1.6. Лабораторная работа № 6. Определение содержания растворенного кислорода йодометрическим методом

Цель работы: научиться определять содержание растворенного кислорода в воде водоемов.

Основные теоретические положения

Кислород постоянно присутствует в растворенном виде в поверхностных водах. Количество растворенного кислорода в воде характеризует кислородный режим водоема и имеет большое значение для оценки его состояния. Снижение кислорода в воде указывает на ее химическое и/или биологическое загрязнение. Кислород необходим для дыхания гидробионтов и процессов самоочищения водоемов.

Процессы, увеличивающие концентрацию кислорода: поглощение кислорода из атмосферы; выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза; поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами.

Процессы, уменьшающие концентрацию кислорода: потребление кислорода различными организмами; брожение, гниение органических остатков; реакции окисления; выделение кислорода из поверхностных слоев.

Концентрация растворенного кислорода зависит от температуры, атмосферного давления, степени перемешивания воды, количества осадков, минерализации воды и др. Растворимость кислорода возрастает с уменьшением температуры и минерализации и с увеличением атмосферного давления. Содержание кислорода в поверхностных водах варьирует в пределах от 0 до 14 мг/л и подвержено сезонным и суточным колебаниям.

Концентрация растворенного кислорода у пунктов питьевого и санитарного водопользования в пробе, отобранной до 12 часов дня, не должна быть ниже 4 мг/л в любой период года; для водоемов рыбохозяйственного назначения – не ниже 4 мг/л в зимний период (при ледоставе) и 6 мг/л – в летний.

Определение концентрации растворенного кислорода проводится методом йодометрического титрования – методом Винклера.

Сущность метода

Метод Винклера основан на способности гидроксида марганца (II) окисляться в щелочной среде, количественно связывая при этом растворенный в воде кислород, до соединений марганца (IV)

Mn²⁺ + 2OH^- = Mn(OH)₂

2Mn(OH)₂ + O₂ = 2MnO(OH)₂

и затем в кислой среде снова переходить в двухвалентные соединения, окисляя при этом эквивалентное связанному кислороду, количество ионов йода

MnO(OH)₂ + 2I^- + 4H^- = Mn²⁺ + I₂ + 3H₂O

Выделившийся йод определяется титрованием тиосульфатом натрия с крахмалом, в качестве индикатора

I₂ + 2S₂O₃^2- = 2I^- + S₄O₆^2-

В ходе анализа определяют степень насыщения воды кислородом по отношению к равновесному содержанию при данных температуре и атмосферном давлении.

Степень насыщения кислородом это относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания. Для поверхностных вод нормальной считается степень насыщения не менее 75 %.

Посуда, реактивы и материалы

Бюретка на 25 мл, пипетки градуированные на 1, 2 и 10 мл, пипетка Мора на 5 мл, цилиндр мерный на 100 мл, колбы конические на 250 мл, кислородные склянки с притертыми пробками на 100÷200 мл, воронки, тарелка, сифон, груша

Раствор марганца хлористого или сернокислого 4-х водный, раствор едкого натра с калием йодистым, кислота серная (25 %), раствор тиосульфата натрия (0,02 н.), раствор бихромата калия (0,02 н.), раствор крахмала (0,5 %), калий йодистый в кристаллах, дистиллированная вода

Порядок выполнения работы

1. Определение точной концентрации раствора тиосульфата натрия

Ввиду неустойчивости 0,02 н. раствора тиосульфата натрия необходимо определять его концентрацию перед началом титрования.

В коническую колбу вносят 1 г сухого йодида калия, 80÷90 мл дистиллированной воды, 10 мл раствора серной кислоты (25 %) и 10 мл стандартного раствора бихромата калия. Раствор перемешивают, выдерживают 1÷5 минут в темном месте и титруют пробу раствором тиосульфата натрия до появления слабо-желтой окраски. Затем прибавляют 1 мл раствора крахмала и продолжают титровать, до исчезновения синей окраски. Производят отсчет по бюретке, определяя объем тиосульфата натрия, израсходованного на титрование.

2. Определение содержания растворенного в воде кислорода

Наполняют кислородную склянку исследуемой водой, при помощи сифона, до краев. Сразу же фиксируют кислород. Для чего в склянку с пробой воды вводят, отдельными пипетками, 1 мл (при вместимости склянки до 150 мл) или 2 мл (при вместимости склянки более 150 мл) раствора хлористого или сернокислого марганца и 1 или 2 мл щелочного раствора йодистого калия. Пипетки с вводимыми реактивами погружают до половины высоты склянки и по мере выливания поднимают вверх. После введения реактивов склянку закрывают пробкой так, чтобы в ней не оставалось пузырьков воздуха, и содержимое тщательно перемешивают 15÷20 кратным переворачиванием склянки до равномерного распределения осадка в воде. Склянку с зафиксированной пробой помещают в темное место для отстаивания (не менее 10 минут, но не более 24 часов). После того, как отстоявшийся осадок будет занимать менее половины высоты склянки, к пробе приливают 5 или 10 мл (в зависимости от вместимости склянки) раствора серной кислоты, погружая при этом пипетку не касаясь и не взмучивая, осадка и медленно поднимая ее вверх по мере опорожнения. Склянку закрывают пробкой, и содержимое перемешивают до полного растворения осадка. Содержимое склянки полностью переносят в коническую колбу и титруют стандартным раствором тиосульфата натрия до тех пор, пока раствор не станет светло-желтым. Затем прибавляют 1 мл раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски. Выждав 30 с, производят отсчет по бюретке, определяя при этом общий объем тиосульфата натрия, израсходованный на титрование (как до, так и после добавления раствора крахмала).

Обработка результатов

1. Точную концентрацию раствора тиосульфата натрия (моль-экв./л) вычисляют по формуле

где C_T – молярная концентрация эквивалента раствора тиосульфата натрия, моль-экв./л; С_Д - молярная концентрация эквивалента раствора дихромата калия, моль-экв./л; V_Д – объем раствора дихромата калия, взятый для анализа, мл; - объем раствора тиосульфата натрия, израсходованный на титрование, мл.

2. Содержание растворенного кислорода в воде (мг/л) вычисляют по формуле

где 8 – молярная масса моль-эквивалента кислорода, соответствующая 1 мл 1 нормального раствора тиосульфата натрия; C_T – молярная концентрация эквивалента раствора тиосульфата натрия, моль-экв./л; V_T –общий объем тиосульфата натрия, израсходованный на титрование, мл; 1000 – пересчет единиц измерения (из граммов в миллиграммы); V – внутренний объем склянки с закрытой пробкой, мл; V₁ – суммарный объем растворов, добавленных в склянку при фиксации кислорода, мл.

3. Степень насыщения воды кислородом (%) вычисляют по формуле

где X – концентрация растворенного кислорода в воде, мг/л; 100 – коэффициент пересчета единиц измерения (из мг/л в %); 760 – нормальное атмосферное давление, мм рт. ст.; С_Н – нормальная концентрация кислорода при температуре в момент отбора пробы и атмосферном давлении 760 мм рт. ст. (приведена в табл. П.1.1); Р – фактическая величина атмосферного давления в момент отбора пробы, мм рт. ст.

Оформление результатов

Полученные результаты заносят в таблицы 1.9. и 1.10.

Таблица 1.9

Экспериментальные данные

№ пробы	, мл	, мл	мл	, мл	, оС	, мг/л	Р, мм рт. ст.

Таблица 1.10

Результаты исследований

№ пробы	СT, моль-экв./л	Х, мг/л	R, %

Вопросы для самопроверки

1. Каким образом кислород попадает в водоем?

2. Перечислите процессы, уменьшающие концентрацию растворенного кислорода в воде?

3. ПДК по растворенному кислороду у пунктов питьевого и санитарного водопользования?

4. О чем свидетельствует снижение кислорода в воде?

5. Как зависит количество растворенного кислорода в воде от температуры?

6. Сущность метода йодометрического титрования?

7. Что такое фиксация кислорода?