水的硬度测定
摘要：水是生命之源，水的一些性质与我们的生活息息相关，它带给了我们幸福，也会带给我们灾难。了解水的性质，利用水的性质来进行生产生活，我们会更加安全地使用水，并且能够避免一些灾难发生。水的硬度就是水的重要性质之一。水的硬度最早是指沉淀肥皂的程度。水变“硬”的原因，主要是钙和镁盐的作用。因此，水的硬度的精确定义是水中的钙离子和镁离子的含量（以mmol/L表示），又称为总硬度。这两种离子的含量越高，水的硬度就越大。通过水的硬度测定的实验，我们除了可以掌握水的硬度测定的原理、方法及相关的实验操作方法步骤外，还能更加深入地了解不同的水样的软硬度，让我们的生活变得更加安全、舒适、健康。
关键词：水的硬度；概念；实验原理；实验过程；
一、水的硬度
水是生命之源，水的一些性质与我们的生活息息相关，它带给了我们幸福，也会带给我们灾难。了解水的性质，利用水的性质来进行生产生活，我们会更加安全地使用水，并且能够避免一些灾难发生。水的硬度就是水的重要性质之一。
（一）、水的硬度的概念
水的硬度最早是指沉淀肥皂的程度。某些水体中的水会与肥皂形成大量的渣滓，使肥皂失去去污作用，这种水称为“硬水”。人们在实践中发现，地下水从地层深处流出的泉水和深井水比较“硬”，多属于硬水，雨水，池塘，小溪等地面水比较“软”，属于软水。
水变“硬”的原因，主要是钙和镁盐的作用。钙占地球上元素丰度的第五位，镁为第八位。当水经过石灰石、白云石、石膏等岩层时，会溶解部分钙和镁，因此自然界水体中总是或多或少地含有钙、镁离子。钙和镁可以与肥皂中的主要成分（脂肪酸钠）形成脂肪酸钙和脂肪酸镁沉淀，使肥皂失效。
因此，水的硬度的精确定义是水中的钙离子和镁离子的含量（以mmol/L表示），又称为总硬度。这两种离子的含量越高，水的硬度就越大。硬水是指硬度为16—30度的水，而软水是硬度低于8度的水。
（二）、水的硬度的表示方法
不同国家水的硬度的表示方法有所不同：
德国硬度(ºDH)：1L水中含有相当于10mg的CaO，其硬度即为1个德国硬度。
美国硬度(mg/L)：1L水中含有相当于1mg的CaCO3，其硬度即为1个美国硬度。
法国硬度(degree F)：1L水中含有相当于10mg的CaCO3，其硬度即为1个法国硬度。
英国硬度(ºClark): 1L水中含有相当于14.28mg的CaCO3，其硬度即为1个英国硬度。
换算关系为 1mmol/L=5.61 ºDH=100 mg/L=7.02 ºClark=10 degree F
我国目前最普遍使用的水的硬度表示方法和德国硬度表示方法相同。
（三）、水的软硬度与人们的生产生活
1、水的硬度与生活
首先了解一下钙镁离子与人体健康的关系。钙镁离子是人体每天必需的营养素，如果水有一定硬度，通过饮水就可以补充一定量的钙镁离子。长期服用软水的人，则需要通过其他途径补充。
其实，水的硬度太高和太低都不好，因为水的硬度和一些疾病有密切关系。调查发现，在水硬度较高地区心血管疾病发病率较低。我国饮用水规定的标准是不能超过25度，最适宜的饮用水的硬度为8～18度，属于轻度或中度硬水。
水的软硬与饮用口感：水的口感与软硬也有关系，多数矿泉水硬度较高，所以使人感到清爽可口，而软水显得淡而无味。但用硬水泡茶，冲咖啡，口感将受到影响，所以，喝茶时尤其是喝绿茶时最好用软一点的水来冲泡。
水的软硬与身感：洗澡后感觉爽滑的是硬水，而感觉总冲洗不干净的是软水。
2、水的硬度与生产
由于水中含有各种离子以及一些杂质，容易使锅炉中产生水垢。锅炉的给水和锅水的组成、性质以及生成水垢的具体条件不同，使水垢在成分上有很大的差别。如按其化学组成，水垢可以分为下列几种，其特性和结垢的部位简述如下：
a)碳酸盐水垢碳酸盐水垢的成分以碳酸钙为主，也有少量的碳酸镁。其特性按其生成条件不同。有坚硬性的硬垢；也有疏松海绵状的软垢。此类水垢具有多孔性。比较容易清除：它常在锅炉水循环较嘎的部位和给水的进口处结生。
b)酸盐水垢硫酸盐水垢的主要成分是硫酸钙。它的特性是特别坚硬和致密。它常沉积在锅炉内温度最高。蒸发率最大的蒸发面上。
c)硅酸盐水垢硅酸盐水垢的主要成分是硬硅钙石(5CaO·5Si02·H2O)或镁橄榄石(MgO．SiO2)；另一种是软质的硅酸镁，主要成分是蛇纹石(3MgO·2SiO2·2H2O)：一般二氧化硅的含量都在20％以上。它的特性是非常坚硬，导热性非常小，它常常容易在锅炉温度高的蒸发面上沉积。
d)混合水垢混合水垢是由钙、镁的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐以及铁铝氧化物等组成，很难指出其中哪一种是最主要的成分。主要是由于使用不同成分的水质生成的。
二、水的硬度实验
（一）、实验目的
1、掌握EDTA的配制及用硫酸镁标定EDTA的基本原理与方法；
1、了解水的硬度的概念及其表示方法；
2、掌握配位滴定的基本原理、方法和计算、学会判断配位滴定的终点；
3、掌握铬黑T、钙指示剂的使用条件和终点变化；
4、掌握容量瓶、移液管和滴定管的正确使用。
（二）、基本操作
1、电子天平的使用
2、容量甁的使用
3、滴定管的使用
（三）、仪器与试剂
1、仪器
电子天平（0.1mg）、容量瓶（250mL）、移液管（20mL）、酸式滴定管（50mL）、锥形瓶（250mL）、烧杯(250mL、500mL)、玻璃棒、表面皿、硬质玻璃瓶
2、试剂
pH=10.0的缓冲溶液；铬黑T指示剂（EBT）；EDTA标准溶液（10mmol/L）；滴定水样
(四)、实验原理
1、EDTA标准溶液的配制与滴定
乙二胺四乙酸二钠盐(习惯上称EDTA)是有机配位剂，能与大多数金属离子形成稳定的1:1 型的螯合物，计量关系简单，故常用作配位滴定的标准溶液。通常采用间接法配制EDTA标准溶液。标定EDTA溶液的基准物很多，如金属Zn、Ni、Pb 、Bi、Cu等，金属氧化物ZnO、Bi2O3等及盐类CaCO3、MgSO4·7H2O、Zn(Ac)2·3H2O 等。通常选用其中与被测物组分相同的物质作基准物，这样，标定条件与测定条件尽量一致，可减小误差。如果用被测元素的纯金属或化合物作基准物质，就更为理想。本实验采用CaCO3作基准物标定EDTA，以钙指示剂作指示剂，用1mol·L－1的NaOH控制溶液滴定时的pH 为12～13。因为钙指示剂一般在强碱性下使用。
2、水硬度的测定
测定时,先用缓冲溶液调节溶液的pH=10左右。滴定前,当加入指示剂铬黑T时,它首先与水中少量的Ca2+、Mg2+配位形成酒红色的配合物[CaIn]2-、[MgIn]2-,具体反应为Ca2+ + HIn2-（蓝色）====[CaIn]2- （酒红色） + H+
Mg2+ + HIn2-（蓝色）====[MgIn]2- （酒红色） + H+
当用EDTA溶液滴定时,EDTA便分别与水中游离的Ca2+,Mg2+离子配位,接近终点时,因[CaY]2-、[MgY]2-的稳定性大于[CaIn]2-、[MgIn]2-,故EDTA夺取[CaIn]2-、[MgIn]2-中的Ca2+、Mg2+,使铬黑T游离出来，即
[CaIn]2- （酒红色）+ H2Y2- ===[CaY]2- + HIn2-（蓝色）+ H+
[MgIn]2- （酒红色）+ H2Y2- ===[MgY]2- + HIn2-（蓝色）+ H+
这时溶液由酒红色变为蓝色,指示终点到达。
