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天然水中含有的游离二氧化碳,可与岩石中的碳酸盐建立下列的平衡关系:
CaCO3+CO2+H2O↔Ca(HCO3)2
MgCO3+CO2+H2O↔Mg(HCO3)2
如果水中游离的二氧化碳的含量大于上式的平衡,就会溶解碳酸盐,使平衡向右移动。
这部分能与碳酸盐起反应的二氧化碳,称为侵蚀性二氧化碳。侵蚀性二氧化碳对水工建筑物具有侵蚀破坏作用,当侵蚀性二氧化碳与氧共存时,对金属(铁)具有强烈侵蚀作用。因此,对水体进行侵蚀性二氧化碳的测定,有着重要的实用意义。
水中侵蚀性二氧化碳能与碳酸钙(CaCO3)作用,析出相当量的碳酸氢根离子,其反应如下:
CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2
由此,可在水样中加入碳酸钙(CaCO3)粉末放置5d,待水样中侵蚀性二氧化碳完全与其作用之后,以甲基橙为指示剂,用盐酸标准溶液滴定,其反应如下:
Ca(HCO3)2+2HC1→CaC12+2H2CO3
根据滴定到达终点时盐酸标准滴定液的消耗量,减去采样当天用同一盐酸标准溶液滴定(未加碳酸钙粉末)的消耗量,即可求出水样中侵蚀性二氧化碳的含量。
1.方法选择
有两种常用的方法,即酸滴定法和电位滴定法。电位滴定法不受余氯的干扰,不受水样浊度、色度的影响,适用性较广。用酸滴定法简便快速,适用于现场测定。
2.样品的采集与保存
用虹吸法采样。吸管插入采样瓶底,取满瓶水样,妥善保存,避免与空气接触。同时在现场另采集一份水样,加入碳酸钙(CaCO3)粉末。
3.干扰及消除
水样中的色度、浊度过高干扰测定,可改用电位滴定法测定。如水样中有余氯存在并破坏指示剂时,加入0.lmol/L硫代硫酸钠溶液1-2滴,以消除干扰。
4.方法的适用范围
本方法适用于一般地表水和地下水。
5.仪器
①25ml酸式滴定管。
② 500ml具塞水样瓶(玻璃或聚乙烯塑料瓶)。
③250ml锥形瓶。
6.试剂
如无说明,本方法所用水均为无二氧化碳水。
①碳酸钙(CaCO3)粉末:化学纯。
②0.05%甲基橙指示剂:称取甲基橙0.05g溶于l00ml水中。
③盐酸标准溶液(HCl ≈0. l 000mol/L ):量取9m1分析纯浓盐酸(ρ=1.19g/ml ),注入l000ml容量瓶内,用水稀释至刻度。此溶液约为0.1 mol/L。用下述方法进行标定:
准确称取三份在180℃烘干2h的基准试剂无水碳酸钠(Na2CO3 ),每份约0.1-0.15g(称准至0.0001g)。分别置于250m1锥形瓶中,加入100m1水,加3滴0.1%甲基橙指示剂,用盐酸标准溶液滴至溶液出现淡桔红色为止,记录其用量。
标定同时作一空白滴定,并在滴定碳酸钠时所消耗的盐酸用量中扣除。
按下式计算盐酸标准溶液的浓度:
C=W ×1000/V ×52.995
式中:C一一盐酸标准溶液浓度(mol/L);
V-一盐酸标准溶液用量(ml);
W 一一无水碳酸钠的重量(g);
52.995——无水碳酸钠(1/2Na2CO3)摩尔质量(g/mol)。
④盐酸标准滴定液(HCl ≈0.025mol/L ):将盐酸标准溶液稀释4倍即得。
7.步骤
①在取样的当天吸取100m1水样于250ml锥形瓶中,加入甲基橙指示剂3滴,用盐酸标准溶液滴至溶液由橘黄色变为淡橘红色为止,记录其用量(V1)。
②用虹吸法采样于500m1具塞水样瓶中(吸管插入采样瓶底),直至瓶口溢流为止。加入碳酸钙粉末约3g,小心盖紧瓶盖,勿使瓶中产生气泡。此步操作应在采样现场进行。
③将加入碳酸钙粉末的水样放置5d,每天振荡水样2-3次。
④5d后,经过上述加碳酸钙粉末处理后的水样,用慢速滤纸过滤,弃去最初几十毫升滤液。然后吸取l00ml滤液于250ml锥形瓶中,加入甲基橙指示剂3滴,用盐酸标准溶液,滴定至溶液由橘黄色变为淡橘红色为止,记录其用量(V2)。
8.计算
侵蚀二氧化碳(CO2,mg/L)=C(V2-V1)×22/V1000
式中:C——盐酸标准滴定液浓度(mol/L);
V——当天(未加碳酸钙粉末时)滴定时所消耗的盐酸标准滴定液用量(ml);
V2——5d后(加过碳酸钙粉末)滴定时所消耗的盐酸标准滴定液用量(ml);
V一一水样体积(ml);
22——侵蚀二氧化碳(1/2CO2)的摩尔质量(g/mol)。
9.精密度和准确度
本方法用于河水(黄河、安徽省区河水、福建省区河水)、自来水、水库水、湖水、矿泉水、瓶装矿泉水等17种水样的分析,测得其浓度范围:含侵蚀性CO2 0-86.68mg/L,室内标准偏差0-0.923;相对标准偏差0%-15.09%。
10.注意事项
①若水样总碱度小于0.2m mol/L时,应使用l0ml微量滴定管滴定。
②当测定结果中V2= V1或V2< V1,则说明水中不含侵蚀性二氧化碳。
③应在打开水样瓶后立即进行滴定,滴定时避免强烈的摇动,以防止气体溶入。
④含有机物较高的水体在放置5d中,易被微生物分解,与溶解氧作用生成二氧化碳,使结果偏高。此时可采取降低温度,振荡6h的方法来消除影响。
⑤过滤水样时要特别小心,勿使碳酸钙粉末漏入滤液中。
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