Какой применяется рабочий раствор при титровании карбонатной жесткости воды
Перейти к содержимому

Какой применяется рабочий раствор при титровании карбонатной жесткости воды

  • автор:

1.4.2. Определение карбонатной жёсткости воды

Для определения карбонатной жёсткости титруют некоторый объем исследуемой воды стандартным раствором соляной кислоты в присутствии индикатора метилового оранжевого. При этом протекают реакции с гидрокарбонатами:

При достижении точки эквивалентности, когда прореагируют все карбонаты и гидрокарбонаты, индикатор меняет окраску с желтой на оранжевую.

Поскольку содержание карбонатов обычно во много раз меньше, чем содержание гидрокарбонатов, а именно присутствие последних определяет наличие у воды временной жёсткости, такое определение иногда называют определением временной жёсткости. При этом предполагают, что содержание карбонатов настолько мало, что их вкладом в постоянную жёсткость можно пренебречь.

1.4.3. Определение общей жёсткости воды

При определении общей жёсткости используют метод титрования, который называется комплексонометрическим методом, так как в нем используются вещества с общим названием комплексоны. Один из комплексонов, наиболее широко применяемый — трилон Б (это торговая марка, под которой впервые был выпущен этот химический продукт). Он представляет производное органической кислоты, в составе молекулы которого присутствуют два атома водорода, способные замещаться на атомы металла. Не рассматривая строения молекулы трилона Б, используем ее общепринятое условное обозначение: H2Y.

Определение основано на том, что ионы кальция и магния образуют растворимые комплексные соединения с Трилоном Б:

В качестве индикаторов используют реактивы, которые дают с определяемыми ионами характерно окрашенные соединения. При достижении точки эквивалентности, когда почти все ионы Ca 2+ и Mg 2+ связываются с трилоном Б в комплексы и их концентрация в растворе резко уменьшается, окраска раствора меняется. Титрование необходимо проводить в слабощелочной среде (для связывания образующихся ионов водорода), поэтому к титруемому раствору кроме индикатора добавляют так называемый буферный раствор, который обеспечивает постоянство величины pH (при осуществлении данного титрования добавляют аммиачный буферный раствор, который поддерживает постоянство pH в пределах 8…10 единиц).

2. Экспериментальная часть

Содержание работы:

1. Методом кислотно-основного титрования определить карбонатную жёсткость водопроводной воды.

2. Методом комплексонометрического титрования определить общую жёсткость водопроводной воды.

3. По экспериментальным данным сделать вывод об уровне жёсткости исследованной воды и рассчитать величину постоянной жёсткости.

Опыт 1. Определение карбонатной жёсткости

В две конические колбы налить по 100 мл исследуемой (водопроводной) воды (отмерив ее мерным цилиндром), добавить 5-6 капель раствора индикатора метилового оранжевого. Одна из колб является контрольной, т.е. используется, чтобы заметить изменение окраски раствора в другой колбе при титровании. Записать начальный уровень титранта в бюретке.

Перед титрованием убеждаются, что в бюретке достаточно раствора, а стеклянный носик полностью заполнен жидкостью. Пузырьки воздуха из носика выдавливают потоком жидкости, повернув трубку носика вверх под углом около 45°. Выпускное устройство бюретки представляет резиновую трубку со стеклянным шариком внутри. Для вытекания жидкости слегка оттягивают большим и указательным пальцем стенку трубки от шарика, чтобы между ними образовался просвет. Наполняют бюретку через воронку, после чего воронку вынимают из верхнего отверстия; если этого не сделать, во время титрования с воронки может стечь оставшийся в ней раствор, и измерение объема окажется неточным.

При необходимости долить раствор титранта в бюретку, доведя уровень до нулевого деления. Во вторую колбу из бюретки прибавлять 0,1 н. раствор соляной кислоты до перехода окраски индикатора из желтой в оранжевую (получаемый цвет, скорее, можно назвать персиковым).

Поверхность жидкости в бюретке представляется широкой вогнутой полосой (мени́ск). Отсчет значений по шкале производят по нижнему краю мениска, глаз наблюдателя должен находиться на уровне мениска. Титрант из бюретки сначала приливают достаточно быстро, непрерывно перемешивая содержимое колбы вращательными движениями. На шарик надавливают левой рукой, а колбу держат и перемешивают правой рукой. Титрование проводят стоя! За окраской раствора наблюдают, подложив под колбу лист белой бумаги для лучших условий наблюдения. По мере приближения к концу титрования, о чем можно судить по появлению в центре колбы «облачка» розовой окраски, тут же исчезающего при дальнейшем перемешивании, титрант приливают уже по каплям. Раствор должен изменить цвет от прибавления одной определенной капли; в этот момент розовое «облачко» не исчезнет, а распространится по всему раствору.

Чтобы убедиться в отсутствии значительных случайных ошибок при выполнении титрования и при отмеривании объема титруемого раствора, титрование повторяют два-три раза и рассчитывают среднюю величину Vстанд, которую в дальнейшем используют для расчетов.

Записать уровень раствора в бюретке и вычислить объем титранта, пошедший на титрование, как разность конечного и начального отсчетов. Титрование повторить (можно использовать «контрольную колбу»). Рассчитать объем стандартного раствора как среднее по результатам двух титрований. Вычислить карбонатную жёсткость Жкарб исследуемой воды (в ммоль экв/л) по формуле:

,

где СHCl — молярная концентрация эквивалента (нормальность) раствора соляной кислоты; VHCl — объем соляной кислоты, пошедший на титрование; Vисслед — объем исследуемой воды; 1000 — коэффициент перехода от моль экв/л к ммоль экв/л.

Опыт 2. Определение общей жёсткости

Титрование проводят в присутствии индикатора «хром темно-синий». В коническую колбу налить 25 мл исследуемой воды и добавить дистиллированной воды до общего объема 100 мл (отмерять цилиндром). Добавить 5 мл аммиачного буферного раствора и 5-7 капель раствора индикатора хрома темно-синего; при этом раствор приобретает винно-красную окраску.

Записать начальный уровень титранта в бюретке. При необходимости долить раствор титранта в бюретку, доведя уровень до нулевого деления. Из бюретки по каплям прибавлять 0,1 н. раствор трилона Б до изменения окраски раствора от винно-красной до синевато-сиреневой.

В отличие от титрования в первом опыте, где реакция протекает практически мгновенно, взаимодействие трилона Б с кальцием и магнием требует некоторого заметного промежутка времени. Чтобы не пропустить момент достижения точки эквивалентности, титрант с самого начала титрования добавляют отдельными каплями с интервалом в две-три секунды, внимательно наблюдая, не меняется ли окраска титруемого раствора. Если приливать титрант быстрее, то некоторое количество его попадет в уже оттитрованный раствор, который еще не успел поменять окраску; в результате раствор будет перетитрован, а объем пошедший на титрование — завышен.

Записать уровень раствора в бюретке и вычислить объем титранта, пошедший на титрование, как разность конечного и начального отсчетов. Титрование повторить. Рассчитать объем стандартного раствора как среднее по результатам двух титрований. Вычислить общую жёсткость Жобщ исследуемой воды (в ммоль экв/л) по формуле:

,

где СТрБ — молярная концентрация эквивалента (нормальность) раствора трилона Б; VТрБ — объем трилона Б, пошедший на титрование; Vисслед — объем исследуемой воды; 1000 — коэффициент перехода от моль экв/л к ммоль экв/л.

По полученным данным сделать вывод об уровне жёсткости исследованной воды.

Пренебрегая вкладом карбонатов в величину постоянной жёсткости и считая, что в данном случае временная жёсткость воды совпадает с карбонатной жёсткостью, т.е. Жкарб = Жвр, рассчитать постоянную жёсткость воды по разности между общей и временной жёсткостью.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ И УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ

Цель работы : проведение анализа воды на жесткость и ее умягчение методом катионирования .

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Жесткость воды – это совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде ионов и . Суммарная концентрац ия ио нов (кальциевая жесткость воды) и (магниевая жесткость воды) называется общей жесткостью. Общая жесткость включает карбонатную жесткость, обусловленную содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, и некарбонатную, обусловленную содержанием в воде сульфатов и хлоридов кальция и магния. Карбонатную жесткость можно снизить кипячением, поэтому такую жесткость называют временной. Некарбонатная жесткость не уменьшается при кипячении, поэтому ее называют постоянной.

Величину жесткости природных вод выражают в миллиэквивалентах на 1 л воды ( мэкв /л). Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию 20,40 мг/л или 12,16 мг/л .

ПРИМЕР 1. Вычислить жесткость воды, зная, что 500 л ее содержат 202,5 г гидрокарбоната кальция.

Решение . В 1 л воды содержится 202,5 : 500 = 0,405 г , что составляет 0,405 : 81 = 0,005 эквивалентных масс или 5 мэкв /л (81 г/моль – экивалентная масса ). Следовательно, жесткость воды 5 мэкв /л.

ПРИМЕР 2 . Сколько граммов сульфата кальция содержится в 1 м 3 воды, если жесткость воды, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 мэкв /л?

Решение. Мольная масса равна 136,14 г/моль; эквивалентная масса равна 136,14 : 2 = 68,07 г/моль. В 1 м 3 воды жесткостью 4 мэкв /л содержится 4•1000 = 4000 мэкв , или 4000•68,07 = 272280 мг = 272,280 г .

Жесткость природных вод колеблется в очень широких пределах – от 0,1 — 0,2 мэкв /л в водах рек и озер, расположенных в зонах тайги и тундры, до 80 — 100 мэкв /л в некоторых подземных водах и водах морей и океанов. Повышенная жесткость в водах природных источников обусловлена контактом воды с горными породами, содержащими карбонаты и сульфаты.

Применение жесткой воды недопустимо в некоторых отраслях промышленности, например в теплоэнергетике, так как в котлах и отопительных приборах образуется накипь, что ухудшает теплообмен. Поэтому жесткость является одним из показателей качества воды, который необходимо контролировать.

При необходимости использования водоисточника с высокой жесткостью воды применяют специальные методы умягчения воды. Умягчение может быть осуществлено переводом солей жесткости в труднорастворимые или комплексные соединения, перегонкой воды, методом ионного обмена.

При умягчении воды методом осаждения соли жесткости переводят в следующие труднорастворимые соединения: карбонат кальция, гидроксид магния, трехзамещенные фосфаты. В зависимости от применяемого осадителя способы обработки называют известкованием, содоизвесткованием , фосфатированием .

Процессы, протекающие при известковании (обработка известью , описываются уравнениями:

Постоянная жесткость известью не удаляется – изменяется ее состав: магниевая жесткость переходит в эквивалентное количество кальциевой.

Обработка воды содой и известью ( содоизвесткование ) может быть описана теми же уравнениями (кроме последнего ) и в дополнение к ним следующими:

При содоизвестковании устраняется как временная, так и постоянная жесткость.

Осаждение солей жесткости фосфатом натрия называется фосфатированием воды. Оно применяется и как самостоятельный метод умягчения и как метод доумягчения воды после предварительного снижения жесткости другими способами.

Умягчение воды переводом солей жесткости в комплексные соединения основано на образовании хорошо растворимых комплексных солей. На практике для связывания в комплекс ионов жесткости используют: гексаметафосфат натрия и комплексон 111 ( трилон Б).

Наиболее глубокое умягчение воды достигается методом ионного обмена. Ионный обмен основан на способности некоторых высокомолекулярных соединений (ионитов) вступать в обратимые реакции обмена ионами, причем этот обмен происходит в строго эквивалентных соотношениях. Обменными ионами могут быть как катионы (в этом случ ае ио нит называют катионитом), так и анионы (в этом случае ионит называют анионитом).

При умягчении воды применяют катионный обмен. Обменными ионами обычно служат ионы или ионы катионита.

Процесс умягчения может быть представлен уравнениями:

где — условное обозначение катионита в — форме ;

— условное обозначение катионита в — форме.

Важнейшей характеристикой ионита является его обменная емкость. В практике водоподготовки ионит характеризуют по динамической обменной емкости, выражаемой числом эквивалентов поглощаемого иона на 1 м 3 ионита в рабочем состоянии.

Регенерация катионита основана на обратимости процесса ионного обмена. — катионит после истощения регенерируется 5-8 % раствором хлорида натрия, — катионит – 1-1,5 % раствором серной кислоты. После регенерации катионит отмывают умягченной водой.

Для определения жесткости воды применяют титриметрический метод, причем для определения общей жесткости используют комплексонометрическое титрование, а карбонатную жесткость определяют методом кислотно-основного титрования.

ПРИМЕР 3. Вычислить карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100 см 3 этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см 3 0,08 н. раствора соляной кислоты.

Решение. Вычислим нормальность раствора гидрокарбонат кальция. Обозначив число эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора, т.е. нормальность, через Х, составляем пропорцию:

Таким образом в 1 л исследуемой воды содержится 0,005•1000 = 5 мэкв гидрокарбоната кальция или 5 мэкв ионов кальция. Карбонатная жесткость воды 5 мэкв .

Оборудование и реактивы:

1. Мерный цилиндр вместимостью 100 мл – 1.

2. Бюретка вместимостью 25 мл – 2.

3. Колбы для титрования вместимостью 200-250 мл – 3 шт.

4. Пипетка вместимостью 5 мл – 1 шт.

5. Колонка, заполненная катионитом – 1 шт.

6. 0,01 н раствор комплексона 111

7. 0,1 н раствор соляной кислоты.

8. Индикатор эриохром черный Т.

9. Индикатор метиловый оранжевый.

10. Аммиачный буферный раствор.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

ОПЫТ 1 . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ.

В основе метода лежит реакция образования внутримолекулярной растворимой соли комплексона 111 с ионами и . Ион металла замещает атомы водорода карбонильных групп , а также связывается координационной связью с атомами азота, при этом один ион металла образует соединение только с одной молекулой комплексона 111.

Комплексон 111 – это двузамещенная соль натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты

Работа 3. Определение карбонатной жесткости воды

С помощью стандартизированного раствора НСl определяют не только содержание щелочей, но и некоторых солей. Большое практическое значение имеет определение карбонатной жесткости воды.

Известно, что жесткость обусловлена присутствием в воде растворимых солей кальция и магния.

Карбонатная жесткость зависит от содержания в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Она почти полностью устраняется кипячением, при котором гидрокарбонаты разлагаются. Поэтому карбонатную жесткость называют также устранимой или временной.

Некарбонатная жесткость вызывается присутствием в воде сульфатов (а также хлоридов) кальция и магния. Кипячение она не устраняется и поэтому называется постоянной. Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости дает общую жесткость воды.

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т. п. В то же время, использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жёсткость. Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, хотя есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечнососудистых заболеваний.

Выражается жесткость числом миллимолей эквивалентов кальция (ΙΙ) или магния (ΙΙ), находящихся в воде объемом 1 л .

По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 ммоль/л), средней жёсткости (2-10 ммоль/л) и жёсткую (более 10 ммоль/л). Жесткость питьевой воды должна быть не выше 6,4 ммоль/л эквивалентов кальция (ΙΙ) и магния (ΙΙ).

Жёсткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка (например, жёсткость волжской воды в марте — 4,3 ммоль/л, в мае — 0,5 ммоль/л). В подземных водах жёсткость обычно выше (до 80-100 ммоль/л) и меньше изменяется в течение года.

Карбонатную жесткость определяют титрованием определенного объема воды раствором НСl в присутствии метилового оранжевого. Химизм процесса выражается уравнениями:

Экспериментальная часть

Цель работы:

Определить карбонатную жесткость проточной воды.

Реактивы и оборудование:

1. Штатив, бюретка; колбы для титрования вместимостью 250 мл; пипетка вместимостью 100 мл.

2. Раствор НСl с известной концентрацией, проточная вода, индикатор метиловый оранжевый.

Порядок выполнения

Пипеткой на 100 мл отбирают анализируемую воду в три колбы для титрования. Прибавляют 5-7 капель метилоранжа и титруют 0,1 М раствором HCl до перехода желтой окраски в бледно-розовую.

Таблица. Результаты эксперимента.

Химия СПС / 15

Цель работы: познакомиться с понятием жесткости воды; овладеть методиками определения общей, временной (карбонатной) и постоянной (некарбонатной) жесткости воды методами потенциометрического и кислотно-основного титрования.

Оборудование и реактивы: 0,1н. соляная кислота; 0,1н. раствор трилона Б; индикаторы: эриохром черный кристаллический, фенолфталеин, метиловый оранжевый; аммиачный буфер; рН-метр; магнитная мешалка; бюретки; пипетки на 100 мл или мерные цилиндры; колбы на 250 мл и 500 мл; стаканы на 200 – 250 мл; мерные колбы на 200 мл; бумажные фильтры.

8.1 Теоретические пояснения

Природная вода в своем составе всегда содержит различные примеси: соли и газы, механические примеси, находящиеся во взвешенном состоянии, эмульсии, гидрозоли и другие образования. Некоторые соли, присутствующие в воде, вызывают ее жесткость.

Жесткость воды – это совокупность свойств воды, обусловленных присутствием в ней катионов Ca 2+ и Mg 2+ , реже Fe 2+ .

Содержание в воде большого количества примесей растворимых солей кальция и магния делает ее непригодной для технических целей. Повышенная жесткость воды приводит к образованию накипи в паровых котлах и бытовой посуде. Это ухудшает теплообмен, а, следовательно, приводит к перерасходу топлива, электроэнергии, перегреву металлических поверхностей.

В жесткой воде ухудшается пенообразование и увеличивается расход мыла при стирке, так как часть содержащихся в нем растворимых солей жирных кислот переходит в нерастворимое состояние:

2C17H35COONa + CaSO4 = (C17H35COO)2Ca + Na2SO4.

При этом также ухудшается качество тканей вследствие осаждения на них нерастворимых кальциевых и магниевых солей высших жирных кислот.

В воде с повышенной жесткостью плохо развариваются овощи и мясо, так как катионы кальция образуют с белками нерастворимые соединения. Большая магниевая жесткость придает воде горький вкус.

Суммарное содержание Ca 2+ и Mg 2+ в воде называется общей жесткостью. Жесткость воды оценивается по-разному. В нашей стране ее чаще всего выражают количеством вещества эквивалентов кальция и магния (в ммоль) в одном литре воды.

Жесткость воды хозяйственно-питьевых водопроводов не должна превышать 7 ммоль экв./л. По величине жесткости воду условно подразделяют на мягкую (до 4 ммоль экв./л), средней жесткости (4 – 8 ммоль экв./л), жесткую (8 – 12 ммоль экв./л) и очень жесткую (более 12 ммоль экв./л).

Общая жесткость складывается из карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной). Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция, магния, а иногда также и гидрокарбоната железа (II). Этот вид жесткости можно устранить кипячением:

Ca(HCO3)2CaCO3 + H2O + CO2

Mg(HCO3)2MgCO3 + H2O + CO2;

2MgCO3 + H2O(MgOH)2CO3 + CO2

(MgOH)2CO3+H2O2Mg(OH)2 +CO2

Fe(HCO3)2Fe(OH)2 + 2CO2;

4Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O 4Fe(OH)3.

При кипячении воды растворенные в ней гидрокарбонаты разлагаются, и карбонатная жесткость сильно снижается, однако полного устранения карбонатной жесткости не происходит вследствие того, что карбонаты кальция и магния несколько растворим в воде.

Наряду с понятием карбонатная жесткость, используется термин устранимая жесткость. Это та величина, на которую понижается жесткость при десятиминутном кипячении воды. Жесткость, оставшаяся после кипячения воды, называется постоянной жесткостью.

Для уменьшения карбонатной жесткости применяют также метод известкования:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 Mg(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O.

Некарбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде растворимых, устойчивых к нагреванию солей кальция и магния. Чаще всего это сульфаты и хлориды.

Некарбонатную жесткость можно устранить обработкой воды карбонатом или фосфатом натрия:

MeSO4 + Na2CO3 MeCO3 + Na2SO4.

Для устранения жесткости применяют также катиониты. Это ионообменные смолы и алюмосиликаты, содержащие в своем составе подвижные катионы, например, Na + , H + , способные обмениваться на катионы среды. Если пропускать воду через слои катионита, то его подвижные катионы будут обмениваться на катионы кальция и магния, при этом катионы жесткости остаются в катионите, а подвижные ионы катионита переходят в раствор. При помощи Н + -катионирования умягчают воду с преобладанием карбонатной жесткости, а при помощи Na + -катионирования – с преобладанием некарбонатной жесткости.

Для умягчения воды можно также использовать и физические методы: электродиализ, ультразвуковую, магнитную и магнитно-ионизационную обработку воды.

Жесткость воды определяется аналитически.

Карбонатную (устранимую или временную) жесткость воды определяют титрованием воды соляной кислотой:

Са(НСО3)2 + 2НС1 = CaCI2 + 2H2O + 2СO2

Mg(HCO3)2 + 2НС1 = MgCl2 + 2Н2О + 2СО2

Точку эквивалентности можно определить либо потенциометрическим титрованием с помощью рН-метра (определение объема раствора соляной кислоты в точке скачка рН), либо титрованием в присутствии кислотно-основных индикаторов (чаще всего метилового оранжевого).

Для выбора соответствующего кислотно-основного индикатора необходимо построить интегральную кривую титрования на основании данных потенциометрического титрования, а затем выбрать такой индикатор, интервал перехода окраски которого попадает в область скачка рН на кривой титрования. В таблице 8.1 приводятся интервалы перехода окраски для некоторых индикаторов.

Таблица 8.1 – Характеристики наиболее часто применяемых кислотно-основных индикаторов

Интервал перехода окраски,

Изменение окраски раствора при возрастании рН

Некарбонатную (постоянную) жесткость воды определяют методом обратного титрования. К отмеренному объему исследуемой воды добавляют определенный объем раствора карбоната натрия известной концентрации и выпаривают раствор досуха. При этом образуются нерастворимые в воде карбонаты кальция и магния.

Са 2+ + Mg 2+ + 2Na2CO3 = CaCO3 + MgCO3 + 2Na +

Сухой остаток, представляющий из себя смесь карбонатов кальция, магния, натрия и других солей натрия, растворяют в не содержащей СО2 воде, отфильтровывают нерастворимые в воде карбонаты кальция и магния и титриметрическим способом определяют в растворе количество избыточного Na2CO3, не вошедшего в реакцию осаждения карбонатов. Специальными опытами показано, что при этом Na2CO3 не реагирует с гидрокарбонатами кальция и магния. Именно поэтому, рассмотренный метод позволяет определять постоянную жесткость воды.

Современным методом определения общей жесткости воды является титрование воды раствором трилона Б в присутствии специальных индикаторов-хромогенов, чаще всего эриохрома черного. Титрование проводится в аммиачной среде при значении рН раствора в пределах 9-10.

Трилон Б (комплексон III) – это динатриевая соль этилендиамминтетрауксусной кислоты (NaO2CCH2)2N(CH2)2N(CH2CO2H)2, сокращенно – Na2H2ЭДТА.

Na2H2ЭДТА + Са 2+ (или Mg 2+ ) ® Na2CaЭДТА + 2H + .

Хромоген образует с ионами магния и другими ионами относительно непрочные комплексные соединения, окрашенные в красно-фиолетовый цвет. При титровании трилоном Б содержащиеся в воде ионы Са 2+ и Mg 2+ , а также ионы Cu 2+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Cd 2+ , Ni 2+ , Al 3+ , Fе 2+ , Fe 3+ реагируют с ним и образуют мало диссоциированные бесцветные прочные комплексные соединения. В конце титрования ионы магния, кальция и другие переходят от комплексного соединения с хромогеном к трилону Б, с образованием прочных бесцветных комплексов.

Поэтому в точке эквивалентности красно-фиолетовая окраска раствора исчезает. Однако раствор не обесцвечивается, а окрашивается в сине-фиолетовый цвет – цвет самого хромогена эриохрома черного при рН = 9-10 (аммиачный буфер). Это указывает на окончание титрования.

Так как трилон Б образует прочные комплексы со всеми катионами кальция и магния вне зависимости от характера аниона, то комплексонометрическим методом определяют именно общую жесткость воды.

Проба воды должна характеризовать действительный ее состав, поэтому при отборе пробы из водопровода воду спускают в течение 10-15 минут. Когда склянка наполнится, воду некоторое время переливают через край.

Из рек и ручьев отбирают пробы воды на глубине 0,75 м в нескольких местах, около берегов и в середине реки. Отдельные пробы смешивают вместе. Анализ воды проводят сразу же после взятия пробы или, в крайнем случае, при соответствующем хранении спустя несколько часов.

8.2 Методика проведения опытов

8.2.1 Опыт №1. Определение карбонатной жесткости воды

Мерным цилиндром отбирают в две конические колбы по 100 мл исследуемой воды из-под крана. Оттитровывают воду в первой колбе 0,1н. раствором НСl. Для этого с помощью рН-метра фиксируют значения рН воды после каждого прибавления очередной порции HCl из бюретки. Объем каждой порции HCl составляет 0,5 мл.

По полученным значениям рН и объема прилитой кислоты строят интегральную и дифференциальную кривые титрования. Из кривых титрования определяют точку эквивалентности. Пользуясь данными таблицы 8.1 выбирают индикатор для экспресс-анализа. Интервал перехода окраски выбранного индикатора должен находиться в пределах скачка рН на интегральной кривой титрования.

Карбонатную жесткость воды Жкарб., выраженную в ммоль экв./л, определяют по формуле (8.1):

, (8.1)

где V(HCl) – объем раствора 0,1н. НСl, израсходованного до достижения точки эквивалентности, мл;

С(HCl) – концентрация раствора HCl, моль экв./л;

V2О) – объем исследуемой воды, мл;

1000 – коэффициент пересчета от моль к ммоль.

Затем проводят титрование воды во второй колбе 0,1н. раствором НСl. Только на этот раз за ходом титрования следят визуально, по изменению окраски выбранного индикатора. Вблизи точки эквивалентности последняя капля титранта вызывает резкое изменение окраски раствора, содержащего индикатор. Фиксируют объем прибавленной кислоты к моменту достижения точки эквивалентности. Проводят расчет карбонатной жесткости воды по формуле (8.1)

8.2.2 Опыт №2. Определение общей жесткости воды

В коническую колбу отмеряют пипеткой 100 – 150 мл исследуемой воды, добавляют 5 мл аммиачного буфера и несколько кристаллов эриохрома черного до образования заметной вишнево-красной окраски. При слабой окраске раствора проверяют его рН универсальной индикаторной бумагой. Значение рН должно находиться в интервале 8-11. При необходимости корректируют рН добавлением в раствор буферной смеси.

Раствор оттитровывают стандартным раствором трилона Б до точки резкого перехода вишнево-красной окраски в синюю. Окраска раствора от избытка трилона Б остается неизменной, поэтому в конце титрования рабочий раствор трилона Б прибавляют осторожно, по каплям, энергично перемешивая.

Титрование повторить два раза и взять среднее значение объема израсходованного раствора трилона Б.

Общую жесткость воды Жобщ., выраженную в ммоль экв./л, определяют по формуле (8.2):

, (8.2)

где V1 – объем рабочего раствора трилона Б, израсходованного на титрование пробы воды, мл;

N – молярная концентрация эквивалента рабочего раствора трилона Б, моль экв./л;

V2 – объем исследуемой воды, мл;

1000 – коэффициент пересчета от моль к ммоль.

По разности значений общей и карбонатной жёсткости определить постоянную жесткость. Сделать вывод о характере и степени жесткости исследуемой воды.

8.3 Примеры решения задач

Рассчитайте общую жесткость воды (ммоль экв./л), если в 0,15 л воды содержится 16,2 мг гидрокарбоната кальция, 2,92 мг гидрокарбоната магния, 11,10 мг хлорида кальция и 9,50 мг хлорида магния.

Выразим общую жесткость воды как сумму миллимолярных концентраций эквивалентов двухзарядных катионов металлов (или соответствующих им солей) в воде:

,

где m1, m2, mi – массы двухзарядных катионов металлов, либо массы соответствующих им солей, либо массы веществ, пошедших на устранение жесткости воды, мг;

M1, M2, Mi – молярные массы эквивалентов двухзарядных катионов металлов, либо массы соответствующих им солей, либо массы веществ, пошедших на устранение жесткости воды, г/моль;

V – объем воды, л.

Молярные массы эквивалентов солей, перечисленных в условии задачи, рассчитываются по формуле:

,

где z – эквивалентное число, для солей жесткости оно равно 2;

– молярная масса соли Х.

Са(HCО3)2

Mg(HCО3)2

, г/моль

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *