lanina_himiya_vody_i_mikrobiologiya_2012
.pdf
|
Задачи |
|
Определение концентрации свободной угольной кислоты |
1. |
Определить концентрацию хлорид-иона в литре воды, если установлено, на |
Объемное определение свободной углекислоты СО2 проводят методом |
|
|
50мл ее идет 3,0 мл 0,005н раствора азотнокислого серебра. |
нейтрализации. К исследуемой воде прибавляют раствор гидроокиси натрия |
|
2. |
Определить количество иона Сl- в бассейне, содержащем 2500 м3, если |
NаОН, при этом растворенный углекислый газ CO2 вступает в реакцию со ще- |
|
|
найдено, что на 100мл ее пошло 4,7 мл 0,01 н раствора АgNО3. |
лочью и переходит в гидрокарбонат: |
|
3. |
Сколько килограммов NаСl нужно затратить для того, чтобы извлечь из |
|
СО2+ NаОН↔ NаНСО3 |
|
раствора ион серебра, содержащийся в количестве 0,1 мг/л в воде бассейна |
Точка эквивалентности соответствует такому значению рН, при котором в |
|
|
емкостью 1525 м3? |
воде находятся гидрокарбонаты (рН = 4,2). Индикатор, определяющий точку |
|
4. |
В виде каких солей находятся хлориды в воде? |
перехода – метиловый оранжевый (желто-оранжевая окраска при рН ≥ 4,2, ро- |
|
5. |
Чем обусловлено содержание хлоридов в природных водах? |
зовая - при рН ≤ 3,3 ). Вследствие того, что окраска титруемого раствора изме- |
|
6. |
Каким методом определяют содержание Сl-ионов? |
няется постепенно, конец реакции определяют, сравнивая полученную окраску |
|
7. |
Определить массу осадка, который образуется при сливании раствора |
с интенсивностью окраски раствора – «свидетеля». В качестве «свидетеля» при- |
|
|
ВаСl2 (с = 5%) и раствора Nа2SО4 массой 10 г (с = 8%) и концентрацию |
меняют раствор, приготовленный следующим образом. Вначале 2г СuCl2·6Н2О |
|
|
хлорид-ионов в образовавшемся растворе. |
и СuSО4·5 Н2О растворяют в мерной колбе емкостью 200мл, прибавляют кон- |
|
8. |
Вычислить объем раствора NаОН (с = 4%; ρ = 1,04 г/мл) который потребу- |
центрированной НCl и доводят до метки дистиллированной водой. Затем, раз- |
|
|
ется для полной нейтрализации соляной кислоты (с = 6%; ρ = 1,03 г/мл). |
бавляя 20мл приготовленного раствора до 200 мл исследуемой водой, получают |
|
9. |
Какое количество НСl нужно растворить в 100г воды, чтобы получить кон- |
для сравнения раствор – «свидетель». Чтобы не было потерь СО2, титруют в |
|
|
центрацию Сl-ионов 10мг/л. |
колбе, закрытой резиновой пробкой с отверстием, через которое и ведут титро- |
|
|
|
вание. |
|
|
|
Реактивы: |
|
|
|
1. |
0,1н NаОН |
|
|
2. |
Метиловый оранжевый (0,1%) |
Ход работы
В коническую колбу на 250мл осторожно отмерить пипеткой с сифоном 100мл исследуемой воды. Внести 2-3 капли метилового оранжевого, закрыть пробкой и перемешать. Через отверстие в пробке опустить в колбу кончик бюретки с рабочим 0,1 н раствором NаОН и титровать пробу до исчезновения розового оттенка, (сравнить с окраской «свидетель»).
Расчет
ХСО2 = |
Э V1 |
N 1000 |
, |
|
V2 |
||
|
|
|
где ХСО2 – содержание свободной двуокиси углерода, мг/л; Э – эквивалент СО2 в данной реакции (44);
V1 – объем рабочего раствора NаОН, пошедший на титрование пробы, мл; N – нормальность рабочего раствора NаОН;
V2 – объем исследуемой воды, мл. Опыт повторить три раза.
28 |
21 |
Результаты записать в виде таблицы:
Объем NаОН, пошедший |
Объем исследуемой |
Содержание СО2, мг/л |
на титрование пробы, V1, мл |
воды, V2, мл |
|
|
|
|
Определение карбонатов и гидрокарбонатов
При одновременном присутствии в воде ионов НСО3- и СО3- определение ведут в одной пробе, нейтрализуя рабочим раствором соляной кислоты щелочность, создаваемую этими ионами. Определение основано на изменении содержания различных форм углекислоты в зависимости от величины рН. В кислой среде ионы НСО3- и СО3- переходят в свободную форму. Карбонаты с соляной кислотой взаимодействуют в две стадии. На первой стадии карбонаты переходят гидрокарбонаты по уравнению:
Nа2СО3 + НCl ↔ NаНСО3+ NаCl
NаНСО3 ↔ НСО3- +Nа+
Образовавшиеся гидрокарбонаты на второй стадии переходят в свободную углекислоту:
НСО3- + Н+↔ Н2О + СО2 Таким образом, можно считать, что объем кислоты, затраченный на пере-
вод СО32- в НСО3-, соответствует половине содержащихся в воде карбонатов. Проба воды титруется соляной кислотой в присутствии индикатора фенолфталеина, дающего переход окраски при рН = 8,3 (рН≤ 8,3 бесцветный , рН ≥ 8,3 малиновый). Проба, оттитрованная рабочим раствором кислоты в присутствии фенолфталеина, содержит гидрокарбонаты, ранее находившиеся в воде, и гидрокарбонаты, образовавшиеся из карбонатов. Гидрокарбонаты переводят в свободную углекислоту последующим титрованием пробы кислотой в присутствии смешанного индикатора, в состав которого входят метиловый оранжевый в количестве 0,1 г и индигокарминовый – 0,75 г, растворенные в 100 мл дистиллированной воды. Переход окраски от фиолетовой к зеленой происходит при
3,3 ≤ рН ≤ 4,4.
При расчете концентрации ионов СО32- принимается объем соляной кислоты, израсходованной на титрование пробы с фенолфталеином. При расчете концентрации гидрокарбонатов в воде из объема кислоты, израсходованного на титрование воды в присутствии смешанного индикатора, вычитается объем, пошедший на ее титрование фенолфталеином.
Карбонат-ионы содержатся в щелочных водах. Обычно питьевая вода не содержит карбонатов. На это указывает отсутствие розовой окраски при при-
22
значений с помощью раствора азотной кислоты 0,1 моль/дм3 или 0,4% раствором гидроксида натрия, контролируя величину с помощью универсальной индикаторной бумаги. В колбу добавляют 1 см3 раствора хромата калия и при непрерывном перемешивании медленно титруют пробу из бюретки раствором нитрата серебра Ag(NO)3. При титровании вначале появляется белый осадок хлорида серебра AgCl. При приближении к концу титрования возникает оранжевая окраска хромата серебра Ag2CrO4. Конец титрования определяют по неисчезающей при перемешивании оранжевой окраске, появляющейся от одной капли раствора Ag(NO)3.
Одновременно с титрованием анализируемых проб для учета ошибки при приготовлении индикатора выполняют титрование холостой пробы – 50 см3 дистиллированной воды.
Массовую концентрацию хлоридов в анализируемой воде находят по формуле:
Cхл = 35,45 (V −Vхол) 0,05 1000 , мг/дм3, 50
где V – объем раствора нитрата серебра, израсходованного на титрование анализируемой пробы, см3;
Vхол – объем раствора нитрата серебра, израсходованного на титрование холостой пробы, см3.
Вопросы
1.Каковапредельнодопустимая концентрацияхлоридоввпитьевойводе?
2.Назовите методы определения хлорид-ионов в воде.
3.Почему титрование необходимо проводить в нейтральной среде?
4.Как влияет повышенная концентрация хлорид-ионов на растительность и гидробионты?
5.Какие химические элементы относятся к амфотерным?
6.Напишите уравнения химических реакций, сопровождающих метод определения концентрации хлорид-ионов в воде?
27
ствия атмосферных осадков с почвами, особенно засоленными, а также при вулканических выбросах. Вследствие большой растворимости хлористых солей ион хлора Cl- присутствует почти во всех водах. Наибольшей растворимостью обладают хлористый магний MgCl2 (545 г/л) и хлористый натрий NaCl (360 г/л).
В отличие от сульфатных и карбонатных ионов хлориды не склонны к образованию ассоциированных ионных пар. Из всех анионов хлориды обладают наибольшей миграционной способностью, что объясняется их хорошей растворимостью, слабо выраженной способностью к сорбции взвешенными веществами и потреблением водными организмами.
Принцип метода
Титриметрический метод определения массовой концентрации хлоридов в воде основан на образовании трудно растворимого белого творожистого осадка хлорида серебра при прибавлении раствора нитрата серебра к анализируемой воде:
AgNO3 + Cl- → AgCl↓ + NO3-
Образование белого осадка хлорида серебра происходит до тех пор, пока в растворе содержаться ионы хлора. По достижении точки эквивалентности добавление одной капли нитрата серебра приводит к образованию краснокоричневого осадка хромата серебра:
Ag+ + K2CrO4 → Ag2CrO4↓ + K+
Титрование проводят в нейтральной или слабощелочной среде (рН 7-10), поскольку хром является амфотерным металлом и в кислой среде не образуются соли хромовой кислоты (хромат серебра), а в сильнощелочной возможно образование бурого осадка оксида серебра.
Оборудование, материалы, реактивы:
Колбы конические |
250 мл |
Пипетки |
50, 1 мл |
Бюретка |
25 мл |
Раствор нитрата серебра |
0,05 моль/дм3 |
Раствор хромата калия K2CrO4, |
10 % |
Раствор азотной кислоты HNO3, |
0,1 моль/дм3 |
Раствор гидрооксида натрия NaOH, |
0,4 % |
Ход работы
В коническую колбу вместимостью 250 см3 помещают с помощью пипетки 50 см3 пробы воды. Активная реакция исследуемой воды должна находиться в пределах 7 ≤ рН ≤ 10, в противном случае значение рН нужно довести до этих
26
бавлении к пробе фенолфталеина. В этом случае в воде определяют только гидрокарбонаты титрованием соляной кислотой в присутствии смешанного индикатора.
Реактивы:
1.0,1 н НСl
2.фенолфталеин (0,1%)
3.индигокарминовый индикатор + метилоранж
Ход работы
Пипеткой отмерить 100мл исследуемой щелочной воды и поместить в
коническую колбу объемом 250мл, после чего внести в колбу 2-3 капли фенолфталеина. Выполнить титрование 0,1 н раствором соляной кислоты до исчезновения розовой окраски. Записать объем кислоты, пошедший на титрование.
К оттитрованной пробе прибавить 2-3 капли смешанного индикатора и титровать 0,1 н раствором НСl до появления зеленой окраски. Объем кислоты, пошедший на титрование записать.
Повторить определение щелочности водопроводной воды.
Расчет
1. Содержание карбонатов:
ХСО32-= V1 N Э 1000 ,
V3
где ХCO32- – содержание в исследуемой воде CO32--ионов, мг/л;
V1 – объем 0,1н HCl, израсходованной на титрование пробы, мл; Э – 60 , эквивалент CO32-.
N – нормальность рабочего раствора NаОН; V3 – объем пробы, мл.
2. Содержание гидрокарбонатов
ХСО3-= (V1 −V2 ) N Э 1000 ,
V3
где V2 – объем 0,1 н НСl, израсходованный на титрование пробы воды в присутствии смешанного индикатора, мл;
Э = 61, эквивалент иона НСО3-, 61.
При наличии в исследуемой воде только гидрокарбонатов, расчет ведут по формуле:
ХНСО3- = V2 N Э 1000 .
V3
23
Результаты проведенных опытов записывают в виде таблицы:
Объем НCl, |
Объем НCl, |
Объем пробы |
Содержание |
Содержание |
израсходованный |
израсходованный на |
воды, |
карбонатов, |
гидрокарбо- |
на титрование |
титрование |
V3, мл |
ХСО32-, мг/л |
натов, ХНСО3-, |
с фенолфталеином, |
со смешанным |
|
|
мг/л |
V1, мл |
индикатором, |
|
|
|
|
V2, мл |
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы и задачи
1.В каких формах содержится углекислота в природных водах?
2.От каких факторов зависит форма нахождения углекислоты в воде?
3.Напишите уравнения 1 и 2 ступени диссоциации угольной кислоты.
4.Напишите формулы для определения констант диссоциации 1 и 2 ступени диссоциации угольной кислоты.
5.Каким методом проводят определение концентрации свободной углекислоты в воде?
6.Какой индикатор применяют при определении концентрации свободной углекислоты в воде?
7.На чем основано определение концентрации карбонатов и гидрокарбонатов
вводе?
8.Напишите уравнение реакции взаимодействия карбонат-ионов с соляной кислотой.
9.Объясните необходимость использования фенолфталеина и смешанного индикатора при определении концентрации карбонатов и гидрокарбонатов
вводе.
10.Почему питьевая вода не содержит карбонат - ионов?
24
Лабораторная работа №4 Определение концентрации хлоридов в воде аргентометрическим методом
Природные воды, дождевая вода, сточные воды содержат хлорид - ионы, в высоко - минерализованных водах хлориды являются преобладающими анионами, их концентрация меняется в широких пределах от нескольких миллиграммов до десятков граммов в морской и пластовой воде.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) хлорид-ионов в питьевой во-
де [1] составляет 350 мг/л. Совместное присутствие ионов натрия и хлора (выше 250 мг/дм3) в питьевой воде придает ей соленый вкус. Отрицательное воздействие на объекты окружающей среды оказывают растворы хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов.
Хлорид кальция CaCl2 оказывает токсическое действие на рыб в концентрациях 500-1000 мг/л, на дафний – 649 мг/л; для растений токсична концентрация 3500 мг/л.
Концентрация хлорида калия l 5 мг/л вызывает частичную гибель окуней через 1,5 ч, под действием 10 мг/л окуни и белорыбица гибнут через 18 ч вследствие распадения жаберного эпителия.
Для большинства сельскохозяйственных культур содержание хлорида магния в концентрации свыше 2,5 % является избыточным. Хлорид лития токсичен для молоди ручьевой форели. Из расчета на катион Li+ хлорид лития оказывает токсичное действие на рыб в пресной воде через сутки в концентрации 100 мг/л, для дафний при концентрации 7,2-16 мг/л. Вызывает симптомы отравлений у растений вследствие аккумуляции в почве и растениях при концентрации 1,2-4,0 мг/л.
Повышенное содержание хлоридов в совокупности с присутствием в воде аммиака, нитритов и нитратов может свидетельствовать о загрязнённости водоема бытовыми сточными водами. Загрязнение воды хлоридами, в частности, может означать, что рядом с вашей скважиной есть "сосед", который сбрасывает промывочные воды после умягчения воды не в канализацию, а в грунт.
Хлориды, как и сульфаты, обусловливают агрессивность воды по отношению к бетону на силикатном цементе, при этом вода становится непригодной и вредной не только для питья, но и для технических целей.
Первичными источниками хлоридов являются магматические породы, в состав которых входят хлорсодержащие минералы (содалит, хлорапатит и др.), соленосные отложения, в основном галит. Значительные количества хлоридов поступают в воду в результате обмена с океаном через атмосферу, взаимодей-
25