PDF《EDTA 溶液的配制与标定与水中硬度测定》

EDTA 溶液的配制与标定与水中硬度测定

一、实验目的 1.

学习 EDTA 标准溶液的配制和标定方法. 2.掌握络合滴定的原理,了解络合滴定的特点. 3.熟悉钙指示剂或二甲酚橙指示剂的使用. 4.掌握 EDTA 法测定水的总硬度的原理和方法.

二、实验原理 1. EDTA 溶液的配制与标定原理 乙二胺四乙酸(简称 EDTA,常用 H4Y 表示)难溶于水,常温下其溶解度为 0.2g・L-1 (约0.0007mol・L-1 ),在分析中通常使用其二钠盐配制标准溶液.乙二胺四乙酸二钠盐的溶解度 为120 g・L-1 可配成 0.3 mol・L-1 以上的溶液,其水溶液的 pH≈4.8,通常采用间接法配制标准 溶液. 标定 EDTA 溶液常用的基准物有 Zn、ZnO、CaCO3 、Bi、Cu、MgSO4・7H2O、Hg、 Ni、Pb 等.通常选用与被测物组分相同的物质作基准物,这样,滴定条件较一致,可减小 误差. EDTA 溶液若用于测定石灰石或白云石中 CaO、 MgO 的含量, 则宜用 CaCO3 为基准物. 首先可加 HCl 溶液,其反应如下: CaCO3 + 2HCl=CaCl2 + CO2↑+ H2O 然后把溶液转移到容量瓶中并稀释,制成钙标准溶液.吸取一定量钙标准溶液,调节酸度至 pH≥12,用钙指示剂,以EDTA 溶液滴定至溶液由酒红色变纯蓝色,即为终点.其变色原 理如下: 钙指示剂(常以 H3Ind 表示)在水溶液中按下式离解: H3Ind 2H+ + HInd2- 在pH≥12 的溶液中,HInd2- 离子与 Ca2+ 离子形成比较稳定的络离子,其反应如下: HInd2- + Ca2+ CaInd- + H+ (纯蓝色) (酒红色) 所以在钙标准溶液中加入钙指示剂时,溶液呈酒红色,当用 EDTA 液滴定时,由于 EDTA 能与 Ca2+ 离子形成比 CaInd- 络离子更稳定的络离子,因此在滴定终点附近,CaInd- 络离子不 断转化为较稳定的 CaY2- 络离子,而钙指示剂则被游离了出来,其反应可表示如下: CaInd- + H2Y2- + OH - CaY2- + HInd2- + H2O (酒红色) (无色) (纯蓝色) 用此法测定钙时,若有 Mg2+ 离子共存(在调节溶液酸度为 pH>

12 时,Mg2+ 离子将形成 Mg(OH)2 沉淀)则Mg2+ 离子不仅不干扰钙之测定, 而且使终点比 Ca2+ 离子单独存在时更敏锐. 当Ca2+ 、Mg2+ 离子共存时,终点由酒红色到纯蓝色,当Ca2+ 离子单独存在时则由酒红色到 蓝紫色.所以测定单独存在的 Ca2+ 离子时,常常加入少量 Mg2+ 离子. EDTA 溶液若用于测定 Pb2+ 、Bi3+ 离子,则宜以 ZnO 或金属锌为基准物,以二甲酚橙为 指示剂,在pH≈5~6 的溶液中,二甲酚橙指示剂本身显黄色,与Zn2+ 离子的络合物呈紫红 色,EDTA 与Zn2+ 离子形成更稳定的络合物,因此用 EDTA 溶液滴定至近终点时,二甲酚橙 被游离了出来,溶液由紫红色变为黄色. 络合滴定中所用的水,应不含 Fe3+ 、Al3+ 、Cu2+ 、Ca2+ 、Mg2+ 等杂质离子. 2.测定水中硬度原理 通常所说的水的硬度就是指水中钙镁的含量. 主要是因为清洁的地下水、 河、 湖中, 钙、 镁的含量远比其他金属离子多. 水硬度的计算很多, 各国采用的单位的大小也不一致, 最常用的表示水的硬度的单位有: ① 以度表示,1°=10mg・L-1 CaO,相当于

10 万份水中含有一份 CaO;

② 以水中 CaCO3 的浓度(10mg・L-1 )计,即相当于水中含有 CaCO3 多少 mg・L-1 . 水的总硬度= ) 水样( L

1000 1000 ) L (

3 m M m V c CO C EDTA EDTA a ? ? *1000 用EDTA 滴定 Mg2+ 、Ca2+ 离子总量,应在 pH=10 的氨缓冲溶液中进行,用铬黑 T 作 指示剂.铬黑 T 与Mg2+ 、Ca2+ 形成紫红色配合物,在pH=10 时,铬黑 T 为纯蓝色,因此, 终点时溶液颜色由紫红色变为纯蓝色. 理论的计算和实践都表明,以铬黑 T 为指示剂,用ETDA 滴定 Mg2+ 离子时较滴定 Ca2+ 离子时,终点更敏锐.因此,当水样中 Mg2+ 离子含量较少时,用EDTA 测定水硬度,终点 不敏锐.为此,在配制 EDTA 溶液时,加入适量的 Mg2+ 离子,在滴定过程中,Ca2+ 离子把 Mg2+ 离子从 Mg-EDTA 中置换出来,Mg2+ 离子与铬黑 T 形成紫红色配合物,终点时,颜色 由紫红色变成纯蓝,变色比较敏锐. 在滴定过程中,Fe3+ 、Al3+ 离子的干扰用三乙醇胺掩蔽,Cu2+ 、Pb2+ 、Zn2+ 等金属离子用 KCN、Na2S 掩蔽.

三、实验用品 仪器:酸式滴定管(50mL),锥形瓶(250mL),试剂瓶(500mL) ,容量瓶(500mL) ,小 烧杯(100mL),移液管(25mL),表面皿等. 药品: (1) 以CaCO3 为基准物时所用试剂 乙二胺四乙酸二钠盐(固体,A.R.),CaCO3(固体,A.R.),1:1NH3・H2O,镁溶液(1g MgSO4・7H2O 溶解于水中,稀释至 200mL),10%NaOH 溶液,钙指示剂(固体指示剂). (2) 以ZnO 为基准物时所用试剂 ZnO(A.R.),1:1HCl,1:1NH3・H2O,二甲酚橙指示剂,20%六次甲基四胺溶液. (3)Na2S 溶液,NH3-NH4Cl 缓冲溶液(称取 20gNH4Cl 溶于少量水中,加150mL 浓氨 水,用水稀释至 1L) ,如果是其它水样,加1∶1 盐酸溶液 1~2 滴酸化水样.煮沸数分 钟,除去二氧化碳(残余水不必煮沸) ,冷却后,测定.铬黑 T 指示剂(0.5%,称取 0.5g 铬黑 T,加20mL 三乙醇胺,加无水乙醇 100mL) ,自来水样的硬度较小时,应取 样100mL,并适当增加其他试剂量.

四、实验内容 1. 粗配 0.01 mol・L-1 EDTA 标准溶液 在台秤上称取乙二胺四乙酸二钠盐(Na2H2Y・2H2O)2.0g 溶解于 200~300mL 温热的 去离子水中,稀释至约 500mL,如混浊,应过滤.转移至 500mL 试剂瓶中,摇匀. 2. 以CaCO3 为基准物标定 EDTA 溶液 (1) 0.01 mol・L-1 标准钙溶液的配制 置碳酸钙基准物于称量瓶中,在110℃干燥 2h,置干燥器中冷却后,准确称取 0.2~ 0.3g(称准至小数点后第四位,为什么?)于小烧杯中,盖以表面皿,加水润湿,再从杯嘴边 逐滴加入(注意!为什么?)1 数毫升 1:1HCl 至完全溶解,用水把可能溅到表面皿上的溶液淋 洗入杯中,加热近沸,待冷却后移入 250mL 容量瓶中,稀释至刻度,摇匀. (2) 标定 用移液管移取 25.00mL 标准钙溶液,置于锥形瓶中,加入约 25mL 水、2mL 镁溶液、 5mL10%NaOH 溶液及约 10mg(米粒大小)钙指示剂,摇匀后,用EDTA 溶液滴定至由紫红色 变至纯蓝色,即为终点. 3. 以ZnO 为基准物

2 标定 EDTA 溶液 (1) 锌标准溶液的配制 准确称取在 800~1000℃灼烧过(需20min 以上)的基准物 ZnO3 0.25~0.36g 于100mL 烧 杯中,用少量水润湿,然后逐滴加入 1:1HCl,边加边搅至完全溶解为止.然后,将溶液定 量转移入 250mL 容量瓶中,稀释至刻度并摇匀. (2) 标定 移取 25mL 锌标准溶液于 250mL 锥形瓶中,加约 300mL 水,2~3 滴二甲酚橙指示剂, 先加 1:1 氨水至溶液由黄色刚变橙色(不能多加),然后滴加 20%六次甲基四胺至溶液呈稳定 的紫红色后再多加 3mL4 ,用EDTA 溶液滴定至溶液由红紫色变亮黄色,即为终点.记录用 量(可列表),平行做三份合格数据(用Q0.90 检验) . 注:1.目的是为了防止反应过于激烈而产生 CO2 气泡,使CaCO3 飞溅损失. 2.根据试样性质,选用一种标定方法. 3.也可用金属锌作基准物. 4.此处六次甲基四胺用作缓冲剂.它在酸性溶液中能生成(CH2)6N4H+ ,此共轭酸与过量的(CH2)6N4 构 成缓冲溶液,从而能使溶液的酸度稳定在氨 pH5~6 范围内.先加入氨水调节酸度是为了节约六次甲 基四胺,因六次甲基四胺的价格较贵. 4.用已标定浓度的 EDTA 溶液测定水中硬度 取适当体积的冷却后的水样 (视水的硬度而定,一般为(50~100mL)注入锥形瓶中, 加入 5mL 三乙醇胺溶液,5mL NH3-NH4Cl 缓冲溶液,1mL Na2S 溶液,3 滴铬黑 T 指示剂, 用EDTA 标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色为终点. 再重复测定 1~2 次,以含碳酸钙的浓度(mg・L-1 )表示硬度. 另选择合适的条件选做自来水样,测定自来水的硬度.

五、数据记录与处理 1. 表格自拟. 2.取三份合格数据的平均值按下式计算 EDTA 溶液的浓度: (EDTA) V (Ca) V c(Ca) (EDTA) c ? (mol・L-1 ) 3. 根据 EDTA 浓度的平均值写标签贴于试剂瓶上备用. 4. 以含碳酸钙的浓度(mg・L-1 )表示硬度 水的总硬度= ) 水样( L

1000 1000 ) L (

3 m M m V c CO C EDTA EDTA a ? ? *1000

六、注意事项 1.络合反应进行的速度较慢,不象酸碱反应能在瞬间完成,故滴定时加入 EDTA 溶液 的速度不能太快, 在室温低时,尤要注意.特别是近终点时, 应逐滴加入,并充分振摇. 2.络合滴定中, 加入指示剂的量是否适当对于终点的观察十分重要, 宜在实践中总结经 验,加以掌握.

七、思考题 1.为什么通常使用乙二胺四乙酸二钠盐配制 EDTA 标准溶液,而不用乙二胺四乙酸? 2.以HCl 溶液溶解 CaCO3 基准物时,操作中应注意些什么? 3.以CaCO3 为基准物标定 EDTA 溶液时,加入镁溶液的目的是什么? 4.以CaCO3 为基准物,以钙指示剂为指示剂标定 EDTA 溶液时,应控制溶液的酸度为 多少?为什么?怎样控制? 5.以ZnO 为基准物,以二甲酚橙为指示剂标定 EDTA 溶液浓度的原理是什么?溶液的 pH 值应控制在什么范围?若溶液为强酸性,应怎样调节? 6.络合滴定法与酸碱滴定法相比,有哪些不同点?操作中应注意哪些问题?

八、参考文献 [1] 徐玲,李真,潘洁松等编《无机及分析化学实验》 ,安徽建筑工业学院,2001 [2] 陈虹锦主编《实验化学》 (上册) ,科学出版社,2003 ........