试验七水中总硬度检测方法

實驗二水中總硬度檢測方法班級:四環三 A組別 :第十二組組員 :4980N002 陳巧穎4980N048 黃彥鈞4980N066 吳建億指導老師 :周信賢 老師一.原理硬水 (hard water)，指水中含有大量的鈣或其他的礦物質，會造成肥皂分子的凝結，而減低其清潔之效果。此類之水容易於鍋爐及管線中產生水垢。水之硬度 (hardness)，是指溶於水中之碳酸鈣量，通常以相當碳酸鈣之亮表示之量表示之，係水中多價金屬陽離子所造成，這種離子能和肥皂起反應而形成沉澱，並且和一些水中存在的特定陰離子行程鍋垢，主要引起硬度的陽離子是鈣、鎂、鍶、鐵離子。當硬度大於 碳酸 (carbonate)鹼度及碳酸氫 (bicarbonate)鹼度之和時，與總鹼度相等之硬度稱為碳酸鹽硬度，剩餘下來之硬度稱為非碳酸鹽硬度。當硬度與總鹼度相等，或少於總鹼度時，則所有之硬度均為碳酸鹽硬度，而無非碳酸鹽硬度。若依陰離子之不同，硬度可分為碳酸鹽硬度 (CarbonateHardness,CH)及非碳酸鹽硬度 (Noncarbonate Hardness,NCH)。碳酸硬度之陰離子為 HCO-3 及 CO2-3 ，又稱為暫時硬度，可經由加熱去除水暫時硬度。非碳酸鹽硬度之陰離子為SO2-4 或 Cl- ，不能經由加熱去除其硬度，故此部分亦稱永久硬度。水中之多價陽離子 (multivalent cations)是導致水具有硬度的主要原因，多價陽離子中，尤以 Ca2+與 Mg2+兩者為天然水中之主為要陽離子，其餘如 Fe2+、Mn2+、Sr2+、Al2+和 Fe2+亦可能存在天然水中，但其相對含量低，常予以忽略不見。一般而言，含石灰岩地區及土壤表層較厚地區，雨水與岩石及土壤接觸溶出較多之鈣鎂離子，故硬度較高。地下水也因上述反應發生機會比地表水多，而常有較高之硬度。硬度的單位，傳統上系採用mg/L as CaCO3，而不使用 mg/L。這牽涉到 CaCO 當量之計算，如下式 :CaCO3 之當量 (401216×3) 50(g/eq)= 50(mg/meq)2而多價陽離子要換算mg/L 為 mg/L asCaCO時，即可利用 CaCO 之當量以下列公式計算 :式(7-2)中 X 表多價陽離子。X(mg/Las CaCO)X 之濃度 (mg/L)×50mg/meq3X 之當量 (mg/meq)硬度既為水中多價陽離子所造成，如果已知水樣中個多價陽離子之含量，則可將其相加，即為該水樣之硬度。在天然水中與大部分的汙水中，Ca 與 Mg 為主要之多價陽離子，雖然有時候Sr 與其他多價陽離子亦存於某些硬水中，但與Ca、Mg 相較濃度甚低，故除非在特殊的汙水樣品，計算Ca 與 Mg 得到的硬度，以具有相當高的準確性。因此，在APHA的標準法中，允許依據下式計算水中硬度:Hardness(mg/LasCaCO)=2.497Ca(mg/L)+4.118Mg(mg/L)乙烯二胺四乙酸 (ethylenediaminetettaacetic acid，EDTA)及其鈉鹽之結構，為一種有名的螯合劑，將其加入含多價陽離子之水溶液時，會形成安定之錯離子，(7-4)，因此，我們可利用EDTA溶液作為滴定液，並依其滴定用量，計算水樣之硬度。二價陽離子 (M)+EDTAM.EDTAcomplex(7-4)以 EDTA滴定法進行滴定反應時，須有適當的指示劑判別滴定終點，一般系使用 Eriochrome Black T 或 Calmagite ，這兩種指示劑於加入水樣時，會先於水中 Ca與 Mg 均被螯合時，溶液就由酒紅色轉變為藍色，即可顯示滴定終點。由於水溶液中必須有微量鎂離子存在，指示劑才能在到達滴定終點時清楚且明確的變色，因此為確保水溶液中含有足量鎂離子，必須先在緩衝溶液中添加微量EDTA之鎂鹽，再以樣品空白分析扣除此添加量。一般水可依其硬度，分為軟、中、硬、甚硬等四類，如表7-1所示，當水之硬度大於150mg/LasCaCO3，就稱為硬水。硬水對生活用水及工業用水均造成一些問題，在生活用水方面，硬水消耗較多的肥皂及行程鍋垢；而在工業用水方面，冷卻系統、熱交換器及蒸汽鍋爐若使用硬水，很快就會形成絕熱的水垢而降低效率，若不予以住藝控制硬度，除會降低機械效率，增加操作成本外，尚有造成鍋爐發生爆炸之危險。另某些工廠如染整工廠亦不能使用硬水，以免造成干擾，降低產品品質。故工業用水中硬度之監控處理相當重要，而須經常測定硬度。若鈣、鎂含量增高，則對土壤構造有利，鈣、鎂在土讓中能使土壤維持良好之構造，使土壤疏鬆，易於耕作，土粒成團粒結構，有促進空氣流通及排水之功能。另外，使用廢水灌溉的土壤農地，本身常為不要的或土壤滲透性及管理上有問題的土壤，需經變更土壤剖面，挖地及重整之工作。滲透性的問題通常發生在土壤的表層，主要是土壤或用水中有相當高的鈉離子含量或相當低的鈣離子含量。表 7-1 水質上衣硬度之分類表程度硬度meq/LMg/L as CaCO3軟 (sot)<1<50中度 (moderately1350150ard)硬 (hard)36150300甚硬 (very hard)>6>300二 .目的 : 檢測水樣中的硬度值三.步驟與計算1.取水樣 25ml 稀釋至 50ml(就是再加入去離子水25ml)2.調整 pH 值，用拋棄式滴管加12 滴 ml 緩衝溶液主要是要控制pH 值 103.加入 12滴 EBT 指示劑使溶液呈酒紅色4.滴定管加 EDTA 滴定至藍色，再記錄滴定量。計算 :硬度 (mg CaCO3 /L) A × B× 1000V(水樣體積 )ml要確定 B 值以相同步驟檢測配製CaCO3 標準液的滴定量，取5mlCaCO3 標準液 (5ml CaCO3)B 值= mgCaCO5.0 0.893mlEDTA5.6水樣名稱EDTA 滴定A(a-X)水樣體積檢測結果量 a(ml)(V)(mg/L)自來水3.9025138.8池水2.702596.1B 值5.6050.89四 .討論 :這次的實驗是檢測水樣的硬度，總共做了兩個水樣和一個標準液的水樣做為分析，檢測水的硬度是因為要知道水的硬度值是否符合標準，而硬度越高，即表示含化合物越多，這就叫硬水，就不適合做為生活用水或飲用水。在水樣總硬度未超過300(mg/L)以下時，就不會對人體造成危害，而對於較高的硬度水應加以軟化處理。這次的實驗分析 :自來水的硬度 >池水硬度但都在標準範圍內，所以對人體不會造成危害。