Лабораторная работа № Определение железа в воде фотометрическим методом

Цель работы.

Изучить методику определения железа с сульфосалициловой кислотой фотометрическим методом.

Пояснения к работе.

В подземных водах железо находится в форме гидрокарбоната железа (II). При попадании в открытые водоемы гидрокарбонат теряет СО₂ , а карбонат гидролизуется с образованием гидроксида железа (II), который реагируя с кислородом, растворенным в воде, образует гидроксид железа (III) и затем оксид железа (III):

Fe(HCO₃)₂ → FeCO₃↓ + H₂O + CO₂↑;

FeCO₃ + H₂O → Fe(OH)₂↓ + CO₂↑;

4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂ → 4Fe(OH)₃ → 2Fe₂O₃*3H₂O.

Таким образом в воде могут находиться соединения железа (II) и железа (III).

Большие количества растворенного в воде железа не оказывают вредного влияния на здоровье людей, но такая вода не пригодна для хозяйственно-бытовых целей. Повышенное содержание железа вызывает окрашивание, помутнение, придает воде запах сероводорода, неприятный чернильный привкус, а в сочетании с гуминовыми соединениями – болотный привкус. Колонии железобактерий могут закупорить просвет трубопроводов. Вода с повышенным содержанием железа непригодна для использования в ряде отраслей промышленности.

ГОСТ 2874-82 устанавливает для воды водопроводов ПДК железа, равную 0,3 мг/дм³. Для воды местных источников водоснабжения допускается содержание железа 0,5-0,6 мг/дм³. Для водопроводов, подающих воду без специальной обработки по согласованию с СЭС, допускается содержание железа до 1 мг/дм³.

Принцип метода.

Фотометрический метод определения массовой концентрации общего железа основан на образовании сульфосалициловой кислотой или ее натриевой солью с солями железа окрашенных комплексных соединений, причем в слабокислой среде сульфосалициловая кислота реагирует только с солями железа (3^-) (красное окрашивание), а в слабощелочной среде – с солями железа (2⁺) и (3⁺) (желтое окрашивание).

Оптическую плотность окрашенного комплекса для железа общего измеряют при длине волны λ = 425 нм, для железа (3⁺) при длине волны λ = 500 нм.

1. При рН<3 образуется комплексное соединение фиолетового цвета, имеющего состав 1:1, моносульфосалицилат железа.

2. При увеличении рН до 4…9 образуется красное комплексное соединение, имеющее состав 1:2. При рН = 4 сульфосалициловая кислота находится в растворе в виде анионов HSal ^-. Поэтому происходит реакция:

В этом соединении железо имеет координационное число 4.

3. При рН>9-11,5 образуется желтый комплекс состава 1:3, трисульфосалицилата железа.

4. При рН>12 происходит разложение комплекса с выделением в осадок гидроксида железа.

pH = 2-4 (3⁺)

Fe³⁺ + H₂Sal^2- → [FeSal]⁺ + 2H⁺

pH>4 (Fe²⁺)

[FeSal]⁺ + H₂Sal^2- → [FeSal₂]^- + 2H⁺

pH = 8-10 (Fe²⁺ + Fe³⁺)

[FeSal₂]^- + H₂Sal^2- → [FeSal₃]^3- + 2H⁺

Задание.

1. Изучить методику определения содержания железа в воде фотоколориметрическим методом.

2. Отобрать пробу воды.

3. Выполнить определение содержания железа фотоколориметрическим методом.

4. Оформить содержание отчета.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Оборудования и реактивы:

Оборудование.

Подготовку спектрофотомера или фотоэлектроколориметра к работе проводят в соответствии с рабочей инструкцией по эксплуатации прибора.

Реактивы.

1. Приготовление 20 % раствора сульфосалициловой кислоты. Навеску сульфосалициловой кислоты (20,0 г) помещают в колбу, растворяют в 80 см³ дистиллированной воды.

2. Приготовление раствора аммиака (1:1). Смешивают равные части аммиака концентрированного и воды дистиллированной.

3. Приготовление раствора хлорида аммония. Навеску хлорида аммония (107 г) помещают в мерную колбу вместимостью 1000 см³, растворяют в дистиллированной воде и доводят до метки дистиллированной водой. Срок хранения – 1 неделя.

4. Приготовление основного раствора из СО с аттестованным содержанием. Раствор готовят в соответствии с прилагаемой к образцу инструкцией. 1дм³ раствора должен содержать 100 мг железа. Срок хранения – 1 месяц.

5. Приготовление рабочего раствора. Его готовят в день проведения анализа разбавлением основного раствора в 10 раз дистиллированной водой. В 1 дм³ раствора содержится 10 мг железа.

Расчет концентрации Fe³⁺ в градуировочных растворах:

Концентрация Fe³⁺ в основном растворе:

Fe(NH₄)*(SO₄)₂*12H₂O - Fe³⁺

С Fe(NH₄)*(SO₄)₂*12H₂O = г/ дм³ - С Fe³⁺₅ г/ дм³

M Fe(NH₄)*(SO₄)₂*12H₂O = г - M Fe³⁺= г

С Fe³⁺ (г/ дм³) осн.р. =

С Fe³⁺ (мг/ дм³) осн.р.=

Концентрация Fe³⁺ в рабочем растворе:

Концентрация Fe³⁺ в градуировочных растворах:

Работа в лаборатории.

1. Построение градуировочного графика.

Для его построения необходимо приготовить образцы для градуировки с массовой концентрацией железа от 0,1 до 10,0 мг/дм³. Условия анализа, его проведение должны соответствовать условиям выполнения измерений и выполнению измерений.

Состав и количество образцов для построения градуировочных графиков приведены в таблице 3. Погрешность обусловленная процедурой приготовления образцов для градуировки, не превышает 2,5%.

Таблица 3. Состав и количество образцов для градуировки при анализе железа.

№ п/п	Массовая концентрация железа в градуировочных растворах, мг/дм3	Аликвотная часть растворов (см3), помещенных в мерную колбу на 100 см3
		Рабочий раствор с концентрацией 10 мг/дм3 График 1 (кювета 50 мм)	Основной раствор с концентрацией 100 мг/дм3 График 2 (кювета 10 мм)
1		0,00
2		1,00
3		2,50
4		5,00
5		7,50
6		10,00	-1,00
7			2,50
8			5,00
9			7,50
10			10,00

Анализ образцов для градуировки проводят в порядке возрастания их концентрации. Для построения градуировочного графика каждую искусственную смесь необходимо фотометрировать 3 раза с целью исключения случайных результатов и усреднения оптической плотности, а по оси абсцисс – величину концентрации вещества в мг/дм³.

2. Выполнение определений.

Определение железа общего(2^-,3^-).

Если в обработке пробы озолением нет необходимости, то к отобранному объему (100 см³ и менее) добавляют 0,5 см³ азотной кислоты концентрированной. И упаривают раствор до 1/3 объема.

Полученный раствор, с концентрацией от 0,1 до 10,0 мг/дм³, помещают в мерную колбу на 100 см³, нейтрализуют раствором аммиака до рН = 7-8 по индикаторной бумаге, приливают 2,0 см³ аммония хлористого, 2,0 см³ сульфосалициловой кислоты. Доводят до метки дистиллированной водой. Тщательно перемешивают и оставляют на 5 минут до полного развития окраски (рН>8, желтая).

Оптическую плотность полученного раствора измеряют при длине волны λ = 425 нм, в кювете с длиной поглощающего слоя 50 или 10 мм по холостому раствору, проведенного таким же способом с дистиллированной водой. По калибровочному графику находят содержание железа общего.

Определение железа(3^-).

Определение можно проводить только в тех случаях, когда пробу не обрабатывали с целью разрушения органических компонентов, и не кипятили, т.к. при этом (2⁺) окисляется до железа (3⁺).

Пробу объемом 80,0 см³ и менее, в зависимости от концентрации, помещают в мерную колбу вместимостью 100 см³, нейтрализуют раствором аммиака или соляной кислотой до рН = 3-5 по индикаторной бумаге, прибавляют 2 см³ сульфосалициловой кислоты, доводят до метки дистиллированной водой. Тщательно перемешивают и оставляют на 5 минут до полного развития окраски.

Оптическую плотность раствора измеряют при длине волны λ = 500 нм, в кювете с длиной поглощающего слоя 10 или 50 мм по холостому раствору, проведенного таким же способом с дистиллированной водой. По калибровочному графику находят содержание железа общего.

Содержание отчета.

№ п/п	C Fe3+ мг/дм3	А1				А2				А3
		1	2	3	. Ср.	1	2	3	р Ср.	1	2	3	С Ср.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Обработка грпадуировочного графика матстатистикой.

№	Xi	Yi	Xi2	Xi∙ Yi	Yiрасч
1
2
3
4
5
6
Σ

Обработка грпадуировочного графика матстатистикой.

№	Xi	Yi	Xi2	Xi∙* Yi	Yiрасч
7
8
9
10
11
12
Σ

Yi^расч = a + b ∙Xi

Yi^расч 1=

Yi^расч 2=

Yi^расч 3=

Yi^расч 4=

Yi^расч 5=

Yi^расч 6=

Yi^расч 7=

Yi^расч 8=

Yi^расч 9=

Yi^расч 10=

Yi^расч 11=

Yi^расч 12=

Построить график зависимости А (Yi^расч ) = f (С Fe³⁺)

Исследуемых растворов

Номер исслеуемого раствора	Оптическая плотность растворов				Концентрация Fe3+ по графику в исследуемых растворах в мг/дм3
	А1	А2	A3	Аср
1
2

Содержание железа рассчитывается по формуле:

С_гр – концентрация железа, найденная по градуировочному графику, мг/дм³.