Лабораторная работа № 2 Определение хрома в сточных водах

Сточные воды, содержащие соединения хрома, образуются в технологических процессах кожевенных, химических, гальванических производств. В них хром может встречаться в виде катиона Cr³⁺ или анионов: CrO₄^2- или Cr₂O₇^2- (хромат или бихромат-ионов). Cr⁶⁺ в виде хромат-ионов (CrO₄^2-) встречается в щелочных, а в виде бихромат-ионов (Cr₂O₇^2-) – в кислых растворах. Хромосодержащие сточные воды (особенно содержащие Cr⁶⁺) относятся ко 2 и 3 классу токсичности и обязательно должны контролироваться перед их сбросом в открытые водоемы на соответствие значениям ПДК. ПДК соединений хрома в воде питьевых водоемов в пересчете на Cr⁶⁺, составляет 0,1 мг/л, а в водоемах рыбохозяйственного назначения – 0,05 мг/л.

Цель работы: ознакомление с фотоколориметрическим методом анализа хрома (VІ) и хрома (ІІІ) в сточной воде.

Сущность метода:

Хроматы и бихроматы в кислой среде с дифенилкарбазидом образуют красно-фиолетовые комплексные соединения. Это происходит ввиду того, что хром (VІ) окисляет дифенилкарбазид до дифенилкарбазона, который взаимодействует с хромом (ІІІ) с образованием окрашенного комплекса катиона.

Шестивалентный хром определяют непосредственно из фильтрата сточной воды. Общее содержание хрома (VІ) и хрома (ІІІ) определяют после окисления трехвалентного хрома в кислой среде.

Содержание трехвалентного хрома находят по разности результатов определения.

В разбавленной пробе можно определять хром в концентрации от 0,05 до 1,0 мг/л.

Необходимые реактивы, аппаратура, посуда:

1. 1 н раствор щелочи (NaOH или KOH).

2. 2 н раствор серной кислоты.

3. Фосфорные кислоты (плотность – 1,6 г/см).

4. 0,5 %-й раствор дифенилкарбазида в ацетоне.

5. 0,2 %-й раствор персульфата аммония.

6. 2 %-й раствор нитрата серебра.

7. Бихромат калия, стандартный раствор для построения калибровочной кривой.

а) запасной стандартный раствор: 0,1414 г K₂Cr₂O₇ растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 250 мл (концентрация раствора – 0,2 мг Cr/мл);

б) рабочий стандартный раствор 1:10 мл раствора (а) разбавляют водой до 100 мл (1 мл раствора содержит 0,002 мг Cr);

8. 8 мерных колб на 25 мл, мерные колбы на 100 мл, пипетки на 1, 2, 5, 10 мл.

9. Фотоколориметр КФК-2, светофильтр ( = 536-540 нм), кюветы толщиной 20-50 мм.

Порядок выполнения работы

Построение калибровочной кривой: в 8 мерных колб емкостью 25 мл отмеривают 0,25; 0,5; 1,25; 2,5; 3,75; 5,0; 7,5; 10,0 мл рабочего стандартного раствора (б), приливают 0,5 мл 2 н раствора H₂SO₄ (или 1,0 мл H₂SO₄ в разбавлении 1:1), 0,3 мл H₃PO₄ (d = 1,6 г/мл), 0,5 мл 0,5 %-го раствора карбазида, перемешивают и доводят до метки дистиллированной водой, хорошо перемешивают и через 10-15 мин. определяют оптическую плотность растворов с зеленым ( = 540 нм) светофильтром в кюветах толщиной слоя 50 (или 20) мм. В качестве раствора сравнения берут дистиллированную воду, обработанную как пробу, только без добавления стандартного раствора.

Рассчитать концентрацию хрома во всех 8 мерных колбах по формуле:

где – концентрация хрома в i-й мерной колбе (мг);

– объем стандартного рабочего раствора, взятого для приготовления раствора с i-той концентрацией (мл);

0,002 – концентрация хрома в рабочем стандартном растворе (мг/мл).

Рассчитанные концентрации и измеренные значения D занести в таблицу.

Таблица 3

Зависимость D от концентрации Cr(VІ)

№ колбы	, мл	, мг	D Оптическая плотность

По данным таблицы построить калибровочный график в координатах D от . Получить у преподавателя (лаборанта) образец сточной воды с неизвестной концентрацией хрома, приготовить комплекс с дифенилкарбазидом и измерить оптическую плотность.

Определение хрома (VІ)

Проведение анализа

Отбирают объем профильтрованной сточной воды (1,0-50,0 мкг хрома (VІ)), переносят в мерную колбу емкостью 25 мл, нейтрализуют 1 н раствором щелочи (в отельной пробе предварительно проводят нейтрализацию с добавлением фенолфталеина), приливают 0,5 мл 2 н раствора серной кислоты, 0,3 мл фосфорной кислоты (d = 1,6 г/см³), 0,5 %-го раствора дифенилкарбазида, перемешивают, доводят до метки дистиллированной водой и через 10-15 мин. определяют оптическую плотность раствора на фотоколориметре с зеленым светофильтром ( = 540 нм) в кюветах с толщиной слоя 20 мм. В качестве холостой пробы используют дистиллированную воду с добавлением всех реактивов. Содержание хрома (VІ) находят по калибровочному графику.

Определение суммарного содержания хрома (VІ)

В стакан емкостью 250 мл отбирают 50 мл пробы, добавляют 50 мл 0,2 %-го раствора персульфата аммония,0,5 мл 2 н раствора серной кислоты и несколько капель 2 %-го раствора нитрата серебра. Раствор упаривают в течение 20 мин. до объема 5-10 мл, переносят в мерную колбу емкостью 50 мл и доводят объем до метки дистиллированной водой.

Отбирают аликвотную часть 10 мл в мерную колбу емкостью 25 мл, нейтрализуют 1 н раствором едкого натра, добавляют те же реактивы, как и при определении хрома (VІ) и проводят колориметрирование, как указано в предыдущем пункте.

Обработка результатов

Содержание хрома (VІ) в мг/л вычисляют по формуле:

,

где С – концентрация хрома, найденная по калибровочному графику, мг;

V – объем пробы, взятой для анализа, мл.

Общее содержание хрома (VІ) и хрома (ІІІ) в мг/л вычисляют по формуле:

где С – концентрация хрома, найденная по калибровочному графику, мг;

V – объем, до которого разбавлена проба, мл;

V₁ – объем аликвотной части раствора, мл.

Данные записать в таблицу.

Таблица 4

Концентрация ионов Cr (ІІІ), (VІ) в сточной воде

Наименование иона	Светофильтр, нм	D	Концентрация Cr в сточной воде

По результатам анализа сделать вывод о качестве сточной воды и возможности ее спуска в водоем.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается сущность колориметрического метода анализа?

2. В чем заключается сущность метода определения ионов хрома с дифенилкарбазидом?

3. Рассчитать содержание Cr (ІІІ) в сточной воде, используя полученные результаты и записать в таблицу 4.