Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Практикум. Учебное пособие
.pdf
жесткой воды может привести к серьезным заболеваниям желудка,
X
нарушению солевого обмена, развитию мочекаменной болезни и остеохондроза. Жесткость воды влияет на расход несинтетических моющих
средств, например хозяйственного мыла. Поэтому при стирке белья
в жесткой воде приходится добавлять больше моющего средства, смываемого в сточные воды.
Комплексонометрическое титрование ‒ классический метод опреде
-
ления жесткости воды. В основе анализа лежит способность ионов кальция и магния образовывать устойчивые комплексы с трилоном Б.
При проведении титрования происходит химическая реакция:
2+
Ca
+ Mg2+ + 2 H2Y2– ↔ CaY2– + MgY2– + 4H+.
Анализ проводят в буферной системе при рН = 9 и с использованием
металлохромного индикатора эриохром черный Т.
Цель работы. Определение жесткости методом комплексонометри-
ческого титрования.
Объект исследования. Водопроводная вода
Реактивы. Аммонийная буферная смесь с рН = 9, стандартизован-
ный раствор титранта трилона Б, сухой индикатор эриохром черный.
Приборы и материалы.
Конические колбы объемом 250 мл, бю-
ретка для титрования, пипетка объемом 50 мл
ХОД РАБОТЫ
Пипеткой 50 мл отбирают пробу анализируемой воды в коническую
колбу. Затем приливают 5 мл буферной смеси. К анализируемой смеси
приливают небольшое количество индикатора. Раствор окрашивается в
фиолетовый цвет. Затем раствор разбавляют до 100 мл и титруют раствором трилона Б до перемены окраски раствора на синюю.
Проводят три-четыре параллельных титрования, заносят результаты
в
таблицу и рассчитывают жесткость воды по формуле
NV
22
HY HY
Ж 2.8 1000
22
V
HO
2
.
Вычисляют среднее значение жесткости и стандартное отклонение
от среднего. Ответ пишут в виде
XS не забывая про число
сред
,
значащих цифр!
71
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
1. Что такое комплексонометрическое титрование?
2. Что такое жесткость воды?
3. Какой индикатор используется в работе?
4. При каком значении pH проводят анализ?
5. Какие реактивы присутствуют в работе?
6. Какие проборы и оборудование используют в работе?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1. Дайте определение жесткости воды.
2. Какие виды жесткости воды вы знаете? Мера жесткости воды.
3. Почему нежелательно употреблять жесткую воду в пищевых це-
лях и в быту?
4. Дайте определение понятиям «титрование», «точка эквивалент-
ности», «аналитический сигнал», «титрант», «индикатор». Укажите
способы определения точки эквивалентности.
5. В чем состоит сущность комплексонометрического титрования?
Как
проводят комплексонометрическое определение жесткости воды?
7. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ОБЩЕГО ЖЕЛЕЗА
С СУЛЬФОСАЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТОЙ
Показатели безвредности воды по химическому составу определяются веществами, которые могут негативно влиять на здоровье человека, вызывая развитие разнообразных болезней, которые подразделяют
на химические вещества природного происхождения; вещества, которые добавляют в воду в качестве реагентов; химические вещества, которые поступают в воду вследствие промышленного, сельскохозяйственного или бытового загрязнения
источников водоснабжения.
К показателям, характеризующим природный химический состав
воды, относятся: сухой остаток (минерализация общая), водородный показатель (pH), жесткость общая, содержание железа, сульфатов, хлоридов, марганца, меди, цинка.
Концентрация железа в природной воде колеблется от 0.01 до
26 мг/л. В поверхностных водоемах железо содержится в виде стойкого
гуминовокислого железа (III), в подземных водах
– гидрокарбоната
двухвалентного Fe (II).
72
Гидроксид железа (III) плохо растворяется и образует в воде коричневые хлопья, что обусловливает ее цветность и мутность. При значительном содержании железа в воде в результате указанных превращений она приобретает желто-коричневый цвет, становится мутной, с металлическим привкусом.
Предельно допустимая концентрация железа в воде составляет
0.3 мг/л. Если
содержание железа в воде превышает 0.3 мг/л, то человек
будет ее воспринимать как мутную и окрашенную в желто-коричневый
цвет. Если же концентрация железа в воде выше, чем 1 мг/л, то она
имеет вяжущий привкус, который отчетливо ощущается даже в напитках – чае и кофе.
Большое содержание металла может нанести вред
различным системам организма. Как избыток, так и недостаток железа чреват заболеваниями и неприятными симптомами для организма:
болезнями почек, печени, всего ЖКТ;
вялостью, снижением иммунитета;
сухостью кожи и ломкостью волос, аллергическими реакциями
и пр.
Вода с повышенным количеством железа также может навредить
и бытовой технике, поскольку может вызвать:
коррозию сантехники и нагревательных приборов;
ржавые пятна на вещах из стиральной машины;
налет на эмалированных и металлических поверхностях.
Чтобы избежать чрезмерного попадания железа в организм и его
накопления, необходимо вовремя выявить его содержание в воде и принять меры для ее очистки.
Цель работы. Ознакомиться с ГОСТ 4011–72 «Измерение массовой
концентрации общего железа с сульфосалициловой кислотой» и освоить навыки работы на спектрофотометре ЮНИКО 1201.
Объект исследования. Исследуемая проба воды.
Реактивы. Дистиллированная вода, концентрированная соляная
кислота, раствор хлористого аммония, раствор сульфосалициловой кислоты 2 моль/л, водный раствор аммиака 50 %.
Приборы и материалы. Спектрофотометр ЮНИКО 1201, кюветы
толщиной оптического слоя 5 см, нагревательная плитка, коническая
колба, мерная колба, пипетки, универсальная индикаторная бумага, химический стакан.
73
ХОД РАБОТЫ
з
Приготовляют две параллельные пробы воды, используя следующую методику.
1. Отбирают пипеткой 50 мл исследуемой пробы воды в коническую колбу вместимостью 100 мл. Добавляют 2 мл концентрированной
соляной кислоты (в случае отсутствия консервирования пробы при отборе).
2. Пробу воды нагревают до кипения и упаривают до объема
35…40 мл. Раствор охлаждают до комнатной температуры,
переносят
в колбу вместимостью 50 мл, ополаскивают 2 раза по 1 мл дистиллированной водой, сливая эти порции в ту же самую мерную колбу.
3. Затем к полученному раствору прибавляют 1 мл хлористого аммония, 1 мл сульфосалициловой кислоты, 1 мл раствора аммиака, тщательно перемешивают после прибавления каждого реактива.
4. По индикаторной бумаге определяют значение рН раствора
, ко-
торое должно быть ≥ 9. Если рН < 9, то прибавляют еще 1…2 капли
раствора аммиака до рН ≥ 9.
5. Объем раствора в мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой, оставляют стоять 5 минут для развития окраски.
6. Измеряют оптическую плотность окрашенных растворов, используя фиолетовый светофильтр (λ = 420 нм) и кюветы с толщиной оптического слоя 5 см, по отношению к дистиллированной воде, в которую добавлены те же реактивы, и заносят данные в табл. 10.
7. Массовую концентрацию общего железа находят по градуировочному графику (рис. 10).
Результаты исследований
Таблица 10
Результаты фотометрических измерений оптической плотности
растворов
Оптическая
№
плотность
п/п
D, см
1 Самостоя-
2
Концентрация железа,
найденная по градуи-
ровочному графику С,
–1
мг/л
74
Массовая
концентрация
железа Х в ана-
лизируемой
пробе, мг/л
ПДК, мг/л
тельно найти
начение!
р
р
Рис. 10. График зависимости оптической плотности от содержания железа
Массовую концентрацию железа Х в анализируемой пробе, мг/л,
с учетом разбавления вычисляют по формуле
50С
Х
,
V
где
C – концентрация железа, найденная по градуировочному графику,
мг/л;
V – объем воды, взятый для анализа, мл; 50 – объем, до которого
разбавлена проба, мл.
За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных измерений, допустимое расхождение между которыми не должно превышать 25 %. Результат округляют до двух знаков после запятой:
2( )
рр
А
– больший из результатов,
1
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
12
рр
12
2
100 %
– меньший.
,
1. ПДК железа в питьевой воде согласно СанПиН 2.1.4.1074-01.
2. Каким должно быть рН раствора?
3. На какой длине волны проводится исследование?
75
4. С помощью какого светофильтра измеряют оптическую плот-
ность исследуемых растворов?
7. Объем пробы воды для измерения массовой концентрации железа
должен быть не менее…
8. Как находят концентрацию железа в исследуемой пробе?
9. Допустимое расхождение между результатами двух параллель-
ных измерений.
10. Относительно чего измеряют оптическую плотность?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как наличие железа влияет на качество воды? Приведите при-
меры водорастворимых соединений железа.
2. Перечислите способы удаления соединений железа из воды.
3. Напишите уравнения реакций, которые описывают процесс опре-
деления 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.
7. Важнейшие соединения железа (II) и железа (III): примеры, физи-
ческие и химические свойства, способы их получения.
8. Качественная реакция на ион железа (III).
8. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХРОМА
Хром отличается широким разнообразием степеней окисления
+2
(от Cr
и катионы. В природе распространены в основном соединения хрома Cr
и Cr
до Cr+6) и способностью образовывать комплексные анионы
+6
. Высокоокисленные формы хрома менее устойчивы. Главными
+3
источниками хрома в биосфере являются промышленные отходы (гальванические осадки, отходы кожевенных заводов и производств, где
хром входит в состав пигментов и красителей), осадки сточных вод, отвалы шлаков при производстве феррохрома, хромовых сталей; некоторые фосфорные удобрения содержат хром в количестве до 10 мг/
Поступающий из антропогенных источников Сr
восстанавливается до Сr
3+
, а затем сорбируется взвесью и донными
76
6+
в пресных водах
кг.
осадками. Соединения хрома токсичны, кроме того, поступление бытовых стоков в реки вызывает резкое падение содержания растворенного
кислорода и образование сероводорода. Относительно высокая скорость осаждения хрома в городах ведет к существенному загрязнению
почв. Например, в Копенгагене (Дания) среднее содержание хрома
в почве составляет 85 мг/кг, тогда как в штате Нью
-Джерси (США) –
9.3 мг/кг.
Случаев значительного загрязнения хромом поверхностных вод зафиксировано немного. Концентрации растворенного хрома в незагрязненных озерах и реках обычно колеблются в пределах 1…2 мкг/л,
а в океане – 0.05…0.5 мкг/л. Более высокие значения (5…50 мкг/л) были
обнаружены в некоторых крупных реках, протекающих через индустриальные районы. Это
обычно связано со сбросами в них стоков крупных
промышленных предприятий.
Цель работы. Количественный анализ содержания хрома в водном
растворе методом градуировочного графика.
Объект исследования. Растворы, приготовленные преподавателем.
Реактивы. 50%-й раствор серной кислоты, стандартный раствор со-
единения хрома, бихромата калия K
, с концентрацией хрома
2Cr2O7
0.1 г/л.
Приборы и материалы.
Спектрофотометр с кюветами 1 см; мерные
колбы на 50 мл; мерные пипетки.
ХОД РАБОТЫ
Приготовленный стандартный раствор K2Cr2O7: 0.0282 г бихромата
калия помещают в мерную колбу объемом 100.0 мл и доводят до метки.
Раствор тщательно перемешивают.
Построение градуировочного графика для хрома на длине волны
430 нм.
С помощью мерных пипеток в мерные колбы на 50 мл отбирают 1,
2, 5 и 10 мл стандартного раствора бихромата калия, добавляют в каждую колбу по 5 мл 50 %-го
раствора серной кислоты, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают. Измеряют оптические плотности полученных растворов при длине волны 430 нм в кювете на 1 см.
Строят градуировочный график в координатах зависимости оптической
плотности
A от концентрации бихромата калия С в стандартных раство-
рах (рис. 11).
77
Оптическая плотность
Рис. 11. Калибровочный график для определения
хрома
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
1. Что нужно для построения градуировочного графика?
2. Как приготовить стандартный раствор соединения хрома, бихро-
мата калия K
2Cr2O7
, с концентрацией хрома 0.1 г/л?
3. На какой длине волны измеряют оптическую плотность раствора?
4. Какие реактивы присутствуют в работе?
5. Какие проборы и оборудование используют в работе?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1. Дайте определение спектрофотометрическому методу анализа.
Квантово-химическая основа оптической спектроскопии. Спектральные
области (зоны). В какой оптической области проводится измерение
в настоящей работе?
2. Сформулируйте закон Бугера–Ламберта–Бера. Объясните значение входящих в него величин. Как выводится этот фундаментальный
закон?
3. Определение коэффициента экстинкции (молярного коэффициента поглощения).
4. Приведите принципиальную схему
спектрофотометра. Источ-
ники излучения. Что такое монохроматор?
78
5. Виды детекторов, используемых в спектрофотометрии. Что такое
спектрофотометрическая кювета? Как влияет длина кюветы на параметры, входящие в закон БЛБ?
6. Экологическое значение методики определения соединений
хрома.
9. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХРОМА
И МАРГАНЦА ПРИ СОВМЕСТНОМ ПРИСУТСТВИИ
В основе анализа лежат различия в спектрах поглощения хрома
и марганца на их характеристических длинах волн. При длине волны
550 нм преимущественно поглощается ион перманганата, в то время как
ион бихромата поглощается при этой длине волны незначительное количество излучения, которым при расчете содержания определяемых
компонентов можно пренебречь. При длине волны 430
нм поглощаются
оба иона, поэтому сразу количественно определить содержание хрома
будет невозможно. Однако суммарная оптическая плотность раствора,
содержащего оба компонента, при длине волны 430 нм представляет собой сумму вкладов каждого иона в общую оптическую плотность. Таким образом, можно составить следующую систему уравнений:
430 430 430
Mn Cr
550 550
Mn
.AA
,AAA
Анализ проводят следующим образом. Стандартные растворы перманганата калия измеряют при двух длинах волн (550 и 430 нм), а растворы бихромата калия только при 430 нм. По полученным данным
строят три калибровочных графика:
1 – зависимость оптической плот-
ности бихромата при 430 нм, 2 – зависимость оптической плотности
перманганата при 550 нм,
3 – зависимость оптической плотности пер-
манганата калия при 430 нм от концентрации (рис. 12).
Проводят спектрофотометрическое исследование анализируемой
пробы, определяя оптические плотности раствора при 550 и 430 нм.
По графику зависимости
2 определяют содержание перманганата в ис-
следуемой пробе. С помощью графика 3 определяют вклад в суммарную
оптическую плотность исследуемого раствора, который вносит содержащийся в пробе перманганат при 430 нм. Затем находят вклад
79
в суммарную оптическую плотность при 430 нм, который вносят ионы
хрома:
430 430 430
AAA
Cr Mn
. С помощью рис. 12 находят содержание
хрома.
Оптическая плотность
Рис. 12. Калибровочные графики для определения
марганца и хрома в совместном присутствии
Цель работы. Определение количественного содержания хрома и
марганца в анализируемом растворе при их совместном присутствии.
Объект исследования. Растворы-задачи, приготовленные препода-
вателем.
Реактивы. 50%-й раствор серной кислоты, стандартные растворы:
раствор соединения хрома, бихромата калия K
ния марганца, перманганата калия KMnO
. Содержание определяемых
4
2Cr2O7
и раствор соедине-
элементов в стандартных растворах составляет 0.1 г/л.
Приборы и материалы. Спектрофотометр с кюветами 1 см; мерные
колбы на 50 мл; мерные пипетки.
ХОД РАБОТЫ
Приготовление стандартных растворов для анализа: 9.1 мл 0.1 н раствора перманганата калия, приготовленного из фиксанала, помещают
в мерную колбу объемом 100 мл. Раствор доводят до метки и перемешивают. 0.0282 г бихромата калия помещают в мерную колбу объемом
100 мл и доводят до метки. Раствор тщательно перемешивают.
Для построения калибровочных графиков в мерные колбы
объемом
50 мл помещают с помощью мерной пипетки 1, 2, 5 и 10 мл стандартных
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]