Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая химия. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
Таблица 2.2
P
P
Результаты измерений оптической плотности растворов
и содержания общего железа в исследуемых пробах питьевой воды
Концентрация
Номер
пробы
Оптическая
плотность,
–1
см
1
2
железа, найден-
ная по градуиро-
вочному графику
(с), мг/л
Массовая концентрация железа (Х) в ана-
лизируемой
пробе, мг/дм
Предельно допусти-
мая концентрация
железа в питьевой
воде (ПДК
3
Самостоятельно
найти значение [8]!
), мг/л
Fe
За окончательный результат анализа принимали среднее арифметическое результатов двух параллельных измерений, допустимое
расхождение между которыми не должно было превышать 25 %.
Результат округляли до двух значащих цифр.
Сходимость результатов анализа (А) в процентах вычисляют по
формуле:
2( )
PP
12
100,
–
2
где
A
PP
12
– больший результат из двух параллельных измеренй;
1
меньший результат из двух параллельных измеренй.
2.2.6. Выводы
Контрольные вопросы и задания
1. Как наличие железа влияет на качество воды? Приведите приме-
ры водорастворимых соединений железа.
2. Перечислите способы удаления соединений железа из воды.
3. Напишите уравнения реакций, которые описывают процесс
определения соединений железа в воде с сульфосалициловой кислотой.
4. Принцип работы спектрофотометра.
5. Как построить градуировочный график для фотометрического
метода исследования?
6. Сущность метода измерения массовой концентрации общего же-
леза с сульфосалициловой кислотой.
31
7. Важнейшие соединения железа(II) и железа(III): примеры, физи-
ческие и химические свойства, способы их получения.
8. Качественная реакция на ион железа(III).
В соответствии с приведенным ниже планом дайте характеристику химического элемента:
золото,
кадмий,
марганец,
медь,
никель,
платина,
ртуть,
серебро,
цинк.
План характеристики элемента:
положение в периодической системе химических элементов (по-
рядковый номер, атомная масса, период, группа, подгруппа);
строение атома (заряд ядра; число электронов, протонов,
нейтронов; расположение электронов по энергетическим уровням;
возможные степени окисления);
физические и химические свойства;
распространенность в природе;
влияние на окружающую среду.
Расставьте коэффициенты с помощью электронного баланса в
следующих реакциях:
Cu H SO CuSO SO H O,
1)
24(конц.) 4 2 2
AgNO KOH H O Ag KNO O ,
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
322 32
KBrO MnCl KOH KBr MnO KCl H O,
Mg HNO Мg(NO ) NH NO H O,
FeCl KMnO HCl FeCl MnCl KCl H O,
24 32 2
KMnO H O MnO KOH O H O,
KMnOKSOHSO KSOMnSOHO,
KMnO K SO H O K SO MnO KOH.
422 2 2 2
42324 24 42
4232 24 2
222
3(разб) 3 2 4 3 2
32
Напишите уравнения реакций согласно следующим схемам:
схема 1 Fe FeCl Fe(OH) Fe(OH) Fe O ;
схема 2 Zn ZnO ZnSO Zn(OH) Na ZnO ;
схема 3 Cu CuO CuCl Cu(OH) CuO Cu.
22323
4222
22
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ХЛОРИДОВ
В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ ТИТРОВАНИЕМ
АЗОТНОКИСЛЫМ СЕРЕБРОМ
3.1. Теоретическая часть
Почти все природные воды, дождевая вода, сточные воды содержат
хлорид-ионы. В речных водах и водах пресных озер содержание хлоридов колеблется от долей миллиграмма до десятков, сотен, а иногда и
тысяч миллиграммов на литр. В морских и подземных водах содержание хлоридов значительно выше – вплоть до пересыщенных растворов
и рассолов [6].
Хлориды являются преобладающим анионом в высокоминерализованных водах. Концентрация хлоридов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям, коррелирующим с изменением общей минерализации воды.
Первичными источниками хлоридов являются магматические породы,
в состав которых входят хлорсодержащие минералы, соленосные отложе-
NaCl
ния галита (каменная соль
сильвина (KCl), сильвинита (
), карналлита (
NaCl KClnm
KCl MgCl 6H O
22
) и других минералов [3].
Значительные количества хлоридов поступают в воду в результате обмена с океаном через атмосферу, взаимодействия атмосферных осадков
с почвами, особенно засоленными, а также при вулканических выбросах. Возрастающее значение приобретают промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды [5].
В отличие от сульфатных и карбонатных ионов хлориды не склонны к образованию ассоциированных ионных пар. Из всех анионов хлориды обладают наибольшей миграционной способностью, что объяс-
),
33
няется их хорошей растворимостью, слабо выраженной способностью
s
к сорбции взвешенными веществами и потреблением водными организмами.
С одной стороны, повышенное содержание хлоридов ухудшает
вкусовые качества воды, делает ее малопригодной для питьевого водоснабжения и ограничивает применение для многих технических и хозяйственных целей, а также для орошения сельскохозяйственных угодий. Если в питьевой воде есть ионы натрия, то концентрация хлори-
дов выше
250 мг/дм
3
придает воде соленый вкус. С другой – повы-
шенное содержание хлоридов в совокупности с присутствием в воде
аммиака, нитритов и нитратов может свидетельствовать о загрязнённости бытовыми сточными водами. Загрязнение воды хлоридами, в частности, может означать, что рядом с вашей скважиной есть «сосед», который сбрасывает промывочные воды не в канализацию, а в грунт.
Концентрации хлоридов и их колебания, в том числе суточные, могут
служить одним из критериев загрязненности водоема хозяйственнобытовыми стоками [5].
Интересно, что хлориды, как и сульфаты, обусловливают агрессивность воды по отношению к бетону на силикатном цементе. Кроме того, вода становится непригодной и вредной не только для питья, но и
для технических целей: данные вещества считаются наиболее важными факторами, которые определяют интенсивность локальной коррозии металла.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) хлоридов в воде согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» составляет 350 мг/л [8].
Положение хлора в периодической системе
Хлор (
– химический элемент VII группы, главной подгруппы,
Cl )
2
3-го периода периодической системы, относится к галогенам. Атомный
номер 17, относительная атомная масса 35,453. Природный хлор состоит из смеси двух изотопов – хлора-35 (75,77 %) и хлора-37
(24,23 %) [2, 5].
Строение атома
На валентном уровне атома хлора на р подуровне находится
5 электронов, из них один неспаренный:
22 62 5
122 33
spsp
. Принимая
на р подуровень один электрон, этот подуровень укомплектовывается
34
максимальным количеством электронов и становится термодинамиче-
N
N
1
N
ски устойчивым. Поэтому валентность, равная минус один (–1), для
хлора очень стабильна. За счет присутствия в атоме хлора незанятой
орбитали d-подуровня атом хлора может проявлять и другие степени
окисления (+1, +3, +5, +7) (табл. 3.1).
Т а б л и ц а 3.1
Возможные степени окисления хлора
Возможные
Валентность
степени
окисления
I
+1
−1
III +3 3s2 3p4 3d
V +5 3s2 3p3 3d2 KClO
VII
+7
Электронное
состояние
валентного уровня
5
3s2 3p
3s1 3p3 3d3 KClO
Пример
соединений
aCl
aClO
aClO
2
3
4
Физические свойства
При нормальных условиях хлор – желто-зеленый газ с удушающим
запахом. Газообразный хлор относительно легко сжижается. Начиная с
давления в 0,8 МПа (8 атмосфер), хлор будет жидким уже при комнатной температуре. При охлаждении до температуры в −34
o
С хлор тоже
становится жидким при нормальном атмосферном давлении. Жидкий
хлор – желто-зеленая жидкость, обладающая очень высоким коррозионным действием (за счёт высокой концентрации молекул). Повышением давления можно добиться существования жидкого хлора вплоть
до температуры в +144
ском давлении в 7,6 мПа [5].
Хлор неплохо растворяется в воде: при 10
ется 3,15 л хлора, при 20
называют хлорной водой. Если насытить хлором при атмосферном
давлении холодную (ниже 9,6
товатые кристаллы состава
o
С (критической температуры) при критиче-
o
o
С – 2,3 л. Образующийся раствор обычно
o
С) воду, из раствора выделяются жел-
Cl 6H O
22
. Такие же кристаллы гидрата
С в 1 л воды растворя-
хлора образуются при охлаждении влажного газообразного хлора.
Нагревая гидрат хлора в одном колене запаянной изогнутой трубки и
35
охлаждая второе колено льдом, Фарадей в 1823 году получил жидкий
хлор. Хлор хорошо растворяется во многих органических растворителях; так, в 100 г холодного бензола растворяется около 35 г хлора.
Получение хлора
В лаборатории хлор получают действием концентрированной соляной кислоты на перманганат калия [7]:
16HCl 2KMnO 5Cl 2KCl 2MnCl 8H O.
42 22
Основным методом промышленного получения хлора является
электролиз водных растворов и расплавов хлоридов:
2NaCl 2H O 2NaOH Cl H .
222
При этом образуются еще два ценных химических продукта – водород и гидроксид натрия:
2NaCl 2Na Cl .
электролиз
2
Химические свойства
Хлор один из самых активных неметаллов, несколько менее активный, чем фтор. Хлор легко присоединяет электрон и образует хлориды
со степенью окисления –1. Существуют и положительные степени
окисления хлора вплоть до + 7. Известны следующие оксиды хлора:
Cl O,ClO ,Cl O и Cl O .
2 2 26 27
Все они неустойчивы, могут быть получе-
ны только косвенным путем и являются сильными окислителями, как и
сам хлор [2, 5].
Хлор непосредственно реагирует с металлами и неметаллами:
2Na Cl 2NaCl; 2P 3Cl 2PCl .
223
При взаимодействии хлора с водородом выделяется хлороводород:
Cl H 2HCl.
22
При обычных условиях реакция идет медленно, при сильном
нагревании или освещении – со взрывом.
Хлор не взаимодействует непосредственно с углеродом, азотом и
кислородом.
36
Оксиды хлора реагируют с водой и образуют кислородсодержащие
кислоты: хлорноватистую (HOCl), хлористую (
(
HClO
) и хлорную (
3
HClO
).
4
HClO
), хлорноватую
2
При пропускании хлора в раствор щелочи образуется смесь растворов гипохлорита и хлорида щелочного металла (реакция дисмутации).
Например, хлор взаимодействует с раствором NaOH, образуя гипохлорит (соль хлорноватистой кислоты) и хлорид натрия:
Cl 2NaOH NaClO NaCl H O.
22
При пропускании хлора в раствор KOH образуется бертолетова
соль и хлорид калия:
3Cl 6KOH KClO 5KCl 3H O.
232
Кислород легко отщепляется от молекулы бертолетовой соли при
нагревании в присутствии
2KClO 2KCl 3O .
MnO
32
:
2
,MnO
t
2
Раствор хлора в воде (хлорная вода) содержит две кислоты: соляную
(HCl) и хлорноватистую (HСlO), а также молекулярный хлор (
Cl )
2
Хлорноватистая кислота неустойчивая и распадается на хлорид водорода и кислород:
HClO HCl O .
Выделяющийся при этом атомарный кислород очень активен, за
счет чего хлорная вода является сильным окислителем.
Все соединения с хлором в положительных степенях являются
очень сильными окислителями. Наиболее сильно окислительные свойства выражены у хлорноватистой кислоты, хотя она слабая и неустойчивая. Сила кислот и их окислительные свойства – различные понятия.
Свободные кислородсодержащие кислоты хлора неустойчивы и
кроме хлорной кислоты существуют только в растворе. Все они являются сильными окислителями. В ряду
HClO HClO HClO HClO
234
устойчивость и сила кислот растет, а реакционная способность уменьшается.
Хлороводород (HCl) – бесцветный газ, тяжелее воздуха, хорошо
растворим в воде с образованием соляной кислоты [2, 5].
.
37
В лаборатории хлороводород получают реагированием хлорида
натрия и концентрированной серной кислоты:
NaCl H SO HCl NaHSO .
2 4(конц) 4
В промышленности хлороводород получают сжиганием водорода в
струе хлора. Далее хлороводород растворяют в воде и получают соляную кислоту.
Соляная кислота – сильная одноосновная кислота (при t = 25
7
). С металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода,
1 10K
а
o
взаимодействует с вытеснением водорода из кислоты, например:
ZnHClZnClH.
22
Как восстановитель реагирует с оксидами и гидроксидами многих
металлов:
4HCl MnO MnCl Cl 2H O.
2222
Соли соляной кислоты – хлориды, хорошо растворимы в воде. Образование осадка хлорида серебра (AgCl) при взаимодействии хлорид-
ионов (
Сl
) с ионами серебра (
) используется в качественном ана-
Ag
лизе при определении хлорид-ионов.
3.2. Практическая часть
3.2.1. Цель работы:
C
ознакомиться с ГОСТ 4245–72 «Вода питьевая. Методы опреде-
ления содержания хлоридов» [11];
освоить метод осадительного титрования;
определить содержание хлорид-ионов в пробах питьевой воды;
сделать заключение о целевом использовании исследуемых вод.
Сущность метода
Метод основан на осаждении хлорид-ионов (
или слабощелочной среде азотнокислым серебром (
ствии хромата калия (
KCrO
24
) в качестве индикатора.
38
Cl
) в нейтральной
AgNO
) в присут-
3
После осаждения хлорида серебра (AgCl) в точке эквивалентности
образуется хромат серебра (
Ag CrO
24
), при этом окраска раствора пе-
реходит из лимонно-желтой в оранжево-красную:
Cl AgNO AgCl NO ,
33
K CrO AgNO Ag CrO KNO
24 3 24 3
лимонно-желтая оранжево-красная
Точность метода
1...3 мг/дм
3
.
3.2.2. Характеристика объектов исследования
Объектом исследования являются пробы питьевой воды, отобранной… (далее указывается место отбора пробы).
Объем пробы воды для определения хлоридов должен быть не менее
250 см
3
. Пробы воды, предназначенные для определения хлоридов,
не консервируются [13, 14].
3.2.3. Оборудование и реактивы:
воронки стеклянные;
капельница;
колбы конические, вместимостью
250 см
пипетки мерные без делений, вместимостью 100, 50, 10 и, 1
пробирки колориметрические с отметкой на 5
цилиндр мерный, вместимостью 100
фильтры беззольные «белая лента»;
штатив лабораторный и бюретка 25
или титровальная установка;
0,1 н раствор азотнокислого серебра (титрованный раствор);
0,1 н раствор хлорида калия (титрованный раствор);
10 %-й раствор азотнокислого серебра;
5 %-й раствор хромата калия;
дистиллированная вода;
универсальная индикаторная бумага.
3
;
3
см
;
3
см
;
3
см
со стеклянным краном
см
3
;
39
3.2.4. Порядок выполнения
3.2.4.1. Качественное определение
3
В колориметрическую пробирку наливают 5
ды и добавляют три капли 10 %-го раствора азотнокислого серебра.
Примерное содержание хлорид-иона определяют по осадку или мути в
соответствии с требованиями (табл. 3.2).
Качественный анализа хлорид ионов
Характеристика осадка или мути Содержание Cl–, мг/дм3
Опалесценция, или слабая муть 1…10
Сильная муть 10…50
Образуются хлопья, осаждаются не сразу 50…100
Белый объемистый осадок Более 100
3.2.4.2. Количественное определение
В зависимости от результатов качественного определения отбира-
3
ют 100
доводят до 100
ляются хлориды в концентрации до 100
см
испытуемой воды или меньший ее объем
3
см
дистиллированной водой. Без разбавления опреде-
мг/дм
рН титруемой пробы должен быть в пределах 6…10 (определить
при помощи универсальной индикаторной бумаги).
Если вода мутная, ее фильтруют через беззольный фильтр, промы-
тый горячей водой.
Если вода имеет цветность, пробу обесцвечивают добавлением
гидроксида алюминия. Для этого к 200
см
помощи мерного цилиндра) добавляют мерной пробиркой 6
пензии гидроксида алюминия, смесь встряхивают до обесцвечивания
жидкости. Затем пробу фильтруют через беззольный фильтр. Первые
порции фильтрата отбрасывают.
Отмеренный объем воды вносят в две конические колбы и прибав-
3
ляют мерной пипеткой по 1
см
раствора хромата калия.
Одну пробу титруют раствором азотнокислого серебра до появления слабого оранжевого оттенка, вторую пробу используют в качестве
контрольной пробы.
см
исследуемой во-
Таблица 3.2
см
3
3
сус-
10...50 см
3
.
3
пробы (отмеренной при
и
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]