水的硬度测定

水的硬度测定 水质分析 应用化工2班 一组 郝晓亚 孟珍 李松松 路志婷 郭晴 摘要:配位滴定测定水的硬度。 关键词:水质分析 EDTA 水的硬度 随着国民经济持续快速发展，水资源供需矛盾将越来越突出。水质的恶化现象日益严重水资源的短缺和水环境的污染已经成为经济持续、健康发展的制约因素。改善水环境已经成为人类面临的一项重要的工作，而要实现水资源保护，水质分析和监测技术的现代化是一条必由之路。近年来，水分析化学呈现出以下几种发展。 ? 高效预富集、分离方法的研究。 ? 水分析检测技术的连续自动化。 ? 开发新的用于水分析的计算机软件。 ? 各种方法和仪器的连用。 水分析化学研究的对象是水环境中的化学物质，其种类多、样品组成复杂、含量低、不稳定，因此，要求分析方法除了满足一般分析所要求的精密度和准确度高的特点外，还要求具备灵敏度高，检出极限低，能满足痕量和超痕量分析的要求;选择性好，可用于复杂样品的检测;适用范围广，能用于不同化学物质的检测。 分析技术的分类 1、化学分析 在一般的分析工作中需要先做定性分析在做定量分析，但在水质 监测中要分析的项目大都是已知的，故不需要做定性分析，而直接进行定量 分析。分析时，安所分析的物质的性质和定量分析手段又可以分为 ?化学分析法 是一化学反应为基础的方法，是通过将水中被分析物质 与另 一中已知成分、性质、含量的物质发生化学反应，而产生具有特殊性质的新 物质，从而确定水中被分析物质的存在、组成、性质和含量的方法。包括 ? 重量分析法可 主要用于水中不可滤残渣或悬浮物、总残渣、总过虑残渣、 挥发性残渣、钙镁离子的测定 ? 滴定分析法 根据反应基础又可分为酸碱滴定法、沉淀滴定法，配位滴 定法和氧化还原滴定法。广泛应用于水质指标的测定。 2、仪器分析 以水样中被分析组分的物理性质，如光、电、磁、热及声等特性， 以成套的物理仪器为手段，对水样中的化学成分和含量进行测定的方法。有 以下几种方法 ? 光学分析法 ? 电化学分析法 1 ? 色谱分析法 ? 质朴分析法 仪器分析法是目前常用的微量和痕量分析方法绝大部分的无机物和有机物都可以分析。 1、水样采集和保存的主要原则是: (1)水样必须具有足够的代表性;(2)水样必须不受任何意外的污染。 2、水样采集: (1).采样前准备——根据监测内容和监测项目的具体要求，选择适合的采样器和盛水器，要求采样器具的材质化学性质稳定、容易清洗、瓶口易密封。其次，确定采样总量(分析用量和备份用量)。 ?采样器 ?盛水器 ?采样量 (2). 地表水采样方法——地表水水样采样时，通常采集瞬时水样;遇有重要支流的河段，有时需要采集综合水样或平均比例混合水样。地表水表层水的采集，可用适当的容器如水桶等采集。在湖泊、水库等处采集一定深度的水样，可用直立式或有机玻璃采样器，并借助船只、桥梁、索道或涉水等方式进行水样采集。 (3). 废水或污水采样方法——工业废水和生活污水的采样种类和采样方法取决于生产工艺、排污规律和监测目的，采样涉及采样时间、地点和采样频数。水样类型:瞬时水样、等时混合水样、等时综合水样、等比例混合水样和流量比例混合水样等。 ?浅水采样 当废水以水渠形式排放到公共水域时，应设适当的堰，可用容器或用长柄采水勺从堰溢流中直接采样。在排污管道或渠道中采样时，应在具有液体流动的部位采集水样。 ?深层水采样 适用于废水或污水处理池中的水样采集，可使用专用的深层采样器采集。 ?自动采样 利用自动采样器或连续自动定时采样器采集。可在一个生产周期内，按时间程序将一定量的水样分别采集在不同的容器中;自动混合采样时采样器可定时连续地将一定量的水样或按流量比采集的水样汇集于一个容器中。 3、水样的运输和保存水样的运输——水样的运输时间，一般以24小时为最大允许时间。 (l)盛水器应当妥善包装，以免它们的外部受到污染，特别是水样瓶颈部和瓶塞，在运送过程中不应破损或丢失。 (2)为避免水样容器在运输过程中因震动、碰撞而破损，最好将样品瓶装箱，并采用泡沫塑料减震或碰撞。 2 (3)需要冷藏、冷冻的样品，须配备专用的冷藏、冷冻箱或车运送;条件不具备时，可采用隔热容器，并加入足量的制冷剂达到冷藏、冷冻的要求。 (4)冬季水样可能结冰。如果盛水器用的是玻璃瓶，则采取保温措施以免破裂。 4、水样的保存 水样允许保存的时间与水样的性质、分析指标、溶液的酸度、保存容器和存放温度等多种因素有关，不同的水样允许的存放时间也有所不同。一般认为，水样的最大存放时间为: 清洁水样 72小时 轻污染水样 48小时 重污染水样 12小时 5、水样主要的保护性措施: (1) 选择合适的保存容器——不同材质的容器对水样的影响不同，一般可能存在吸附待测组分或自身杂质溶出污染水样的情况，因此应该选择性质稳定、杂质含量低的容器。一般常规监测中，常使用聚乙烯和硼硅玻璃材质的容器。 (2) 冷藏或冷冻 能抑制微生物的活动，减缓物理作用和化学反应速度。如将水样保存在-18~-22?C的冷冻条件下，会显著提高水样中磷、氮、硅化合物以及生化需氧量等监测项目的稳定性，并对后续分析测定无影响。 (3) 加入保存药剂 在水样中加入合适的保存试剂，能够抑制微生物活动，减缓氧化还原反应发生。加入的方法可以是在采样后立即加入;也可在水样分样时，根据需要分瓶分别加入。 (4)过滤和离心分离 水样浑浊也会影响分析结果。用适当孔径的滤器可以有效地除去藻类和细菌，滤后的样品稳定性提高。一般而言，可用澄清、离心、过滤等措施分离水样中的悬浮物。 孔径为0.45mm的滤膜作为分离可滤态与不可滤态的介质;孔径为0.2mm的滤膜作为除去细菌处理的介质。 采用澄清后取上清液或用滤膜、中速定量滤纸、砂芯漏斗或离心等方式处理水样时，其阻留悬浮性颗粒物的能力大体为:滤膜>离心>滤纸>砂芯漏斗。 水样的预处理 对水样进行分析前，常根据不同的分析目的、水质状况、有无干扰等对水样做预处理。常用的预处理方法主要有以下几点。 ? 过滤 3 ? 浓缩或稀释 ? 蒸馏 ? 消解 锅炉用水的标准 1、给水指标 (1)悬浮物 悬浮物是表示不容于水的颗粒较大的一些物质含量杂质的指标。其单位为mg/l。对于锅内水处理，水中的悬浮物会增加锅内沉积物的量，给防垢工作带来难度，严重者还有可能堵塞排污管;对于锅外水处理，水中的悬浮物进入离子交换器后易覆盖在树脂颗粒表面，影响离子交换树脂的正常工作。 水中的悬浮物较易去除，当采用锅内加药处理时，规定悬浮物小于20mg/l，当采用锅外化学处理时，规定悬浮物小于5mg/l，一般将原水经澄清、混凝、过滤后都能达到此标准。当采用自来水作补给水源时，自来水中的悬浮物含量已远远小于此标准，因此可直接使用。蒸汽凝结水回用时，由于大部分单位凝结水不经处理直接进入软水箱，因此应当心凝结水是否受污染而造成悬浮物超标。 (2)总硬度 水的总硬度是指水中钙、镁离子的总浓度。总硬度的大小直接影响锅炉结垢的速度，应严格加以控制。实践证明热强度最大的受热面上每年所积水垢厚度不超过1.5mm，因此规定给水总硬度?3.5mmol/l;采用锅外化学水处理时，在采用锅炉定期清洗条件下，能保证热强度最大的受热面上每年所结水垢厚度不超过0.5mm，因此，规定给水总硬度?0.03mmol/l。 (3)PH 提高给水PH值对给水管道及设备的防腐非常有利。但给水PH值过高，不利于锅水PH值的控制，同时提高给水PH值须加药设施，提高了水处理工作的复杂性，考虑到实际情况，规定给水PH值?7。 (4)溶解氧 溶解氧是造成给水设备和锅炉本体腐蚀的主要因素之一，特别在锅炉内部，溶解氧对烟管等高温部件腐蚀很快。锅炉蒸发量愈大，单位水容积愈小，在相同的时间内，金属表面接触的溶解氧也愈多，所以规定锅炉额定蒸发量大于等于6t/h时应除氧，额定蒸发量小于6t/h的锅炉如发现局部腐蚀时，应采取除氧措施，对于供汽轮机用汽的锅炉给水含氧量应小于等于0.05mg/l。 (5)含油量 给水含油量高时，会使锅水产生泡沫，影响蒸汽品质;也会使锅内形成导热系数很小的油质水垢。另外在温度较高的受热面下，由于油质的分解，可能转变成导热性极差的碳质水垢。所以必须控制给水的含油量。回用的凝结水系统油质泄漏往往是造成含油量超标的主要原因。 2、锅炉水指标 4 (1)总碱度 锅水碱度过高和过低都不能达到防垢和防腐蚀的目的。碱度过低，防垢 较差，而碱度过高，则易产生碱腐蚀，并且还可能产生锅水发泡和汽水共腾。 当采用锅内水处理时，总碱度应控制在8—26mmol/l;当采用锅外化学水处 理时，总碱度控制在6—24mmol/l，蒸汽压力高或有过热器时，总碱度控制 值上限宜下降。 (2)PH 由于锅水处于高温状态，当PH低于8或大于13.5时，锅炉表面的保护 膜都会因溶解而遭到破坏，而使金属的腐蚀加剧。控制锅水的PH值不仅仅 是金属防腐蚀的需要，同时也是锅炉防垢的需要，因为只有维持锅水一定的 PH值和碱度，才能使成垢物质不结为水垢而变为水渣，从而达到良好的防 垢效果。实践证明，维持锅水PH在10—12之间是合适的。 (3)溶解固形物 由于蒸汽品质相对比较纯净，溶解在给水中的盐等各种杂质大部分都留在锅水里，因此锅水含盐量急剧增加。当含盐量达到一定的程度，锅水就会形成很厚的泡沫层，即所谓汽水共腾。所以为了保证锅炉的安全运行，保证蒸汽的品质，必须控制溶解固形物的含量。 )亚硫酸盐 (4 锅水中亚硫酸盐是由于采用亚硫酸盐作除氧时产生的，锅水内亚硫酸盐剩余量越高，与氧反应的速度越快，但剩余量太大，不仅增加药剂的消耗量，而且也增加了水中的含盐量。所以水质标准规定锅水中的SO32-控制在10—30mg/l。 (5)磷酸盐 锅水中的磷酸盐也是由于加药处理时的控制指标。磷酸盐能使水中残留的Ca2+、Mg2+形成磷酸盐水渣，并使锅炉的金属表面形成磷酸铁保护膜，以达到防垢、防腐的目的。磷酸盐含量太高的害处是增加药剂的消耗量和增加水的含盐量。水质标准规定锅水中的PO43-控制在10—30mg/l。 (6)相对碱度 当锅水中游离氢氧化钠含量较高时，锅炉在有缝隙部位并存在应力时易发生苛性脆化腐蚀。铆接和胀管锅炉最易发生这种情况。研究表明，相对碱度控制在小于0.2时，一般不会发生苛性脆化。 基于我们这些知识，今天我们做一个水硬度的测定。我们选用的方法是用EDTA进行配位滴定。 1、实验原理 测定水的总硬度，一般采用配位滴定法即在pH,10的氨性溶液中，以铬黑,作 2+2+为指示剂,用EDTA标准溶液直接滴定水中的Ca、Mg，直至溶液由紫红色经紫蓝色转变为蓝色，即为终点。 5 2、实验前的准备 ?缓冲溶液的配制 称取22克氯化铵，加12ml浓氨水，再加水稀释至 50ml，转移到试剂瓶中。 ?EDTA的配制 称取3.8gEDTA溶于水后，加水稀释至50ml，转移到试剂 瓶中。 ?铬黑T的配制 称取0.2g铬黑T加2.3三乙醇胺溶解，加水7.5ml稀 释，转移到试剂瓶中。 ?制备水样 ? 准备好干净的仪器 3、实验步骤 ?EDTA的标定 准确称取0.04gCaCO，放入锥形瓶中，加入蒸馏水溶解，3 ，用配好的EDTA滴定，平行做三次，记录数据。 加入几滴指示剂铬黑T ?水硬度的测定 用移液管移取25ml水样置于锥形瓶中，加入几滴指示 剂铬黑T，用EDTA滴定，平行做三次，记录数据。 4、计算 ?EDTA浓度的计算 mCaCO3 c,MCaCO3,100(g/mol)EDTAVMCaCO3 EDTA (2)水硬度的计算 (CV)MEDTACaCO3水总硬度,，1000 水样(ml) 5、数据记录及结果 ?EDTA标准溶液标定 测 定 次 项 1 2 3 4 数 目 m倾样前/g 22.6930 22.7762 22.5761 22.6136 基准物称量 m倾样后/g 22.6544 22.7350 22.5332 22.5758 6 M(CaCO3)/g 0.0390 0.0412 0.0429 0.0378 滴定管初读数/ml 0.00 0.00 0.00 0.00 滴定管终读数/ml 15.24 16.25 15.91 14.90 滴定消耗EDTA的体积/ml 15.24 16.25 15.91 14.90 EDTA的浓度/mol/L EDTA的平均浓度/mol/l ?水硬度的测定 测 定 次 项 1 2 3 4 数 目 移取水样的体积/ml 25.00 25.00 25.00 25.00 滴定管初读数/ml 0.00 0.00 0.00 0.00 滴定管终读数/ml 7.25 7.25 7.26 7.28 7.28 滴定消耗EDTA的体积7.25 7.25 7.26 /ml EDTA的浓度/ml 钙镁离子的总浓度 /mol/l 总硬度 5、实验中出现的失误及注意事项 ? 溶液的PH 应控制在10左右，不宜带高或太低。 ?试验中碳酸钙只加水不溶解，解决办法，先加酸溶解，再加氢氧化钠中 和，然后加入缓冲溶液，再加指示剂，进行滴定。 参考文献 王国惠 水分析化学 化学工业出版社 2006 7