.25gMgCl2·6H2O溶解后于100ml容量瓶中定容，然后用干燥洁净的移液管移取50.00ml溶液，加5mlNH3-NH4Cl溶液，4滴铬黑T指示剂，用0.1mol/L的EDTA溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色为止，取与此等体积的EDTA溶液加入容量瓶中与剩余的MgCl2溶液混合，即成Mg-EDTA盐溶液。将溶液A与溶液B混合即得含Mg-EDTA盐的氨缓冲溶液。3．铬黑T指示剂（0.5%）：0.5g铬黑T固体溶于100ml纯水中，于棕色瓶中保存。4.标准锌溶液：用表面皿精确称取0.31—0.35克（W）基准锌粒（片），转入150毫升锥形瓶中，盖上一个内外壁均洗净的小漏斗，通过小漏斗往锥形瓶加1：1盐酸3毫升，注意使酸溶液充分同锌粒接触（必要时可加少量纯水）。待全部溶解后，用纯水冲洗漏斗内外壁，将锥形瓶内的锌溶液小心转移到500毫升容量瓶内，并定容至刻度。该液准确浓度依式C1/2Zn2+=50069.321000W计算。5.氨水（1：1）6.EDTA溶液的标定：吸取20毫升标准锌溶液于锥形瓶中，加纯水30毫升。滴加1：1氨水，使有氨味后再加氨缓冲溶液1毫升及铬黑T指示剂少许（溶液有明显的红色即可，不宜过多）。以EDTA溶液滴定，溶液变纯蓝色即为终点。按下式计算EDTA溶液的准确浓度：C1/2EDTA=C1/2Zn2+V1/V’式中：V1——锌标准溶液的体积（mL）；V’——滴定消耗EDTA-Na2的体积（mL）。四、测定步骤1.取25ml水样于锥形瓶中。2.加入9.7ml氨缓冲溶液，3-4滴铬黑T指示剂，摇匀。3.用EDTA-Na2标准溶液滴定至溶液由紫红色变为蓝色，即为滴定终点。记录所消耗EDTA标准溶液的体积数V（双样滴定取平均值）。五、结果计算HT=C1/2Ca2++C1/2Mg2+=(C1/2EDTA×V×1000)/V水样（mmol/L）六、注意事项1．络合反应速度较慢，因此滴定速度不宜太快，尤其临近终点，更应缓慢滴定，并充分摇动。若室温太低，应将溶液略微加温到30——400C。2．水中如含有较多的碳酸氢根，加缓冲溶液后可能由CaCO3沉淀析出，使测定偏低。如滴定到蓝色后溶液很快又变紫红，则表明可能有CaCO3沉淀生成。这时应另取水样加1∶1HCl酸化（刚果红试纸变蓝），加热煮沸以驱除CO2，然后再作测定。3．测定时，溶液中加铬黑T后，如果指示剂显色不明显（不显酒红色），或滴定时等当点变色不明显，这可能是因为水中含有Cu2+、Zn2+、Co2+、Ni2+等离子所产生的干扰。这时可另取水样，加缓冲溶液后再加10%Na2S和10%盐酸羟胺各0.3ml，可以消除干扰。4．一些重金属离子对铬黑T有封闭作用，可用下法消除：在加入氨缓冲溶液和铬黑T指示剂之前，先滴加EDTA标准溶液（不能过量），然后再加缓冲溶液和指示剂，并继续滴定至终点（这样测定的结果也包括水样中的重金属离子）。5．如果水样的总硬度太低，滴定水样可加倍移取，但缓冲液及指示剂加入量亦应加倍。实验三钙、镁（络合滴定法）一、方法原理采用EDTA容量法测定天然水中的钙，镁含量由水中总硬度与钙的含量计算而得。天然水中钙镁总量的测定即为总硬度的测定，在pH为10的氨缓冲溶液中，以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液直接滴定；另取一份水样，加入氢氧化钠，调节其pH12，Mg2+即成为Mg(OH)2沉淀，不为EDTA所络合，不干扰钙的测定。采用钙红指示剂，钙红与Ca2+生成酒红色络合物，并且不如EDTA-Ca稳定，而游离钙红指示剂在pH12的条件下为蓝色，可利用溶液颜色的变化指示终点的到达。滴定时反应如下：Ca2++H2Y2-→CaY2-+2H+等当点时Ca-钙红+H2Y2-→钙红+CaY2-+2H+(酒红色)（蓝色）镁含量一般由钙、镁总量与钙含量之差来计算。二、仪器与设备锥形瓶、酸式滴定管、移液管等。三、试剂及其配制1.EDTA标准溶液（C1/2EDTA=0.1000mol/L）:准确称取在105℃下烘干的EDTA-Na2（基准级）18.60克于小烧杯中，先用适量蒸馏水溶解后，转入1000毫升容量瓶中，稀释定容，浓度标定同总硬度。2.氢氧化钠溶液（50%）：称取50g固体氢氧化钠，溶于50ml蒸馏水中，冷却后稀释至100ml。3.钙试剂（0.5%）：溶0.20g钙试剂羧酸钠（C21H13O7N2SNa）于40ml50%的丙酮溶液中。4.三乙醇胺溶液（1:10）。四、测定步骤1．取25ml水样于锥形瓶中，加入2ml三乙醇胺溶液，摇匀，以蒸馏水稀释至95ml混匀，加入5.0ml氢氧化钠溶液，摇匀后加入6滴钙试剂（以溶液呈现明显的紫红色为准），立即以EDTA标准溶液滴定至溶液刚由紫红色变为稳定的纯蓝色，记录EDTA溶液的用量V1。2．取25ml水样于锥形瓶中，加入2ml三乙醇胺溶液，摇匀，以蒸馏水稀释至95ml混匀，向锥形瓶中滴加体积为90%V1的EDTA标准溶液，再向锥形瓶中加入5.0ml氢氧化钠溶液，摇匀后加入6滴钙试剂，继续以EDTA标准溶液滴至溶液由紫红色变为稳定的纯蓝色，记录总的EDTA溶液的用量V2（双样滴定，取平均值）。五、结果计算1．钙含量C1/2Ca2+=(C1/2EDTA×V2×1000)/V水样（mmol/L）ρCa2+=C1/2Ca2+×20.04(mg/L)2．镁含量C1/2Mg2+=HT-C1/2Ca2+（mmol/L）ρMg2+=C1/2Mg2+×12.15(mg/L)六、注意事项1．如果Mg(OH)2沉淀太多，将使滴定终点变色不明显，此时可少取水样，稀释后测定。2．水中如果含有较多的碳酸氢根，加入NaOH后将生成碳酸钙沉淀，使测定结果偏低（终点后蓝色又很快变紫色的现象表明有碳酸钙析出）。此时应另取水样，以盐酸酸化（以刚果红试纸变蓝为准），加热煮沸2-3分钟，以驱除CO2，冷却后先用适量NaOH中和到刚果红试纸变红后，再进行测定。实验四溶解氧（碘量法）本法适用于大洋和近岸海水及河水、河口水溶解氧的测定。一、方法原理用锰（Ⅱ）在碱性介质中与溶解氧反应生成亚锰酸（H2MnO4），然后在酸性介质中使亚锰酸和碘化钾反应，析出碘（I2），最后用硫代硫酸钠（Na2S2O3）滴定析出的I2的量，其反应如下：溶氧的固定：MnSO4+2NaOH—Mn(OH)2↓（白色）+Na2SO42Mn(OH)2+O2——2H2MnO3↓（褐色）酸化：H2MnO3+2H2SO4+2KI=MnSO4+I2+K2SO4+3H2O滴定：2Na2S2O3+I2=2NaI+Na2S4O6合并上述各式得：Na2S2O3相当于1/4O2即滴定每消耗1摩尔的Na2S2O3，相当于水中有1/4摩尔的O2，也即相当于水中有8克的O2。二、仪器及设备1.棕色水样瓶（容积125mL左右的棕色瓶，瓶塞为锥形，磨口要严密，容积须经校正）2.碱式滴定管3.移液管及吸管4.碘量瓶5.温度计6.一般实验室常备仪器和设备三、试剂及其制备1.硫酸锰溶液：称取240g硫酸锰（MnSO4•4H2O）溶于水，并稀释至500mL。2.碱性碘化钾溶液：称取250g氢氧化钠（NaOH），在搅拌下溶于250mL水中，冷却后，加75g碘化钾(KI)，稀释至500mL，盛于具橡皮塞的棕色试剂瓶中。3.硫酸溶液（1:1）：在搅拌下，将50mL浓硫酸（H2SO4，ρ=1.84g/mL）小心加入同体积的水中，混匀。盛于试剂瓶中。4.硫代硫酸钠溶液（CNa2S2O3=0.01mol/L）：称取2.5g硫代硫酸钠（Na2S2O3•5H2O），用刚煮沸冷却的蒸馏水溶解，加入约2g碳酸钠，稀释至1L，移入棕色试剂瓶中，置于阴凉处保存。5.重铬酸钾标准溶液（C1/6K2Cr2O7=0.0100mol/L）：称取K2Cr2O7固体（AR，于130℃烘3h）0.4904g，溶解后在1000mL容量瓶中定容。6.碘化钾溶液（10%）：将5g碘化钾（KI）溶于水中，并稀释至50m