“鈣、鎂含量及水的總硬度測(cè)定”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

張 志

(賀州學(xué)院 化學(xué)與生物工程系,廣西 賀州 542800)

“鈣、鎂含量及水的總硬度測(cè)定”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

張 志

(賀州學(xué)院 化學(xué)與生物工程系,廣西 賀州 542800)

在鈣、鎂含量及水的總硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)中,研究了鈣離子含量測(cè)定的主要影響因素及其消除方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn),論證了改進(jìn)后的方法的有效性和實(shí)用性。采用本方法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液及樣品溶液中鈣離子含量均獲得滿意結(jié)果。

鈣含量,測(cè)定,實(shí)驗(yàn),改進(jìn)

在高?！稛o(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材:“鈣、鎂含量及水的總硬度測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中,對(duì)于水中鈣含量的測(cè)定,只介紹了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作,而對(duì)干擾情況及消除方法未提出具體解決措施[1]P83-84。通常情況下,自來(lái)水中含有多種雜質(zhì)離子,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,當(dāng)水溶液中存在Fe3+、Al3+、Cu2+、Pb2+和Zn2+等離子時(shí),干擾測(cè)定終點(diǎn),使終點(diǎn)推遲,甚至對(duì)指示劑產(chǎn)生封閉現(xiàn)象,嚴(yán)重影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性,從而影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。本文針對(duì)鈣、鎂含量及水的總硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)中鈣離子含量測(cè)定的主要干擾因素及其消除方法進(jìn)行重點(diǎn)討論,并改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

1.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)室常用玻璃儀器。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品

乙二胺四乙酸二鈉(EDTA,AR,廣東汕頭);三乙醇胺(AR,,廣州);氫氧化鈉(AR,廣東汕頭);硫化鈉(AR,廣州);氯化鈉(AR,廣東汕頭);鈣試劑(2 -羥基1-(2-羥基4-磺酸-1-萘偶氮基)-3 -萘甲酸,上海);碳酸鈣(GR,上海);實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品溶液實(shí)驗(yàn)方法

準(zhǔn)確吸取自來(lái)水樣50.00mL于250mL錐形瓶中,首先加入(1+1)三乙醇胺溶液5mL,搖勻后(每次加入不同試劑后均需搖勻,以下同),接著加入100g/L氫氧化鈉溶液5mL,后加入10g/L硫化鈉溶液1mL,再加入約10mg鈣試劑,最后用0.02mol/L EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由紫紅色變?yōu)榧兯{(lán)色為終點(diǎn)。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液實(shí)驗(yàn)方法

準(zhǔn)確吸取0.1mg/mL的鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL于250mL錐形瓶中,以下操作同方法1.2.1。

2 結(jié)果討論

2.1 影響因素及消除方法

2.1.1 酸度的影響及控制方法鈣試劑在不同的pH值其顏色變化為:

由于pH<12時(shí),EDTA與Ca2+的絡(luò)合能力堿弱,使指示劑終點(diǎn)變色不敏銳;而pH>13,又容易產(chǎn)生碳酸鈣和氫氧化鈣沉淀,造成滴定誤差[2]P257。此外,當(dāng)pH>12時(shí),Mg2+生成Mg(OH)2沉淀,不影響鈣的測(cè)定[3]P279。因此,實(shí)驗(yàn)中適宜的酸度為pH12～13。本研究通過(guò)加入5mL100g/L氫氧化鈉溶液來(lái)控制待測(cè)溶液的pH值。

2.1.2 干擾離子的影響

采用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定鈣離子,以鈣試劑作為終點(diǎn)指示劑,當(dāng)pH值介于12～13之間,到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí),溶液由紫紅色變?yōu)榧兯{(lán)色。溶液中的Fe3+、Al3+、Cu2+、Pb2+和Zn2+等離子對(duì)指示劑產(chǎn)生干擾甚至封閉指示劑,以致到達(dá)計(jì)量點(diǎn)時(shí),滴入過(guò)量的EDTA終點(diǎn)變色不明顯甚至看不到顏色的變化。因此,在滴定前必須將這些離子分離或掩蔽。

為考察以上干擾離子的濃度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響程度,本文設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn):配制鈣離子濃度為1mg/mL的鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液,取25mL該標(biāo)準(zhǔn)溶液,分別加入不同濃度的Fe3+、Al3+、Cu2+、Pb2+,在堿性條件下,加入鈣試劑,用EDTA滴定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,5μg Cu2+對(duì)測(cè)定產(chǎn)生嚴(yán)重干擾,無(wú)法達(dá)到滴定終點(diǎn); 0.1mg Fe3+、1mg Pb2+、5mg Al3+對(duì)測(cè)定結(jié)果有干擾,出現(xiàn)假性終點(diǎn)或終點(diǎn)推遲,影響實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果。2.1.3消除干擾方法

通過(guò)加入掩蔽劑消除干擾離子的影響,Fe3+、Al3+可用三乙醇胺掩蔽;少量Cu2+、Pb2+可加Na2S以消除影響,當(dāng)Cu2+、Pb2+含量較高時(shí),改用KCN作掩蔽劑[4]P322-325,但KCN劇毒,應(yīng)慎用。

為考察以上掩蔽劑掩蔽干擾離子的效果,本文設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn):分別取25mL 1mg/mL的鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液,依次加入不同含量的干擾離子及不同含量的掩蔽劑后,加入鈣指示劑,用EDTA滴定。試驗(yàn)條件及結(jié)果如下:

1)在酸性條件下加入5mL三乙醇胺可掩蔽4mg(不是最高允許量,以下同)Fe3+、1.5mg Al3+的干擾;

2)在堿性條件下加入1mL10g/L硫化鈉溶液可掩蔽300μg Cu2+及少量Pb2+、Zn2+的干擾。當(dāng)Pb2+含量較高時(shí),加入硫化鈉后生成大量棕色的PbS沉淀,溶液渾濁,無(wú)法判斷終點(diǎn)的顏色,可改用KCN作為掩蔽劑,加入量為1mL 100g/L KCN。

2.2 方法的有效性和實(shí)用性評(píng)價(jià)

分別取0.1mg/mL的鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液4份,每份為20.00mL,按下表所示制成合成標(biāo)準(zhǔn)溶液后,分別測(cè)定鈣含量。

兩種測(cè)定方法結(jié)果比較

表中測(cè)定結(jié)果表明:No.2中當(dāng)溶液存在干擾離子時(shí),采用教材中實(shí)驗(yàn)方法已無(wú)法得到測(cè)定結(jié)果; No.3中改用本方法掩蔽干擾離子后測(cè)定,終點(diǎn)變色明顯,測(cè)定結(jié)果相對(duì)誤差為-2.5%,且No.1和No.3測(cè)定結(jié)果的相對(duì)偏差為0.76%;No.4為Pb2+含量較高時(shí),S2-離子與Pb2+生成大量沉淀,用Na2S已無(wú)法掩蔽Pb2+的干擾,改用KCN作掩蔽劑后,可得到與No.3測(cè)定相似的結(jié)果。

重新取鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)上述測(cè)定步驟進(jìn)行鈣含量測(cè)定,均得到與表1近似的結(jié)果,證明了該方法的有效性及實(shí)用性。

3 教學(xué)實(shí)例

例1:在教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生取自來(lái)水樣品按教材實(shí)驗(yàn)步驟操作,溶液加入鈣試劑后顯紫紅色,用EDTA滴定無(wú)終點(diǎn)顯示,無(wú)法得到測(cè)定結(jié)果。但在鈣鎂合量測(cè)定時(shí),加入鉻黑T后用EDTA滴定至體積為7.12mL時(shí)溶液顯示終點(diǎn)顏色,說(shuō)明鈣的測(cè)定存在干擾。采用改進(jìn)后方法測(cè)定鈣,用EDTA滴定至體積為6.68mL時(shí)溶液顯示終點(diǎn)顏色,測(cè)定結(jié)果鈣含量為53.55mg/L。

例2:在教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生取自來(lái)水樣品按教材實(shí)驗(yàn)步驟操作,溶液加入鈣試劑后顯紫紅色,用EDTA滴定至純藍(lán)色后,30s內(nèi)返回紫紅色,反復(fù)滴定幾次,直至穩(wěn)定的純藍(lán)色,消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為7.44mL。采用改進(jìn)后方法進(jìn)行測(cè)定,一次到達(dá)滴定終點(diǎn),溶液顯示穩(wěn)定的純藍(lán)色,消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為6.46mL。說(shuō)明前者存在干擾使滴定終點(diǎn)推遲,當(dāng)顯示終點(diǎn)時(shí),滴定標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積已過(guò)量,使測(cè)定結(jié)果偏高。

4 結(jié) 論

對(duì)于水中鈣離子含量的測(cè)定,分析了干擾離子的影響并提出了消除干擾的具體措施,確定了合適的掩蔽劑及其使用量。結(jié)果表明,通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法后,實(shí)驗(yàn)中獲得了滿意的測(cè)定結(jié)果。

[1]馬春花.無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:高等教育出版社,1999.

[2]王竹天.食品衛(wèi)生檢驗(yàn)方法(理化部分)注解(上)[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[3]劉 珍.化驗(yàn)員讀本化學(xué)分析(第二版)上冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997.

[4]華中師范大學(xué)、東北師范大學(xué)、陜西師范大學(xué)編.分析化學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1988.

Improvement of the Experiment‘the determination of calcium and Magnesium content and total water hardness’

Zhang Zhi
(Hezhou University,Hezhou,Guang xi,542800)

In the experiment of calcium and magnesium content and total water hardness.Determination of calcium ion influence the processof interfering elements and the elimination method of in-depth discussion.Through experiments demonstrate the method is validity and usefulness.It’s satisfactory results that determination of standard and the calcium content of the samples by the method .

calcium content,determination,experiment,improvement

O6-3

A

1673-8861(2010)02-0142-03

2010-03-01

張 志(1968-),男,廣西賀州市人,賀州學(xué)院實(shí)驗(yàn)師,理學(xué)學(xué)士。主要研究方向:基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

廣西新世紀(jì)教改工程“十一五”第五批立項(xiàng)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2009B082)研究成果之一。