实验十四水硬度的测定
一实验目的
1、了解硬度的常用表示方法；
2、学会用配位滴定法测定水中钙镁含量，钙含量的原理和方法
3、掌握铬黑T，钙指示剂的使用条件和终点变化。
二、实验原理
1、总硬度、钙硬度、镁硬度的概念及表示方法；
水的硬度主要是指水中含可溶性的钙盐和镁盐。
总硬度通常以每L 水中含的碳酸钙的mg数，即mg/L.
钙硬度即每1L 水中含的钙离子的m g数，mg/L.
镁硬度即每1L 水中含的镁离子的m g数，mg/L
2 总硬度的测定条件与原理
测定条件：以N H3-NH4Cl 缓冲溶液控制溶液pH＝10，以铬黑T 为指示剂，用EDTA
滴定水样。
原理：滴定前水样中的钙离子和镁离子与加入的铬黑T指示剂络合，溶液呈现酒红色，随着EDTA的滴入，配合物中的金属离子逐渐被EDTA夺出，释放出指示剂，使溶液颜色逐渐变蓝，至纯蓝色为终点，由滴定所用的EDTA的体积即可换算出水样的总硬度。
3 钙硬度的测定条件与原理；
测定条件：用NaOH溶液调节待测水样的pH为13，并加入钙指示剂，然后用EDTA 滴定。
原理：调节溶液呈强碱性以掩蔽镁离子，使镁离子生成氢氧化物沉淀，然后加入指示剂用EDTA滴定其中的钙离子，至酒红色变为纯蓝色即为终点，由滴定所用
的EDTA的体积即可算出水样中钙离子的含量，从而求出钙硬度。
4、相关的计算公式
总硬度＝(CV1) EDTA M CaCO3/0.1 钙硬度＝(CV2) EDTA M Ca/0.1 镁硬度＝
C(V1-V2)M Mg/0.1
三实验步骤
实验步骤思考题
总硬度的测定
1、水硬度的测定包括哪些内容？如何
用100mL吸管移取三份水
测定？
样，分别加5mL NH3-NH4Cl 缓冲
2、我国如何表示水的总硬度，怎样换溶液，2～3 滴铬黑T 指示剂，用
EDTA标准溶液滴定，溶液由酒红
算成德国硬度？
色变为纯蓝色即为终点。
3、用Zn2+标准溶液标定EDTA标准溶液
有二种方法，水硬度的测定实验中所用EDTA应
用哪种方法标定？
4、怎样移取100mL水样？
5、为什么测定钙、镁总量时，要控制
pH=10？叙述它的测定条件。
6、测定总硬度时，溶液中发生了哪些
反应，它们如何竞争
7、如果待测液中只含有Ca2+，能否用铬黑T
为指示剂进行测定?
钙硬度测定
8、测定钙硬度时，为什么加2mL6mol· L-1NaOH
用100mL吸管移取三份水样，分别加2mL 6mol· L
-1 NaOH
-1 NaOH 溶液使溶液的pH=12～13？叙述它的测定条件。
9、为什么钙指示剂能在pH=12～13 的条件下指
溶液，5～6 滴钙指示剂，用EDTA
示终点？
标准溶液滴定，溶液由酒红色变
为纯蓝色即为终点。
10、怎样减少测定钙硬度时的返红现象？
11、怎样做空白实验，为什么要做空白实验，
实验中为什么不做？
12、怎样表示实验结果？
13、如水样中含有Al3+、Fe3+、Cu2+，能否用
铬黑T 为指示剂进行测定，如可以，实验应该
如何做？
四实验数据记录与处理
总硬度的测定
序号 1 2 3 自来水体积V水/mL
V初/mL
V终/mL
V总/mL
平均体积V1/mL
总硬度/mg/L
平均值/mg/L( 舍前)
S
T
平均值/mg/L( 舍后)
钙硬度的测定
序号 1 2 3 自来水体积V水/mL
V初/mL
V终/mL
V总/mL
平均体积V2/mL
钙硬度/mg/L
平均钙硬度/mg/L( 舍前)
S
T
平均钙硬度/mg/L( 舍后)
镁硬度＝C(V1-V2) M Mg/0.1
五、思考题
1、水硬度的测定包括哪些内容？如何测定？
〈1〉水硬度的测定包括总硬度与钙硬度的测定，镁硬度则根据实验结果计算得
到；
〈2〉可在一份溶液中进行，也可平行取两份溶液进行；
2+ ，再将溶液调至pH=10（先
①．在一份溶液中进行；先在pH=12 时滴定Ca
调至pH=3，再调至pH=10，以防止Mg(OH)2 或MgCO3等形式存在而溶解不完全），
2+。
滴定Mg
②．平行取两份溶液进行：一份试液在pH=10时测定Ca，Mg总量，另一份在pH=12
时测定C a，由两者所用EDTA体积之差求出Mg的含量。
本实验采用第二种方法。
2、我国如何表示水的总硬度，怎样换算成德国硬度？
我国通常以1×10 3 表示水的总硬度，德国以10×10
-3 g· L-1 CaCO -3g· L-1 CaO表示水
的硬度，因此，如以我国1×10
-3g· L-1 CaCO
3 表示的总硬度换算成德国度时，需乘以系数0.056。
德国度
o DH(10×10-3 g· L-1 CaO) = 总硬度(g· L-1
CaCO3) ×56.08/(100.09 ×10) = 总硬度(g· L -1 CaCO3) ×
0.056
3) ×0.056
3、怎样移取100mL水样？
⑴由于移取的水样体积大，因此移取时盛水样的烧杯为400mL；
⑵吸取水样用水泵、真空泵，而不是洗耳球；
⑶将真空泵上的橡皮管微接（不是全部套住）100mL吸管的管口，使水以适中
的速度进入吸管。
若全部套住，进水速度快，会带入大量小气泡（水呈浑浊样），使移取的体积不准。
⑷注意右手食指的操作，因100mL吸管的上口管径大，溶液下流快，故调节液
面至刻度线时，应微松食指使液面缓缓下降，以控制液面的最低点恰与刻度线相切，同时紧按食指，使液面不再下降，使移取水样的体积准确。
⑸每个实验室公用三支100mL无分度吸管，以及相配套的400mL烧杯及表面皿。
5、为什么测定钙、镁总量时，要控制pH=10？叙述它的测定条件。
⑴因稳定常数CaY
2-> MgY2-，滴定C a2+的最低pH=8,滴定Mg2+的最低pH=10，指示
剂铬黑T 使用的最适宜pH范围为9～10.5, 因此测定时pH=10。
⑵测定总量的条件为，在pH=10的氨性缓冲溶液中，以铬黑T 为指示剂。
6、测定总硬度时，溶液中发生了哪些反应，它们如何竞争
2+
在pH=10的缓冲溶液中，加入铬黑T 指示剂后，指示剂先与Mg
配位（为什么？）- 2+ 2+ -
为MgIn ，当滴加EDTA后，EDTA先与游离的Ca 、Mg 配位，最后夺取MgIn
中的2+ ：
Mg
MgIn- + H
- + H
2-
2Y
＝MgY2-
+ HIn
2- + HIn
2- + H
+
溶液的颜色由酒红色变为纯蓝色。
2+，能否用铬黑T为指示剂进行测定?
7、如果待测液中只含有Ca
若按本实验条件用直接滴定法测定总硬度，则不能。
经计算可知，在pH=10的氨性溶液中，以铬黑T 为指示剂，用0.02mol· L
-1EDTA滴定0.02mol· L-1Ca2+
溶液，终点误差为-1.5%；若滴定的是0.02mol· L 溶液，终点误差为0.11%。
此结
-1 Mg2+
果表明，采用铬黑T 为指示剂时，尽管CaY比MgY稳定，但测定钙的终点误差较
2+显色不灵敏所致。
大，这是由于铬黑T 与Ca
若按照置换滴定法进行实验，则可以。
只要在溶液中加入少量MgY，在pH=10
的条件下，用铬黑T 为指示剂就能进行测定
8 测定钙硬度时，为什么加2mL 6mol· L-1NaOH溶液使溶液的pH=12～13？叙述
它的测定条件。
2+形成Mg(OH) <1>
在pH=12～13 的条件，Mg
2 沉淀，不干扰钙的测定。
<2>钙硬度的测定条件：pH=12～13，以钙指示剂为指示剂。
9 为什么钙指示剂能在pH=12～13 的条件下指示终点？
在溶液中，钙指示剂存在下列平衡：
H2In
p K a2=7.4 p K a3=13.5
- HIn2- In
3-
酒红色蓝色酒红色
由于MIn 为酒红色，要使终点的变色敏锐，从平衡式看
2+
7.4 < pH < 13.5 就能满足。
为了排除Mg 的干扰，因此在pH=12～13 的条件下，滴定钙，终点呈蓝色。
10、怎样减少测定钙硬度时的返红现象？。