实验8 工业废水中总碱度的测定
教学目的与要求：
1.学习分析天平的使用和样品的称量；
2.学习标准溶液的配制和标定；
3.学习和掌握滴定分析的基本操作；
4.掌握酸碱滴定法测水中碱度的原理和方法。
教学重点与难点：
重点：1.分析天平的使用、溶液配制和酸碱滴定等操作；
2.培养学生的动手操作能力及创新意识。
难点：1.酸碱滴定操作规范；
2.酸碱滴定中指示剂的选择和滴定终点控制。
教学方法与手段：板书，学生操作，现场指导。
学时分配：2学时。
教学内容：
造纸、印染、化工等工业排放的含碱废水，进入天然水域后使水中pH值增高，影响水生生物的正常生活。工业废水的碱度由氢氧化物、氨化合物、有机碱、碳酸盐、磷酸氢盐等形成。
碱度是指水中含有能与强酸发生中和作用的物质的总量，是衡量水体变化的重要指标，是水的综合性特征指标。碱度主要来自水样中存在的碳酸盐、重碳酸盐（即酸式盐）及氢氧化物。
水中碱度的来源是多种多样的，地表水的碱度基本上是碳酸盐、重碳酸盐及氢氧化物含量的函数，所以总碱度被当作这些成分浓度的总和。当水中含有硼酸盐、磷酸盐或硅酸盐等时，则总碱度的测定值也包含它们所起的作用。废水及其他复杂体系的水体中还含有有机碱类金属水解性盐类等，均为碱度组成部分。在这些情况下碱度就成为一种水的综合性特征指标，代表能被强酸滴定的物质的总和。
碱度的测定值因使用的终点pH值不同而有很大的差异，只有当试样中的化学组成已知时才能解释为具体的物质。对于天然水和未污染的地表水可直接用酸滴定至pH为8.3 时消耗的量为酚酞碱度；以酸滴定至pH为4.4~4.5 时消耗的量为甲基橙碱度；通过计算可求出相应的碳酸盐、重碳酸盐和氢氧根离子的含量。对于废水污水则由于组分复杂，这种计算无实际意义往往需要根据水中物质的组分确定其与酸作用达终点时的pH 值，然后用酸滴定以便获得分析者感兴趣的参数并作出解释。
碱度指标常用于评价水体的缓冲能力及金属在其中的溶解性和毒性，是对水和废水
处理过程的控制的判断性指标，若碱度是由过量的碱金属盐类所形成，则碱度又是确定这种水是否适宜于灌溉的重要依据。
用标准酸滴定水中碱度是各种方法的基础，有两种常用的方法即酸碱指示剂滴定法和电位滴定法电位滴定法。根据电位滴定曲线在终点时的突跃确定特定pH值下的碱度，它不受水样浊度色度的影响适用范围较广用指示剂判断滴定终点的方法简便快速，适用于控制性试验及例行分析，二法均可根据需要和条件选用。
实验原理
1.盐酸溶液的标定
首先配制约0.1mol·L的盐酸溶液，以甲基橙为指示剂，用已知准确浓度的Na2CO3标准溶液来标定盐酸的准确浓度，溶液由黄色变至橙红色即为滴定终点。
反应式：Na2CO3+2HCl＝2NaCl+H2O+CO2
2.水中碱度的测定
1）酚酞碱度
酚酞作指示剂，用盐酸标准溶液滴定至溶液颜色由红色变为无色为止，盐酸滴定体积为V1 mL。等当点时的pH约为8.3，酚酞的变色范围pH为8－10。
反应式： OH-+H+=H2O CO32-+H+=HCO3-
CHCl•V1酚酞碱度(mol/L)＝V水样
CHCl•V1酚酞碱度(以CaO计，mg/L)＝×1000 V水样
2）总碱度
再加入甲基橙指示剂，用盐酸标准溶液继续滴定至溶液由黄色变为橙红色为止，设盐酸滴定体积为V2 mL。等当点时的pH约为4.4，甲基橙的变色范围为3.1－4.4。
反应式：HCO3-+H+＝H2O+CO2
总碱度(mol/L)＝CHCl•(V1＋V2) V水样
CHCl•(V1＋V2)总碱度(以CaO计，mg/L)＝×1000 V水样
主要仪器及试剂
主要仪器：
电子天平（0.0001g），称量瓶，烧杯，玻璃棒，250mL容量瓶，锥形瓶，酸式滴定
管（50mL），25mL移液管，100mL移液管，吸耳球。
主要试剂：浓盐酸；
0.1％酚酞指示剂：称取0.5g酚酞，溶于50mL95%乙醇中，再加入50mL水。
0.1％甲基橙指示剂：称取0.1g甲基橙，溶于100mL水。
无二氧化碳蒸馏水：pH不低于6.0的蒸馏水。若蒸馏水的pH较低，应煮沸15分钟，加盖后冷却至室温。
废水的模拟制备：2.4g的NaOH+4.24g的Na2CO3 +4.2g的NaHCO3 溶于1L水。（6000） 0.1mol/L盐酸标准溶液：6000mL
实验步骤
1．洗净所有玻璃器皿，并试漏；
2．Na2CO3标准溶液(0.05000mol/L)的配制：
采用差减法准确称取预先干燥过的无水Na2CO3固体2.650g（精确到0.0001g）于小烧杯中；加约50mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌溶解后，转移至500mL容量瓶中，用少量蒸馏水润洗烧杯3～4次，全部转移至容量瓶中，定容。
3．0.1mol/L盐酸标准溶液的配制和标定：
（1） 用量筒取4mL的浓盐酸于500mL试剂瓶中，加蒸馏水至约500mL，加塞混匀；
（2） 用移液管准确移取25mL Na2CO3标准溶液于250mL锥形瓶中，加2滴甲基橙指
示剂，混匀，用盐酸标准溶液滴定至黄色刚好变为橙红色，且摇动不消失为止，计算V0。平行测定至少三次，计算盐酸标准溶液的浓度。（要求练习达到△V≤0.04mL）
4．水样碱度的测定：
（1） 用25mL移液管准确移取水样于250mL锥形瓶中，加3滴酚酞指示剂，混匀，用
盐酸标准溶液滴定至红色变为无色为止，记录并计算V1。平行测定至少三次。
（2） 再加3滴甲基橙指示剂，混匀，用盐酸标准溶液滴定至黄色变为橙红色为止，记
录并计算V2。平行测定至少三次。
实验数据及处理
1、Na2CO3标准溶液的浓度。
2、盐酸标准溶液的浓度。
3、酚酞碱度，总碱度。
4、氢氧化物、碳酸盐和重碳酸盐。
问题讨论
1.实验结果分析
对实验现象、结果、误差等进行讨论分析。
2.对于多数天然水样碱性化合物在水中所产生的碱度有五种情形，为说明方便令以酚酞作指示剂时滴定至颜色变化所消耗盐酸标准溶液的量为P mL， 以甲基橙作指示剂时盐酸标准溶液用量为M mL ，则盐酸标准溶液总消耗量为T =M +P
第一种情形P= T 或M= 0 时:
P 代表全部氢氧化物及碳酸盐的一半，由于M= 0 表示不含有碳酸盐亦不含重碳酸盐，因此P= T= 氢氧化物
第二种情形P>T *1/2时:
说明M> 0 ,有碳酸盐存在且碳酸盐=2M= 2(T-P). 而且由于P> M 说明尚有氢氧化物存在,氢氧化物=T-2(T-P) =2P-T
第三种情形P= T *1/2,即P= M 时:
M 代表碳酸盐的一半,说明水中仅有碳酸盐,碳酸盐=2P =2M= T
第四种情形P
此时M >P, 因此M 除代表由碳酸盐生成的重碳酸盐外,尚有水中原有的重碳酸盐,碳酸盐=2P, 重碳酸盐=T-2P
第五种情形P= 0 时
此时水中只有重碳酸盐存在.重碳酸盐=T=M
注意事项
1、若水样中含有游离CO2,则不存在碳酸盐，可直接以甲基橙作指示剂进行滴定。
2、当水样中总碱度小于20mg/L时，可改为0.01mg/L盐酸标准溶液滴定，或改用10mL容量的微量滴定管，以提高滴定精度。
3、测定时废水取样量取决于滴定时盐酸的用量，盐酸用量控制在10-25mL为宜。 思考题
1、使用称量瓶时，如何操作才能保证样品不致损失？
2、什么情况下选用直接称量法？什么情况下选用差减称量法？
3、在滴定分析实验中，滴定管要用滴定剂，移液管要用所移取的溶液各润洗几次？为什么？
4、为什么滴定管的初读数每次最好调至0.00mL刻度处？
5、滴定管、移液管、容量瓶是滴定分析中三种准确量器，应记几位有效数字？
6、酚酞碱度测定时，接近化学计量点时，若滴定速度太快，摇动锥形瓶不够，致
使滴定液HCl局部过浓，会对测定结果造成什么影响？为什么？
7、为什么用酚酞作指示剂测得的碱度不是总碱度？
课外学习网站：
1、
2、
3、
4、
5、
知识拓展：
1、
2、
3、
能力训练：工业碱灰中总碱度的测定
问题1：工业碱灰的主要成分是什么？
问题2：工业碱灰的测定原理是什么？
问题3：设计一个简单的实验测定步骤？
问题4：常用于标定HCl溶液的基准物质？如何选择?
参考资料：
1、
2、
3、
4、
5、
素质提升：
根据测定结果，分析所测工业废水中总碱度的主要成分？
使滴定液HCl局部过浓，会对测定结果造成什么影响？为什么？
7、为什么用酚酞作指示剂测得的碱度不是总碱度？
课外学习网站：
1、
2、
3、
4、
5、
知识拓展：
1、
2、
3、
能力训练：工业碱灰中总碱度的测定
问题1：工业碱灰的主要成分是什么？
问题2：工业碱灰的测定原理是什么？
问题3：设计一个简单的实验测定步骤？
问题4：常用于标定HCl溶液的基准物质？如何选择?
参考资料：
1、
2、
3、
4、
5、
素质提升：
根据测定结果，分析所测工业废水中总碱度的主要成分？
实验七 碱灰中总碱度的测定
一、实验目的
1、 掌握碱灰中总碱度的测定的原理和方法
2、 熟悉酸碱滴定法中指示剂的选择原则
3、 检验前二次实验的准确度
二、实验原理
碱灰为不纯的Na2CO3，其中混有少量的NaOH或NaHCO3杂质。用酸滴定，以甲基橙为指示剂，以上组分均被中和，测定的结果是碱的总量，常用Na2O含量来表示。HCl滴定Na2CO3的反应如下
Na2CO3+HCl====NaHCO3+NaCl
NaHCO3+HCl====NaCl+CO2+H2O
可见反应到第一化学计量点pH值约为8.3,第二化学计量点pH值约为3.9。测定总碱度时，化学计量点的pH值突跃在3.9附近.
三、试剂
0.1mol·L
四、实验方法
准确称取碱灰试样（按碱灰中总碱度Na2O的含量为50%计算称量范围）三份于锥形瓶中，加蒸馏水50mL使之溶解，然后加入甲基橙指示剂1滴，用HCl标准溶液滴定至 橙色，即为终点。
根据试样的质量m，HCl标准溶液的浓度cHCl及消耗的HCL标准溶液体积vHCl，计算混合碱的总碱度（以Na2O表示）
每次测定的结果与平均值的相对偏差不得大于0.3%。如时间允许，可在一份试样中先加酚酞，用HCl滴定到红色褪去，再加甲基橙指示剂，观察、比较两种指示剂变色得敏锐程度，并说明理由
五、思考与讨论
1、 测定碱灰的总碱度能否用酚酞指示剂？为什么？
2、 如果需测定碱灰中各组分的含量，而且要求准确度稍一些，应采用什么办法？
3、 假设试样含95% Na2CO3，则以Na2O表示的总碱度为多少？ 1HCl标准溶液,0.1%甲基橙水溶液.
实验8 工业废水中总碱度的测定
教学目的与要求：
1.学习分析天平的使用和样品的称量；
2.学习标准溶液的配制和标定；
3.学习和掌握滴定分析的基本操作；
4.掌握酸碱滴定法测水中碱度的原理和方法。
教学重点与难点：
重点：1.分析天平的使用、溶液配制和酸碱滴定等操作；
2.培养学生的动手操作能力及创新意识。
难点：1.酸碱滴定操作规范；
2.酸碱滴定中指示剂的选择和滴定终点控制。
教学方法与手段：板书，学生操作，现场指导。
学时分配：2学时。
教学内容：
造纸、印染、化工等工业排放的含碱废水，进入天然水域后使水中pH值增高，影响水生生物的正常生活。工业废水的碱度由氢氧化物、氨化合物、有机碱、碳酸盐、磷酸氢盐等形成。
碱度是指水中含有能与强酸发生中和作用的物质的总量，是衡量水体变化的重要指标，是水的综合性特征指标。碱度主要来自水样中存在的碳酸盐、重碳酸盐（即酸式盐）及氢氧化物。
水中碱度的来源是多种多样的，地表水的碱度基本上是碳酸盐、重碳酸盐及氢氧化物含量的函数，所以总碱度被当作这些成分浓度的总和。当水中含有硼酸盐、磷酸盐或硅酸盐等时，则总碱度的测定值也包含它们所起的作用。废水及其他复杂体系的水体中还含有有机碱类金属水解性盐类等，均为碱度组成部分。在这些情况下碱度就成为一种水的综合性特征指标，代表能被强酸滴定的物质的总和。
碱度的测定值因使用的终点pH值不同而有很大的差异，只有当试样中的化学组成已知时才能解释为具体的物质。对于天然水和未污染的地表水可直接用酸滴定至pH为8.3 时消耗的量为酚酞碱度；以酸滴定至pH为4.4~4.5 时消耗的量为甲基橙碱度；通过计算可求出相应的碳酸盐、重碳酸盐和氢氧根离子的含量。对于废水污水则由于组分复杂，这种计算无实际意义往往需要根据水中物质的组分确定其与酸作用达终点时的pH 值，然后用酸滴定以便获得分析者感兴趣的参数并作出解释。
碱度指标常用于评价水体的缓冲能力及金属在其中的溶解性和毒性，是对水和废水
处理过程的控制的判断性指标，若碱度是由过量的碱金属盐类所形成，则碱度又是确定这种水是否适宜于灌溉的重要依据。
用标准酸滴定水中碱度是各种方法的基础，有两种常用的方法即酸碱指示剂滴定法和电位滴定法电位滴定法。根据电位滴定曲线在终点时的突跃确定特定pH值下的碱度，它不受水样浊度色度的影响适用范围较广用指示剂判断滴定终点的方法简便快速，适用于控制性试验及例行分析，二法均可根据需要和条件选用。
实验原理
1.盐酸溶液的标定
首先配制约0.1mol·L的盐酸溶液，以甲基橙为指示剂，用已知准确浓度的Na2CO3标准溶液来标定盐酸的准确浓度，溶液由黄色变至橙红色即为滴定终点。
反应式：Na2CO3+2HCl＝2NaCl+H2O+CO2
2.水中碱度的测定
1）酚酞碱度
酚酞作指示剂，用盐酸标准溶液滴定至溶液颜色由红色变为无色为止，盐酸滴定体积为V1 mL。等当点时的pH约为8.3，酚酞的变色范围pH为8－10。
反应式： OH-+H+=H2O CO32-+H+=HCO3-
CHCl•V1酚酞碱度(mol/L)＝V水样
CHCl•V1酚酞碱度(以CaO计，mg/L)＝×1000 V水样
2）总碱度
再加入甲基橙指示剂，用盐酸标准溶液继续滴定至溶液由黄色变为橙红色为止，设盐酸滴定体积为V2 mL。等当点时的pH约为4.4，甲基橙的变色范围为3.1－4.4。
反应式：HCO3-+H+＝H2O+CO2
总碱度(mol/L)＝CHCl•(V1＋V2) V水样
CHCl•(V1＋V2)总碱度(以CaO计，mg/L)＝×1000 V水样
主要仪器及试剂
主要仪器：
电子天平（0.0001g），称量瓶，烧杯，玻璃棒，250mL容量瓶，锥形瓶，酸式滴定
管（50mL），25mL移液管，100mL移液管，吸耳球。
主要试剂：浓盐酸；
0.1％酚酞指示剂：称取0.5g酚酞，溶于50mL95%乙醇中，再加入50mL水。
0.1％甲基橙指示剂：称取0.1g甲基橙，溶于100mL水。
无二氧化碳蒸馏水：pH不低于6.0的蒸馏水。若蒸馏水的pH较低，应煮沸15分钟，加盖后冷却至室温。
废水的模拟制备：2.4g的NaOH+4.24g的Na2CO3 +4.2g的NaHCO3 溶于1L水。（6000） 0.1mol/L盐酸标准溶液：6000mL
实验步骤
1．洗净所有玻璃器皿，并试漏；
2．Na2CO3标准溶液(0.05000mol/L)的配制：
采用差减法准确称取预先干燥过的无水Na2CO3固体2.650g（精确到0.0001g）于小烧杯中；加约50mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌溶解后，转移至500mL容量瓶中，用少量蒸馏水润洗烧杯3～4次，全部转移至容量瓶中，定容。
3．0.1mol/L盐酸标准溶液的配制和标定：
（1） 用量筒取4mL的浓盐酸于500mL试剂瓶中，加蒸馏水至约500mL，加塞混匀；
（2） 用移液管准确移取25mL Na2CO3标准溶液于250mL锥形瓶中，加2滴甲基橙指
示剂，混匀，用盐酸标准溶液滴定至黄色刚好变为橙红色，且摇动不消失为止，计算V0。平行测定至少三次，计算盐酸标准溶液的浓度。（要求练习达到△V≤0.04mL）
4．水样碱度的测定：
（1） 用25mL移液管准确移取水样于250mL锥形瓶中，加3滴酚酞指示剂，混匀，用
盐酸标准溶液滴定至红色变为无色为止，记录并计算V1。平行测定至少三次。
（2） 再加3滴甲基橙指示剂，混匀，用盐酸标准溶液滴定至黄色变为橙红色为止，记
录并计算V2。平行测定至少三次。
实验数据及处理
1、Na2CO3标准溶液的浓度。
2、盐酸标准溶液的浓度。
3、酚酞碱度，总碱度。
4、氢氧化物、碳酸盐和重碳酸盐。
问题讨论
1.实验结果分析
对实验现象、结果、误差等进行讨论分析。
2.对于多数天然水样碱性化合物在水中所产生的碱度有五种情形，为说明方便令以酚酞作指示剂时滴定至颜色变化所消耗盐酸标准溶液的量为P mL， 以甲基橙作指示剂时盐酸标准溶液用量为M mL ，则盐酸标准溶液总消耗量为T =M +P
第一种情形P= T 或M= 0 时:
P 代表全部氢氧化物及碳酸盐的一半，由于M= 0 表示不含有碳酸盐亦不含重碳酸盐，因此P= T= 氢氧化物
第二种情形P>T *1/2时:
说明M> 0 ,有碳酸盐存在且碳酸盐=2M= 2(T-P). 而且由于P> M 说明尚有氢氧化物存在,氢氧化物=T-2(T-P) =2P-T
第三种情形P= T *1/2,即P= M 时:
M 代表碳酸盐的一半,说明水中仅有碳酸盐,碳酸盐=2P =2M= T
第四种情形P
此时M >P, 因此M 除代表由碳酸盐生成的重碳酸盐外,尚有水中原有的重碳酸盐,碳酸盐=2P, 重碳酸盐=T-2P
第五种情形P= 0 时
此时水中只有重碳酸盐存在.重碳酸盐=T=M
注意事项
1、若水样中含有游离CO2,则不存在碳酸盐，可直接以甲基橙作指示剂进行滴定。
2、当水样中总碱度小于20mg/L时，可改为0.01mg/L盐酸标准溶液滴定，或改用10mL容量的微量滴定管，以提高滴定精度。
3、测定时废水取样量取决于滴定时盐酸的用量，盐酸用量控制在10-25mL为宜。 思考题
1、使用称量瓶时，如何操作才能保证样品不致损失？
2、什么情况下选用直接称量法？什么情况下选用差减称量法？
3、在滴定分析实验中，滴定管要用滴定剂，移液管要用所移取的溶液各润洗几次？为什么？
4、为什么滴定管的初读数每次最好调至0.00mL刻度处？
5、滴定管、移液管、容量瓶是滴定分析中三种准确量器，应记几位有效数字？
6、酚酞碱度测定时，接近化学计量点时，若滴定速度太快，摇动锥形瓶不够，致
使滴定液HCl局部过浓，会对测定结果造成什么影响？为什么？
7、为什么用酚酞作指示剂测得的碱度不是总碱度？
课外学习网站：
1、
2、
3、
4、
5、
知识拓展：
1、
2、
3、
能力训练：工业碱灰中总碱度的测定
问题1：工业碱灰的主要成分是什么？
问题2：工业碱灰的测定原理是什么？
问题3：设计一个简单的实验测定步骤？
问题4：常用于标定HCl溶液的基准物质？如何选择?
参考资料：
1、
2、
3、
4、
5、
素质提升：
根据测定结果，分析所测工业废水中总碱度的主要成分？
使滴定液HCl局部过浓，会对测定结果造成什么影响？为什么？
7、为什么用酚酞作指示剂测得的碱度不是总碱度？
课外学习网站：
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3、
4、
5、
知识拓展：
1、
2、
3、
能力训练：工业碱灰中总碱度的测定
问题1：工业碱灰的主要成分是什么？
问题2：工业碱灰的测定原理是什么？
问题3：设计一个简单的实验测定步骤？
问题4：常用于标定HCl溶液的基准物质？如何选择?
参考资料：
1、
2、
3、
4、
5、
素质提升：
根据测定结果，分析所测工业废水中总碱度的主要成分？
实验七 碱灰中总碱度的测定
一、实验目的
1、 掌握碱灰中总碱度的测定的原理和方法
2、 熟悉酸碱滴定法中指示剂的选择原则
3、 检验前二次实验的准确度
二、实验原理
碱灰为不纯的Na2CO3，其中混有少量的NaOH或NaHCO3杂质。用酸滴定，以甲基橙为指示剂，以上组分均被中和，测定的结果是碱的总量，常用Na2O含量来表示。HCl滴定Na2CO3的反应如下
Na2CO3+HCl====NaHCO3+NaCl
NaHCO3+HCl====NaCl+CO2+H2O
可见反应到第一化学计量点pH值约为8.3,第二化学计量点pH值约为3.9。测定总碱度时，化学计量点的pH值突跃在3.9附近.
三、试剂
0.1mol·L
四、实验方法
准确称取碱灰试样（按碱灰中总碱度Na2O的含量为50%计算称量范围）三份于锥形瓶中，加蒸馏水50mL使之溶解，然后加入甲基橙指示剂1滴，用HCl标准溶液滴定至 橙色，即为终点。
根据试样的质量m，HCl标准溶液的浓度cHCl及消耗的HCL标准溶液体积vHCl，计算混合碱的总碱度（以Na2O表示）
每次测定的结果与平均值的相对偏差不得大于0.3%。如时间允许，可在一份试样中先加酚酞，用HCl滴定到红色褪去，再加甲基橙指示剂，观察、比较两种指示剂变色得敏锐程度，并说明理由
五、思考与讨论
1、 测定碱灰的总碱度能否用酚酞指示剂？为什么？
2、 如果需测定碱灰中各组分的含量，而且要求准确度稍一些，应采用什么办法？
3、 假设试样含95% Na2CO3，则以Na2O表示的总碱度为多少？ 1HCl标准溶液,0.1%甲基橙水溶液.