Лабораторна робота № 3 визначення перманганатної й дихроматної окиснюваності

3.1. Визначення перманганатної окиснюваності води

Окиснюваність води характеризується кількістю міліграмів кисню, потрібного для окиснення органічних речовин, що містяться в 1 л води. Окиснення здійснюють у м'яких умовах перманганатом калію у кислому середовищі (окиснюються лише легкоокиснювані органічні та деякі неорганічні сполуки) або дихроматом калію в концентрованій сульфатній кислоті під час кип'ятіння (окиснюються практично всі органічні сполуки, навіть важкоокиснювані).

Обладнання і реактиви: конічна колба місткістю 300 мл, електрична плитка, піпетки Мора, штатив, бюретка; сульфатна кислота, розбавлена до співвідношення 1:3; розчин перманганату калію KMnO₄ з C(1/z)=0,01 моль/л; розчин оксалатної (щавлевої) кислоти H₂C₂O₄∙2Н₂O з C(1/z)=0,01 моль/л [з С(1/z) — молярна концентрація еквівалентів, раніше — нормальність розчину, Н].

Хід роботи

У конічну колбу місткістю 300 мл наливають 100 мл досліджуваної води, 5 мл сульфатної кислоти і 10 мл розчину перманганату калію. Суміш доводять до кипіння і кип'ятять протягом 10 хв. Знебарвлення розчину свідчить про недостатню кількість введеного окисника: у цьому випадку відбирають ще пробу води і визначення проводять з більшою кількістю КМnО₄. Після кип'ятіння до розчину додають 10 мл розчину щавлевої кислоти з C(1/z)=0,01 моль/л і надлишок її відтитровують розчином КМnО₄ з С(1/z)=0,01 моль/л.

Результати обчислюють за формулою

,

де X — окиснюваність води, мг О₂/л; V₁ — об'єм КМnО₄, доданий до води перед кип'ятінням, мл; V₂ — об'єм КМnО₄, витрачений на титрування надлишку оксалатної кислоти, мл; C(1/z КМnО₄) — молярна концентрація еквівалентів розчину КМnО₄; V₃ — об'єм доданої щавлевої кислоти, мл; C(1/z Н₂С₂О₄) — молярна концентрація еквівалентів розчину оксалатної кислоти; 8 — еквівалент кисню; V — об'єм аналізованої води, мл.

3.2. Визначення хімічного споживання кисню

Дихроматна окиснюваність (або ХСК) — це величина, що характеризує загальний вміст у воді відновників (неорганічних і органічних), які реагують із дихроматом калію у сульфатній кислоті (1:1) у перерахунку на кисень (мг О₂/л).

Окиснення органічних сполук відбувається майже цілком до СО₂, Н₂О, г-1, при використанні каталізатора — сульфату аргентуму Аg₂SO₄, хоча бензол, піридин, толуол та інші ароматичні вуглеводні повністю не окиснюються навіть за цих умов.

Перед визначенням ХСК аналізовану воду фільтрують. Щоб фільтр не поглинав органічних речовин або з нього органічні речовини не потрапляли у воду, фільтр промивають гарячою водою і під час фільтрування викидають перші 200…250 мл фільтрату.

Якщо стічна вода містить органічні речовини, які легко окиснюються на повітрі або леткі, замість фільтрування воду відстоюють і для аналізу відбирають верхній прозорий шар.

За відсутності у воді хлоридів як каталізатор використовують Аg₂SО₄. Якщо аналізована стічна вода містить хлориди і лише легкоокиснювані органічні речовини, то визначення можна провести без Аg₂,SO₄; хлорид-іони окиснюються до вільного хлору і в отримані результати вносять поправку: на 1 мг Сl^– витрачається 0,23 мг О₂.

Якщо стічна вода містить органічні речовини, які окиснюються лише за наявності Аg₂SO₄, то для зв'язування хлоридів додають суль­фат меркурію (II) НgSO₄ у такій кількості, щоб на кожен міліграм СІ^– припадало 15 мг Нg (22,5 мг НgSО₄); при цьому утворюється розчинний, але малодисоційований НgСІ₂, який при надлишку Нg²⁺ стійкий навіть за наявності концентрованої сульфатної кислоти й дихромату калію.

Хлорид-іони при концентрації менше 1 г/л усуваються додаванням 0,4 г НgSО₄. Якщо концентрація СІ^– вища за 1 г/л, то НgSO₄ додають у 15-кратній до СІ^– кількості. Одночасно потрібно додати 5 мл концентрованої сульфатної кислоти для кращого розчинення НgSО₄.

Негативний вплив сульфід-іонів усувають додаванням до проби дихромату калію і невеликої кількості концентрованої сульфатної кислоти та відстоюванням суміші впродовж кількох хвилин за кімнатної температури.

Обладнання і реактиви: круглодонна колба на шліфах; обертальний холодильник на шліфах; колба конічна для титрування; електроплитка або піщана баня; піпетки Мора; бюретка і штатив, мірні колби на 1 і 2 л; паперовий фільтр, скляна лійка; розчин К₂Сr₂О₇, С(1/z К₂Сr₂О₇)=0,25 моль/л (розчиняють 12,258 г К₂Сr₃O₇, ч.д.а., висушеного протягом двох годин за температури 105°С у дистильованій воді й доводять об'єм до 1 л (або п’ять ампул із фіксапалом розчи­няють у мірній колбі місткістю 2 л); сульфатна кислота, концентро­вана, ч.д.а.; сульфат меркурію (II) НgSО₄, ч.д.а.; сульфат аргентуму Аg₂SО₄, ч.д.а.; розчин солі Мора, Fе(NH₄)₂(SO₄)₂∙6Н₂О, С(1/z)=0,25 моль/л (розчиняють 98 г солі в дистильованій воді, додають 20 мл концентрованої сульфатної кислоти і після охолодження доводять об'єм до 1 л дистильованою водою; точну концентрацію розчину встановлюють не рідше одного разу на добу таким способом: до 25 мл розчину К₂Сr₂О₇ додають дистильовану воду приблизно до 100 мл, доливають 20 мл концентрованої сульфатної кислоти, перемішують і після охолодження титрують розчином солі Мора, додавши три краплі розчину фероїну або п’ять крапель фенілантранілової кислоти); фероїн (розчиняють 1,485 г моногідрату 1,10-фенантроліну і 0,695 г FеSО₄∙7Н₂О у дистильованій воді та розбавляють до 100 мл); фенілантранілова кислота (розчиняють 0,25 г реактиву в 12 мл розчину NaОН з С=0,1 моль/л і розбавляють дистильованою водою до 250 мл).

Стічну воду перед аналізом відстоюють протягом двох годин. Якщо вона не прозора, її фільтрують крізь паперовий фільтр. Мінімальний об'єм проби — 5 мл. Якщо перед аналізом пробу потрібно розбавити, на розбавляння слід брати не менше 10 мл початкової води. Правильно підібраний об'єм проби такий, на окиснення якого витрачається 50 мл дихромату калію.

Хід роботи

До 20 мл стічної води (або 5, 10, 15 мл з додаванням відповідно 15, 10, 5 мл дистильованої води) додають 10 мл розчину К₂Сr₂О₇, 0,4 г НgSО₄, перемішують і обережно доливають 30 мл концентрованої сульфатної кислоти. У колбу вставляють зворотний холодильник і закріплюють у штативі над електроплиткою або піщаною банею, доводять розчин до кипіння і кип'ятять упродовж двох годин.

Відключають холодильник і охолоджують пробу. Розчин переносять у конічну колбу, попередньо споліскуючи круглодонну колбу 100 мл дистильованою водою, додають 2–3 краплі фероїну й титрують до переходу забарвлення з блакитнувато-зеленого в червоно-коричневе (якщо п’ять крапель фенілантранілової кислоти, — з червоно-фіолетового в зелений) при титруванні розчином солі Мора.

Паралельно виконують контрольний дослід з 20 мл дистильованої води.

Хімічне споживання кисню, мг О₂ /л, розраховують за формулою

,

де а і b — об'єм солі Мора, витрачений на титрування контрольної проби та проби води, мл; К — поправковий коефіцієнт для переведення концентрації солі Мора точно до C(1/z)=0,25 моль/л; V — об'єм проби, мл; 8 — еквівалент кисню.