Introduction

水質的檢測在化學實驗，算是很重要的一門，因為應用非常廣泛；

例如一些工廠再使用冷卻水來進行熱交換避免以增加效能，如果此時水質硬度過高，容易在金屬表面形成結垢，輕則影響效能，重則損壞機件。在列舉一些生活的例子，一般家裡再煮沸開水時，久了可以發現水壺內層表面有層白垢，那些白垢就是煮沸水時殘留下來鈣、鎂化合物；若直接生飲自來水，自來水中的鈣、鎂離子久之會引起腎臟疾病。硬水也會影響肥皂洗滌能力(鈣、鎂離子會與脂肪酸螯合掉)，此時若改用一些非離子界面活性劑可以增加洗滌能力(購買洗髮精可以注意背面說明，有陽離子、陰離子等……)，水質的硬度在養殖業更是重要，一些水族玩家必須關注於水中的PH質與水質硬度，因為特定的水生植物還是魚類都有不同的硬度與酸鹼度生存適應(網路上都有很多的介紹)。化學丙級術科也有水質的檢定。

可惜的是，如此重要的學科，在實驗課卻是刪減許多，沒辦法，實驗就是要錢，學校能省則省，學生能爽則爽。兩大歡喜，何不樂為，所以筆者也沒辦法提供太多的相關內容。

好在，網路上有許多水質檢測的相關文章，也都寫得非常詳細。像是

http://www.niea.gov.tw/niea/WATER/W20851A.htm.......中華民國環境檢驗所

Experiment method

硬水分為暫時應水，Ca、Mg之碳酸氫鹽化合物 (Ca(HCO₃)₂)、(Mg(HCO₃)₂)

永久硬水，Ca、Mg之金屬氧化物硫酸鹽 MgSO₄、CaSO₄

暫時硬水可以利用煮沸法來軟化

煮沸法

沉澱劑法

Hardness 的表式方法，通常以 ppm CaCO₃ 硬度表示之，

其 ppm CaCO₃ 定義為 1 L 水中含有CaCO₃1 mg 的重量。

而水中的鹼土離子的濃度 (Ca²⁺、Mg²⁺) 的濃度通常較其他2A族離子大非常多，

所以[Ca²⁺]+[ Mg²⁺]的濃度相加總即等於每升水CaCO₃的毫克數。

例如，當 [Ca²⁺]+[ Mg²⁺] = 1m M 時，即等於每升水有 100 mg 的 CaCO₃。

當水的硬度小於每升60mg 的CaCO₃ 可以視為軟水。

例題，

一升水樣中含有 20mg Ca²⁺ 及 12 mgMg²⁺ 時，試問其硬度為若干ppm CaCO₃?

CaCO₃ = 100 mg / liter = 100 ppm

Experiment steps

本實驗大約分為下列步驟
EDTA的配製與標定
以EDTA滴定水硬度測得總硬度
煮沸法將水軟化
再以EDTA滴定煮沸過的水測得永久硬度
將總硬度 - 永久硬度 = 暫時硬度
沉澱劑測得硬度，並與未軟化前比較其硬度

EDTA的配置與標定

取EDTA。2Na 3.723 g 稀釋成 1 L ，得濃度 0.01 M

配製 0.01 M 的鈣標準溶液，用來標定EDTA 之濃度

加入 1 ml 緩衝溶液及 0.1 g EBT指示劑混合物

(此時鈣溶液會顯現為紅色，如圖下)

其實是有點像葡萄酒的顏色

接近滴定終點時

達到滴定終點，

並記錄EDTA 使用量，依照公式換算 1ml EDTA 相當於 B mg 的 CaCO₃

Calculation

B：1.00mL EDTA滴定溶液所對應之碳酸鈣毫克數

例如，本次實驗配製的0.01M鈣標準溶液為1mg/ ml，

取樣鈣標準溶液為25 ml

假設滴定碳酸鈣標準溶液之EDTA體積為A ml 則

則

-----------------------------分隔線---------------------------------

以EDTA滴定水硬度測得總硬度

取25 ml 待測水樣
加蒸餾水稀釋50 ml 並加入 1 ml 緩衝溶液和 0.1 g EBT
以EDTA 滴定至藍色求硬度
紀錄滴定體積並計算總硬度 (未軟化前)

圖左滴定前顏色，圖右滴定後顏色

硬度（以碳酸鈣表示，mg/L）=

A：水樣滴定時所耗用EDTA溶液體積

B：1.00mL EDTA滴定溶液所對應之碳酸鈣毫克數

V：實際取用之原水樣體積(mL) (本例為25 ml ，稀釋是為求加快滴定效率)

計算式中 1000 為單位換算 1000 ml / 1 liter

煮沸法將水軟化

再以EDTA滴定煮沸過的水測得永久硬度

同 “ 以EDTA滴定水硬度測得總硬度 “
測得永久硬度，並計算出暫時硬度
與未軟化前的硬度相互比較。

利用沉澱劑測得硬度，

並與未軟化前比較其硬度

取25 ml 水樣，並加入25 ml 1% Na₂CO₃(此時會產生白色沉澱)
過濾沉澱物
圖中底部為白色沉澱。
取得濾液，加入緩衝劑和EBT，以EDTA滴定至藍色求硬度

圖左為，滴定前顏色；圖右為滴定終了顏色

與未軟化前的硬度相互比較。

補註 :

本次的實驗資料沒有實驗數據提供比照(筆者工作太忙，攤手 )要說明的地方就是本實驗的滴定體積並沒有扣除空白值部分(加入緩衝劑部分)，相對地，如果EDTA 滴定體積太多，可能造成滴定終點的漂移，做出來的數據七八成也是錯誤的。

資料參考 :

輔英科技大學 – 總硬度檢測方法(EDTA滴定法

環檢署 - NIEA W208.51A

普通化學實驗高立圖書

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Chemical 7 : 水硬度的測定