3o1ces2ZEc

ную высоту столба жидкости, при которой различим шрифт с точностью до 10 мм. Определить к какой категории вод относится ваша проба (табл. 1.2).

Требования к оформлению отчета. Отчет должен содержать сведения об определенных физических показателях пробы воды с обоснованием полученных значений.

Лабораторная работа № 2

Определение карбонатной жесткости воды

Важнейшим свойством природных вод является их жесткость. Жесткость природных вод обусловлена содержанием в них растворимых солей различных металлов, прежде всего кальция и магния. Жесткость воды бывает двух видов – временная и постоянная.

Временная, или карбонатная, жесткость (Жкарб) обусловлена содержанием в воде гидрокарбонатов кальция, магния и железа: Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, Fe(HCO3)2, которые при кипячении воды переходят в нерастворимые средние или основные соли и выпадают в виде плотного осадка (накипи):

Са(НСО3 )2 = СаСО3 ¯ + СО2 - + Н2О;

2Mg (НСО3 )2 = MgСО3 × Мg (ОН)2 ¯ + 3СО2 - + Н2О. Количественно временную жесткость характеризуют содержанием гидро-

карбонатов, удаляющихся из воды при ее кипячении в течение часа. Жесткость, остающаяся после такого кипячения, называется постоянной жесткостью.

Постоянная, или некарбонатная, жесткость (Жнекарб) обусловливается присутствием в воде сульфатов, хлоридов, нитратов и других растворимых солей кальция и магния: CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, Mg(NO3)2 и т. д.

Общая жесткость воды (Жобщ) равна сумме карбонатной и некарбонатной жесткостей:

Жобщ = Жкарб + Жнекарб.

21

Количественно жесткость воды определяется суммой молярных концентраций эквивалентов ионов Са2+ и Mg2+, выраженных в миллимолях на литр.

По жесткости природную воду делят:

–на очень мягкую − до 1.5 ммоль/л;

–мягкую − от 1.5 до 4 ммоль/л;

–средней жесткости − от 4 до 8 ммоль/л;

–жесткую − от 8 до 12 ммоль/л;

–очень жесткую − свыше 12 ммоль/л.

Карбонатную жесткость воды определяют методом кислотно-основного титрования с использованием рабочего раствора хлороводородной (соляной) кислоты в присутствии метилового оранжевого. При этом растворенные в воде гидрокарбонаты количественно реагируют с соляной кислотой по уравнению

Mе(НСО3 )2 + 2HCl = MgСl2 + 2СО2 − + 2Н2О.

Цель работы: освоить титриметрический метод определения карбонатной жесткости воды.

Приборы, посуда и реактивы:

1.Штатив с бюреткой.

2.Колбы для титрования; воронка; мерный цилиндр на 100 мл; промывалка; груша.

3.0.1н раствор HCl; индикатор метиловый оранжевый.

Ход лабораторной работы:

1.Для анализа в три конических колбы с помощью мерного цилиндра отмерить по 100 мл исследуемой воды. Добавить к исследуемой воде 2–3 капли индикатора метилового оранжевого. Метиловый оранжевый изменяет свою окраску от красной при рН < 3.1 до желтой при рН > 4.4. В точке перехода индикатор имеет оранжевую окраску. Вода, содержащая гидрокарбонаты кальция и магния, имеет щелочную среду. Добавленный метиловый оранжевый окрашивает ее в желтый цвет.

2.Оттитровать подготовленную пробу раствором соляной (хлороводородной) кислоты. Для этого в приготовленную заранее бюретку налить 0.1н раствор HCl. Установить уровень на нулевое деление и по каплям при постоянном перемешивании добавлять соляную кислоту в воду до изменения окраски раствора от желтой до оранжевой (но не розовой). Записать объем израсходованной на титрование кислоты.

22

3. Оттитровать исследуемую воду в оставшихся двух колбах, каждый раз доливая в бюретку кислоту до нулевого уровня.

Требования к отчету. Ответить на вопрос: почему вода, обладающая временной жесткостью, имеет щелочную реакцию? Ответ пояснить соответствующими уравнениями химических реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде. Результаты титрования записать в табл. 2.1.

Рассчитать временную жесткость воды [ммоль/л] по формуле

Жкарб = СнHClVHCl 1000.

VH2O

Лабораторная работа № 3

Определение перманганатной окисляемости воды по методу Кубеля

Перманганатная окисляемость воды – это величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых (при определенных условиях) одним из сильных химических окислителей, в данном случае с помощью перманганата калия (марганцовки). Этот показатель отражает общую концентрацию органики в воде. Перманганатная окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление всех окисляемых веществ, содержащихся в 1 дм3 воды.

Для определения перманганатной окисляемости [мгО/л], как правило, применяется метод Кубеля, сущность которого состоит в окислении присутствующих в пробе веществ раствором перманганата калия с нормальной концентрацией 0.02 моль/л при кипячении в сернокислой среде в течение 10 мин. Диапазон определяемых методом Кубеля значений перманганатной окисляемости – от 0.5 до 10 мгО/л. Пробы с окисляемостью более 10 мгО/л перед анализом необходимо разбавлять.

Определению мешают хлориды в концентрациях более 300 мг/дм3, железо (II), сероводород, нитриты. Для устранения мешающего влияния хлоридов в колбу с пробой перед прибавлением серной кислоты вносят 0.4 г сульфата ртути.

23

Цель работы: научиться определять перманганатную окисляемость воды по методу Кубеля.

Посуда, приборы и реактивы:

1.Коническая колба для кипячения; воронка; штатив с бюреткой.

2.Серная кислота (1:3); перманганат калия (0.02 моль-экв/л); щавелевая кислота (0.01 моль-экв/л).

Ход лабораторной работы:

1.В колбу для кипячения поместить 20 мл анализируемой пробы воды, добавить раствор серной кислоты (1:3) в количестве 2.5 мл. Туда же стеклянной пипеткой добавить 10 мл раствора перманганата 0.02 моль-экв/л. Содержимое колбы перемешать покачиваниями руки.

2.Колбу накрыть воронкой для уменьшения испарения и поставить на плитку.

3.По истечении 10 мин кипячения в колбу к горячему раствору пипеткой добавить 10 мл 0.01 моль-экв/л стандартного раствора щавелевой кислоты и ждать до обесцвечивания раствора.

4.Горячий (80…90 º С) обесцвеченный раствор оттитровать рабочим раствором перманганата калия (0.002 моль-экв/л) до бледно-розового оттенка, сохраняющегося не менее 30 с.

5.Выполнить холостой опыт, повторив пп. 1–4, используя в качестве пробы 20 мл дистиллированной воды, не содержащей восстановителей. При титровании в холостом опыте аналогично определить количество раствора перманганата (VX ). Расход раствора перманганата не должен превышать 3 мл.

Требования к отчету. Значение перманганатной окисляемости [мгО/л] по Кубелю (Х) рассчитывают по формуле

X = (V1 -V0 ) KCKMnO4 ×8 ×1000 ,

V

где V1, V0 – количество раствора перманганата с концентрацией 0.02 моль-экв/л, израсходованное на титрование пробы и в холостом опыте соответственно, мл; K – поправочный коэффициент на концентрацию раствора перманганата (при 0.995 < K < 1.005 его принимают равным 1.00); V – объем пробы, взятой на анализ (50 мл).

Результат анализа округлить: при значениях перманганатной окисляемости менее 10 мгО/л – до 0.1 мгО/л; от 10 до 100 мгО/л – до 1.0 мгО/л.

24

Лабораторная работа № 4

Определение хлорид-ионов методом аргентометрии

Метод аргентометрии основан на образовании в нейтральной или слабощелочной среде (рН от 7 до 10) практически нерастворимого хлорида серебра:

AgNO3 + Cl− → AgCl ↓ + NO3−.

В качестве индикатора в раствор добавляют K2CrO4. Окончание титрования устанавливают по образованию хромата серебра, окрашивающего раствор в оранжевый цвет.

Метод позволяет определять от 2 до 40 мг хлорид-ионов в пробе. Цель работы: освоить метод осадительного титрования.

Приборы, посуда, материалы и реактивы:

1.Штатив с бюреткой на 25 мл.

2.Воронка; мерная пипетка на 5 мл; стакан для раствора нитрата серебра; конические колбы для титрования на 50 мл, промывалка; груша.

3.Фильтровальная бумага; индикаторная бумага.

4.0.02н раствор нитрата серебра; 0.1н раствор перманганата калия; 0.1М раствор щавелевой кислоты; 5 %-й раствор сульфида натрия; образец правильно оттитрованной пробы.

Ход лабораторной работы:

1.Получить у преподавателя задачу.

2.Устранить влияние сульфид-ионов S2−. Для этого в пробу добавить при перемешивании 2–7 капель раствора перманганата калия до бледнорозового окрашивания. Колбу с пробой поставить на плитку и нагреть почти до кипения.

3.Снять колбу с плитки и при постоянном перемешивании добавить раствор щавелевой кислоты до обесцвечивания раствора пробы. Охладить колбу. Если в процессе охлаждения выпал бурый осадок диоксида марганца ( MnO2 ), его следует отфильтровать.

4.Определить рН раствора. Если водородный показатель не попадет в интервал от 7 до 10, то следует с помощью соляной кислоты или гидроксида натрия довести его до этого значения.

5.Отобрать в коническую колбу на 50 мл аликвоту из пробы объемом 5 мл, добавить с помощью мерного цилиндра 10 мл дистиллированной воды, затем 5 капель 5 %-го раствора хромата натрия.

25

6. Титровать раствором 0.02н нитрата серебра до появления оранжевого окрашивания. Процедуру титрования повторить 3 раза (или до валидности результатов). Результаты эксперимента занести в табл. 4.1.

7. Вычислить массовую концентрацию [мг/дм3] хлорид-ионов (Х) по формуле

X = VAgNO3 × NAgNO3 ×35.5 ×1000 ,

Va

где VAgNO3 – объем азотно-кислого серебра, пошедший на титрование; NAgNO3 –

нормальность раствора азотно-кислого серебра; 35.5 – масса эквивалента хлорид-ионов; Va – объем пробы, взятый на титрование.

8. Вычислить относительную погрешность измерений.

Требования к оформлению отчета. Отчет должен содержать получен-

ные экспериментальные данные и математическую обработку результатов.

Лабораторная работа № 5 Анализ водной вытяжки грунта

В данной лабораторной работе необходимо провести качественные реакции определения ионов на демонстрационных растворах.

Реакция NH+4 с реактивом Несслера. Реактив Несслера (смесь ком-

плексной соли K2 [HgI4 ] и КОН) образует с катионом аммония краснобурый осадок:

NH+4 + 2[HgI4 ]2- + OH- → [OHg2NH2 ]I ↓ + 7I- + 3H2O.

Реакция окисления хрома (III) в хром (VI). Многие окислители (такие как

H2O2, Cl2, KMnO4) переводят хром (III) в хром (VI). При этом в кислой среде образуются анионы бихроматы, в щелочной – хроматы. Например, реакция с KMnO4 в присутствии NaOH.

К 2–3 каплям раствора раствора соли Cr3+ прибавьте столько капель 2н раствора едкого натра, чтобы образовавшийся осадок растворился. Затем до-

26

бавьте 2–3 капли раствора KMnO4. Наблюдайте переход зеленой окраски

хромит-аниона в желтую – хромат-аниона CrO24− и выпадение осадка диоксида марганца (MnO2).

Реакция с гексацианоферратом II калия K4 [Fe(CN)6 ] . Гексацианофер-

рат II калия дает с катионом двухвалентного железа темно-синий осадок берлинской лазури:

3Fe2+ + 2[Fe(CN)6 ]4− → Fe2 ([Fe(CN)6 ])3 ↓ .

Реакция Mn2+ со щелочами. Щелочи KOH и NaOH образуют с Mn2+

белый осадок гидроксида марганца (II). Он растворим в кислотах, но не растворяется в избытке щелочи. Кислородом воздуха постепенно окисляется до бурого оксида марганца (IV).

Реакция Co2+ с роданидом аммония. Роданид аммония образует в присутствии органических растворителей с ионом кобальта комплексный ион

[Co(CNS)4 ]2− синего цвета. Выполнению этой реакции мешает катион Fe3+ , поэтому при определении кобальта ионы железа предварительно маскируют действием NaF.

Реакция Чугаева. Диметилглиоксим выделяет никель из растворов в виде кристаллического ало-красного осадка комплексной соли. К 2–3 каплям

раствора соли Ni2+ прибавьте 3–5 капель NH4OH и 2–3 капли 1 %-го спиртового раствора диметилглиоксима. Выполнению этой реакции мешает ион Fe2+ , дающий с реактивом Чугаева соединение красного цвета.

Определение Cl– . К раствору, содержащему хлорид-ионы, добавьте несколько капель нитрата серебра. При этом наблюдается выпадение белого осадка AgCl.

Определение SO24– . К раствору, содержащему сульфат-ионы, добавьте несколько капель хлорида бария. При этом наблюдается выпадение белого осадка BaSO4.

Цель работы: освоить навыки качественного анализа ионов в водной вытяжке грунта.

Посуда и реактивы:

1.Пластиковый стакан; стеклянный стакан; стеклянная палочка; воронка; штатив с пробирками; промывалка.

2.Набор реагентов для качественного определения ионов.

27

Ход работы:

1.Получить у преподавателя образец грунта в пластиковом стакане.

2.Сделать водную вытяжку. Для этого добавить 5-кратный избыток дистиллированной воды и интенсивно перемешивать в течение 5 мин. Полученную суспензию отфильтровать через фильтр «синяя лента» в другой стакан.

3.На демонстрационных растворах провести качественные реакции на

обнаружение ионов Cr3+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, NH+4 , SO24– , Cl– .

4.Все реакции записать в отчет с описанием наблюдаемых качественных изменений.

5.Провести анализ водной вытяжки на качественное содержание в ней

этих же ионов. Не забудьте, пожалуйста, что для определения каждого

иона необходимо отбирать небольшое количество приготовленной вытяжки в пробирку, а не добавлять реагенты во весь объем вытяжки!

6. Проверить водную вытяжку на наличие ионов PO34– . Для этого к аликвоте вытяжки добавьте несколько капель серной кислоты. Далее добавьте в пробирку молибдат аммония ( NH4 )2 MoO4. Появление желтого окрашивания будет свидетельствовать о наличии фосфат-ионов по образованию

Требования к отчету:

1.Отчет должен содержать уравнения всех проведенных аналитических реакций с расставленными стехиометрическими коэффициентами.

2.Окислительно-восстановительные реакции должны быть уравнены ионно-электронным методом.

3.В отчете должен содержаться вывод о возможности качественного

определения ионов Cr3+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, NH+4 , SO24– , Cl– в

совместном присутствии.

Лабораторная работа № 6 Определение вещества методом бумажной хроматографии

Хроматография – это физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами – подвижной и неподвижной. Неподвижной фазой обычно служит твердое вещество (сорбент), пленка жидкости, нанесенная на твердое вещество, или бумага. Подвижная фаза представляет собой жидкость или газ, протекающий через неподвижную фазу.

28

С помощью хроматографии возможны: разделение сложных смесей органических и неорганических веществ на отдельные компоненты, очистка веществ от примесей, концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов, качественный и количественный анализ исследуемых веществ.

Метод обладает высокой разрешающей способностью процесса разделения, обусловленной высокой эффективностью процесса, дающей возможность разделения даже близких по природе, структуре и свойствам веществ.

Бумажная хроматография относится к плоскостным хроматографическим методам. В качестве подвижной фазы используют различные растворители или их смеси, органические и неорганические кислоты. Выбор растворителя зависит от свойств анализируемых соединений. Под действием капиллярных сил растворитель поднимается вверх по пластинке и с разной скоростью переносит за собой компоненты смеси, что приводит к их пространственному разделению. Чтобы растворитель не испарялся с поверхности сорбента, пластинка на время разделения должна быть помещена в герметически закрытую прозрачную камеру. Разделяемые компоненты на пластинке образуют отдельные зоны (пятна). Хроматографирование продолжают до тех пор, пока растворитель не пройдет от линии старта около 10 см до так называемой линии фронта. После этого пластинку вынимают из хроматографической камеры, подсушивают на воздухе и определяют положение пятен.

На практике величину R f рассчитывают как отношение расстояния l,

пройденного веществом, к расстоянию L, пройденному растворителем: R f = l L.

Обычно для расчета выбирают точку в центре пятна. Величина R f зависит

от многих факторов: типа хроматографической бумаги (ее пористости, плотности, толщины, степени гидратации), природы вещества, растворителей, состава подвижной фазы, условий эксперимента (температуры, времени хроматографирования и т. п.).

Цель работы: провести полное разделение смеси пигментов на отдельные компоненты, применяя двумерную хроматограмму.

Материалы, реактивы и оборудование:

1.Листья растений; фильтры бумажные; полоски хроматографической бумаги.

2.Ацетон; бензин; вазелин.

3.Бюксы или фарфоровые чашки; воронки; фарфоровые ступки с пестиками; стеклянные палочки; высокие стаканы или цилиндры; ножницы; пробирки с пробками.

29

и длиной 20 см. Держа бумажную полоску вертикально, кончик ее опустить на несколько секунд в вытяжку пигментов, налитую в бюкс или фарфоровую чашку. При кратковременном погружении вытяжка поднимется по бумаге на 1.0…1.5 см (стартовая линия). Затем бумагу высушить в потоке воздуха и снова погрузить в раствор пигментов. Эту операцию провести 5–7 раз.

3. После этого нижний конец бумажной полоски на несколько секунд

строго вертикальном положении в цилиндр Несслера, на дно которого налит бензин с точкой кипения 80…1200 º С, так чтобы растворитель не касался зоны пигментов. Цилиндр герметически закрыть хорошо подобранной пробкой. Через 15 мин растворитель поднимется на 10…12 см. Смесь пигментов при этом разделится на отдельные компоненты в виде полос, которые располагаются в следующем порядке: первый снизу – хлорофилл «b», над ним – хлорофилл «а», затем – ксантофилл (см. рисунок). Каротин передвигается вместе с фронтом растворителя быстрее других компонентов, и зона его на бумаге располагается выше всех других пигментов.

Требования к отчету. Отчет должен содержать полученные экспериментальные данные, рисунок хроматограммы и расчет величин R f для каж-

дого из идентифицированных веществ.

30