Лабораторная работа 17 Жёсткость воды

Цель работы: изучить виды жесткости воды и методы ее устранения.

Задание: проделать опыты и определить общую, карбонатную и некарбонатную жесткость воды. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Жёсткость воды обусловливается присутствием в ней солей кальция и магния. Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жёсткость. Временную жёсткость придают воде гидрокарбонаты кальция и магния Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, постоянную − сульфаты и хлориды этих металлов CaSO₄, MgSO₄ и CaCl₂, MgCl₂ Сумма временной и постоянной жёсткости составляет общую жёсткость воды.

Жёсткость воды выражается числом миллимолей эквивалентов ионов Са²⁺ и Мg²⁺, содержащихся в 1 л воды (ммоль/л). Один миллимоль эквивалентов жёсткости отвечает содержанию 20,04 мг/л ионов Са²⁺ или 12,16 мг/л ионов Мg²⁺.

Для определения общей жёсткости воды используется метод комплексонометрии. В основе этого метода лежит титрование воды в присутствии аммиачного буферного раствора и индикатора хромогена чёрного ЕТ-00 раствором комплексона III (трилона Б) до перехода винно-красной окраски в синюю.

В присутствии ионов Са²⁺ и Мg²⁺ индикатор окрашивается в красный цвет, при отсутствии − в синий. При титровании жёсткой воды раствором трилона Б происходит связывание ионов Са²⁺ и Мg²⁺, поэтому в конце титрования индикатор изменяет окраску и раствор становится синим.

Определение карбонатной жёсткости воды сводится к определению концентрации гидрокарбонат-ионов НСО₃^‾ и, тем самым, эквивалентной этим ионам концентрации ионов жёсткости Са²⁺ и Мg²⁺. Анализ проводят методом нейтрализации. В основе этого метода лежит титрование воды в присутствии метилоранжа раствором соляной кислоты до перехода жёлтой окраски индикатора в оранжевую.

Анион НСО₃^‾ в воде гидролизуется:

НСО₃^‾ + Н₂О ↔ Н₂СО₃ + ОН^‾,

поэтому вода имеет щелочную реакцию среды и метилоранж в ней окрашен в жёлтый цвет. При титровании раствором HCl такой воды протекает реакция нейтрализации:

ОН^‾ + Н⁺ ↔ Н₂О

Ионы Н⁺ нейтрализуют количество ионов ОН^‾, эквивалентное концентрации ионов НСО₃^‾.

Анализ воды на жёсткость предполагает обычно:

1. Определение общей жёсткости Ж_о.

2. Определение карбонатной жёсткости Ж_к.

3. Вычисление некарбонатной жёсткости Ж_нк = Ж_о – Ж_к.

Выполнение работы

Опыт 1. Определение общей жёсткости воды

В коническую колбу вместимостью 300 мл отмерить мерной колбой 100 мл анализируемой воды. Добавить к исследуемой воде 5 мл аммиачного буферного раствора, 5-7 капель индикатора хромогена чёрного и медленно титровать раствором трилона Б, постоянно перемешивая, до перехода винно-красной окраски в синюю.

Повторить титрование ещё раз. Если результаты двух титрований совпадут (ΔV £ 0,1 мл), то по полученным результатам рассчитать общую жёсткость. В противном случае необходимо оттитровать пробу воды ещё раз.

Требование к результату опыта:

1. Вычислить общую жёсткость воды по формуле:

Ж_о = (с_эк ^. V₁ ^. 1000) / V₂ ,

где с_эк– молярная концентрация эквивалентов трилона Б, моль/л; V₁– объём раствора трилона Б, пошедшего на титрование, мл; V₂– объём анализируемой воды, мл.

Опыт 2. Определение карбонатной и некарбонатной жёсткости воды

В коническую колбу вместимостью 300 мл отмерить мерной колбой 100 мл воды, добавить к ней несколько капель метилоранжа. Подготовленную пробу оттитровать раствором соляной кислоты до перехода жёлтой окраски индикатора в оранжевую. Чтобы точнее уловить момент изменения окраски, полезно поставить рядом другую колбу, содержащую 100 мл испытуемой воды с 2-3 каплями метилоранжа. Повторить титрование ещё раз. Если результаты двух титрований совпадут (ΔV £ 0,1 мл), то по полученным результатам рассчитать карбонатную жёсткость. В противном случае необходимо оттитровать пробу воды ещё раз.

Требования к результатам опыта:

1. Вычислить карбонатную жёсткость воды по формуле:

Ж_к = (с_эк ^. V₁ ^. 1000) / V₂ ,

где с_эк – молярная концентрация эквивалентов HCl, моль/л; V₁ – объём раствора HCl, пошедшего на титрование, мл; V₂ – объём анализируемой воды, мл.

2. Вычислить некарбонатную жёсткостьводы по разности:

Ж_нк = Ж_о – Ж_к