100 Г раствора - 1 г NaCl

201,315 Г раствора - х г NaCl

х = г NaCl

Таким образом, была взята навеска NaCl массой 2,0131 г.

Лабораторная работа № 7

Определение жесткости и умягчение воды

Цель работы: проведение анализа воды на жесткость и ее умягчение методом катионирования.

1. Теоретическое введение

Жесткость воды – это совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде ионов и . Суммарная концентрация ионов (кальциевая жесткость воды) и (магниевая жесткость воды) называется общей жесткостью. Общая жесткость включает карбонатную жесткость, обусловленную содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, и некарбонатную, обусловленную содержанием в воде сульфатов и хлоридов кальция и магния. Карбонатную жесткость можно снизить кипячением, поэтому такую жесткость называют временной. Некарбонатная жесткость не уменьшается при кипячении, поэтому ее называют постоянной.

Величину жесткости природных вод выражают в миллиэквивалентах на 1 л воды (мэкв/л). Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию 20,40 мг/л или 12,16 мг/л .

ПРИМЕР 1. Вычислить жесткость воды, зная, что 500 л ее содержат 202,5 г гидрокарбоната кальция.

Решение. В 1 л воды содержится 202,5 : 500 = 0,405 г  , что составляет 0,405 : 81 = 0,005 эквивалентных масс или 5 мэкв/л (81 г/моль – экивалентная масса ). Следовательно, жесткость воды 5 мэкв/л.

ПРИМЕР 2. Сколько граммов сульфата кальция содержится в 1 м³ воды, если жесткость воды, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 мэкв/л?

Решение. Мольная масса равна 136,14 г/моль; эквивалентная масса равна 136,14 : 2 = 68,07 г/моль. В 1 м³ воды жесткостью 4 мэкв/л содержится 4•1000 = 4000 мэкв, или 4000•68,07 = 272280 мг = 272,280 г  .

Жесткость природных вод колеблется в очень широких пределах – от 0,1 - 0,2 мэкв/л в водах рек и озер, расположенных в зонах тайги и тундры, до 80 - 100 мэкв/л в некоторых подземных водах и водах морей и океанов. Повышенная жесткость в водах природных источников обусловлена контактом воды с горными породами, содержащими карбонаты и сульфаты.

Применение жесткой воды недопустимо в некоторых отраслях промышленности, например в теплоэнергетике, так как в котлах и отопительных приборах образуется накипь, что ухудшает теплообмен. Поэтому жесткость является одним из показателей качества воды, который необходимо контролировать.

При необходимости использования водоисточника с высокой жесткостью воды применяют специальные методы умягчения воды. Умягчение может быть осуществлено переводом солей жесткости в труднорастворимые или комплексные соединения, перегонкой воды, методом ионного обмена.

При умягчении воды методом осаждения соли жесткости переводят в следующие труднорастворимые соединения: карбонат кальция, гидроксид магния, трехзамещенные фосфаты. В зависимости от применяемого осадителя способы обработки называют известкованием, содоизвесткованием, фосфатированием.

Процессы, протекающие при известковании (обработка известью , описываются уравнениями:

,

,

,

.

Постоянная жесткость известью не удаляется – изменяется ее состав: магниевая жесткость переходит в эквивалентное количество кальциевой.

Обработка воды содой и известью (содоизвесткование) может быть описана теми же уравнениями (кроме последнего) и в дополнение к ним следующими:

,

.

При содоизвестковании устраняется как временная, так и постоянная жесткость.

Осаждение солей жесткости фосфатом натрия называется фосфатированием воды. Оно применяется и как самостоятельный метод умягчения и как метод доумягчения воды после предварительного снижения жесткости другими способами.

Умягчение воды переводом солей жесткости в комплексные соединения основано на образовании хорошо растворимых комплексных солей. На практике для связывания в комплекс ионов жесткости используют: гексаметафосфат натрия и комплексон 111 (трилон Б).

Наиболее глубокое умягчение воды достигается методом ионного обмена. Ионный обмен основан на способности некоторых высокомолекулярных соединений (ионитов) вступать в обратимые реакции обмена ионами, причем этот обмен происходит в строго эквивалентных соотношениях. Обменными ионами могут быть как катионы (в этом случае ионит называют катионитом), так и анионы (в этом случае ионит называют анионитом).

При умягчении воды примменяют катионный обмен. Обменными ионами обычно служат ионы или ионы катионита.

Процесс умягчения может быть представлен уравнениями:

, ;

, .

где - условное обозначение катионита в -форме ;

- условное обозначение катионита в - форме.

Важнейшей характеристикой ионита является его обменная емкость. В практике водоподготовки ионит характеризуют по динамической обменной емкости, выражаемой числом эквивалентов поглощаемого иона на 1 м³ ионита в рабочем состоянии.

Регенерация катионита основана на обратимости процесса ионного обмена. -катионит после истощения регенерируется 5-8 % раствором хлорида натрия, - катионит – 1-1,5 % раствором серной кислоты. После регенерации катионит отмывают умягченной водой.

Для определения жесткости воды применяют титриметрический метод, причем для определения общей жесткости используют комплексонометрическое титрование, а карбонатную жесткость определяют методом кислотно-основного титрования.

ПРИМЕР 3. Вычислить карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100 см³ этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см³ 0,08 н. раствора соляной кислоты.

Решение. Вычислим нормальность раствора гидрокарбонат кальция. Обозначив число эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора, т.е. нормальность, через Х, составляем пропорцию:

, н.

Таким образом в 1 л исследуемой воды содержится 0,005•1000 = 5 мэкв гидрокарбоната кальция или 5 мэкв ионов кальция. Карбонатная жесткость воды 5 мэкв.

Оборудование и реактивы:

1. Мерный цилиндр вместимостью 100 мл – 1.

2. Бюретка вместимостью 25 мл – 2.

3. Колбы для титрования вместимостью 200-250 мл – 3 шт.

4. Пипетка вместимостью 5 мл – 1 шт.

5. Колонка, заполненная катионитом – 1 шт.

6. 0,01 н раствор комплексона 111

7. 0,1 н раствор соляной кислоты.

8. Индикатор эриохром черный Т.

9. Индикатор метиловый оранжевый.

10. Аммиачный буферный раствор.