EDTA标准溶液的标定和水的硬度测定

（四川农业大学生命科学与理学院（625014）应用化学09-2 王雨20096824 ）

【摘 要】本实验利用络合滴定法分别标定了EDTA标准溶液、测定了自来水的硬度。

首先，以CaCO3为基准物质、钙指示剂指示滴定终点标定了EDTA标准溶液的浓度，得到其平均浓度为0.01592 mol·L-1。再以铬黑T为指示剂、用标定后的EDTA测定了水的总硬为12.61±0.01（°），以钙指示剂为指示剂测得水的钙硬为9.46±0.01（°），

则有镁硬为3.15±0.01（°）。

【关键词 】EDTA ；标定 ；水 ；硬度

1引言

EDTA是乙二胺四乙酸或其二钠盐的简称（缩写为H4Y或Na2H2Y·2H2O），由于前者的溶解度小，通常用其二钠盐配制标准溶液。尽管EDTA可制得纯品，但EDTA具有与金属离子配位反应普遍性的特点，即使是水和试剂中的微量金属离子或器壁上溶出的金属离子也会与EDTA反应，故通常仍用间接法配制标准溶液。一般先配成浓度约为0.01mol·L-1的溶液，再用基准物质来标定，常用的基准物质是Zn、ZnO、CaCO3、Bi、Cu、MgSO47H2O、Hg、Ni、Pb等。本实验控制pH在12~13的酸度下，以钙指示剂指示终点滴定，用CaCO3作为基准物质进行滴定。

首先，所加钙指示剂与少量Ca2+反应，形成具有“足够”稳定性的酒红色配合物，滴定过程中滴加的EDTA与游离的Ca2+配位形成更稳定的（与指示剂配合物比较）配合物，最后EDTA再夺取指示剂配合物中的Ca2+而指示剂游离出来，溶液呈现出指示剂自身（在一定pH范围）的纯蓝色而显示终点。其相关反应：

HIn2- （纯蓝色）+ Ca2+CaIn-（酒红色） +H+

CaIn-（酒红色）+H2Y2-+OH- CaY2+（无色）+ HIn2-（纯蓝色）+H2O

水中的钙、镁离子总量，可用EDTA配位滴定法测定。钙硬测定原理与以CaCO3为基准物质标定EDTA标准溶液浓度相同。总硬则以铬黑T为指示剂，控制溶液的酸度为pH≈10，以EDTA标准溶液滴定之。由EDTA溶液的浓度和用量，可算出水的总硬，由总硬减去钙硬即镁硬。根据《中华人民共和国国家标准GB5750—50. 生活饮用水标准检验法》，生活饮用水的总硬不超过450 mg/L，即 。

水的硬表示方法：以度（°）计，1硬度单位表示十万份水含1份CaO，即1°=10-5 mg·L-1

CaO。硬度。

2实验部分

2.1试剂与仪器

乙二胺四乙酸二钠（固体，AR）；CaCO3（固体，GR或AR）；1+1NH3·H2O；镁溶液（溶解1 g MgSO47H2O于水中，稀释至200 mL）；100 g·L-1NaOH溶液；钙指示剂（固体指示剂）；NH3—NH4Cl缓冲溶液（pH≈10）；铬黑T指示剂

酸式滴定管；烧杯；称量瓶；锥形瓶；移液管；量筒

2.2实验方法

2.2.1EDTA标准溶液的配制与标定

2.2.1.10.015 mol·L-1EDTA标准溶液的配制：在台秤上称取乙二胺四乙酸二钠2.8 g，溶解于300~400 mL温水中，稀释至500 mL，如浑浊，应过滤。转移至500 mL细口瓶中，摇匀。

2.2.1.20.01 mol·L-1标准钙溶液的配制：准确称取CaCO3基准物质0.25~0.3 g（称准至小数点后第4位）于小烧杯中，盖以表面皿，加水润湿，再从烧杯嘴边逐滴加入数毫升1+1HCl至完全溶解，用水把可能见到表面皿上的溶液淋入烧杯中，加热近沸，待冷却后移入250 mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。

2.2.1.3标定：用移液管移取25 mL标准钙溶液，置于锥形瓶中，加入约25 mL水、2 mL镁溶液、5 mL 100 g·L-1NaOH溶液及约10 mg（绿豆大小）钙指示剂，摇匀，用EDTA溶液滴定至由酒红色变至纯蓝色，即为终点。

2.2.2水的硬度测定

2.2.2.1总硬的测定：用移液管量取澄清的水样100 mL放入250 mL锥形瓶中，加入5 mL NH3—NH4Cl缓冲溶液，摇匀。再加入约0.01 g铬黑T固体指示剂，再摇匀，此时溶液呈酒红色，以0.015 mol·L-1EDTA标准溶液滴定至纯蓝色，即为终点。

2.2.2.2钙硬的测定：量取澄清水样100 mL，放入250 mL锥形瓶中，加4 mL100 g·L-1  NaOH溶液，摇匀，再加入约0.01 g钙指示剂，再摇匀。此时溶液呈淡红色。用0.015mol·L-1  EDTA标准溶液滴定至呈纯蓝色，即为终点。

2.2.2.3镁硬的测定：由总硬减去钙硬即得镁硬。

3结果与讨论

3.1在标定EDTA标准溶液的浓度的实验中，用分析天平称取了EDTA固体2.8316 g、CaCO3固体0.3059 g。用1+1HCl将CaCO3完全溶解，配制得到钙标准溶液的浓度为0.01222mol·L-1。标定EDTA过程中消耗EDTA的量如表1。从实验结果可以看出，18.91严重偏离平均值，

表1 标定EDTA的实验数据

3.2以铬黑T为指示剂、标定好的EDTA为滴定剂，测定自来水的总硬度。如表一。

表一：测定水的的总硬度

由络合滴定的原理和EDTA与Ca2+、Mg2+的络合滴定的条件稳定常数（=10.24，=8.25）可知，滴定前，应该用NH3—NH4Cl缓冲溶液把试液的pH控制在10左右。

3.3以钙指示剂为指示剂、标定好的EDTA为滴定剂，测定自来水的钙硬及镁硬，结果如表二。

表二：测定钙的硬度

用EDTA法测定自来水的硬度时，可能有铜、锌等离子干扰结果。铜离子存在使滴定终点不明显；锌离子参加反应，使结果偏高。遇此情况，可用20 g·L-1 Na2S溶液将铜离子沉淀。

3.4 实验结果

自来水的总硬度为12.61±0.01（°）；钙硬为9.46±0.01（°）；镁硬为3.15±0.01（°）。

此自来水为中硬水。

[参考文献]

[1]、《分析化学实验》第三版 四川大学化工系、浙江大学化学系

[2]、《无机及分析化学实验》 王仁国

[3]、《中华人民共和国国家标准GB5750—50. 生活饮用水标准检验法》

 

第二篇：实验报告

目录

第一节 实验目的与任务……………………………………2

第二节 基本要求……………………………………………2

第三节 实验材料及实验方法………………………………2

1、实验材料与实验方法…………………………3

2、实验仪器与设备………………………………4

3、实验原理………………………………………4

4、技术电路………………………………………5

5、合金的熔铸……………………………………5

6、试样的制备……………………………………6

7、测试方法………………………………………6

第四节 实验结果及实验分析………………………………7

第五节 实验结论与心得体会………………………………8

第六节 参考文献……………………………………………10

第一节 实验目的与任务

实验目的与任务

本综合实验是在金属材料本科生完成相关专业理论课之后的一次全面综合实验训练，通过从铝合金材料设计与选择、制备到性能检测的全过程训练，使学生了解铝合金材料及其加工的生产全过程，所学基础理论和专业理论来解释实验中的各种现象，培养学生的动手能力和综合分析问题的能力，特别是学生的独立设计实验方案及创新能力。

第二节 基本要求

基本要求

了解课题所研究铝合金材料设计方法；初步掌握铝合金材料制备和式样加工基本技能；熟悉铝合金材料生产过程；了解与掌握材料科学与工程研究的基本步骤及思维方法，所用的仪器设备及操作使用；学会整理数据，运用知识解释实验中的现象，理论联系实际，培养动手能力，采集并分析数据的综合能力。

实验条件

1） 固溶处理：500℃×30min；

2） 水淬；

3） 放置时间（预时效时间）：20h；

4） 时效温度170℃，185℃，200℃，时效时间6h。

第三节 实验材料与实验方法

1、实验材料与实验方法

铝合金化学成分：

主要原材料基本物理化学性质：

（1） 铝

密度小 铝的密度为2.72g/cm3，约为铁或铜的1/3。铝是银白色的轻金属，较软，密度为2.7g/㎝3，熔点为660.4℃，沸点为2467℃。铝对光的反射性能良好，纯铝的导电性能很好，铝是热的良导体，具有良好的延展性。

可强化 纯铝的强度虽然不高，退火状态的抗拉强度约为80Mpa，但通过冷加工可使其强度提高一倍以上。而且可通过添加镁、锌、铜硅等元素合金化，再经过热处理进一步强化，从而获得很高强度。

易加工 铝可用任何一种铸造方法铸造。铝的塑性好，加工速度快。可轧成薄板和箔；拉成管材和细丝；挤压成各种复杂断面的型材；可以大多数机床所能达到的最大速度进行车、铣、镗、刨等机械加工。

耐蚀性 铝及其铝合金表面在室温下就易生成一层薄而致密并与基体金属牢固结合的氧化膜，阻止氧向金属内部进一步扩散而起保护作用。铝的这一特性给铝及其合金的生产工艺带来方便，即在熔炼与铸造、锻造与热处理过程中，无需采用特殊的防氧化措施。但在碱和盐的水溶液中，铝的氧化膜很快被破坏。此外，铝的氧化膜在热的稀硝酸、稀硫酸中也极易溶解。因此，铝在酸、碱或盐液中抗蚀性差。

（2） 镁

镁是一种银白色的金属，化学性质活泼，在自然界中从不以单质状态存在。密度为1.74g/cm3，熔点922K，沸点1363K，硬度2.0，比同族的其它碱土金属都高。镁具有优良的切削加工性能，可铸造、锻造，加工成各种形状的型材。

不论在固态或在水溶液中，镁都具有较强的还原性，是个常用的还原剂。镁应该很容易与水反应，但由于表面生成氧化膜，镁不与冷水作用。金属镁能与大多数非金属和几乎所有的酸（只有铬酸和氢氟酸除外）反应。

（3）铜

金属铜原子量63.54,比重8.92，纯铜呈紫红色， 熔点约1083.4℃，沸点2567℃，密度8.92g/cm3，具有良好的延展性。导电性：64%，耐蚀性：23%，结构强度：12%，装饰性：1%  。。纯铜打磨光亮后会呈现出明亮的金属光泽，铜不具有磁性，其强度、硬度中等，抗磨蚀性极佳。铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率都很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，且抗蚀性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。铜最重要的特性之一便是其具有极佳的导电性，其电导率为58m/(Ω。mm的平方)。固体铜中喊有自由电子所产生的另一重要效应就是其拥有极高的导热性，其热导性为386W/(m.k)，导热性仅次于银。铜具有良好的耐蚀性能，优于普通钢材，在碱性气氛中优于铝。

（四）石膏

石膏是单斜晶系矿物，主要化学成分是硫酸钙。石膏是一种用途广泛的工业材料和建筑材料。可用于水泥缓凝剂、石膏建筑制品、模型制作、医用食品添加剂、硫酸生产、纸张填料、油漆填料等。

石膏的理化性质 ：通常为白色、无色，无色透明晶体称为透石膏，有时因含杂质而成灰、浅黄、浅褐等色。条痕白色。透明。玻璃光泽，解理面珍珠光泽，纤维状集合体丝绢光泽。

2、实验仪器与设备

1.SX-5-14电阻炉

额定功率：5KW 输入电压： 三相 380V 额定温度：1350℃ 重量：120kg 生产日期：20##年11月 生产厂家：湘潭市银汉设备有限公司

2.中频熔炼炉 KGPS-20-4s

输入电压：三相 380V 中频电压：760V 直流电压：500V 额定功率：20KW 出厂序号：20081007 生产厂家：株洲红亚电热设备有限公司

3.HR-150A 洛氏硬度仪

出厂编号 12000s no.0727 生产厂家：山东革州市实验机总厂

3、实验原理

本实验依据不同时效对铝合金的性能有影响展开。要探索2024铝合金时效温度对其性能的影响，首先保证试样符合圆柱形的要求，由于铝合金本身的硬度不高，所以要对其进行固溶处理来增加其硬度。固溶温度要保持在要求温度偏差不超过30度的范围内进行。固溶处理的时候要遵循两个原则：强化相应尽可能的溶入固溶体；防止过烧。为了防止固溶过程2024铝合金的氧化，可以用氧化铝膜进行保护。其后的热处理要求淬火时速度要快，减少淬火的转移时间，使2024铝合金在转移时间的表面氧化变少。

4、技术路线

5、合金的熔铸

在合金的熔化过程中先加铜丝，使其熔化后再加铝锭，最后加镁锭进行熔化，按这种顺序加入不同金属的原因是由各种金属的熔点不同决定的，铜的熔点为1083℃，铝的熔点为660.4℃，镁的熔点为651℃，为使各种金属都充分熔化又不至于因为温度过高而使金属熔液沸腾，则按熔点的不同由高到低将金属依次加入熔化炉。在熔化的过程中最好采用干的木棒而不用别的仪器对熔液进行搅拌，使其充分熔化，因为用别的仪器容易引入杂质，影响合金的性质，而木棒因高温燃烧产生的碳会在高温下挥发，不会引入杂质。

在合金熔液的浇注过程中应注意控制好浇注温度和浇注速度，浇注温度过高或过低和浇注速度过快或过慢都会对铸件的质量有影响。浇注温度过高，熔液在铸型中收缩量增大，易产生缩孔、裂纹及粘砂等缺陷；温度过低则熔液的流动性差，又容易出现浇不足、冷隔和气孔等缺陷。合适的浇注温度应根据合金种类、铸件的大小、形状及壁厚来确定，铝合金的浇注温度一般在700℃左右。浇注速度太慢，金属液冷却快，易产生浇不足、冷隔以及夹渣等缺陷；浇注速度太快，则会使铸型中的气体来不及排出而产生气孔。同时，易造成冲砂和跑火等缺陷。铝合金液浇注时勿断流，以防铝液氧化。

6、试样的制备

为了避免浇注试样有很多气孔，要保证炉子干燥，熔铸之前的金属表面没有油渍。当金属液体均匀后就可以进行试样的制备。用熔点较高的金属勺子将液体勺入前面做的模具里，在转移时间的速度要快，防止局部温度下降使得浇注会出现很多孔隙。

等浇注毛坯冷却后，进行取样，取样时尽量去比较直的部分，为了保证试样的受力均匀。试样初次选取后，要对试样进行表面处理，使试样的两端面平行，然后对其进行相应的处理。本组实验研究的是固溶温度对合金性能的影响，首先对试样进行固溶强化时将三个样本分别放入500℃的电阻炉中进行固溶处理（由于铝合金的硬度不大，固溶强化为了增加其硬度），其次进行淬火处理（本实验采用水淬），初步工作完成后去三个试样均放入185℃电阻炉中进行时效处理，6小时后试样完成，等待检测。

7、测试方法

本实验采用洛氏硬度计对经过固溶、水淬、时效处理的试样进行硬度测试，洛氏硬度计的测试原理：用一定的初试验力F0将金刚石圆锥压头或一定直径的钢球压头压入试样的被试表面，以此作为压痕深度测量的基准点。再施加入主试验力 F1，此时在压头上施加了由初试验力+主试验力构成的总试验力F。经过一定时间（保荷时间）的保持后卸除主试验力，依然保留初试验力，测量压痕的深度 e（称为残余深度）。以压痕的残余深度e计算洛氏硬度值，每0.002mm为一个硬度单位。实验结果与分析

第四节 实验结果与分析

2、硬度测试

标尺：HRA 60kgf

保持时间：5s

恢复时间：1s

实验结论：时效温度越高，2024铝合金硬度越低。

2、实验结果分析：

（1）热处理对2024铝合金组织和性能的影响。

热处理对于2024铝合金固溶时间对力学性能的影响最大，在高温下延长固溶时间，合金元素固溶更充分，分布更均匀，有利于提高实效形核率，提高合金的性能，而转移时间对晶间腐蚀的影响较大，减小转移时间和控制冷却水温，可减少第二相晶间局部脱溶，提高抗腐蚀能力。优化工艺确定的固溶制度为500oC固溶10min~30min，转移时间小于15s淬火温度为25~75oC。采用正交法设计了2024铝合金的热处理工艺方案。按设计方案进行了热处理的试验和力学性能测试，同时测定了淬火C—曲线，并运用金相透射电位登手段研究了固溶温度，固溶时间，转移时间，淬火水温影响2024铝合金力学性能的微观机制，找到了2024铝合金的最佳热处理工艺温度。结果表明：合金经固溶后强韧性增强，无晶间腐蚀现象。

（2）加工硬化对2024铝合金力学性能的影响。

在40°C以下时效对加工硬化的2024铝合金板材的力学性能没有影响。将时效温度提高到100°C后，便发现屈服强度略有下降，塑性则有所提高。而这时合金的强度极限实际上并不发生改变。继续提高时效温度到150°C，则加工硬化的板材塑性会提高，而强度极限却稍有降低。因为加工硬化的板材在150°C以下人工时效时，所看到的塑性变形显著提高，和有一些软化的事实，是由于回复所造成的。加工硬化的2024铝合金材料在150-180°C加热时会激烈地强化，并降低塑性;而在190-200°C加热时，其强度与塑性都同时下降。

（3）固溶强化对2024铝合金影响

合金首先通过了固溶热处理过程形成固溶体。固溶温度应在使合金不产生过热和过烧的情况下尽可能提高，而固溶时间的长短既要保证能使溶入固溶体的强化相充分溶入，以得到最大的过饱和度（且不能引起晶粒长大）。

合金状态处于过饱合固溶体时，合金元素造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，其应力场影响材料强度。对固溶强化型合金来讲，合金可得到强化通过固溶强化的作用使得基体金属的变形抗力随之提高。因此金属的强度、硬度也有所提高。

研究发现2024采用500oC固溶10mi后，虽然温度高，但固溶时间短，合金中有大量的未溶第二相存在，随着固溶时间的增加，未溶的第二相质点数量减少，但是即使在30min固溶，尚有大量的未溶的第二相存在。由于固溶时间的延长，合金元素溶入更充分，使基体金属的位错密度增大，晶格发生畸变，同时合金元素还会改变固溶体弹性常数，扩散系数、内聚力和原子排列缺陷，使位错线变弯，位错运动阻力增大，引起材料强化。此外粗大的第二相颗粒完全溶入基体中，既消除了大尺度的断裂源，同时也增加了析出强化相的数量，这必然导致合金的力学性能显著提高。

第五节 结论与心得体会

实验结论：

时效温度越高，2024铝合金硬度越低。

心得体会：

在老师的细心指导下我们顺利完成了本次关于2024铝合金的熔铸及实效温度对其力学性能的影响实验。这使我获益匪浅，同时加强了我对课本理论知识的理解，对铝合金的性能也有了更深层次的了解。这次实验不仅仅是一次实践，也是我们小组的一次合作，所以在实验过中，成员之间的相互配合，遇到不明白的问题时，相互讨论，集思广益。当然理论的指导也是必不可少的，只有在理论的指导下，我们的实验才能顺利进行。在本次实验中，我们查阅了各方面书籍，同时到网上找了一些资料，为做好实验预习，对实验的进行会有很大的帮助。

在这次实验中，我们的动手能力得到了很好的锻炼。理论是实践的基础，实践使得理论更加完善。这次实验的感受对我们以后的实验相信会有很大的帮助。实验之后我们对实验结果进行了仔细的分析，面对所出现的问题，我们积极查阅资料和小组讨论，争取尽自己的最大的努力做好。

第五节 参考文献

参考文献：

[1] 吴承建，陈国良。冶金工业出版社，金属材料学（第二版），20##年，第二篇 铝合金 铸造铝合金P194

[2] 陈刚，高平平。湖南大学材料科学与工程学院，湖南大学学报， 20##年，05期

[3] 陈宇强，易丹青。中南大学材料科学与工程学院，中国有色金属学报，20##年，02期

[4] 宁爱林，刘志义。中南大学，特种铸造及有色金属，20##年，08期

[5] 宁爱林，彭北山。中南大学材料科学与工程学院，邵阳学院机械工程系，热加工工艺，20##年，02期

[6] 王祝堂。中国有色金属加工工业协会，金属世界，20##年，02期

[7] http://baike.baidu.com/view/4615.htm

[8] http://baike.baidu.com/view/4779.htm

[9] http://baike.baidu.com/view/37153.htm