Контроль качества воды. Учебно-методическое пособие к выполнению лабораторных работ для студентов направления подготовки 08.04.01 «Строительство» проф

натрия. В колбу 2 добавляют 0,5 мл раствора сегнетовой соли и 5 мл 10%-го раствора сульфита натрия. Обе колбы доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. Измеряют оптические плотности растворов в обеих колбах относительно «холостой» пробы, содержащей 0,5 мл раствора хлорида железа (III) и 5 мл 10%-го раствора сульфита натрия и доведенной до 100 мл дистиллированной водой. Вычисляют разницу значений оптических плотностей растворов в колбах 1 и 2 по калибровочной кривой находят концентрацию фенолов.

Для быстрого ориентировочного определения вместо «холостой» пробы берут дистиллированную воду.

Расчет. Содержание многоатомных фенолов (х, мг⁄л) вычисляют по формуле:

х=с∙100V ,

где с ‒ содержание фенолов, найденное с помощью калибровочной

кривой, мг⁄л;

V ‒ объем пробы, взятой для определения, мл;

100 ‒ объем, до которого доведена проба, мл.

Таблица 6.1 ‒ Округление результатов

Вопросы для самоконтроля:

1.Особенности строения ароматических углеводородов.

2.Источники загрязнения водных объектов фенолами.

3.Вредное влияние сточных вод, содержащих фенолы наводные объекты и здоровье населения.

4.Способы очистки сточных вод от фенолов.

32

ТЕСТЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

Выбрать правильный ответ:

1.На Земле доступно для свободного использования пресной воды а) 0,0035%;

б) 3%;

в) 50%.

2.Природной водой называют воду, которая

а) формируется при отсутствии антропогенного воздействия;

б) прошла цикл очистки после использования человеком;

в) прошла через территорию населенного пункта.

3.При смешивании природной и сточной воды получается вода а) денатурированная;

б) сточная;

в) природная.

4.Связи между атомами водорода и кислорода в молекуле воды называются

а) водородными;

б) ковалентными полярными;

в) ковалентными неполярными.

5.Молекулы воды образуют ассоциаты с помощью связей

а) водородных;

б) ковалентных неполярных;

в) ионных.

6. В воде лучше растворяются а) вещества, имеющие в составе полярные группы или ионную связь;

б) жиры;

в) предельные углеводороды.

33

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

№ 1

Вычислить концентрацию ОН‒-ионов в 0,1 н растворе NН4ОН (при 250С).

Решение:

Напишем уравнение константы ионизации NН4ОН :

[NH+][OH−] К = 4 ,

[NH4OH]

обозначим искомую концентрацию ОН‒ - ионов через х и заметим, что по уравнению

NН4ОН↔NН4+ + ОН‒

на каждый образующийся ОН‒ - ион в растворе появляется один NН4+ - ион.

Отсюда

[NН4+] = [ОН‒] = х и [NН4ОН] = С – х,

где С – общая концентрация NН4ОН в растворе.

Следовательно,

x2 = √K(C − x)

Учитывая, степень ионизации NН4ОН в не очень разведенных растворах незначительна, то величина х мала в сравнении с С и ею без заметных погрешностей можно пренебречь. Поэтому

х = √K ∙ C.

Подставляя в полученную формулу численное значение К(NН4ОН)=1,76·10‒5 и

С= 0,1 моль/л, получим

[ОН‒ ] = 1,33·10‒3 моль/л.

№ 2

Найти концентрацию Н+ и НS‒ ‒ ионов в 0,1М растворе Н2S (при 250С).

Решение:

34

Ионы Н+ образуются в основном в результате ионизации Н2S по первой ступени

Н2S ↔ Н+ + НS‒

Ионизация по второй ступени происходит в такой малой степени, что ею можно без заметной погрешности пренебречть. Учитывая это, будем выходить из уравнения

КH HS 8,9 10 8

Н2S H2S

Рассуждая, как в примере 1, получим

х = [Н+] = [НS‒] = К Н2S С = 9,4·10‒5 моль/л.

№3

Вычислить рН буферной смеси СН3СООН + СН3СООNa, что содержит по

0,1 моль каждого из веществ. Показать, как изменяется рН при добавлении к 1 л

смеси:

а) 0,01 моль НСl;

б) 0,01 моль NаОН;

в) при разведении смеси водой в 100 раз.

Решение:

Поскольку для уксусной кислоты рК = 4,76, имеем

рН = 4,76 ‒ lg 00,,11 = 4,76.

Если к 1л этой смеси прибавить 0,01 моля НСl, то 0,01 СН3СООNa

превратится в равное число молей СН3СООН. Следовательно,

рН = 4,76 ‒ lg 0,090,11 = 4,67

35

Подобным же образом при добавлении к 1л раствора 0,01 моля NаОН равное количество молей СН3СООН будет преобразовано в СН3СООNa и

выйдет

рН = 4,76 ‒ lg 0,090,11 = 1,84

При разведении раствора в 100 раз

рН = 4,76 ‒ lg 00,,001001 = 4,76

Следовательно, приведенные вычисления подтверждают положение о способности буферных смесей поддерживать практически постоянный рН при добавлении к ним небольших количеств или кислот щелочей, а также при разведении раствора.

№ 4

Вычислить растворимость ВаSО4 в 0,01М растворе Na2SO4 по упрощенной формуле на основании ПР(ВаSО4) и сопоставить ее с растворимостью этой соли в воде.

Решение:

Обозначим искомую растворимость сульфата бария через х. Эти х молей ВаSО4 дадут по х моль/л Ва2+ и SО42‒. Но SО42‒ ‒ ионы образуются также в результате диссоциации Na2SO4. Учитывая, что каждый моль этой соли дает 1

моль SО42‒, можно написать

[Ва2+] = х; [SО42‒] = 0,01 + х.

Подставив эти значения в упрощенное уравнение для ПР(ВаSО4),

получим

ПРВаSО4 = 1,1·10‒10 = х· (0,01 + х).

Вычисление можно значительное упростить, если учесть, что растворимость ВаSО4 очень мала и, следовательно, величиной х в сравнении с

0,01 можно пренебречь. Сделав это, получим

36

х· 0,01 = 1,1· 10‒10 ; х = 1,1· 10‒8 моль/л.

Растворимость ВаSО4 в воде равняется

b = 1,1 10 10 = 1,05· 10‒5 моль/л.

Таким образом, присутствие 0,01 моль/л Na2SO4 должно снизить растворимость ВаSО4 приблизительно в 1,05· 10‒5:1,1· 10‒8, то есть в 950 раз.

№ 5

Выполнить то же вычисление с учетом коэффициентов активности ионов.

Решение:

Вычислим в первую очередь ионную силу раствора. Потому что растворимость ВаSО4 очень малая, ионная сила определяется практически только концентрацией Na2SO4 .

Создаваемые же Na2SО4 концентрации ионов

[SО42‒] = 10‒2 моль/л; [Na+] = 2·10‒2 моль/л.

Следовательно,

I = 12 (2· 10‒2 + 4· 10‒2) = 0,03.

Найденной ионной силе отвечают значение коэффициентов активности

fBa2+ = fSO24− = 0,54.

Обозначим искомую растворимость ВаSО4 через х и учтя сказанное в примере 1, имеем

х· 0,01· 0,542 = 1,1· 10‒10

тогда

х = 3,8· 10‒8 моль/л.

37

Следовательно, растворимость ВаSО4 снижается под влиянием Na2SO4,

но не в 950 раз, как это было найдено по упрощенной формуле произведения растворимости, а только приблизительно в 280 раз.

№ 6

Исходя из произведения растворимости, можно приблизительно вычислить, при каком рН начинается и заканчивается осаждение того или другого гидроксида.

Решение:

Сделаем подобное вычисление для гидроксида магния (ПР = 6· 10‒10).

Если концентрация Mg2+ в растворе равняется 1· 10‒2 моль/л, то из уравнения

[Mg2+][ОН‒] = ПРMg(OH)2= 6· 10‒10

легко вычислить концентрацию ОН‒, при которой достигается произведение растворимости и начинается осаждение Mg(ОН)2. [ОН‒] равняется

[ОН‒]=√ПРMg(OH)2=2,5· 10‒4 моль/л.

[Mg2+]

рОН = ‒lg (2,5·10‒4) = – (0,4 – 4)= 3,6

рН = 14 – рОН = 14 – 3,6 = 10,4.

Следовательно, осаждение гидроксида магния из 0,01М раствора его соли начинается при рН =10,4.

Осаждение иона можно считать полным тогда, когда концентрация его в растворе снижается до10‒5 – 10‒6 моль/л.

При концентрации Mg2+ - ионов, ровный 10‒6 моль/л, значение [ОН‒]

должно составлять

[ОН‒] = 2,5· 10‒2 моль/л.

Это отвечает рОН = 1,58 и рН = 12,42.

38

№ 7

Электродвижущая сила элемента

Pt(H2)| H+ | Cl‒ | AgCl | Ag

при 253 K равняется 0,517 В. Потенциал насыщенного хлорсеребряного электрода при той же температуре составляет 0,222 В. Вычислить активность ионов водорода и рН раствора.

Решение:

Электродвижущая сила равняется

Е = ЕоAgCl/Ag + Е2Н+/Н2;

Откуда

Е2Н+/Н2= ЕоAgCl/Ag − Е = 0,222 – 0,517 =–0,295;

Е2Н+/Н2= ‒0,059 рН; рН =−−0,2950,059 = 5,0

а(Н+) = 10‒5 моль/л.

№ 8

Молярный коэффициент поглощения комплекса бериллия с ацетилацетоном в хлороформе для волны 295 нм равен 31600.

Какое минимальное содержание бериллия (в %) можно определить в навеске 1мг, растворенной в 50 мл, в кювете с толщиной слоя 5 см, принимая минимальный отсчет по шкале оптической плотности фотоколориметра 0,025?

В окрашенном соединении на атом бериллия приходится молекула ацетилацетона.

Решение:

Применяя закон Бугера-Ламберта-Бера, получаем:

39

Рассчитываем содержание бериллия (в г/50 мл):

1,58 10 7 9,01 50 7,15 10 8 1000

Отсюда содержание бериллия (в %) равняется

7,15 10 8 102 7,15 10 6 1

№ 9

Вычислить потенциал медного электрода в 0,01М растворе хлорида меди и 0,01М растворе сульфата меди при 300С. Какая ошибка будет внесена в расчет, если не учитывать коэффициент активности ионов меди?

Решение:

Потенциал медного электрода рассчитывают по уравнению Нернста

Е = Е0 + 2,3RT lg c , nF

где Е0 – нормальный окислительно-восстановительный потенциал пары

Cu2+/Cu0 = +0,340В,

n – число электронов; с – концентрация ионов меди; 2,3RT/F при 300С

равняется 0,060.

Подставляя данные задачи, получаем:

Е = 0,340 + 0,060 lg 0,02 = 0,340 + 0,030·(‒1,70)= 0,340 – 0,051 = 0,299 В.

2

Для вычисления активности а(Cu2+) рассчитываем ионную силу раствора по уравнению

40