純水鈣鎂離子檢測

1. 測試水的硬度是測水中的鈣鎂離子的含量嗎

水中有些金屬陽離子，同一些陰離子結合在一起，在水被加熱的過程中，由於蒸發濃縮，容易形成水垢，附著在受熱面上而影響熱傳導，我們把水中這些金屬離子的總濃度稱為水的硬度。如在天然水中最常見的金屬離子是鈣離子(Ca2+)和鎂離子(Mg2+)，它與水中的陰離子如碳酸根離子(CO32-)、碳酸氫根離子(HCO3-)、硫酸根離子(SO42-)、氯離子(CI-)、以及硝酸根離子(NO3-)等結合在一起，形成鈣鎂的碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、氯化物、以及硝酸鹽等硬度。水中的鐵、錳、鋅等金屬離子也會形成硬度，但由於它們在天然水中的含量很少，可以略去不計。因此，通常就把Ca2+、Mg2+、的總濃度看作水的硬度。
水的硬度對鍋爐用水的影響很大，因此，應根據各種不同參數的鍋爐對水質的要求對水進行軟化或除鹽處理。

水的硬度分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度兩種。
主要是由鈣、鎂的碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度兩種。
（1） 碳酸鹽硬度
主要是由鈣、鎂的碳酸氫鹽[Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2]所形成的硬度，還有少量的碳酸鹽硬度。碳酸氫鹽硬度經加恐之後分解成沉澱物從水中除去，故亦稱為暫時硬度，其反應式如下：
Ca(HCO3)2 CaCO3↓+ CO2↑+ H2O
Mg(HCO3)2 Mg(OH)2↓+2CO2↑
（2） 非碳酸鹽硬度
主要是由鈣鎂的硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽等鹽類所形成的硬度。這類硬度不能用加熱分解的方法除去，故也稱為永久硬度，如CaSO4、MgSO4、CaCI2、MgCI2、Ca(NO3)2 、Mg(NO3)2、等。
碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度之和稱為總硬度。
水中Ca2+的含量稱為鈣硬度。
水中Mg2+的含量稱為鎂硬度。
當水中的總硬度小於總鹼度時，它們之差，稱為負硬度。
硬度的單位是如何表示的？
硬度的常用單位是mmol/L或mg/L。過去常用的mg•N/L現用[H+]mmol/L代替，即1mg•N/L＝1[H+]mmol/L＝0.5 mmol/L。
由於硬度並非是由單一的金屬離子或鹽類形成的，因此，為了有一個統一的比較標准，有必要換算為另一種鹽類。通常用CaO或者是CaCO3的質量濃度來表示。當硬度為0.5 mmol/L時，等於28mg/L的CaO，或等於50mg/L的CaCO3。此外，各國也有的用德國度、法國度來表示硬度。1德國度等於10mg/L 的CaO，1法國度等於10mg/L的CaCO3，1德國度等於1.79法國度。0.5 mmol/L相當於2.8德國度、5.0法國度。常用硬度單位之間關系如下表所示：

硬度單位

Mg/L CaO
Mg/L CaCO3
德國度
法國度
1[H+]mmol/L

(0.5 mmol/L)
28
50
2.8
5.0

鎂的檢測可以用EDTA滴定法分析。由於鎂比鋁輕，因此可以作為合金在航空、航天上使用。另外利用鎂易於氧化的性質，可用於製造許多純金屬的還原劑。也可用於閃光燈、吸氣器等。
測定水的總硬度就是測定水中鈣、鎂離子的總含量，可用EDTA配位滴定法測定：

滴定前： M + EBT M-EBT

(紅色)

主反應： M + Y MY

終點時： M-EBT + Y MY + EBT

(紅色) （藍色）

滴定至溶液由紅色變為藍色時，即為終點。

滴定時，Fe3+、Al3+等干擾離子可用三乙醇胺予以掩蔽；Cu2+、Pb2+、Zn2+等重屬離子，可用KCN、Na2S或巰基乙酸予以掩蔽。

水的硬度有多種表示方法，本實驗要求以每升水中所含Ca2+、Mg2+總量（折算成CaO的質量）表示，單位mg·L-1。

器材和葯品

1.器材 天平（0.1g、0.1mg），容量瓶（100mL），移液管（20mL），酸式滴定管（50mL），錐形瓶（250mL）等。

2.葯品 HC1（1∶1），乙二胺四乙酸二鈉（Na2H2Y·2H2O，A.R.），鹼式碳酸鎂[Mg（OH）2·4MgCO3·6H2O，基準試劑]，NH3-NH4Cl緩沖溶液（pH=10.0），三乙醇胺（1∶1），鉻黑T指示劑（0.2%氨性乙醇溶液）等。

實驗方法

一、Mg2+標准溶液的配製（約0.02mol·L-1）

准確稱取鹼式碳酸鎂基準試劑0.2~0.25g，置於100mL燒杯中，用少量水潤濕，蓋上表面皿，慢慢滴加1∶1 HC1使其溶解（約需3~4mL）。加少量水將它稀釋，定量地轉移至100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

其濃度計算：
二、EDTA標准溶液的配製與標定

1.EDTA標准溶液的配製（約0.02mol·L-1）

稱取2.0g乙二胺四乙酸二鈉（Na2H2Y·2H2O）溶於250mL蒸餾水中，轉入聚乙烯塑料瓶中保存。

2.EDTA標准溶液濃度的標定

用20mL移液管移取Mg2+標准溶液於250mL錐形瓶中，加入10mL氨性緩沖溶液和3~4滴EBT指示劑，用0.02mol·L-1EDTA標准溶液滴定，至溶液由紫紅色變為藍色即為終點。平行標定3次。

EDTA濃度計算： ，取三次測定的平均值。

三、水的總硬度測定

用20mL移液管移取水樣於250mL錐形瓶中，加氨性緩沖溶液6mL，1∶1三乙醇胺溶液3mL，EBT指示劑3~4滴，用EDTA標准溶液滴定，至溶液由紫紅色變為藍色即為終點。平行測定3次。

水的總硬度計算： ，取三次測定的平均值。

2. 工業用水的總硬度（水中鈣鎂離子總含量）的測定

水硬度的測定

實驗目的：

1 ．了解水的硬度的概念，測定水硬度的意義，以及水的硬度的表示方法；

2 ．理解 EDTA 測定水中鈣、鎂含量的原理和方法，包括酸度控制和指示劑的選擇；

3 ．測定過程中加入 Mg-EDTA 的作用及其對測定結果的影響。

實驗原理：

水的硬度最初是指鈣、鎂離子沉澱肥皂的能力。水的總硬度指水中鈣、鎂離子的總濃度，其中包括碳酸鹽硬度 ( 即通過加熱能以碳酸鹽形式沉澱下來的鈣、鎂離子，故又叫暫時硬度 ) 和非碳酸鹽硬度 ( 即加熱後不能沉澱下來的那部分鈣、鎂離子，又稱永久硬度 ) 。

硬度的表示方法尚未統一，目前我國使用較多的表示方法有兩種：一種是將所測得的鈣、鎂折算成 CaO 的質量，即每升水中含有 CaO 的毫克數表示，單位為 mg·L-1 ；另一種以度 ( °) 計：1硬度單位表示 10 萬份水中含1份 CaO( 即每升水中含 10mgCaO) ， 1° ＝ 10ppm CaO 。這種硬度的表示方法稱作德國度。
【工業用水和生活飲用水對水的硬度的要求】我國生活飲用水衛生標准規定以 CaCO3 計的硬度不得超過450mg·L-1 。

Ca2+ + EDTA = Ca-EDTA

Mg2+ + EDTA = Mg-EDTA

實驗預習：

了解配製和標定EDTA標准溶液的方法；

了解測定的水的總硬度的原理和方法 。

基本操作：

EDTA標准溶液的配製和標定；

酸式滴定管的基本操作。

實驗步驟：

在一份水樣中加入 pH=10.0 的氨性緩沖溶液和少許鉻黑 T 指示劑，溶液呈紅色；用 EDTA 標准溶液滴定時， EDTA 先與游離的 Ca2+ 配位，再與 Mg2+ 配位；在計量點時， EDTA 從 MgIn- 中奪取 Mg2+ ，從而使指示劑游離出來，溶液的顏色由紅變為純藍，即為終點。

當水樣中 Mg2+ 極少時，由於 CaIn- 比 MgIn- 的顯色靈敏度要差很多，往往得不到敏銳的終點。為了提高終點變色的敏銳性，可在 EDTA 標准溶液中加入適量的 Mg2+ （在 EDTA 標定前加入，這樣就不影響 EDTA 與被測離子之間的滴定定量關系），或在緩沖溶液中加入一定量的 Mg—EDTA 鹽。

水的總硬度可由 EDTA 標准溶液的濃度 cEDTA 和消耗體積 V1 （ ml ）來計算。以 CaO 計，單位為 mg/L.

注意事項：

測定總硬度時用氨性緩沖溶液調節pH值；

注意加入掩蔽劑掩蔽干擾離子，掩蔽劑要在指示劑之前加入；

測定總硬度的時候在臨近終點時應慢滴多搖；

測定時要是水溫過低應將水樣加熱到30～40

3. 純凈水和蒸餾水中鈣鎂離子含量在多少范圍內算是正常值

優質來飲用水的標准：
世界衛源生組織（WTO）根據對世界長壽地區的大量調查結果進行分析，提出優質飲用水的6條標準是：

（1）不含有害人體健康的物理性、化學性和生物性污染；

（2）含有適量的有益於人體健康，並呈離子狀態的礦物質（鉀、鎂、鈣等含量在100mg/L）；

（3）水的分子團小，溶解力和滲透力強；

(4）應呈現弱鹼性（PH值為8—9）；

(5）水中含有溶解氧（5mg/L左右），含有碳酸根離子；

(6）可以迅速、有效的清除體內的酸性代謝產物和各種有害物質。

4. 如何測定自來水中的鈣鎂的含量

水的硬度是指水中除鹼金屬外的全部金屬離子的濃度。由於Ca2+、Mg2+含量遠比其它金屬離子為高，所以通常以水中Ca2+、Mg2+ 總量表示水的硬度。用度表示（1○=10mgCaO）。

用EDTA配位滴定法測定水的硬度是一個准確而快速的方法，它是在pH=10的氨性緩沖溶液中，以鉻黑T為指示劑，用EDTA標准溶液直接測定水中的Ca2+ 和Mg2+。

pH=10時，Ca2+ 和Mg2+與EDTA生成無色配合物,鉻黑T則與 Ca2+ 、Mg2+生成紅色配和物。由於lgKCaIn<lgKMgIn′當溶液中加入鉻黑T先與Mg2+ 配位生成MgIn－，溶液成無色，反應如下：

Mg2++HIn2－=MgIn－+H+。

用EDTA滴定時由於lgKCaY>lgKMgY′EDTA首先和溶液中Ca2+ 配位，然後再與Mg2+配位，反應如下：

Ca2++H2Y2－=CaY2－+2H+。

Mg2++H2Y2－ =MgY2－+2H+。

(4)純水鈣鎂離子檢測擴展閱讀：

化學家們將從含碳酸鈣的石灰石焙燒獲得的鈣的氧化物當作是不可再分割的物質。在1789年拉瓦錫發表的元素表中就列有它。但戴維不顧這些，在1808年開始對氧化鈣進行電解。戴維剛開始選用的方法並不理想，所以無法將金屬鈣分離出來。

到1808年5月，戴維從貝齊里烏斯和瑞典皇家醫生蓬丁共同電解生石灰和水銀的混合物取得鈣的實驗中獲得了啟發。他將濕潤的生石灰和氧化汞按3比1的比例混合後，放置在一鉑片上，與電池的正極相接。

然後又在混合物中作一窪穴，灌入水銀，插入一鉑絲，與電池的負極相接，得到較大量鈣汞合金。把鈣汞合金經蒸餾後得到了銀白色的金屬鈣。從此鈣被確定為元素，並被命名為calcium，元素符號是Ca。calcium來自拉丁文中表示生石灰的詞calx。

5. 水的硬度為為什麼只檢測鈣鎂離子

硬水是指含有較多可以溶解的鈣鹽、鎂鹽的水，其中含碳酸氫鈣，碳酸氫鎂較多的水叫暫時硬水，這種水被煮沸後，可溶性鈣、鎂鹽就變成碳酸鹽（石頭的主要成分之一），大部分析出，井水就是暫時硬水；而含硫酸鈣（石膏的主要成分）、硫酸鎂較多的水叫永久硬水，這種水煮沸時，所含鹽不能析出，海水就是永久硬水。
和硬水不同，軟水是只含少量或不含可溶性鈣鹽、鎂鹽的水，煮沸時不發生明顯的變化。
人們把水的軟、硬程度分為許多「度」，統稱為硬度，可以分類為0～30度（德國分類法），0～4度叫很軟的水，26～30度叫很硬的水。軟水中放入肥皂易產生大量泡沫，而硬水中的鈣鹽、鎂鹽能與肥皂起作用產生沉澱，使肥皂失去去污能力，不易產生泡沫。如果將硬水用作鍋爐用水，會有較多水垢產生而附著在鍋爐壁上，妨礙傳熱而多燒燃料，甚至會使鍋爐產生裂縫而引起爆炸。通常家中燒水用的壺壁上的白垢，就是硬水受熱產生的沉澱。人常喝太硬的水不利於身體健康，所以，現在提倡喝通過處理的水，工業上也將硬水先軟化後再使用。
硬度單位是ppm，1ppm代表水中碳酸鈣含量1毫克/升（mg/L）
水的軟化方法有：①加熱法；②石灰蘇打法：用石灰降低暫時硬水硬度，用燒鹼（蘇打）降低非碳酸鹽硬水的硬度；③離子交換法：用離子交換劑除去鈣鎂離子，目前家用「凈水器」多採用這種方法。

原理:乙二按四乙酸二鈉（EDTA-2Na）在PH為10的條件下與水中的鈣、鎂離子生成無色可溶性絡合物，指示劑鉻黑T則與鈣、鎂離子生成紫紅色絡合物。用EDTA—2Na滴定鈣、鎂離子至終點時，鈣、鎂離子全部與EDTA—2Na絡合而使鉻黑T游離，溶液即由紫紅色變為藍色.

水質監測中測硬度一般用容量法，用EDTA來滴定水中鈣鎂離子。也可以用原子吸收分別測出鈣鎂離子，然後相加算出總硬度。
硬度片劑使用方法：
1、 取一潔凈容器，隔著鋁箔包裝將一片硬度測定片劑用硬物敲碎，然後全部加入容器中，以少量待測水樣（V1）溶解之，此時溶液呈藍色；
2、繼續加入待測水樣至溶液變紅色為止（V2）；
3、計算紅色溶液體積V1+V2=V，查體積硬度換算表，即可得總硬度值。
附註：若所加待測水樣體積數值表內未列出，請用公式：CaCO3(mg/L)=1242/V 計算。

用肥皂水倒在水中，攪拌，有較多泡沫產生的是軟水，有浮渣的是硬水

6. 檢測水中鈣離子、鎂離子含量的方法

水中含鈣離子、鎂離子就說明是硬水用肥皂水可以檢驗出來。
方法：將一部分水放容器內，放入少許肥皂水並且攪拌，過一段時間，如果有白色絮狀物體，說明是硬水，也就是含有鈣離子、鎂離子。 如果沒有，說明是軟水，也就是不含有鈣離子、鎂離子。

7. 在純水質量檢驗中，陽離子主要檢驗鈣離子和鎂離子，以EDTA法檢驗時，如何進行

由上圖可以看出，當pH>12時，EDTA依然有副反應，而文中明確說明鈣離子沒有副反應；所以得知，在任何時刻，[Ca]=[Ca'],[Y']>[Y]。在看滴定曲線在四個答案中滴定至50%時，溶液中的鈣離子過量，而EDTA幾乎全部反應，所以[Ca]>>[Y']滴定至。