水的总硬度测定实验改进研究

王辉，丁昌华，赵永梅，韩靖

(上海大学 理学院 化学系，上海 200444)

络合滴定法测定水的总硬度实验是无机及分析化学实验的重要实验之一[1]。现有的实验教材中该实验项目是以铬黑T为指示剂，配制浓度10～ 20 mmol/L 的EDTA溶液对水样进行滴定[2-7]。由于某些水质较软的地区(如上海)，市政自来水中钙、镁离子含量较低，实验时水样只能使用钙、镁试剂和去离子水进行配制，不能直接进行自来水硬度测定。鉴于此，本文详细对水的总硬度实验中的EDTA浓度、自来水水样体积、铬黑T指示剂终点显示灵敏度等几个方面的因素进行了优化，改进出一种直接测定水质较软的市政自来水总硬度的实验方案，既能满足知识传授，又能简化实验操作，还能确保实验结果的准确性。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

碳酸钙，标准物质；盐酸、氨水、氯化铵、EDTA二钠、硫化钠、三乙醇胺、乙醇、铬黑T指示剂等均为分析纯。

梅特勒AL104电子分析天平；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 钙的标准溶液配制 准确称取0.08 ～ 0.10 g基准碳酸钙于100 mL烧杯中，逐滴滴加 6 mol/L HCl至无气泡产生，固体溶解完全后，转入250 mL容量瓶中，去离子水稀释、定容至刻度，即得钙标准溶液。

1.2.2 EDTA溶液配制 称取1.49 g乙二胺四乙酸二钠盐二水合物固体，溶解于1 L去离子水中，可得浓度为4 mmol/L的EDTA溶液。其它浓度按此方法配制即可。

1.2.3 pH=10的NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液配制 称取氯化铵53.5 g，加入去离子水溶解。再加入浓氨水350 mL，去离子水定容至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去离子水中，摇匀，保存于磨口瓶中。

1.2.5 2%Na2S溶液配制 称取20 g硫化钠，加入去离子水980 mL溶解，摇匀，保存于磨口瓶中。

1.2.6 铬黑T指示剂配制 称取0.5 g铬黑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。此方法配制的指示剂可以较长期保存[8]。

1.3 EDTA标准溶液浓度的标定

准确移取25.00 mL钙的标准溶液至锥形瓶中，加入25.00 mL的去离子水，5 mL pH=10缓冲溶液及3滴铬黑T指示剂，用待标定的EDTA溶液滴定至溶液由酒红色变为蓝色即为终点。记录EDTA消耗的体积。按上述操作重复1次。2次消耗的 EDTA 体积相差0.2 mL以内，否则重新做。取2次实验平均值计算EDTA浓度。

1.4 市政自来水的硬度测定

直接在水龙头取自来水50.00 mL置于锥形瓶中，分别加入5 mL pH=10缓冲溶液，1 mL 2% Na2S溶液，5 mL三乙醇胺溶液及3滴铬黑T指示剂，EDTA滴定至溶液由酒红色变为蓝色即为终点。重复滴定2次，3次滴定体积相差均不超过0.2 mL，取平均值，可计算出自来水的总硬度。

2 结果与讨论

2.1 水样体积的选择

目前上海市政自来水已达到软水标准，水样体积过少必然会造成EDTA滴定时消耗体积过少，从而容易引起读数误差，取样过多又会造成多次移取引起实验误差累计，这些都会增加实验结果的不准确性。根据目前实验室配置条件，选定测定水样体积为50.00 mL，这是目前大多数实验室配备的移液管常用体积，实验开展后不会引起玻璃仪器更新。

2.2 EDTA浓度的选择

水龙头取自来水50.00 mL，加入5 mL pH=10缓冲溶液，1 mL 2% Na2S溶液，5 mL三乙醇胺溶液及4滴铬黑T指示剂，分别使用浓度20，10，5，4 mmol/L 的EDTA进行滴定，结果见表1。

表1 不同浓度EDTA滴定时消耗的体积

由表1可知，EDTA浓度为10，20 mmol/L时，EDTA消耗体积都<10 mL，读数误差较大，同时也不利于学生观察；浓度为4 mmol/L的EDTA标准液，消耗体积在20 mL以上，可满足滴定分析误差控制在0.1% 以内的要求，且滴定终点指示剂颜色突变较灵敏，可以达到实验教学需要的要求(图1)。

图1 滴定时的颜色变化

2.3 EDTA浓度的标定

实验中需要对4 mmol/L的EDTA溶液浓度进行准确标定，为了简化实验操作，并保证实验结果准确，假定实验消耗EDTA 溶液为20 mL，计算得出了配制用于标定EDTA溶液的钙标准溶液配制方法：在分析天平上准确称取0.08 ～ 0.10 g烘干处理后的基准碳酸钙于100 mL烧杯中，逐滴滴加 6 mol/L HCl至无气泡产生。固体溶解完全后转入250 mL容量瓶中，去离子水稀释、定容至刻度。用250 mL容量瓶是为了减少基准物质的称量误差，且使用这种方法配制的钙标准液可以直接移取使用，不需要二次移取稀释、定容，降低了多步操作的误差可能。

3 结论

把水的总硬度测定实验中的水样确定为市政自来水，针对水质较软，Ca2+、Mg2+含量较低的自来水特点，改进实验方法，降低了EDTA标准溶液的浓度，并且不需要二次稀释、定容，直接一次配制标定用的钙离子标准溶液。经过2年多以来实际教学效果的总结，发现此次改进可以很好地应用于3～4学时的实验教学中，学生测定结果准确，学习兴趣浓厚，可以后续作为《自来水总硬度的测定》实验在软水地区开展提供有效的参考。