Экспериментальная часть

Определение жесткости воды по концентрации ионов кальция и магния производится на анализаторе "Эксперт–001-3" с помощью ионоселективного электрода "Эком – Са+Mg".

Измерение жесткости производится в следующем порядке.

1. В мерный стакан налить 45 мл исследуемого раствора и определить рН раствора на рН-метре. Допустимый диапазон рН = 7–10. При необходимости откорректировать рН исследуемого раствора прибавлением к пробе воды нескольких капель кислоты или щелочи.

2. Измерить концентрацию Са²⁺, Mg²⁺ на приборе, ммоль/л, перевести полученный результат в единицы жесткости, ммоль экв/л. Результаты записать в табл. 2.2.

3. Для устранения жесткости добавить в стаканчик с исследуемым раствором предложенный реагент для умягчения, перемешать в течение 2–3 мин, дать отстояться и провести экспериментальное измерение жесткости воды после умягчения (табл. 2.2). Заполнить табл. 2.2, записав в нее результаты эксперимента по приведенной форме.

Т а б л и ц а 2.2

Экспериментальное определение жесткости воды

Объем пробы воды, мл	рН исследуемого раствора	рН после корректировки	Результаты измерения жесткости воды
			до умягчения		после умягчения
			по показаниям прибора, ммоль/л	в единицах жесткости, ммоль экв/л	реагент		жесткость
					наименование	количество	по показаниям прибора, ммоль/л	в единицах жесткости, ммоль экв/л

Отчет о работе

Отчет должен включать:

– наименование, цель работы;

– выполнение расчетного задания (по варианту табл. 2.1);

– результаты измерений и расчетов (заполненная табл. 2.2) с приведением реакции умягчения воды в ионной форме;

– выводы по работе.

Лабораторная работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МЕТАЛЛОВ

В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

С учетом значений их электродных потенциалов

Цель работы – изучение химической активности металлов в системе металл – окружающая среда в зависимости от природы металла, природы и концентрации раствора, а также от присутствия примесей в окружающей среде, ускоряющих или замедляющих процессы окисления (разрушения) металлов, т. е. его коррозию.

Металлические материалы – одни из основных конструкционных материалов современности, их роль особенно очевидна на железнодорожном транспорте. При всех их конструкционных достоинствах металлы (кроме благородных) неустойчивы в окружающей среде и разрушаются химически, т. е. окисляются. Процессы окисления металла природе энергетически (термодинамически) "выгодны", поэтому их невозможно исключить, но можно замедлить и таким образом увеличить долговечность металлических конструкций. На сегодняшний день известно, что химическая активность металлов, или их способность к окислению (разрушению), при прочих равных условиях (температуре, давлении и концентрации раствора) находится в связи с их природой, а при одной природе металла – зависит от природы и концентрации раствора (окружающей среды). Эти зависимости отражают величины электродных потенциалов (значения стандартных электродных потенциалов приведены в прил. 2). Для нестандартных условий взаимосвязь величины электродного потенциала от концентрации раствора (окружающей среды) выражается формулой Нернста.

Величина электродного потенциала дает возможность предвидеть термодинамическую долговечность металла и конструкции на его основе. При этом следует иметь в виду, что более отрицательное значение потенциала всегда свидетельствует о более высокой активности металла к окислению (коррозии) и вследствие этого – о меньшей термодинамической стабильности и долговечности всего материала в целом.

Данная лабораторная работа предполагает использование информации об электродных потенциалах как основы прогнозирования химического поведения металлов и материалов на их основе в ситуациях, наиболее часто встречающихся при эксплуатации металлических конструкций в окружающей среде:

– в растворах солей (подземные и грунтовые воды);

– в растворах кислот (кислотные дожди);

– в растворах в присутствии примесей разной природы.

При эксплуатации металла в растворах солей для прогнозирования его термодинамической устойчивости следует учитывать значение его электродного потенциала φ_Ме по отношению к металлу, образующему катион соли в растворе φ_{Ме катиона}. Если электродный потенциал металла φ_Ме более отрицательный, чем потенциал катиона соли в растворе φ_{Ме катиона}, т. е. имеет место неравенство φ_Ме < φ_{Ме катиона}, то металл (металлическая конструкция) окисляется (разрушается, корродирует). Если φ_Ме > φ_{Ме катиона}, то разрушения конструкции в данной окружающей среде не происходит.

Когда один и тот же металл эксплуатируется в растворах одной и той же соли, но разных концентраций, расчет по формуле Нернста показывает разное значение электродных потенциалов; при этом в системе металл – раствор соли металл с потенциалом более отрицательным будет окисляться (разрушаться, корродировать) активнее.

При эксплуатации металлических конструкций в кислых растворах (при выпадении кислотных дождей), т. е. в растворах с рН < 7, необходимо учитывать не только природу металла по значению электродных потенциалов, но и окружающую среду по природе и концентрации раствора кислоты.

На скорость разрушения металла, т. е. его активность, влияют примеси, содержащиеся в окружающей среде (в растворе), – ингибиторы (замедлители) и ускорители. Присутствие ингибиторов в окружающей среде оказывает действие, аналогичное повышению электродного потенциала, – потенциал становится более положительным (φ₁); присутствие ускорителей аналогично понижению электродного потенциала – он будет более отрицательным (φ₂) по сравнению со значением потенциала в окружающей среде без примесей (φ), т. е. имеет место соотношение:

φ₂ < φ < φ₁

примесь – без примесь –

ускоритель примеси замедлитель

коррозии коррозии

Лабораторная работа включает в себя:

1) расчетную часть (по номеру своего варианта из табл. 3.1 и 3.2), выполняемую заранее и являющуюся допуском к работе;

2) выполнение экспериментальной части, включающей 3 опыта;

3) отчет о работе.