Лабораторна робота 3 Визначення лужності, кислотності і вмісту вуглекислоти в пробах природних вод

Мета роботи – вивчення стандартних методик оцінки таких показників якості природних вод, як лужність, кислотність, вміст вуглекислоти.

Експеримент 1. Визначення загальної лужності води

Загальна лужність води з природних джерел зумовлена сумою концентрацій присутніх у ній аніонів та аніонів інших (крім вуглецевої) слабких кислот.

Якщо в пробі води присутні завислі речовини, їх відділяють перед дослідженням лужності. Слід також мати на увазі, що при загальній лужності, нижчій за 0,4 мг-екв/л, визначення необхідно повторити для уточнення шляхом титрування проби води 0,05 н розчином кислоти. Крім того, в інтенсивно забарвленій воді титрування проводять за рН-метром без індикатора або пропускають воду крізь шар активованого вугілля і після освітлення проводять звичайне визначення.

При звичайному визначенні лужності 100 мл проби титрують 0,1 н розчином соляної кислоти у присутності метилового оранжевого до переходу забарвлення з жовтого на золотисто-рожеве. Для підвищення точності визначення лужності проб води у процесі титрування пробу продувають повітрям.

Розраховують загальну лужність за формулою

Л = К₁  V, (3.1)

де Л – загальна лужність води, мг-екв/л; К₁ – поправковий коефіцієнт для приведення концентрації соляної кислоти точно до 0,1 н; V – об’єм 0,1 н розчину соляної кислоти, що пішов на титрування, мл.

Експеримент 2. Визначення загальної кислотності проб природної води

Кислотність природних вод з рН > 4,5 зумовлюється наявністю вільної вуглекислоти, гумінових та інших слабких органічних кислот, з рН < 4,5 – сильними кислотами, солями сильних кислот і слабких основ.

Розрізняють загальну кислотність, вільну кислотність, кислотність, що залежить від слабких нелетких кислот, вільну вуглекислоту, агресивну вуглекислоту.

Для визначення загальної кислотності 100 мл проби води титрують 0,1 н розчином гідроксиду натрію в присутності 510 крапель розчину фенолфталеїну до виникнення слабко-рожевого забарвлення.

Розрахунок загальної кислотності ведуть за формулою

К_заг = К₂  а, (3.2)

де К_заг – загальна кислотність, мг-екв/л; К₂ – поправковий коефіцієнт для приведення концентрації розчину гідроксиду натрію точно до 0,1 н; а – витрата 0,1 н розчину гідроксиду натрію на титрування, мл.

Експеримент 3. Визначення вільної кислотності проб природної води

100 мл води, що досліджується, титрують 0,1 н розчином гідроксиду натрію в присутності трьох крапель метилового оранжевого до переходу червоного забарвлення розчину на золотисто-жовте. Якщо в разі додавання до проби води індикатора розчин стає жовтим, це значить, що вільна кислотність дорівнює нулю.

Розрахунок ведемо за такою формулою

К_віл = К₃  b, (3.3)

де К_віл – вільна кислотність, мг-екв/л; К₃ – поправковий коефіцієнт для приведення концентрації розчину гідроксиду натрію точно до 0,1 н; b – витрата 0,1 н розчину гідроксиду натрію на титрування, мл.

Слід мати на увазі, що каламутність і забарвлення води заважають титруванню. Такі води титрують без додавання індикатора, визначаючи закінчення титрування за рН-метром (рН = 4,5).

Експеримент 4. Визначення в пробах води кислотності, що залежить від слабких нелетких кислот (гумінових та інших)

Пробу досліджуваної води об’ємом 100 мл, яка є нейтральною за метиловим оранжевим, кип’ятять 2 хв. для вилучення вільної вуглекислоти, швидко охолоджують і титрують 0,1 н розчином гідроксиду натрію в присутності 510 крапель фенолфталеїну до появи стійкого рожевого забарвлення.

Розрахунок ведемо за формулою

К_сл = К₄  с, (3.4)

де К_сл – кислотність, що зумовлена слабкими кислотами, мг-екв/л; К₄ – поправковий коефіцієнт для приведення концентрації розчину гідроксиду натрію точно до 0,1 н; с – витрата 0,1 н розчину гідроксиду натрію на титрування, мл.

Експеримент 5. Визначення в природних водах вільної вуглекислоти

100 мл води, що досліджується, титрують 0,1 н розчином гідроксиду натрію в присутності 10 крапель фенолфталеїну до появи стійкого протягом 23 хв. рожевого забарвлення. Розчин гідроксиду натрію додають малими порціями, закриваючи кожен раз колбу пробкою і ретельно перемішуючи її вміст. Після першого аналізу визначення повторюють, відразу вливаючи до колби з водою майже весь об’єм розчину гідроксиду натрію, який був знайдений при першому визначенні.

Розрахунок ведуть за формулою

(СО₂)_віл = 44  (К₅  d – К_віл – К_сл), (3.5)

де (СО₂)_віл – вміст вільної вуглекислоти, мг/л; d – витрата 0,1 н розчину гідроксиду натрію на титрування, мл; К₅ – поправковий коефіцієнт для приведення концентрації розчину гідроксиду натрію точно до 0,1 н

За наявності у пробах води сірководню розрахунок проводять за формулою

(СО₂)_віл = 44  (К₅  d – К_віл – К_сл – ), (3.6)

де – вміст сірководню в пробі води, мг-екв/л.

Додаткові експерименти

У поверхневих природних водах вміст вільної і агресивної вуглекислоти є незначним, і ці показники мають важливе значення для характеристики підземних вод.

Експеримент 1а. Визначення вільної вуглекислоти в природних водах

Для визначення концентрації вільної вуглекислоти можна використати спеціальну номограму (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Номограма для визначення концентрації у воді вільної вуглекислоти

Попередньо необхідно встановити температуру води t, ^oC, загальний вміст солей Р, мг/л, загальну лужність Л, мг∙екв/л, і рН води.

Після з’єднання лінійкою на шкалах 1 і 3 поділок, що відповідають значенням t і Р, відмічають точку перетину лінійки з «німою» шкалою 2. Цю точку з’єднують зі значенням Л на шкалі 4 і відмічають точку перетину прямої зі шкалою 3. Одержану точку з’єднують з відповідною поділкою на шкалі 5 (рН). Продовження прямої до перетину зі шкалою 6 визначає відмітку, яка відповідає концентрації вільної вуглекислоти.

Експеримент 2а. Визначення агресивної вуглекислоти в природних водах

Це дослідження виконують з використанням номограм, які наведені на рис. 3.2 та 3.3.

Рисунок 3.2 – Номограма для визначення допоміжного фактора, який необхідний для

обчислення концентрації у воді агресивної кислоти

Рисунок 3.3 – Номограма для визначення концентрації в воді агресивної вуглекислоти

За результатами хімічного аналізу води за рис. 3.2 знаходять допоміжну точку А. Для цього з’єднують точки, що відповідають значенням Р і t, знаходять відмітку на «німій» шкалі 4. З’єднують її з точкою, яка відповідає значенню концентрації іонів кальцію (Са²⁺), на перетині прямої зі шкалою 3 знаходять значення А.

Далі знаходять точку, яка відповідає значенням величин вільної вуглекислоти (див. Експеримент 1а) і лужності води, що аналізується. Якщо ця точка лежить вище кривої, яка відповідає значенню А, визначеному раніше, – вода містить агресивну вуглекислоту, якщо нижче – у воді агресивної вуглекислоти немає.

Концентрацію агресивної вуглекислоти встановлюють шляхом проведення з точки прямої, яка паралельна нахильним лініям, що пересікають номограму, до кривої, яка відповідає значенню А. Ордината цієї точки відповідає концентрації рівноважної вуглекислоти (СО₂)_р:

(СО₂)_агр = (СО₂)_віл – (СО₂)_р. (3.7)