4. Щелочность воды

Щелочность воды обусловлена наличием в ней ионов гидроксила (ОН^‒) и анионов слабых кислот, поскольку в результате их гидролиза образуется свободная концентрация ионов гидроксила, например:

СО₃^2‒ + НОН ↔ НСО₃^‒ + ОН^‒;

НСО₃^‒ + НОН ↔ Н₂СО₃ + ОН^‒.

Если щелочность вызывается ионами ОН^‒, то такую щелочность называют гидратной, а если ионами СО₃^2‒, то – карбонатной.

Общая щелочность воды обусловлена присутствием в ней ионов ОН^‒, СО₃^2‒ и НСО₃^‒ и определяется методом титриметрического титрования с использованием 0,1 N раствора соляной кислоты в присутствии индикатора метилового оранжевого ил электрометрически до рН 3,6.

Ионы ОН^‒ и СО^3‒ титруют раствором соляной кислоты в присутствии индикатора фенолфталеина (рН 8,3). Если щелочность по фенолфталеину равна нулю, то общая щелочность обусловлена присутствием в воде только ионов НСО₃^‒.

Щелочность измеряется числом мг-экв соответствующих ионов в 1 л воды. Общая щелочность рассчитывается по формуле:

Щ_общ =(V∙N / V₁) ∙ 1000,

где V ‒ объем раствора соляной кислоты, пошедший на титрование пробы исследуемой воды; N ‒ нормальная концентрация раствора соляной кислоты; V₁ ‒ объем воды, взятый для анализа

Задача. На титрование 100 мл исследуемой воды израсходовано 20 мл 0,1 N раствора соляной кислоты по метилоранжу. Определить щелочность воды.

Щ = 20 ∙ 0,1 ∙ 1000 / 100 = 20 мг-экв/л

Задачи для самостоятельного решения

1. Вода содержит (мг/л): CaSO₄ = 50, MgSO₄ = 15, Ca(HCO₃)₂ = 100, Mg(HCO₃)₂. Рассчитать щелочность воды. Ответ. 1,57.

2. Рассчитать величину щелочности воды имеющей следующий состав (мг/л): NaCl = 163,8, Na₂SO₄ = 2,414, Ca(HCO₃)₂ = 375,92, Mg(HCO₃)₂ = 1,39, MgSO₄ = 106,24. Ответ. 4,66.

3. В растворе содержится (мг/л) NaOH = 570, Na₂CO₃ = 500. Рассчитать общую щелочность раствора и отдельно каждый вид щелочности.

Ответ. 23,67; 14,25; 9,42.

4. Какова общая щелочность воды, содержащей CO₃^2‒ = 50 мг/л и HCO₃^‒ = 122 мг/л. Ответ. 3,66.

5. Бикарбонатная щелочность воды составляет 0,714 мг-экв/л. Рассчитать содержание иона НСО₃^‒ (мг/л). Ответ. 43,6.

6. В 1 л воды содержится 210 мг NaHCO₃ и 5,3 мг Na₂CO₃. Определить общую щелочность воды. Ответ. 2,6.

7. Расход 0,1 N раствора кислоты на определение щелочности воды составил с индикатором фенолфталеином 2 мл и дополнительно с индикатором метилоранжем 7 мл. Определить величину каждого вида щелочности.

Ответ. 4; 5.

8. К 100 мл 0,1 раствора NaOH добавили 2,1 г NaHCO₃ и раствор разбавили до 1 литра. Рассчитать отдельные виды щелочности. Ответ. 10; 15.

9. Расход 0,1 N раствора кислоты на определение щелочности воды составил с индикатором фенолфталеином 3 мл и дополнительно с индикатором метилоранжем 2 мл. Определить величину каждого вида щелочности.

Ответ. 1; 4.

5. Жесткость воды

Жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния.

Жесткость, обусловленная наличием солей кальция и магния угольной кислоты, получила название карбонатной или временной жесткости.

Жесткость, обусловленная наличием растворимых солей кальция и магния других минеральных кислот, называется некарбонатной или постоянной жесткостью.

Жесткость измеряется в зависимости от ее величины числом мг-экв или числом мкг-экв солей кальция и магния в 1 л воды и обозначается буквой ”Ж”.

Количественное определение жесткости проводится методом комплексонометрического титрования. В качестве комплексона используется раствор трилона Б (натровая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) в присутствии аммиачного буфера и индикатора эриохрома черного Т.

Общую жесткость рассчитывают по формуле:

Ж_общ = V₁∙N∙1000 / V, мг-экв/л

где V₁ ‒ объем раствора трилона Б, пошедший на титрование пробы воды, мл; N ‒ нормальная концентрация раствора трилона Б; V ‒ объем исследуемой воды, взятой на титрование, мл.

Задача. Общая жесткость воды равна 2,4 мг-экв/л. Некарбонатная жесткость составляет 30 % от общей жесткости. Рассчитать величину карбонатной и некарбонатной жесткости.

Решение.

Ж_некарб = 0,3Ж_общ = 0,3 ∙ 2,4 = 0,72 мг-экв/л

Ж_карб = Ж_общ ‒ Ж_некарб = 2,4 ‒ 0,72 = 1,68 мг-экв/л.

Задачи для самостоятельного решения

1. Рассчитать жесткость 1 % раствора MgSO₄ (ρ = 1 г/см³)?

Ответ. 166,2.

2. В 1 литре раствора содержится 13,6 мг CaSO₄. Чему равна жесткость этого раствора? Ответ. 0,2.

3. Рассчитать жесткость раствора, содержащего в 10 л 200 мг CaSO₄ и 100 мг MgSO₄. Ответ. 0,46.

4. Сколько граммов MgCl₂ содержится в 5 л раствора, имеющего жесткость 7,14 мг-экв/л? Рассчитать нормальную концентрацию этого раствора. Ответ. 1,7; 0,00714.

5. Чему равна жесткость воды, содержащей (мг/л): Ca²⁺ = 41,65;

Mg²⁺ = 23,6; Na⁺ = 2,2? Ответ. 4,02.

6. Рассчитать жесткость 0,1 N раствора CaCl₂. Ответ. 100.

7. Рассчитать постоянную и карбонатную жесткость воды, если в ней содержится (мг/л): Ca²⁺ = 0,112; Mg²⁺ = 0,0632; SO₄^2‒ = 0,236; Cl^‒ = 0,1653 и ионы НСО₃^‒. Ответ. 9,57; 1,23.

8. Рассчитать постоянную жесткость воды, если в ней содержаться (мг/л): Ca²⁺ = 0,1405; Mg²⁺ = 0,1155; SO₄^2‒ = 0,294; Cl^‒ = 0,1278 и ионы НСО₃^‒. Ответ. 9,72.

9. Рассчитать общую и карбонатную жесткость воды, если при анализе 1 литра ее было найдено (г): Ca²⁺ = 0,1111; Mg²⁺ = 0,0606; SO₄^2‒ = 0,0985;

Cl^‒ = 0,1418 (прочие катионы отсутствуют). Ответ. 10,52; 4,48.