Опыт № 2. Определение общей жёсткости воды

Для определения общей жёсткости пользуются трилонометрическим методом. Основным рабочим раствором является трилон Б – двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты:

COOH-CH₂ CH₂-COONa

N-CH₂-CH₂-N

COOH-CH₂ CH₂-COONa

Определение суммарного содержания ионов кальция и магния основано на способности трилона Б образовывать с этими ионами прочные комплексные соединения в щелочной среде, замещая свободные ионы водорода на катионы Са²⁺ и Mg²⁺:

Ca²⁺ + Na₂H₂R Na₂CaR + 2H⁺,

где R – радикал этилендиаминтетрауксусной кислоты.

В качестве индикатора используется хромоген черный, дающий с Mg²⁺ соединение винно-красного цвета, при исчезновении Mg²⁺ он приобретает голубую окраску.

Реакция идет при рН 10, что дости­гается добавлением в пробу аммиачного буферного раствора (NH₄OH+NH₄CI). В первую очередь связываются ионы кальция, а за­тем магния.

Определению мешают ионы меди (>0,002 мг/л), марганца (>0,05 мг/л), железа (>1,0 мг/л), алюминия (>2,0 мг/л).

Материалы, реактивы, оборудование:бюретка; пипетки на 15 мл, 100 мл; колба коническая на 250 мл; капельница; мерный ци­линдр на 100 мл; 0,05 н. раствора трилона Б; 0,05 н раствор сульфата магния MgSO₄; аммиачный буферный раствор NH₄OH + NH₄CI; инди­катор хромоген черный;исследуемая вода.

Определение нормальности трилона Б производится по стан­дартному 0,05 н. раствору MgSO₄.

В коническую колбу отмеряют пипеткой 15 мл 0,05 н. раствора MgSO₄, добавляют 85 мл дистиллированной воды (до 100 мл мер­ным цилиндром), приливают 5 мл аммиачного буферного раствора и 5 капель индикатора хромогена черного, после чего проводят титрование раствором трилона Б.

Пробу титруют до появления голубой окраски от одной прилитой капли трилона Б, что свидетельствует об исчезновении ионов Mg²⁺.

Дальнейшее прибавление трилона Б не изменяет голубой окрас­ки раствора, поэтому следует внимательно следить за постепенным изменением окраски от винно-красной через переходные окраски (фиолетовую, грязно-синюю) до голубой.

Титрование проводят дважды. Поправочный коэффициент к нормальности трилона Б рассчитывают по формуле:

где V₁ – количество трилона Б, израсходованное на титрование, мл;

К – поправочный коэффициент к нормальности трилона Б;

V₂ – объем пробы, мл.

Определение общей жёсткости пробы. Пипеткой Мора отмеряют 100 мл исследуемой воды в коническую колбу, добавляют буферный раствор и индикатор (в том же количестве, что и при определении поправочного коэффициента) и титруют раствором трилона Б. Определение повторяют и берут средний результат.

Вычисление общей жёсткости в мг-экв/л проводят по формуле:

,

где V₁ – количество трилона Б, израсходованное на титрование, мл;

К – поправочный коэффициент к нормальности трилона Б;

V₂ – объем пробы, мл;

N – нормальность трилона Б.

Опыт № 3. Определение перманганатной окисляемости

Под окисляемостью воды понимают количество кислорода, ис­кусственно введенного окислителя (например, КМпО₄ или К₂Сr₂О₇), идущее на окисление содержащихся в воде органических веществ. Различают перманганатную (КМпО₄) и бихроматную (К₂Сr₂О₇) окисляемость.

Кроме органических веществ могут окисляться некоторые не­органические восстановители, например, NO₂^-, Fe²⁺, Мп²⁺, H₂S и др. При значительном содержании восстановителей их влияние на ве­личину окисляемости учитывается при расчете.

Происхождение и содержание органических веществ, находя­щихся в природных водах, разнообразно. Различны и их химические свойства по отношению к кислороду: одни вещества устойчивы к окислению, другие, наоборот, легко окисляются. Прямое определение органических веществ в природных водах является сложной и трудоемкой задачей, поэтому пользуются более простыми косвенными методами. Один из них – это метод перманганатной окисляемости, дающий представление о содержании в воде легко окисляющихся органических веществ. Метод бихроматной окисляемости соответствует полному окислению органических веществ (легко и трудно окисляющихся), за исключением некото­рых белковых соединений. Обычно перманганатная окисляемость составляет 40–50 % от истинной окисляемости органических ве­ществ.

Повышенная окисляемость может указывать на загрязнение воды. Наименьшую окисляемость (до 1–2 мг О₂/л) имеют глубокие подземные воды, относящиеся к 1-му классу. Окисляемость подземных вод, относящихся ко 2-му и 3-му классам, может быть повышена, но не более 5 и 15 мг О₂/л соответственно. В грунтовых водах окисляемость обычно выше (до 2–4 мг O₂/л). В воде открытых водоемов окисляемость повышается до 5–6 мг O₂/л в реках и до 6–8 мг O₂/л в водохранилищах, достигая еще больших величин в водах болотного происхождения. Вода считается пригодной для хозяйственных и питьевых целей, если перманганатная окисляемость ее не превышает 3,0 мг О₂/л.

Установлено, что с повышением содержания в воде органических веществ увеличивается и ее бактериальное загрязнение.

Определение перманганатной окисляемости основано на том, что КМпО₄, будучи в кислой среде сильным окислителем, реагирует с присутствующими в воде вос­становителями (органические вещества, соли железа (II), нитриты). Ион МпО₄^- принимает при этом 5 электронов и переходит в двух­валентный катион Мп²⁺ по уравнению:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5 Mn²⁺ + 4H₂O.

Избыток КМпО₄^- реагирует с вводимой в раствор щавелевой кис­лотой:

2MnO₄^- + 5H₂C₂O₄ + 6H⁺ 2Mn²⁺ + 10CO₂ + 8H₂O.

Не вступившая в реакцию щавелевая кислота оттитровывается КМпО₄ по приведенному уравнению.

Точность метода – 0,4 мг О₂/л, если окисляемость не превышает 4 мг О₂/л,при более высокой окисляемости – 10 %.

Материалы, реактивы, оборудование:бюретка для титрования; пипетки на 10 мл, 15 мл, 50 мл, 100 мл;колба коническая термостойкая на 250 мл; электроплитка; стеклянная воронка; 0,01 н. раствор перманганата калия КМпО₄;0,01 н. раствор щавелевой кислоты H₂C₂O₄; 1:3 раствор серной кислоты H₂SO₄ (предварительно ее окисляют на холоде раствором KMnO₄ до слабо-розовой окраски для удаления возможных восста­новителей); исследуемая вода.

В колбу отмеряют пипеткой 100 мл (или мень­ше) исследуемой пробы в зависимости от содержания в ней органических веществ (при окисляемости до 10 мг O₂/л можно брать 100 мл пробы). При объеме пробы меньше 100 мл доводят общий объем до 100 мл дистиллированной водой. В колбу приливают 5 мл H₂SO₄ (1:3) и 15 мл 0,01 н. раствора КМпО₄. Нагревают пробу до кипения и кипятят 10 мин с начала появления первых пузырьков. Во избежание разбрызгивания содержимого колбы при нагревании необходимо в горло колбы вставить стеклянную воронку.

В процессе кипячения могут произойти следующие изменения первоначального фиолетового цвета раствора перманганата:

1) жидкость обесцвечивается, что свидетельствует о большом со­держании в данном объеме пробы восстанавливающих веществ. В таком случае определение повторяют и берут меньший объем ис­следуемой пробы;

2) жидкость приобретает коричнево-бурый цвет, что свиде­тельствует о недостаточном количестве H₂SO₄. В таком случае в раствор следует добавить еще 5 мл H₂SO₄ и продолжить определение;

3) жидкость приобретает красноватый оттенок или остается пос­ле 10-минутного кипячения окрашенной в фиолетовый цвет. Это свидетельствует о том, что определение идет правильно.

В горячий раствор приливают пипеткой 15 мл 0,01 н. раствора Н₂С₂О₄ (количество раствора должно строго соответствовать первоначальному объему КМпО₄, добавленному в пробу при кипячении). Содержимое колбы при этом обесцвечивается, Н₂С₂О₄ окисляется атомарным кислородом, который образуется при распаде КМпО₄. Так как частично КМпО₄ расходуется на окисление органических веществ в исследуемой про­бе, при добавлении в пробу 15 мл раствора Н₂С₂О₄ создается ее избыток. Не доливая бюретки с раствором КМпО₄, титруют про­бу до появления устойчивой слабо-розовой окраски от одной прибавленной капли КМпО₄. Записывают суммарное количество КМпО₄, израсходованное как на окисление органических ве­ществ в пробе, так и на окисление 15 мл Н₂С₂О₄ (обозначим его через А).

Определение нормальности КМпО₄: для определения поправочного коэффициента к нормальности КМпО₄, затраченного на окисление 15 мл Н₂С₂О₄ (обозначим его как В), в колбу, в которой производился анализ, приливают пипеткой 15 мл стандартного 0,01 н. раствора Н₂С₂О₄ (в зависимости от первоначально прилитого объема КМпО₄) и пробу титруют вновь до слабо-розовой окраски (температура пробы при титровании должна быть 50–60 ⁰С).

Поправочный коэффициент к нормальности КМпО₄ вычисля­ют по формуле:

,

где V₁ – объем H₂C₂O₄, мл;

V₂ – объем KMnO₄, мл.

Вычисление результатов (Х, мг О₂/л) производят по формуле:

,

где 8 – эквивалентная масса кислорода;

К – поправочный коэффициент к нормальности КМпО₄;

N – нормальность раствора КМпО₄ (0,01 н.);

А – количество КМпО₄, затраченное на окисление органических веществ и 15 мл Н₂С₂О₄, мл;

В – количество КМпО₄, пошедшее на окисление 15 мл Н₂С₂О_4, мл;

V – объем пробы воды, взятой для анализа, мл.

Результаты химического анализа воды занесите в таблицу 4. Проанализируйте полученные результаты и сделайте вывод о возможности применения исследуемой воды.