水的總硬度測定實驗改進研究

王輝，丁昌華，趙永梅，韓靖

(上海大學 理學院 化學系，上海 200444)

絡合滴定法測定水的總硬度實驗是無機及分析化學實驗的重要實驗之一[1]。現有的實驗教材中該實驗項目是以鉻黑T為指示劑，配制濃度10～ 20 mmol/L 的EDTA溶液對水樣進行滴定[2-7]。由于某些水質較軟的地區(如上海)，市政自來水中鈣、鎂離子含量較低，實驗時水樣只能使用鈣、鎂試劑和去離子水進行配制，不能直接進行自來水硬度測定。鑒于此，本文詳細對水的總硬度實驗中的EDTA濃度、自來水水樣體積、鉻黑T指示劑終點顯示靈敏度等幾個方面的因素進行了優化，改進出一種直接測定水質較軟的市政自來水總硬度的實驗方案，既能滿足知識傳授，又能簡化實驗操作，還能確保實驗結果的準確性。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

碳酸鈣，標準物質；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 鈣的標準溶液配制 準確稱取0.08 ～ 0.10 g基準碳酸鈣于100 mL燒杯中，逐滴滴加 6 mol/L HCl至無氣泡產生，固體溶解完全后，轉入250 mL容量瓶中，去離子水稀釋、定容至刻度，即得鈣標準溶液。

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標準溶液濃度的標定

準確移取25.00 mL鈣的標準溶液至錐形瓶中，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，用待標定的EDTA溶液滴定至溶液由酒紅色變為藍色即為終點。記錄EDTA消耗的體積。按上述操作重復1次。2次消耗的 EDTA 體積相差0.2 mL以內，否則重新做。取2次實驗平均值計算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為藍色即為終點。重復滴定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 結果與討論

2.1 水樣體積的選擇

目前上海市政自來水已達到軟水標準，水樣體積過少必然會造成EDTA滴定時消耗體積過少，從而容易引起讀數誤差，取樣過多又會造成多次移取引起實驗誤差累計，這些都會增加實驗結果的不準確性。根據目前實驗室配置條件，選定測定水樣體積為50.00 mL，這是目前大多數實驗室配備的移液管常用體積，實驗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進行滴定，結果見表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，讀數誤差較大，同時也不利于學生觀察；濃度為4 mmol/L的EDTA標準液，消耗體積在20 mL以上，可滿足滴定分析誤差控制在0.1% 以內的要求，且滴定終點指示劑顏色突變較靈敏，可以達到實驗教學需要的要求(圖1)。

圖1 滴定時的顏色變化

2.3 EDTA濃度的標定

實驗中需要對4 mmol/L的EDTA溶液濃度進行準確標定，為了簡化實驗操作，并保證實驗結果準確，假定實驗消耗EDTA 溶液為20 mL，計算得出了配制用于標定EDTA溶液的鈣標準溶液配制方法：在分析天平上準確稱取0.08 ～ 0.10 g烘干處理后的基準碳酸鈣于100 mL燒杯中，逐滴滴加 6 mol/L HCl至無氣泡產生。固體溶解完全后轉入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物質的稱量誤差，且使用這種方法配制的鈣標準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 結論

把水的總硬度測定實驗中的水樣確定為市政自來水，針對水質較軟，Ca2+、Mg2+含量較低的自來水特點，改進實驗方法，降低了EDTA標準溶液的濃度，并且不需要二次稀釋、定容，直接一次配制標定用的鈣離子標準溶液。經過2年多以來實際教學效果的總結，發現此次改進可以很好地應用于3～4學時的實驗教學中，學生測定結果準確，學習興趣濃厚，可以后續作為《自來水總硬度的測定》實驗在軟水地區開展提供有效的參考。