水的總硬度測定實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究

王輝，丁昌華，趙永梅，韓靖

(上海大學(xué) 理學(xué)院 化學(xué)系，上海 200444)

絡(luò)合滴定法測定水的總硬度實(shí)驗(yàn)是無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要實(shí)驗(yàn)之一[1]。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教材中該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是以鉻黑T為指示劑，配制濃度10～ 20 mmol/L 的EDTA溶液對水樣進(jìn)行滴定[2-7]。由于某些水質(zhì)較軟的地區(qū)(如上海)，市政自來水中鈣、鎂離子含量較低，實(shí)驗(yàn)時水樣只能使用鈣、鎂試劑和去離子水進(jìn)行配制，不能直接進(jìn)行自來水硬度測定。鑒于此，本文詳細(xì)對水的總硬度實(shí)驗(yàn)中的EDTA濃度、自來水水樣體積、鉻黑T指示劑終點(diǎn)顯示靈敏度等幾個方面的因素進(jìn)行了優(yōu)化，改進(jìn)出一種直接測定水質(zhì)較軟的市政自來水總硬度的實(shí)驗(yàn)方案，既能滿足知識傳授，又能簡化實(shí)驗(yàn)操作，還能確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

碳酸鈣，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；鹽酸、氨水、氯化銨、EDTA二鈉、硫化鈉、三乙醇胺、乙醇、鉻黑T指示劑等均為分析純。

梅特勒AL104電子分析天平；滴定管(50 mL 1支)；移液管(25 mL 1支，50 mL 1支)。

1.2 溶液的配制

1.2.1 鈣的標(biāo)準(zhǔn)溶液配制 準(zhǔn)確稱取0.08 ～ 0.10 g基準(zhǔn)碳酸鈣于100 mL燒杯中，逐滴滴加 6 mol/L HCl至無氣泡產(chǎn)生，固體溶解完全后，轉(zhuǎn)入250 mL容量瓶中，去離子水稀釋、定容至刻度，即得鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.2 EDTA溶液配制 稱取1.49 g乙二胺四乙酸二鈉鹽二水合物固體，溶解于1 L去離子水中，可得濃度為4 mmol/L的EDTA溶液。其它濃度按此方法配制即可。

1.2.3 pH=10的NH3·H2O-NH4Cl緩沖溶液配制 稱取氯化銨53.5 g，加入去離子水溶解。再加入濃氨水350 mL，去離子水定容至1 000 mL。

1.2.4 20%三乙醇胺溶液配制 取200 mL三乙醇，溶于800 mL去離子水中，搖勻，保存于磨口瓶中。

1.2.5 2%Na2S溶液配制 稱取20 g硫化鈉，加入去離子水980 mL溶解，搖勻，保存于磨口瓶中。

1.2.6 鉻黑T指示劑配制 稱取0.5 g鉻黑T，溶解于75 mL三乙醇胺和25 mL乙醇的混合溶液中，配制后保存于冰箱中。此方法配制的指示劑可以較長期保存[8]。

1.3 EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的標(biāo)定

準(zhǔn)確移取25.00 mL鈣的標(biāo)準(zhǔn)溶液至錐形瓶中，加入25.00 mL的去離子水，5 mL pH=10緩沖溶液及3滴鉻黑T指示劑，用待標(biāo)定的EDTA溶液滴定至溶液由酒紅色變?yōu)樗{(lán)色即為終點(diǎn)。記錄EDTA消耗的體積。按上述操作重復(fù)1次。2次消耗的 EDTA 體積相差0.2 mL以內(nèi)，否則重新做。取2次實(shí)驗(yàn)平均值計算EDTA濃度。

1.4 市政自來水的硬度測定

直接在水龍頭取自來水50.00 mL置于錐形瓶中，分別加入5 mL pH=10緩沖溶液，1 mL 2% Na2S溶液，5 mL三乙醇胺溶液及3滴鉻黑T指示劑，EDTA滴定至溶液由酒紅色變?yōu)樗{(lán)色即為終點(diǎn)。重復(fù)滴定2次，3次滴定體積相差均不超過0.2 mL，取平均值，可計算出自來水的總硬度。

2 結(jié)果與討論

2.1 水樣體積的選擇

目前上海市政自來水已達(dá)到軟水標(biāo)準(zhǔn)，水樣體積過少必然會造成EDTA滴定時消耗體積過少，從而容易引起讀數(shù)誤差，取樣過多又會造成多次移取引起實(shí)驗(yàn)誤差累計，這些都會增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不準(zhǔn)確性。根據(jù)目前實(shí)驗(yàn)室配置條件，選定測定水樣體積為50.00 mL，這是目前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室配備的移液管常用體積，實(shí)驗(yàn)開展后不會引起玻璃儀器更新。

2.2 EDTA濃度的選擇

水龍頭取自來水50.00 mL，加入5 mL pH=10緩沖溶液，1 mL 2% Na2S溶液，5 mL三乙醇胺溶液及4滴鉻黑T指示劑，分別使用濃度20，10，5，4 mmol/L 的EDTA進(jìn)行滴定，結(jié)果見表1。

表1 不同濃度EDTA滴定時消耗的體積

由表1可知，EDTA濃度為10，20 mmol/L時，EDTA消耗體積都<10 mL，讀數(shù)誤差較大，同時也不利于學(xué)生觀察；濃度為4 mmol/L的EDTA標(biāo)準(zhǔn)液，消耗體積在20 mL以上，可滿足滴定分析誤差控制在0.1% 以內(nèi)的要求，且滴定終點(diǎn)指示劑顏色突變較靈敏，可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要的要求(圖1)。

圖1 滴定時的顏色變化

2.3 EDTA濃度的標(biāo)定

實(shí)驗(yàn)中需要對4 mmol/L的EDTA溶液濃度進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定，為了簡化實(shí)驗(yàn)操作，并保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，假定實(shí)驗(yàn)消耗EDTA 溶液為20 mL，計算得出了配制用于標(biāo)定EDTA溶液的鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法：在分析天平上準(zhǔn)確稱取0.08 ～ 0.10 g烘干處理后的基準(zhǔn)碳酸鈣于100 mL燒杯中，逐滴滴加 6 mol/L HCl至無氣泡產(chǎn)生。固體溶解完全后轉(zhuǎn)入250 mL容量瓶中，去離子水稀釋、定容至刻度。用250 mL容量瓶是為了減少基準(zhǔn)物質(zhì)的稱量誤差，且使用這種方法配制的鈣標(biāo)準(zhǔn)液可以直接移取使用，不需要二次移取稀釋、定容，降低了多步操作的誤差可能。

3 結(jié)論

把水的總硬度測定實(shí)驗(yàn)中的水樣確定為市政自來水，針對水質(zhì)較軟，Ca2+、Mg2+含量較低的自來水特點(diǎn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，降低了EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，并且不需要二次稀釋、定容，直接一次配制標(biāo)定用的鈣離子標(biāo)準(zhǔn)溶液。經(jīng)過2年多以來實(shí)際教學(xué)效果的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)此次改進(jìn)可以很好地應(yīng)用于3～4學(xué)時的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生測定結(jié)果準(zhǔn)確，學(xué)習(xí)興趣濃厚，可以后續(xù)作為《自來水總硬度的測定》實(shí)驗(yàn)在軟水地區(qū)開展提供有效的參考。