1.1 Методичні вказівки до вивчення теоретичного матеріалу

Одним із технологічних показників, який використовують для визначення характеристики якості і складу природних вод є жорсткість води.

Жорсткість зумовлена присутністю у воді розчинених кальцієвих та магнієвих солей різних кислот. Здебільшого ці солі представлені у воді катіонами Ca⁺², Mg⁺² аніонами HCO₃ ^-, SO₄ ^2-, Cl^- ,CO₃^2-.

При вивченні теми слід звернути увагу на класифікацію вод по вмісту солей жорсткості, на причини виникнення жорсткості. Запам'ятати, що згідно ГОСТ 2974-82 допустима жорсткість води для господарсько-питного водопостачання не повинна перевищувати 7 мекв/л. Чому?

Розрізняють карбонатну (тимчасову) і некарбонатну (постійну) жорсткість води. Загальна жорсткість - це сума карбонатної та некарбонатної жорсткості води. Карбонатна жорсткість зумовлена присутністю у воді кальцій і магній гідрокарбонатів і може бути частково або повністю усунена нагріванням води до температури вище 60 ⁰С. При цьому відбувається реакція:

t

C a(HCO₃ )₂ CaCO₃  + H₂O + CO₂ 

t

M g(HCO₃)₂ Mg(OH)₂  + CO₂ 

2Mg(HCO₃)₂ Mg(OH)₂ CO₃ + H₂O + CO₂ 

Некарбонатну жорсткість воді надають розчинні солі кальцію і магнію та сильних кислот. Ці солі не розкладаються при температурі 60 - 100 градусів, тому пом'якшити таку воду її кип’ятінням неможливо. Усунути або зменшити постійну жорсткість води можна шляхом переводу іонів Ca²⁺ і Mg²⁺ в малорозчинні сполуки, якщо додавати до води відповідні хімічні реагенти: Ca(OH)₂ , Na₂CO₃, Na₃ PO₄ та інші. Запам'ятайте реакції, які відбуваються при цьому:

CaCl₂ + Na₂ CO₃ = CaCO₃  + 2NaCl

3CaCl₂ + 2Na₃ PO₄ = Ca₃ (PO₄ )₂  + 6NaCl

Розберіться, як можна пом'якшити чи знесолити воду методом іонного обміну. Чому цей ефективний метод мало використовується на підприємствах?

У методі іонного обміну воду пропускають через іоніти. Це спеціальні тверді речовини, які здатні обмінювати іони, що входять до їх складу на іони, що містяться у воді.

Іоніти поділяються на катіоніти (обмінюються катіони) і аніоніти (обмінюються аніони). Для пом'якшення води використовують Na - катіоніти (Na₂ R), та H - катіоніти (H₂R) i OH - аніоніти ( R(OH)₂ ) - для її знесолення. Обмін іонів відбувається в еквівалентних кількостях.

Пом'якшення : CaCl₂ + Na₂ R = CaR + 2NaCl ;

MgSO₄ + Na₂ R = MgR + Na₂ SO₄ ;

Знесолення : CaCl₂ + H₂R = CaR + 2 HCl ;

2 HCl + R(OH)₂= RCl₂+ H₂O ;

Регенерація іонітів здійснюється відповідно розчинами NaCl, HCl i NaOH :

MgR + NaCl = Na₂R + MgCl₂ ;

CaR + 2HCl = H₂R + CaCl₂ ;

RCl₂ + 2NaOH = R(OH)₂ + 2NaCl ;

1.2Проведення дослідів

Дослід 1. Визначення карбонатної жорсткості води.

Відміряти мірною колбою 100 мл досліджуваної води і перелити її в конічну колбу на 250 мл. Додати 2-3 краплі індикатора - метилоранжу. Після появи жовтого забарвлення воду слід відтитрувати 0,1 Н розчином хлоридної кислоти до переходу кольору із жовтого в рожевий. Після цього відмітити рівень кислоти в бюретці з точністю до 0,05 - 0,1 мл. Записати об'єм 0,1 Н кислоти, який витратили на титрування. Дослід повторити три рази, причому титрування рахувати орієнтовним. Результати дослідних титрувань не повинні відрізнятися більш ніж на 0,1 мл.

Результати занести до таблиці:

№	Об'єм досліджуваної води мл	Об'єм кислоти витраченої на титрування мл	Концентрація кислоти екв/л	Середнє значення мл
1
2
3

Дослід 2. Визначення загальної жорсткості води.

Відміряти 100 мл досліджуваної води в конічну колбу об'ємом 250 мл, додати 5 мл аміачного буферного розчину і 6-7 крапель розчину індикатора ЭХЧ-Т. При наявності у воді іонів жорсткості ( Ca²⁺ , Mg²⁺ , CO^2-, НСО₃) вона забарвиться в рожевий колір. Відтитрувати цей розчин при постійному перемішуванні 0,05 Н розчином трилона Б до зміни забарвлення з рожевого на голубе. Повторити титрування три рази.

Обробка експериментальних даних.

1. Жк = Cн[H₂O] х 1000 , мекв/л

2. V[H₂O] · Cн[H₂O] = V[HCl] · Cн[HCl] , Cн[H₂O] =

Vсер(к) · Cн(к) ·1000

3 . Жз = , мекв/л

V[H₂O]

5. Розрахувати постійну жорсткість води.

Ж_П = Ж_З – Ж_К

6. Використані позначення :

Жк, Жз, Ж_П - карбонатна, загальна і постійна жорсткість води

відповідно, мекв/л ;

V[H₂O] - об'єм води, взятий для дослідження, мл

V[HCl] - об'єм розчину соляної кислоти, яка витрачена на

титрування;

Cн[HCl], - нормальна концентрація розчину кислоти, солей, які

Cн[H₂O], зумовлюють карбонатну жорсткість води та розчину

Cн(т) трилона Б відповідно, екв/л

Vсер(т) - середньоарифметичне значення об'єму трилона Б,

який витратили на титрування

1000 - коефіцієнт переводу екв/л в мекв/л

Зробити висновок про тип води по ступеню жорсткості, можливість використання даної води для господарсько-питного водопостачання, а також про точність методу.

Контрольні питання:

1. Присутність яких іонів у воді обумовлює її жорсткість?

2. Чому дорівнює жорсткість господарсько-питної води?

3. Що таке тимчасова жорсткість води?

4. Що таке постійна жорсткість води?

5. Що таке загальна жорсткість води?

6. Як звільнитися від тимчасової жорсткості води (рівняння реакції)?

7. Як звільнитися від постійної жорсткості води (рівняння реакції)?

8. Що таке знесолювання води і метод іонного обміну (рівняння реакції)?