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      總堿度與碳酸鹽硬度及pH間的關(guān)系

      2014-02-26 00:48:32孫建軍毛玉鳳
      東北水利水電 2014年4期
      關(guān)鍵詞:酚酞指示劑碳酸鹽

      孫建軍,毛玉鳳

      (遼寧省水文水資源勘測(cè)局本溪分局,遼寧 本溪 117000)

      總堿度與碳酸鹽硬度及pH間的關(guān)系

      孫建軍,毛玉鳳

      (遼寧省水文水資源勘測(cè)局本溪分局,遼寧 本溪 117000)

      對(duì)于從事水環(huán)境監(jiān)測(cè)專業(yè)人員來(lái)說(shuō),搞清楚水中堿度、硬度之間的關(guān)系概念尤為重要。但由于分析計(jì)算中的復(fù)雜化,造成在水分析中不能迅速判斷其堿度、硬度的各種存在形態(tài),文章理論結(jié)合實(shí)踐,淺談它們之間的互相關(guān)系。

      總堿度;碳酸鹽硬度;水環(huán)境監(jiān)測(cè);pH

      隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,污廢水不經(jīng)處理大量排放,河流水體受到了人類活動(dòng)的嚴(yán)重影響,改變了原來(lái)的水化學(xué)特征,污染日趨嚴(yán)重。這種變化了的形勢(shì),對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作提出了新的課題。水質(zhì)監(jiān)測(cè)目的是及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地反映水環(huán)境質(zhì)量狀況及其發(fā)展趨勢(shì),為水環(huán)境管理、規(guī)劃、污染治理等提供科學(xué)依據(jù),它是國(guó)家合理開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)水資源的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作,是控制水污染、保護(hù)水環(huán)境、改善水環(huán)境的哨兵與耳目。水環(huán)境科學(xué)研究,對(duì)發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)和保障人民健康等具有十分重要的意義。

      1 概述

      1)堿度:把天然水經(jīng)處理過(guò)的水的PH降低到相應(yīng)于純CO2水溶液的PH值所必須中和的水中強(qiáng)堿物種的總含量。

      2)暫時(shí)硬度:又稱碳酸鹽硬度,指水中鈣,鎂的碳酸鹽的含量,因天然水中碳酸鹽含量很低,只有在堿性水中才存在碳酸鹽。故暫時(shí)硬度一般是指水中重碳酸鹽的含量,水在煮沸時(shí)其中的重碳酸鹽分解出碳酸鹽沉淀。

      3)pH:表示溶液酸性或堿性程度的數(shù)值,是指溶液中氫離子的總數(shù)和總物質(zhì)的量的比。

      2 檢測(cè)方法

      2.1 總堿度方法原理

      水樣用標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定至規(guī)定的pH值,其終點(diǎn)由加入的酸堿指示劑在該pH值時(shí)顏色的變化來(lái)判斷。當(dāng)?shù)味ㄖ练犹甘緞┯杉t色變?yōu)闊o(wú)色時(shí),溶液pH值為8.3,表明指示劑水中氫氧根離子已被中和,碳酸鹽均變?yōu)橹靥妓猁};當(dāng)?shù)味ㄖ良谆戎甘緞┯傻埸S色變成桔紅色時(shí),溶液的pH值為4.4~4.5,指示水中的重碳酸鹽被中和,包括原油的和由碳酸鹽轉(zhuǎn)化成。根據(jù)上述2個(gè)終點(diǎn)到達(dá)時(shí)所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的量,計(jì)算出水中碳酸鹽、重碳酸鹽含量及總堿度。以酚酞作指示劑時(shí),滴定至顏色變化消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的量為P(ml),以甲基橙為指示劑時(shí),滴定至顏色變化消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的量為M(ml)。

      2.2 暫時(shí)硬度方法原理

      水中所含重碳酸鹽(及碳酸鹽)在用甲基橙為指示劑時(shí)與算起反應(yīng)如下:

      如有碳酸鹽也起反應(yīng):

      如水中含有機(jī)酸、重碳酸或碳酸鈉(或鉀)等,均能消耗鹽酸,因此在測(cè)定碳酸鹽硬度以前,必要時(shí)應(yīng)確定上述各物的含量而將所得結(jié)果加以校正,否則,計(jì)算的碳酸鹽硬度便較實(shí)際數(shù)值高。

      2.3 pH值測(cè)定方法原理

      pH值由測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)而得。該電池通常由飽和甘汞電極為參比電極,玻璃電極為指示電極所組成。在25℃,溶液中每變化1個(gè)pH單位,電位差改變?yōu)?9.16 mV,據(jù)此在儀器上直接以pH的讀數(shù)表示。溫度差異在儀器上有補(bǔ)償裝置。

      3 工作中涉及到的化學(xué)試劑

      3.1 總堿度試劑

      酚酞指示劑:稱取0.5 g酚酞溶于95%乙醇100 ml中,用0.1 mol/L氫氧化鈉溶液滴至出現(xiàn)淡紅色為止。

      甲基橙指示劑:稱取0.1 g甲基橙溶于100 ml蒸餾水中。

      鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液:C(HCl)=0.025 mol/L。

      3.2 碳酸鹽硬度試劑

      鹽酸:0.1 mol/L。

      氫氧化鈉:0.1 mol/L。

      甲基橙溶液:0.05%。

      4 實(shí)際工作中的檢測(cè)

      4.1 當(dāng) pH<4.4~4.5時(shí)

      本溪水環(huán)境監(jiān)測(cè)分中心2011年11月1日給本溪市某大型企業(yè)做的水樣。

      此水樣通過(guò)酸度計(jì)測(cè)定,pH值為2.2。

      總堿度測(cè)定:取100 ml水樣于250 ml錐形瓶中作為試樣,加4滴酚酞搖勻,水樣無(wú)色;繼續(xù)加3滴甲基橙搖勻,水樣直接變桔紅色,此時(shí)消耗的鹽酸M+P=0,水樣的總堿度為0。

      碳酸鹽硬度測(cè)定:取100 ml水樣,放于250 ml三角瓶中,加入3滴甲基橙溶液。此水樣的顏色變?yōu)榻奂t色,此水樣的碳酸鹽硬度為0。

      4.2 當(dāng)4.4~4.5< pH<8.3時(shí)

      4.2.1 水樣中不含重碳酸鈉(及鉀)或碳酸鈉(及鉀)的情況

      本溪水環(huán)境監(jiān)測(cè)分中心2011年11月1日給本溪市某大型企業(yè)做的水樣。

      此水樣通過(guò)酸度計(jì)測(cè)定,pH值為6.3。

      總堿度測(cè)定:步驟如4.1總堿度的測(cè)定,當(dāng)?shù)味ㄖ良谆戎甘緞┯傻埸S色變成桔紅色時(shí),此時(shí)消耗的鹽酸數(shù)量為4.2 ml,水樣的總堿度,通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的總堿度為52.6 mg/L。

      碳酸鹽硬度測(cè)定:步驟如4.1碳酸鹽硬度的測(cè)定。此水樣消耗鹽酸的體積為1.00 ml,此水樣的碳酸鹽硬度為,通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的碳酸鹽硬度為50.0 mg/L。

      4.2.2 水樣中含重碳酸鈉(及鉀)或碳酸鈉(及鉀)的情況

      事例,本溪水環(huán)境監(jiān)測(cè)分中心2011年11月11日給本溪市某大型企業(yè)做的水樣。

      此水樣通過(guò)酸度計(jì)測(cè)定,pH值為6.2。

      總堿度測(cè)定:步驟如4.1總堿度的測(cè)定,當(dāng)?shù)味ㄖ良谆戎甘緞┯傻埸S色變成桔紅色時(shí),此時(shí)消耗的鹽酸數(shù)量M為3.70 ml,水樣的總堿度,通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的總堿度為46.3 mg/L。

      碳酸鹽硬度測(cè)定:取100 ml水樣,放于250 mL三角瓶中,加入4滴酚酞溶液后,不出現(xiàn)紅色,煮沸5~7 min,出現(xiàn)紅色,表示有重碳酸鹽,即NaHCO3或KHCO3存在,此時(shí)應(yīng)按下法進(jìn)行測(cè)定:

      1)吸取100 ml水樣,加3滴甲基橙為指示劑,用0.1 mol/L鹽酸滴定至淡桔紅色為止,記錄用量(V1)0.80 ml。

      2)吸取100 ml水樣,加入與 0.1 mol/L鹽酸用量相等的 0.1 mol/L氫氧化鈉溶液(V1)0.80 mL,加熱至開(kāi)始沸騰,用冷水槽使之迅速冷卻,將生成的CaCO3等沉淀濾去,用少量蒸餾水沖洗濾紙,然后在濾液中加入3滴甲基橙,以0.1 mol/L鹽酸滴定至淡桔紅色為止,記錄用量(V2)1.10 ml。此時(shí)水樣中碳酸鹽含量

      通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的碳酸鹽硬度為25.0 mg/L。

      4.3 當(dāng)pH>8.3時(shí)

      事例,本溪水環(huán)境監(jiān)測(cè)分中心2011年11月4日給本溪市某大型企業(yè)做的水樣。

      此水樣通過(guò)酸度計(jì)測(cè)定,pH值為8.7。

      總堿度測(cè)定:取100 ml水樣于250 ml錐形瓶中作為試樣,加4滴酚酞搖勻,用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至剛剛褪之無(wú)色,記錄鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的量P為6.3 ml;繼續(xù)加3滴甲基橙 搖勻,當(dāng)?shù)味ㄖ良谆戎甘緞┯傻埸S色變成桔紅色時(shí),此時(shí)消耗鹽酸的量為M為3.8 ml,水樣的總堿度,通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的總堿度為126 mg/L。

      碳酸鹽硬度測(cè)定:取100 ml水樣,放于250 ml三角瓶中,加入4滴酚酞溶液后,出現(xiàn)紅色,有碳酸鹽即Na2CO3或K2CO3存在,加入鹽酸滴定至無(wú)色后,記錄此時(shí)用量P為0.9 ml繼續(xù)加3滴甲基橙溶液,滴定至淡桔紅色為止,記錄用量M為1.5 ml。此時(shí)水樣中碳酸鹽含量

      通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的碳酸鹽硬度為30.0 mg/L。

      5 結(jié)論

      1)當(dāng) pH<4.4~4.5時(shí),總堿度=碳酸鹽硬度;

      2)當(dāng) 4.4~4.5< pH<8.3時(shí),此時(shí)分 2種情況:

      ①水樣中不含重碳酸鈉(及鉀)或碳酸鈉(及鉀)的情況,總堿度≈碳酸鹽硬度;

      ②水樣中含重碳酸鈉(及鉀)或碳酸鈉(及鉀)的情況,總堿度>碳酸鹽硬度;

      3)總硬度>總堿度>碳酸鹽硬度;

      當(dāng)pH>8.3時(shí),總堿度>碳酸鹽硬度。

      6 結(jié)語(yǔ)

      目前,在我們從工程水利向資源水利轉(zhuǎn)變,從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利過(guò)渡,正面臨著水資源短缺、水污染嚴(yán)重、水生態(tài)環(huán)境惡化等問(wèn)題的挑戰(zhàn),新時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作提出了新的更高要求。

      掌握總堿度與碳酸鹽硬度及pH間的關(guān)系,可以判定監(jiān)測(cè)結(jié)果的大致趨勢(shì)及準(zhǔn)確性,能夠及時(shí)準(zhǔn)確地為有關(guān)部門提供準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),為污染的防御與治理提供科學(xué)的依據(jù)。

      TV213.4

      A

      1002-0624(2014)04-0046-03

      2013-11-14

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