Определение содержания сульфатов в воде

Цель работы. Научиться определять содержание сульфатов в воде и осуществлять первичную обработку результатов.

Реактивы и растворы.

1. Хромат бария (ВаСгО₄), химически чистый.

2. 2,5 N раствор соляной кислоты. Берут 2,08 мл концентрированной соляной кислоты и доводят объем до 10 мл дистиллированной водой.

3. 10%-ный раствор иодида калия.

4. 5%-ный раствор аммиака. Берут 20 мл 25%-ного раствора аммиака и доводят объем 100 мл дистиллированной водой.

5. 0,05 N раствор тиосульфата натрия. Берут 12,40 г NаS₂O₃×5H₂O и доводят объем до метки дистиллированной водой в мерной колбе на 1 л.

6. 1%-ный раствор крахмала.

7. Реактивы для определения поправки к титру раствора Na₂S₂O_3.

Посуда.

1 Мерные цилиндры вместимостью 200 и 100 мл.

2 Конические колбы вместимостью 300 мл - по числу проб плюс одна.

3 Пипетки: на 1 мл 3 шт. (для раствора НСl, аммиака и крахмала); на 10 мл 3 шт. (для раствора НСl, KJ, KJO₃).

4 Бюретка вместимостью 25 мл.

5 Мерные колбы вместимостью 250 и 100 мл.

6 Воронки.

7 Фильтровальная бумага с синей полосой.

Общие сведения. Соли серной кислоты (сульфаты) присутствуют в большинст­ве пресных водоемов в количествах до 20-30 мг/л. Больше всего сульфатов обнаруживается в водоемах расположенных на грунтах, содержащих СаSO₄, и засолоненных, в частности в некоторых южных районах Украины и европейской части России.

Существенного влияния на существование живых организмов сульфаты сами по себе не оказывают, но большое их содержание при обилии в воде органических ве­ществ может привести к образованию сероводорода.

Повышенное количество сульфатов (более 20—30 мг/л) свидетельствует о по­стороннем загрязнении водоема. Для этого изучают сульфаты в водоемах, подлежа­щих рыбохозяйственному использованию. Кроме того, определение количества суль­фатов необходимо для полного представления о составе воды, для получения величи­ны ее минерализации.

Содержание в воде сульфат-иона определяют несколькими методами. Самым точным из них является весовой метод, но он трудоемок, поэтому большое распро­странение имеет объемный иодометрический.

Принцип объемного метода заключается в осаждении сульфат-ионов хроматом бария ВаСгO₄:

К₂SО₄ + ВаСгO₄ = ВаSO₄↓+ К₂СгО₄ (33)

Количество выделившихся хромат-ионов, эквивалентное осажденному количе­ству сульфатов, определяют йодометрически, предварительно добавив в пробу КJ и НСl. Количество выделившегося йода будет эквивалентно количеству анионов СгO₄²¯ в растворе:

 

2К₂СгO₄ + 16НСl + 6KJ = 10КСl + 2СгСl₃+ 8Н₂О + 3J₂ (34)

Выделившийся йод оттитровывают раствором тиосульфата натрия:

 

J₂ + 6Nа₂S₂О₃ = бNaJ + Na₂S₄О₆. (35)

По количеству тиосульфата натрия, пошедшему на титрование, судят о содер­жании в воде сульфат-ионов.

Ход определения. Необходимое количество испытуемой воды обычно

200 мл, но при очень большом содержании сульфатов берут меньший объем и разбавляют пробу дистиллированной водой до 200 мл, помещают в коническую колбу, добавляют 1 мл 2,5 N раствора НСl и нагревают до кипения.

В кипящую пробу осторожно (ина­че возможно выбрасывание пара и жидкости) всыпают 500 мг ВаСгO₄, продолжают кипятить еще несколько минут, пока раствор из лимонно-желтого не станет светло-оранжевым.

Затем нейтрализуют 5%-ным раствором аммиака, добавляя его по каплям до перехода оранжеватой окраски в лимонно-желтую, и охлаждают до комнатной температуры. Охлажденную пробу с осадком переносят в мерную колбу на 250 мл и доводят общий дистиллированной водой до метки, многократно споласкивая дистил­лированной водой колбу с пробой и вливая эту воду в мерную колбу.

Содержимое мерной колбы перемешивают и фильтруют через плотный беззольный фильтр (с си­ней полосой) в мерную колбочку на 100 мл, отбрасывая первые порции фильтрата 100 мл фильтровальной жидкости переносят в коническую колбу, приливают 10 мл 10%-ного раствора KJ и 10 мл 2,5 N раствора НСl и спустя 5 мин титруют выделившийся йод 0,05 N раствором тиосульфата, определяя конец титрования с помощью крахмала.

 

Определение поправочного коэффициента к титру раствора тиосульфата натрия.

Поправочный коэффициент определяют по 0,01 N раствору КJOз следующим образом. В ко­ническую колбу для титрования пипеткой вносят 10 мл 0,01 N раствора КJO₃, добавляют 0,5 г кристаллического KJ (взвешенного на технохимических весах) и 1 мл раствора H₂SO₄ или 2 мл 25%-ной Н₂SО₄ или концентрированной НСl. Содержимое колбы перемешивают, затем титруют выделившийся йод, раствором тиосульфата натрия, непрерывно перемешивая, до слабо-соломенного цвета. Чтобы точнее уловить конец титрования, вводят в колбу 1 мл све­жеприготовленного раствора крахмала: крахмал в присутствии свободного йода окрашивает раствор в синий цвет. Дотитровывают пробу до обесцвечивания от одной капли раствора тиосульфата.

Титрование при определении поправочного коэффициента к концентрации раствора Nа₂S₂О₃ проводят дважды. Расхождение в показаниях бюретки при параллельном титровании не должно превышать 0,03-0,05 мл. Поправочный коэффициент Копределяют по форму­ле (*), где n - количество мл раствора Nа₂S₂О₃, пошедшее на титрование 10 мл раствора КJO₃.

В формулу (*) подставляют среднее арифметическое значение n из двух параллельных титрований.

Вычисление результатов. Записи в процессе определения ведут форме по об­разцу табл.1(прилож.). Содержание в воде сульфатов выражают в мг/л и ммоль(экв.)/л. Расчетная формула имеет вид:

С (SО₄²¯) = (2,5×А×К×1,6×1000)/V мг/л (36)

где А - количество 0,05 N раствора тиосульфата натрия, пошедшее на титрование 100 мл фильтрата, К — поправочный коэффициент к нормальности раствора тиосульфата натрия; 1,6 - количество мг SО₄²¯, эквивалентное 1 мл 0,05 N раствора тиосульфата натрия, см. уравне­ния реакций (33), (34), (35); 2,5 — коэффициент пересчета, необходимый, поскольку из обще­го объема пробы (250 мл) после осаждения сульфатов для титрования было взято только 100 мл; V -объем пробы, взятый для анализа.

Для перехода количества мг/л сульфатов в ммоль(экв)/л полученную по форму­ле (36) величину делят на 48,03, что соответствует 1 ммоль(экв) аниона SО₄^2–_.

Результаты определения сульфатов следует округлить до 0,001 ммоль(экв)/л и 0,1 мг/л.

Отчет. Отчет по данной лабораторной работе состоит в устном собеседовании с преподавателем. Результаты измерений представляются по установленной форме.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.О чем свидетельствует большое количество сульфатов, содержащихся в природной воде?

2.Какие существуют методы определения в воде количества SО₄²¯?

3.Изложите принцип определения сульфатов объемным методом.

4.Какая существует зависимость между количеством раствора Na₂S₂О₃, пошед­шим на титрование пробы, и содержанием в ней SО₄²¯?

5. В каких единицах выражают содержание в воде сульфатов?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ (рН)

ПРИРОДНОЙ ВОДЫ

Цель работы. Научиться определять водородный показатель (рН) природной воды.

Приборы и реактивы.

2. Фосфатная смесь (КН₂РО₄ и Na₂НРО₄×2Н₂О) для приготовле­ния растворов со значениями рН от 5 до 8.

3. Борноборатная и боратнощелочная смесь (Na₂B₄O₇×10H₃BO₃; Na₂B₄O×10H₂O и NaOH) для приготовления буферных растворов со значениями рН более 8.

4. В качестве индикаторов по интервалам значений рН применяют следующие органи­ческие красители: метиловый красный при рН 4,4-6,0; бромтимоловый синий при рН 6,0-7,6; крезоловый красный при рН 7,6-8,2; тимоловый синий при рН 8,2-9,0.

5. Буферные растворы обычно готовят в пробирках, которые запаивают после приготов­ления шкалы. Точное значение рН в пробирках шкалы определяют электрометрическим ме­тодом. В продаже имеются готовые шкалы буферных растворов для определения рН.

6. рН-метр, электролитическая ячейка со стеклянными и хлорсеребряным электродами.

 

Общие сведения. Водородный показатель воды (рН) - величина, характери­зующая активность или концентрацию ионов водорода и численно равная отрица­тельному десятичному логарифму этой активности или концентрации, выраженной в моль/дм³: рН = - lg a_H⁺ = - lg C_H⁺, где a_H⁺ - активность ионов водорода, Сн⁺ - концен­трация ионов водорода.

 

В воде концентрация ионов водорода определяется электролитической диссо­циацией по уравнению: Н₂О Н⁺ + ОН^¯. В этом случае концентрация ионов водоро­да может быть рассчитана из константы равновесия процесса диссоциации:

 

К_д = С_Н⁺С_ОН^¯ /С_НО

где Сн⁺ и Сон¯ - соответственно концентрации ионов водорода и гидроксильной груп­пы, моль/дм³. Поскольку степень диссоциации воды очень мала, то, не внося значи­тельной погрешности, можно считать концентрацию недиссоцииированых молекул воды постоянной величиной и объединить ее с К_д в одну постоянную:

К_w = К_дСно.

 

В этом случае уравнение примет вид; К_w = Сн⁺Сон¯. Величина К_w, называется ионным произведением воды и является постоянной для данной температуры, так для 25°С K_{w =} 10^-14.

 

Водородный показатель играет важную роль в определении качества воды, в речных водах его значение обычно колеблется от 6,5 до 8,5, в атмосферных осадках - от 4,6 до 6,1, в болотных водах - от 5,5 до 6,0, в воде океана от 7,9 до 8,3, в шахтных и рудных водах иногда достигает 1,0, а в воде содовых озер и термальных источников — 10,0. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям - зимой водо­родный показатель для большинства речных вод составляет 6,8-7,4, летом 7,4-8,2.

 

Концентрация ионов водорода имеет большое значение для химических и био­логических процессов, протекающих в природных водах: от величины водородного показателя зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, степень агрессивности воды по отношению к металлам и бетону и др.

 

Для определения водородного показателя (рН) применяют электрометрический или колориметрический метод. Электрометрический метод дает более точные резуль­таты.

 

Определение рН воды. Потенциометрический (электрометрический) метод оп­ределения рН воды со стеклянным электродом наиболее универсален и точен. Прибо­ры, измеряющие рН этим методом, называются рН-метрами. Большинство серийных рН-метров позволяет производить измерения с точностью 0,05-0,02 единицы рН в водах с широким диапазоном минерализации и содержащих окрашенные и взвешен­ные вещества.

Принцип действия рН-метра основан на измерении разности потенциалов, возникающих на границах между внешней поверхностью стеклянной мембраны электро­да и исследуемым раствором с одной стороны и внутренней поверхностью мембраны и стандартным раствором кислоты с другой, поскольку внутренний стандартный рас­твор стеклянного электрода имеет постоянную активность ионов водорода, потенциал на другой поверхности мембраны не изменяется и измеряемая разность потенциалов определяется потенциалом, возникающим на границе внешней поверхности электро­да и исследуемого раствора.

Измерения проводят относительно потенциала другого электрода, называемого электродом сравнения, В качестве последнего выбирают такой электрод, потенциал которого практически не зависит от активности ионов водорода, например каломель­ный, хлорсеребряный.

Наиболее распространенными типами рН-метров при измерении рН поверхно­стных вод являются «рН-121» и «рН-47М».

Общая схема измерения рН состоит из следующих операций. Проверяют и уста­навливают так называемый «механический нуль» прибора перед его включением. Включают рН-метр, и после прогрева и установки «электрического нуля» проверяют и корректируют шкалу по двум-трем буферным растворам. Для этого в стакан с бу­ферным раствором помещают стеклянный и каломельный (хлорсеребряный) электро­ды.

В стакан помещают термометр с ценой деления 0,1-0,5°С. К измерению присту­пают, убедившись, что на поверхности шарика стеклянного электрода нет пузырьков воздуха. Измерив рН буферного раствора, записывают его значение и спустя 2-3 мин. Повторяют измерение. Если значения рН совпадают, потенциал электрода считают установившемся и по инструкции к прибору проводят коррекцию шкалы. Затем ана­логичные операции проводят со вторым и третьим буферными растворами.

После проверки и коррекции шкалы прибора стакан, электроды и термометр тщательно ополаскивают дистиллированной, а затем исследуемой водой. Последнюю наливают в стакан и измеряют рН таким же способом, как и в случае буферных рас­творов. Измерения повторяют 2-3 раза или больше с интервалами 2-3 мин. Последние два показания прибора должны быть одинаковыми.

Отчет. Отчет по данной лабораторной работе состоит в устном собеседовании с преподавателем. Результаты измерений представляются по установленной форме.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Что такое водородный показатель рН?

2. Как можно рассчитать водородный показатель?

3. Какая реакция будет у воды при рН 10 и 5? Почему?

4. Каково значение рН природных вод?

5. Какие существуют методы для определения рН? Их точность?

6. Что такое рН-метр? Опишите принцип его действия.

7. Как определить рН воды электрометрическим методом?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12.

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: