水的纯度及总硬度测定

Determination of Purity and Hardnessof Water

一、目的要求

(1)掌握电导率仪测定水纯度的方法。

(2)熟悉应用螯合滴定测定水的总硬度的原理和方法。

(3)进一步了解EDTA在螯合滴定法中的应用。

二、预习要点

(1)熟悉电导率仪的工作原理及使用方法。

(2)掌握螯合滴定的特点以及作为金属指示剂所必需的条件。

(3)了解滴定中所加条件试剂的作用。

加酸除去CO2，可避免钙、镁的碳酸氢盐在加入碱性缓冲溶液时产生碳酸钙或镁的不溶物而使测定结果偏低。

三乙醇胺能掩蔽水样中可能存在的Al3+、Fe3+等离子，使滴定终点更易判断。

在p H=10．0的氨性缓冲溶液中进行测定，使在滴定终点时游离出来的指示剂呈蓝色，便于滴定终点的观察。

三、实验基本原理

1． 电导率仪测定水的纯度

天然水中溶有无机盐离子，所以实际上水是一种极稀的电解质溶液。尽管浓度极小，但亦有导电现象，离子浓度越大，导电能力越强。

导体导电能力的大小，一般用电阻R或电导G表示，二者互为倒数，即

电阻的SI单位为欧姆，符号为Ω; 电导的SI单位为西门子，符号为S。

温度一定时，两极间溶液的电阻与两极间的距离l成正比，与电极面积A成反比，即

比例常数ρ称为电阻率，SI单位为欧·米，符号为Ω·m。电阻率的倒数，称为电导率κ

电导率的SI单位为西门子·米－1，符号为S·m－1。

将(2)式、(3)式代入(1)式得

由上式可知，当l/A=1时，κ=G，所以κ在数值上等于相距为1单位长度和大小为1单位面积的两个电极间的溶液的电导。

水中无机盐离子浓度越高，导电性越好，电导率越大，则水的纯度越低;反之，电导率越小，则水的纯度越高。

2． 螯合滴定法测定水的总硬度

水的硬度主要是由于水中存在钙盐和镁盐所引起的。当然，其他金属盐亦会使水的硬度增大，但这些金属盐含量不高。因此水的硬度一般只考虑钙盐和镁盐所造成的硬度。水的硬度的测定可分为水的总硬度的测定和钙镁硬度的测定两种。总硬度的测定是滴定Ca2+，Mg2+总量，并以Ca进行计算。后一种是分别测定Ca2+和Mg2+的含量，若水中的钙盐和镁盐是可溶性的酸式碳酸盐，加热就可分解成碳酸盐沉淀，经过过滤便可将钙、镁离子从水中除去。含有这些钙、镁的酸式碳酸盐所形成的水的硬度称为暂时硬度。

若水中含有钙和镁的硫酸盐或氯化物，虽然经过加热也不能使钙盐和镁盐产生沉淀而从水中除去，水中含有这些由硫酸盐和氯化物所形成的硬度称为永久硬度。

水的暂时硬度与永久硬度的总和称为水的总硬度。

水的总硬度的测定方法很多，最常用的是EDTA螯合滴定法。该方法是以铬黑T作指示剂，用EDTA标准溶液进行滴定。测定水中Ca2+，Mg2+离子的总含量，并以Ca进行计算，即可算出总硬度。

测定在p H=10．0的氨性缓冲溶液中进行。另外，考虑到EDTA能与很多金属离子生成螯合物，为防止干扰，应加入掩蔽剂。

铬黑T(HIn2－)可与水中的Ca2+、Mg2+生成红色配合物，但该配合物不及EDTA与Ca2+、Mg2+形成的螯合物稳定，滴定中EDTA从指示剂配合物中夺取Ca2+、Mg2+形成更稳定的螯合物，使指示剂Hln2－游离出来，溶液由红色恰好变为蓝色，即达终点。

上述反应过程可表示为

水样总硬度可用下列方法表示:

(1)以每升水样中含有Ca O的毫克数表示:

(2)以每升水样中含有Ca O的数量表示，国际上规定每升水中含有Ca O10 mg称为1度。

(3)以每立方米水样中含有Ca CO3的毫克数表示(ppm):

各国对水的硬度表示方法不同。德国硬度是水质硬度表示比较早的一种方法，它以度(°)为计，它表示十万份水中含有一份Ca O，即一升水中含有10毫克Ca O为1°，这称为一个硬度单位，水质分类是0～4°为很软的水，4～8°为软水，8～16°为中等硬水，16～30°为硬水，30°以上为很硬的水。

四、仪器和试剂

仪器: 电导率仪，酸式滴定管(50 m L)，移液管(50 m L)，锥形瓶(250 m L)，刻度吸管(1．0m L，5．0m L，10．0m L)，滴定管架，电炉，烧杯。

试剂:HCl(6mol·L－1)，三乙醇胺(1．5mol·L－1)，Na2S(0．25mol·L－1)， p H≌10的NH3－NH4Cl缓冲溶液，铬黑T指示剂，EDTA标准溶液。

五、实验内容

用容量吸管吸取水样(自来水)100．0m L，加入1～2滴6mol·L－1HCl溶液使之酸化。然后将锥形瓶放在石棉网上微热至沸，除去水中CO2，当水样冷却后，用量杯加入1．5mol·L－1三乙醇胺溶液5．0m L; NH3－NH4Cl缓冲溶液10．0m L;0．25mol·L－1Na2S溶液1．0m L;再滴入2～3滴铬黑T指示剂，然后用0．005mol·L－1EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色恰好变为蓝色，且经振摇在半分钟内不再消失即为终点。按上述方法重复操作两次。

六、实验记录与结果

测定水样总硬度

* : 以每升水中含10mg Ca O为1°。

(编者: 李战辉)