сессия / Ekologia / Лаб.раб._Экология / опред.минерализации кодуктометр

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ростовская-на-Дону государственная академия

сельскохозяйственного машиностроения

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и химия»

КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ

ПРИРОДНЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине «Экология»

для студентов 2-го курса

всех специальностей и форм обучения

Ростов-на-Дону

2009

Составители:

кандидат технических наук, доцент В.И. Гаршин

кандидат химических наук, доцент Р.П. Бойко

старший преподаватель Т.А. Таекян

УДК 504.006;331.45 КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПРИРОДНЫХ РАСТ-

ВОРОВ: Метод. указания к лабораторной ра-

боте по дисциплине «Экология»/ Под общей

ред. проф В.Л. Гапонова. — РГАСХМ ГОУ,

Ростов н/Д., 2009. – 8 с.

Рассмотрены основы определения минерализации водных растворов методом прямой кондуктометрии. Результаты экспериментальных измерений представляются графиком, по которому проводится определение концентрации исследуемого раствора.

Предназначены для студентов 2-го курса всех специ­альностей и форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета академии

Рецензент доктор биологических наук, профессор В.В. Киреева

Научный редактор доктор технических наук, профессор В.Л. Гапонов

 Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ростовская—на—Дону государственная академия

сельскохозяйственного машиностроения, 2009

Кондуктометрическое определение минерализации природных растворов

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Вода — самое распространенное на Земле соединение: она образует в основном гидросферу, входит в связанном состоянии в состав различных минералов и горных пород, составляет от 50 до 99 % веса растениий, животных и человека, присутствует в почве и атмосфере (объемная доля 0,1 — 2,8 %).

Природная вода всегда содержит растворенные в ней соли и другие примеси. Состав и количество минеральных и органических примесей определяют каче-ство воды, зависят от природных физико-химических факторов (почва, климат, характер растительности) и колеблются в широких пределах в зависимости от источника.

Пресные воды — содержат до 0,1% растворенных солей.

Минерализованные воды — содержат 0,1–5 % солей.

Рассолы — содержат свыше 0,5 % солей.

Питьевая вода должна содержать не более 1 г/л растворенных веществ согласно требованиям, установленным СанПин 2.1.4.559—96 и ГОСТ 2761—57 и 2874—54.

Важной характеристикой качества любой воды наряду с другими показа-телями является показатель содержания в ней растворенных примесей, называ-емый «общей минерализацией» или «сухой остаток».

Минерализацию воды можно определять различными методами. Одним из них является электрохимический — кондуктометрический метод. Вода с растворенными в ней солями является электролитом, т. е. содержит положительно и отрицательно заряженные ионы. Под действием постоянного электрического тока эти частицы приобретают направленное движение, поэтому природная вода проводит ток, т. е. обладает электропроводностью. Величина электропроводности зависит от концентрации растворенных в воде солей. Метод кондуктометрии основан на измерении электропроводности исследуемой пробы воды для опре-деления концентрации растворенных в ней веществ (общей минерализации воды).

Кондуктометрический анализ имеет ряд преимуществ перед другими мето-дами: измерения можно проводить не только в прозрачных, но и в окрашенных и мутных растворах, анализировать концентрированные и разбавленные растворы. Метод широко используется для определения содержания солей в почвенной, минеральной, морской и речной воде, контроля и оценки загрязненности сточных вод.

Прохождение тока через раствор связано с преодолением сопротивления. Величина, обратная этому сопротивлению, называется электропроводностью.

Различают удельную и эквивалентную электропроводность.

Под удельной электропроводностью æ понимают величину, обратную удельному сопротивлению ρ, т. е. сопротивлению 1 см³ вещества с ребром куба в 1 см: æ = 1/ρ .

Размерность удельной электропроводности Ом^–1·м^–1.

Трудно сделать электролитическую ячейку для измерения электропровод-ности, которая имела бы электроды площадью 1 см², отстоящими друг от друга на расстоянии 1 см и ограниченными плоскими параллельными стенками. Поэтому для любой ячейки определяют коэффициент K, который называется константой электролитической ячейки. И тогда удельную электропроводность можно рассчитывать по формуле: æ = K/R ,

где R –– измеренное сопротивление ячейки.

Однако для характеристики состояния электролитов удобнее пользоваться величиной эквивалентной электропроводности.

Эквивалентная электропроводность λ соответствует проводимости раст-вора, содержащего один эквивалент вещества, объемом V мл, помещенного между электродами, находящимися на расстоянии 1 см, площадью 1 см².

λ= æ/ V.

Если концентрация водного раствора выражена в молярности, то:

V = 1000/C и λ = 1000·æ/С,

где C – молярная концентрация раствора, моль/л.

Размерность λ равна Ом^–1· м²/моль^–1 .

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

1. Кондуктометр К 1-4 (рисунок).

2. Электролитическая ячейка.

3. Стандартные растворы одно- и двухвалентных солей различной концентрации.

4. Исследуемые пробы растворов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Изучить правила работы с кондуктометром и затем приступить к измерениям.

Известно несколько методов кондуктометрического анализа: прямая кондуктометрия, кондуктометрическое и хронокондуктометрическое титрование. В нашей работе мы будем пользоваться первым методом.

Прямая кондуктометрия — метод, позволяющий непосредственно определять концентрации электролита измерением электропроводности воды или раствора с известным качественным составом.

Измерительная часть прибора представляет собой четырехплечий уравновешенный мост.

Балансировку моста производят ручками магазина сопротивлений, двигаясь от больших величин к меньшим. Потом подстраивают попере­менно ручки магазина и ручку балансировки по реактивной составляющей. Для большей чувствительности моста увеличивают сигнал, поворачивая ручку «генератора» по часовой стрелке. Когда мост сбалансирован, считывают вели­чину измеряемого сопротивления.

Погрешность измерений электропроводности растворов составляет ±0,5 %.

1. Получить у преподавателя электролитическую ячейку и стандартные водные растворы известной концентрации.

2. Налить в электролитическую ячейку эталонный раствор, присоединить проводники от электродов к клеммам кондуктометра и измерить сопротивление. Таким же образом провести измерение сопротивления всех эталонных растворов.

3. Заполнить ячейку исследуемым раствором и произвести подобные замеры.

РАСЧЕТЫ

На основе полученных экспериментальных данных:

1. Вычислить константу электролитической ячейки K по формуле:

K = æ ·R , *

где æ ― удельная электропроводность (табл. приложения) стандартных растворов заданных концентраций, R ― измеренное сопротивление для каждой концентрации эталонных образцов.

Полученные данные свести в таблицу:

Заданные концентрации образцов р-ров, C, моль/л	С1 =	С2 =	С3 =
Сопротивление R
Удельная электропроводность æ
Константа электролитической ячейки K
Kср

2. Рассчитать удельную электропроводность исследуемого раствора по формуле*, подставив рассчитанное значение K_ср и измеренную величину сопро-тивления исследуемого раствора.

3. Построить график зависимости удельной электропроводности стан-дартных растворов от концентрации при температуре раствора 25 ºС:

æ, Ом^–1 ·м^–1

,

С, моль/л

4. По построенному графику определить концентрацию исследуемого раствора, исходя из рассчитанной электропроводности.

5. По вычисленной молярной концентрации исследуемого раствора рассчитать его минерализацию в г/л.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лопатин Б.А. Кондуктометрия. ― Новосибирск: АН СССР. Сиб. отд-ние, 1964.

2. Худякова Т.А., Крешков А.П. Кондуктометрический метод анализа: Учеб. пособие для вузов. ― М., Высш. шк., 1975.

3. Левин А.И. Теоретические основы электрохимии: Учеб. пособие для вузов. ― М.: Металлургия , 1972.

4. Краткая химическая энциклопедия / Ред. кол. И.Л. Кнунянц и др. Т. 1. ― М.: Сов. энцикл., 1961.

5. Даниэльс Ф., Альберти Р. Физическая химия. ― М.: Высш. шк., 1967.

Приложение

Молярность раствора моль/л	Удельная электропроводность æ, Ом–1·м–1	Эквивалентная электропровод-ность λ, м2·Ом–1·моль–1
1	11,19	0,01119
0,1	1,289	0,01289
00,1	0,14132	0,01413
0,001	0,01469	0,01469
0,0001	0,001489	0,01489

Учебно-методическое издание

Составители:

ГАРШИН Владимир Иванович

БОЙКО Раиса Петровна

ТАЕКЯН Тамара Аветиковна

КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ

ПРИРОДНЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине «Экология»

для студентов 2-го курса

всех специальностей и форм обучения

Ответственный за выпуск

зав. кафедрой «Безопасность жизнедеятельности и химия»

профессор, доктор технических наук В.Л. Гапонов

Подписано в печать Формат 6084/16

Бумага офсетная. Объем 0,9 усл. п.л. 0,8 уч.-изд. л.

Заказ № Тираж 50 экз.

Редакционно-издательский отдел РГАСХМ ГОУ

Ростов-на-Дону, ул. Страны Советов, 1

Отпечатано в копировально-множительном бюро РГАСХМ ГОУ

8