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碳酸平衡与总碱度测定方法分析

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：H+减少，即pH升高时，平衡右移，碳酸氢盐及碳酸盐依次增多。天然水的pH常在中性左右，一般＜8.34，可以只考虑一级碳酸平衡，忽略二级碳酸平衡。用甲基橙作指示剂时，终点为pH=4.3～4.5，此时水中全部的氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐均被中和，所测得的是水中各种弱酸盐类的总和，故称为总碱度、甲基橙碱度或M碱度。石灰软化水的碳酸盐碱度较低，用这种水作补充水的循环水中碱度通常不高。

天然水中的碳酸化合物主要是溶解空气中的二氧化碳和岩石、土壤中的碳酸氢盐及碳酸盐，同时水中动植物的新陈代谢和有机物的生物氧化也会产生相当数量的二氧化碳。碳酸是二元弱酸，在水中可进行二级电离。如第一章所述，碳酸化合物有以下三种化合形态存在：

（1）分子状态的碳酸，即水中的游离碳酸，包括溶解的气体CO₂和未离解的H₂CO₃分子。

（2）半化合性碳酸，即重碳酸盐碳酸、重碳酸根离子（）。

（3）化合性碳酸，即碳酸盐碳酸、碳酸根离子（）。

分子状态的两种碳酸（CO₂与H₂CO₃）在平衡时，CO₂形态占主要成分，而H₂CO₃形态还不到分子状态游离碳酸的1%。因此，常以溶解性二氧化碳量作为游离碳酸总量。即：

[CO₂]≈[CO₂]+[H₂CO₃]

或

[H₂CO₃]≈[CO₂]+[H₂CO₃]

如果水中的碳酸化合物总量以c_t表示，则：

从碳酸各级平衡反应式来看，如c_t值固定，在达到平衡时，三种类型的碳酸量应有一定的比例，而此比例决定于溶液的氢离子浓度。按碳酸各级平衡反应式：

H⁺增多，即pH降低时，平衡左移，游离碳酸增加。H⁺减少，即pH升高时，平衡右移，碳酸氢盐及碳酸盐依次增多。

天然水的pH常在中性左右，一般＜8.34，可以只考虑一级碳酸平衡，忽略二级碳酸平衡。可用式（2-34）计算pH。

循环冷却水的pH一般在6～9，碳酸的形态主要是，在此情况下和游离CO₂均可忽略不计。

碱度是指水中所含能与强酸发生中和作用的全部物质，即能接受质子H⁺（氢离子）的物质总量。如第一章所述，组成水中碱度的物质可归纳为三类：

（1）强碱如NaOH、Ca（OH）₂等，在水溶液中全部电离成OH^-离子。

（2）弱碱如NH₃、C₆H₅NH₂等，在水溶液中部分反应生成OH^-离子。

（3）强碱弱酸盐如各种碳酸盐、碳酸氢盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物、腐殖酸盐等，在水中可水解生成OH^-离子，或者直接接受质子H⁺。

除一些含有特殊碱类的工业废水之外，大多数天然水、处理后的清水、生活用水和工业废水的碱度是由氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐组成的。即总碱度包括氢氧化物碱度、碳酸盐碱度及碳酸氢盐碱度，即总碱度M：

当pH＞7.0时，[H⁺]极微；[OH^-]一般在pH＞10时才能测到；在循环水的pH范围内，[OH^-]-[H⁺]可忽略不计，则可认为：

即总碱度为碳酸氢盐和碳酸盐形态的碳酸之和，但不包括游离碳酸。

（四）M碱度与P碱度的关系

水中的碱度是用盐酸中和的方法来测定的。测定时可用两种指示剂来指示滴定的终点。

用甲基橙作指示剂时，终点为pH=4.3～4.5，此时水中全部的氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐均被中和，所测得的是水中各种弱酸盐类的总和，故称为总碱度、甲基橙碱度或M碱度。

用酚酞作指示剂时，终点为pH=8.2～8.4，称为酚酞碱度或P碱度。此时，水中的氢氧化物全部被中和，碳酸盐全部被转化为碳酸氢盐，即碳酸盐被中和了一半，而全部碳酸氢盐均未被中和。

M（M碱度）：[OH^-]+[]+2[]

P（P碱度）：[OH^-]+[]

碱度的单位为[H⁺]mol/L。因为OH^-与为一价，为二价，1molOH^-或等于1[H⁺]molOH^-或，而1mo等于2[H⁺]mo。

M碱度包括P碱度。这两种碱度的数量关系可以判断水中碱度的形式和数量，见表2-10。

表2-10 根据M、P碱度判断碱度存在的形式及其数量

天然水的pH大多＜8.3，即P=0，只含，不含及OH^-。也有一些天然水的pH＞8.3，P＞0，除含之外，尚含少量，但不含OH^-。石灰软化水的pH一般为9.5～11.0，即2P≥M，主要含，有的含少量或OH^-，但与OH^-不共存。石灰软化水的碳酸盐碱度较低，用这种水作补充水的循环水中碱度通常不高。循环水的pH一般为6～9，主要含，有的也含少量，但不含OH^-。