2263

В трех скважинах обнаружена линза флювиогляциального песка крупного с гравием нижнечетвертичного периода.

Палеозойская эра представлена трещиноватыми известняками раннекаменноугольной эпохи и аргиллитами позднедевонской эпохи.

Породы протерозойской эры представлены трещиноватыми крупнокристаллическими гранитами.

На разрезе видно, что долина реки в четвертичный период разрушила породы палеозойской эры, одновременно откладывая аллювиальные отложения.

Лабораторная работа №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ СУЛЬФАТОВ, КАРБОНАТОВ

ИХЛОРИДОВ, СВОБОДНОЙ УГЛЕКИСЛОТЫ В ВОДЕ

ИОЦЕНКА ИХ АГРЕССИВНОСТИ ПО ОТНОШЕНИЮ

КСТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ

1.Определение свободной углекислоты

Объемное определение свободной углекислоты проводят методом нейтрализации. К исследуемой воде прибавляют NaOH, при этом CO2 переходит в гидрокарбонат:

CO2+NaOHNaHCO3

Точка эквивалентности соответствует такому рН, при котором в воде находятся гидрокарбонаты. Индикатор – фенолфталеин (розовая окраска появляется при рН>8,3). Вследствие того, что окраска титруемого раствора изменяется постепенно, конец реакции определяют сравнивая полученную окраску с интенсивностью раствора-«свидетеля». Чтобы не было потерь титруют в колбе, закрытой резиновой пробкой с отверстием, через которое и ведут титрование.

Реактивы: 1) 0,02 н. NaOH. 2) Фенолфталеин (0,1 %).

Ход работы. В коническую колбу на 250 мл осторожно отмеряют пипеткой с сифоном 100 мл исследуемой воды. Вносят 2 – 3 капли фенолфталеина, закрывают пробкой и перемешивают. Через отверстие в пробке опускают в колбу кончик бюретки с рабочим 0,02 н. раствором NaOH и титруют пробу до появления розового перемешивания, неисчезающего 3 мин (сравнивают с окраской «свидетеля»).

Расчет.

где хСО2 – содержание свободной двуокиси углерода, мл-1; V1 – объем рабочего раствора NaOH, пошедший на титрование пробы, мл; н –

нормальность рабочего раствора NaOH; E =22 – эквивалент CO2 в данной реакции; V2 – объем исследуемой воды, мл.

2. Определение карбонатов и гидрокарбонатов

При одновременном присутствии в воде ионов НСО3 и

СО32 определение ведут в одной пробе, нейтрализуя раствором соляной кислоты щелочность, созданную этими ионами. Определение основано на изменении содержания различных форм углекислоты в зависимости от рН. В присутствии кислоты ионыНСО3 и СО32 переходят в свободную углекислоту. Карбонаты с соляной кислотой взаимодействуют в две стадии. На первой стадии карбонаты переходят в гидрокарбонаты:

Na2CO3+HClNaHCO3+NaCl

СО32 +Н НСО3

Образовавшиеся гидрокарбонаты на второй стадии переходят в свободную углекислоту

NaHCO3+HClH2O+CO2+NaCl НСО3 +Н H2O+CO2

Таким образом, можно считать, что объем кислоты, расходованный на перевод СО32 в НСО3 , соответствует объему содержащихся в воде карбонатов. Индикатор – фенолфталеин. Проба, оттитрованная рабочим раствором в присутствии фенолфталеина, содержит гидрокарбонаты, ранее находившиеся в воде, и гидрокарбонаты, образовавшиеся из карбонатов. Гидрокарбонаты переходят в свободную углекислоту последующим титрованием пробы кислотой в присутствии метилового оранжевого.

При расчете содержания СО32 ионов объем соляной кислоты, израсходованной на титрование пробы воды с фенолфталеином, соответственно удваивается. А при расчете количества гидрокарбонатов из объема кислоты, израсходованного на титрование воды в присутствии метилоранжа, вычитается объем, пошедший на титрование с фенолфталеином.

Карбонат-ионы содержатся в щелочных водах. Обычно питьевая вода не содержит карбонатов. На это указывает отсутствие розовой окраски от прибавления к пробе фенолфталеина. В этом случае в воде определяют только гидрокарбонаты титрованием кислотой в присутствии метилоранжа.

Реактивы: 1) Щелочная вода. 2) 0,1 н. HCl. 3) Фенолфталеин (0,1 %). 4) Метилоранж (0,02 %).

Ход работы. В коническую колбу на 250 мл пипеткой отмеряют 100 мл исследуемой щелочной воды. Вносят 2 – 3 капли фенолфталеина. Титруют

0,1 н. соляной кислотой до исчезновения розовой окраски. Записывают объем соляной кислоты, пошедшей на титрование.

К оттитрованной пробе прибавляют 2 – 3 капли метилоранжа и титруют 0,1 н. HCl до появления оранжевой окраски. Записывают объем соляной кислоты, пошедшей на титрование.

Повторить определение с водопроводной водой.

Расчет:

1.1. Содержание карбонатов:

хСО32 2V1 нVE 1000,

3

где х 2 – содержание в исследуемой воде СО32 ионов, мг·л-1; V1 – объем

СО3

0,1 н. HCl, израсходованной на титрование пробы воды в присутствии фенолфталеина, мл; н – нормальность раствора HCl; Е=30 – эквивалент

СО32 ; V3 – объем пробы, мл.

1.2. Содержание гидрокарбонатов:

хНСО3 (V2 V1)Vн E 1000,

3

где V2 – объем 0,1 н. HCl, израсходованной на титрование пробы воды в присутствии метилоранжа, мл; Е = 61,018 – эквивалент НСО3 .

При наличии в исследуемой воде только гидрокарбонатов расчет ведут по формуле

хНСО3 V2 н VE 1000.

3

3.Определение агрессивной углекислоты в воде

Вприродных водах устанавливается подвижное химическое равновесие между различными формами углекислоты:

H2O+CO2H2CO3Н +НСО3 2Н +СО32

Нарушение равновесия ведет к замене одних форм другими. Наиболее

карбонатному равновесию, определенному содержанию в воде НСО3 - ионов соответствует вполне определенное количество свободной углекислоты – так называемая равновесная углекислота. Соотношение между этими формами, описываемое уравнением

2 НСО3  H2O+CO2+ СО32 ,

характеризует агрессивность природных вод. Если в воде содержание свободной углекислоты больше, чем соответствующее состоянию

Cодержание агрессивной СО2 можно вычислить с помощью табл. 5. В расчет берут содержание свободной СО2 и полусвязанной углекислоты. Количество полусвязанной углекислоты находят делением числа миллиграммов НСО3 на два. В графе s таблицы помещена сумма свободной и полусвязанной кислоты, в графе g – сумма полусвязанной и агрессивной углекислоты. Количество агрессивной углекислоты находят, вычитая содержание полусвязанной кислоты из числа в графе g.

6. Определение содержания сульфатов

Cульфаты содержатся почти во всех природных водах, нередко преобладая среди анионов. Концентрация колеблется от нескольких

десятков до тысячи миллиграммов на литр. Ионы SO42 поступают в природные воды при растворении гипсовых пород, мирабилита в результате окисления сероводорода, свободной серы и сульфидов. При большом содержании SO42 - ионов (более 250 мг·л-1) возникает сульфатная коррозия бетона, проявляющаяся в образовании соединений большего объема, чем составные части бетона (CaCO4·2H2O, сульфоалюмината кальция).

Содержание SO42 - ионов определяют весовым, йодометрическим (ГОСТ 4389-48) и трилонометрическим методами.

ГОСТ 4389-72. Вода питьевая Методы определения содержания SO42 .

Объем пробы воды для определения SO42 должен быть не менее 500 мл. Пробы не консервируют.

Весовой метод (арбитражный).

Сущность метода: определение содержания SO42 основано на осаждении в кислой среде ионов SO42 хлористым барием в виде сернокислого бария.

Точность определения ±2 мг/л SO42 .

Таблица 5

Вычисление агрессивной СО2

Примечание. s – сумма свободной и полусвязанной СО2 (мг·л-1), g – сумма полусвязанной и агрессивной СО2 (мг·л-1).

Подготовка к анализу

1.Приготовление основного стандартного раствора сернокислого калия. 0,9071 г K2SO4 растворяют в мерной колбе вместимостью 1 л в дистиллированной воде и доводят V раствора дистиллированной водой до метки. 1 мл раствора содержит 0,5 мг SO42 .

2.Приготовление рабочего стандартного раствора сернокислого калия. Основной раствор разбавляют 1:10 дистиллированной водой. 1 мл

раствора содержит 0,05 мг SO42 .

3.Приготовление 5%-ного раствора хлористого бария.

5 г BaCl2×2H2O растворяют в дистиллированной воде и доводят V до

100мл. Раствор фильтруют через беззольный фильтр «Синяя лента».

4.Приготовление 1,7%-ного раствора азотнокислого серебра.

8,5 г AgNO3 растворяют в 500 мл дистиллированной воды и подкисляют 0,5 мл концентрированной HNO3.

Качество проб

В колориметрическую пробирку d=14 – 15 мм наливают 10 мл исследуемой воды, добавляют 0,5 мл HCl (1:5). Одновременно готовят стандартную шкалу. Для этого в такие же пробирки наливают 2, 4, 8 мл рабочего раствора K2SO4 и 1,6; 3,2; 6,4 мл основного раствора K2SO4 и доводят дистиллированной водой до 10 мл, получая таким образом стандартную шкалу с содержанием: 10, 20, 40, 80, 160, 320 мг/л SO42 . Прибавляют в каждую пробирку по 0,5 мл HCl (1:5), затем в исследуемую воду и образцовые растворы по 2 мл добавляют 5 %-ый раствор хлористого бария, закрывают пробками, сравнивают со стандартной шкалой.

Для определения сульфатов в присутствии сульфатов и арсенатов В.Н. Кузнецов и Н.Н. Басаргин предложили объемный метод, основанный на титровании пробы раствором хлористого бария в присутствии металиндикатора – нитрохромазо. В данном руководстве рассматривается весовой метод.

Весовой метод. Сущность метода заключается в осаждении ионов SO42 в виде сульфатов бария:

SO42 +BaCl=BaSO4+2Cl

Осаждают в кислой среде во избежание образования осадков карбоната и фосфата бария, растворимых в сильных кислотах. Осадок высушивают, прокаливают, взвешивают на аналитических весах. Если в исследуемой воде содержатся органические вещества (цветные воды), то предварительно воду подкисляют 1 – 2 мл концентрированной соляной

кислоты. Упаривают в 2 – 3 раза. Образовавшийся осадок гуматов отфильтровывают и промывают. В фильтрате определяют SO42 -ионы.

Реактивы: 1) BaCl2 (10 %). 2) HCl (1:1). 3) H2SO4 (5 %). 4) Метилоранж (0,02 %).

Ход работы. В химический стакан на 150 – 200 мл отмеряют пипеткой 100 мл исследуемой воды. Вносят 2 – 3 капли метилоранжа. Подкисляют соляной кислотой до розового окрашивания. Стакан с раствором нагревают до кипения. Постоянно помешивая, вливают по долям 5 – 10 мл 10%-ного раствора хлорида бария, нагретого до 70 – 80 0 С. Прокипятить, помешивая 2 – 3 раза.

Стакан накрывают часовым стеклом и помещают на кипящую водяную баню. Для проверки полноты осаждения прибавляют к прозрачному раствору над осадком 1 – 2 капли раствора BaCl2. Отсутствие мути указывает на то, что осаждение прошло полно. Для получения более крупных кристаллов BaSO4 осадок сутки выдерживают при комнатной температуре. Выдержанный осадок отфильтровывают через плотный беззольный фильтр, предварительно несколько раз декантируя раствор. Осадок в стакане 2 – 3 раза промывают дистиллированной водой, подкисленной соляной кислотой. Промывные воды сливают через фильтр. Затем осадок количественно переносят на фильтр и промывают до исчезновения в фильтрате ионов Ba2+ (отсутствие мути от прибавления к промывным водам соляной кислоты).

Осадок с фильтром переносят в предварительно прокаленный до постоянного веса тигель, высушивают и прокаливают до постоянного веса.

Расчет.

Содержание SO42 - ионов вычисляют по формуле (в мг·л-1)

где а – масса осадка BaSO4, мг; V – объем воды для определения, мл; 0,4115 – множитель (фактор) весового анализа, равный отношению

Mso42 : MBaSO4 .

7. Определение содержания хлоридов

Хлориды по общему содержанию в природных водах занимают первое место среди анионов. Содержание колеблется от десятых долей до тысячи и более миллиграммов на литр. Это преобладающие анионы в водах с высокой степенью минерализации. В бытовых сточных водах всегда много хлоридов. Резкое увеличение концентрации Сl в воде указывает на загрязнение водоема сточными водами.

При концентрации хлоридов более 300 мг·л-1 вода приобретает солоноватый привкус. Кроме того, хлориды усиливают коррозию железа в воде вследствие образования хорошо растворимого хлорида железа.

В природных водах Сl -ионы появляются в результате растворения пород, содержащих хлориды, а также попадания продуктов деятельности вулканов. Хлориды содержатся в сбросных водах некоторых производств.

Содержание хлоридов в воде определяют объемными методами – меркуриметрически и осаждением. Первый метод применяют при малых концентрациях хлоридов. Он основан на связывании Сl -ионов в малодиссоциированную соль HgCl2. Сущность второго метода заключается в связывании ионов Сl ионами Аg+ в труднорастворимый хлорид серебра.

Реактивы: 1) 0,1 н H2SO4. 2) 0,1 н. NaOH. 3) Фенолфталеин 0,1 %

спиртовой раствор (в 60 % этиловом спирте). 4) Хромат калия (K2CrO4) 10 % раствор. 5) Нитрат серебра 0,02 н. раствор. (Нормальность приготовленного раствора AgNO3 устанавливают по 0,05 н. раствору хлорида натрия, который готовят из фиксанала или из химически чистого

NaCl.)

Ход работы. В три конические колбы вместимостью 250 мл отмеряют мерной колбой по 100 мл исследуемой воды. Добавляют в каждую колбу по 2 капли фенолфталеина. При появлении розовой окраски прибавляют по каплям (пипеткой) 0,1 н. раствора H2SO4 до обесцвечивания. При отсутствии окраски нейтрализуют пробу 0,1 н. раствором NaOH до появления розовой окраски, исчезающей при помешивании. К подготовленным пробам приливают 2 мл 10% раствора хромата калия (K2CrO4) и титруют раствор в двух колбах 0,03 н. AgNO3 до появления грязно-розовой окраски (сравнить с окраской раствора-«свидетеля»). В качестве раствора-«свидетеля» используют третью колбу.

Расчет.

Содержание хСl вычисляют по формуле

хСl V1 н Vэ 1000,

2

где хСl – содержание хлор - иона; V1 – объем раствора, пошедший на

титрование, мл; н – нормальность раствора AgNO3; э – эквивалентная масса хлор-иона; V2 – объем пробы, взятой на анализ, мл.

ГОСТ 4245-72. Вода питьевая Методы определения содержания Cl

1.Приготовление 10 % раствора (подкисленного азотной кислотой) азотнокислого серебра 10 г. AgNO3 растворяют в 90 мл дистиллированной воды и добавляют 1 - 2 капли HNO3.

2.Проведение анализа. В колориметрическую пробирку наливают 5 мл воды и добавляют 3 капли 10 % раствора азотнокислого серебра. Примерное содержание Cl - иона определяют по осадку или мути в соответствии с требованиями таблицы.

Результаты данных анализа заносим в табл. 6. Для удобства последующих расчетов результаты химического анализа воды в ионной форме переводят в миллиграмм-эквивалентную и процент-эквивалентов.

Таблица 6

Данные анализа водной вытяжки

8.Оценка качества воды по агрессивности в отношении бетона

Оценку проведем для безнапорного сооружения, находящегося в зоне

распространения грунтовых вод с низкими фильтрационными свойствами

Кф<0,1 м/сут.

1)Углекислая агрессия. Согласно нормам оценки агрессивности воды как среды для безнапорного сооружения, находящегося в грунтах с Кф<0,1 м/сут (см. табл. 7), минимальное содержание агрессивной углекислоты для бетонов нормальной плотности (наиболее высокие требования) при слабом воздействии допускается 40 мг/л. Согласно данным результатов химического анализа воды (см. табл. 6) содержание СО2 составляет 12 мг/л. Следовательно, вода не обладает углекислой агрессией, так как содержание агрессивной углекислоты в воде меньше нормативных значений.

2)Выщелачивающая агрессия. Если в оцениваемой воде присутствуют

ионы НСО3 , обеспечивающие бикарбонатную щелочность, или вода обладает слабой агрессивностью при щелочности не менее 1,35 мг∙экв/л, то по табл. 6 определяем степень агрессивности. Следовательно, оцениваемая вода не агрессивна для данного сооружения, так как 4,93 более 1,35.