3137

11

т2— масса бюкса с фильтром и осадком, мг; т1 — масса бюкса с фильтром, мг; v — объем пробы воды, взятой для определения, мл.

1.4.2.Фотометрический метод определения мутности

Воснове метода лежит определение оптической плотности исследуемой воды, а затем по градуированному графику определяют мутность, в мг/л.

О т б о р п р о б

Определение мутности проводят не позднее, чем через 24 ч после отбора пробы. Проба может быть законсервирована добавлением 2 - 4 мл хлороформа на 1 л воды.

В ы п о л н е н и е р а б о т ы

Определяют оптическую плотность тщательно Перемешанной исследуемой воды на фотоэлектроколориметре ФЭК-56М в кюветах с 1=5—10 см при λ = 413 нм (синий светофильтр) против контрольной пробы. В качестве контрольной пробы используют профильтрованную исследуемую воду. Затем по предварительно построенному градуированному графику находят мутность исследуемой воды.

Для получения градуированного графика измеряют в этих условиях (λ и 1) оптические, плотности рабочих стандартных суспензий. Градуированный график строят в координатах: оптическая плотность воды (А) — мутность воды

(мг/л).

2.Определение прозрачности воды по «шрифту» и по «кресту»

О т б о р п р о б

Объем пробы 500—1000 мл. Пробы воды для определения прозрачности не консервируются. Определение проводят не позднее, чем через 1 сутки после отбора пробы.

ВЫ В О Д Ы

Висследуемой пробе воды определены следующие показатели качества:

1.Температура...

2.Запах...

3.Вкус...

4.Цветность...

5.Прозрачность...

6.Мутность...

7.Взвешенные вещества...

12

ВО П Р О С Ы

1.Какие физические показатели воды определяют ее качество?

2.Какие вещества, присутствующие в водоемах, обуславливают цветность воды?'

3.В результате каких процессов, происходящих в водоемах, появляются запахи?

4.Какие примеси природных вод обуславливают привкус воды?

5.Какая цветность и мутность допускается ГОСТом для литьевой воды?

6.Как оценивается вода ГОСТом по вкусу и запаху?

7.Методы определения цветности воды?

8.Методы определения концентрации взвешенных веществ в воде? От чего зависит выбор метода определения содержания взвешенных веществ в воде?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОЙ РЕАКЦИИ ВОДЫ (pH)

Цель работы: Потенциометрическим методом определить pH воды.

Активная реакция воды, т. е. степень ее кислотности или щелочности, характеризуется концентрацией водородных ионов.

При диссоциации воды образуются ионы водорода и гидроокиси (в упрощенной форме):

Н2О = Н++ОН-.

Константы диссоциации воды:

Так как концентрация, недиссоциированных молекул воды — величина постоянная, то ее можно ввести в константу:

К[Н20] =KW = [H+] [ОН-] — ионное произведение воды, при постоянной температуре является величиной постоянной.

На основании экспериментальных данных установлено, что при Т=298° К, Kw = 10 -14, т. е. [Н+] = [ОН-] = 10-7. Растворы, в которых концентрация ионов

водорода и гидроксида одинаковы, называются нейтральными растворами. Если [Н+1>10~7 моль/л, растворы имеют кислую реакцию [Н+] < 10-7 моль/л — щелочную. Кислотность (или щелочность) раствора можно выразить более удобным способом: вместо концентрации ионов водорода указывают ее десятичный логарифм, взятый с обратным знаком. Последняя величина называется водородным показателем и обозначается pH:

рН = -lg[Н+].

13

В нейтральных растворах pH равен 7;

Активная реакция большинства природных вод находится в пределах (6,5—8,5). Относительное постоянство pH природных вод обеспечивается буферной емкостью, состоящей из растворенной в воде угольной кислоты и гидрокарбонат-ионов (Н2С03+НС03-). Буферная емкость образуется в результате диссоциации угольной кислоты и гидрокарбоната кальция, постоянно присутствующих в воде.

Буферная емкость природных вод позволяет сохранять pH воды неизменным при различных процессах ее обработки: хлорировании, известковании, коагулировании и др.

Постоянство pH воды имеет большое значение для нормального протекания в ней различных физико-химических, биологических процессов, процессов ее очистки.

Изменение pH воды свидетельствует о загрязнении ее органическими и другими веществами.

Одним из методов определения pH воды является электрометрический (потенциометрический) метод.

Потенциометрический метод определения p H воды

Метод основан на измерении разности потенциалов, возникающей между поверхностью стеклянного электрода и исследуемым раствором, величина которой зависит от концентрации ионов водорода и температуры раствора. В качестве электрода сравнения используют хлорид - серебряный электрод. Измерения проводят на приборах рН-метр ЛПУ-01 или pH-340.

Выполнение работы

Передо началом измерений прибор включают в сеть и нагревают в течение 20 мин. Электроды перед погружением в раствор тщательно промывают дистиллированной водой и высушивают фильтровальной бумагой. Перед началом измерений проверяют правильность настройки pH-метра по раствору с известным значением pH (либо буферный раствор, либо 0,1 н раствор НС1 с pH = 1,1 при t = 20—30 ° С). Сначала измерение проводят по шкале от 2 до 14 pH, затем переключают прибор потенциометра ручной температурной компенсации на более узкий интервал pH и определяют pH'с точностью 0.05. Измерение записывают в журнал.

Выводы

В исследуемой пробе воды pH равен ______, реакция (кислая, щелочная, нейтральная).

14

ВО П Р О С Ы

1.Чем обусловлено постоянство pH природных вод?

2.Что такое буферные растворы и каковы их свойства?

3.В чем состоит значение pH как важного технологического показателя контроля водоподготовки?

4.Почему pH является важным санитарным показателем качества воды?

5.В чем сущность потенциометрического метода определения pH воды?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ ВОДЫ

Цель работы: Объемным методом определить общую, свободную кислотность воды.

Кислотностью природных вод называется содержание в воде веществ (свободная СО2, гуминовые кислоты, слабые органические кислоты, сильные кислоты, соли сильных кислот и слабых оснований), способных вступать в реакцию с сильными основаниями (едким натром, едким калием). Причиной появления кислотности в природных водах является диссоциация сильных кислот и гидролиз солей, образованных сильными кислотами и слабыми основаниями. Различают общую кислотность, естественную кислотность и свободную кислотность. Общая кислотность — суммарное содержание в воде ионов водорода. В природных водах кислотность в большинстве случаев зависит только от содержания свободной растворенной углекислоты:

СО2+Н2О=Н3СО3=Н++НСО3-=2Н++СО32-

Кислотность воды могут создавать также гуминовые и другие слабые органические кислоты. Часть общей кислотности, обусловленная присутствием растворенной СО2, гуминовых и других слабых органических кислот, растворенных в воде, называется естественной кислотностью воды; pH такой воды обычно не превышает 4,5. Некоторые промышленные сточные воды могут содержать сильные кислоты или соли сильных кислот и слабых оснований (чаще всего железа и алюминия), подвергающиеся гидролизу, в результате чего кислотность увеличивается. При попадании таких сточных вод в природные водоемы, pH воды в последних может стать ниже 4,5. Та часть общей кислотности, которая снижает pH до 4,5 и ниже, называется свободной кислотностью воды.

Кислотность воды определяют титрованием раствором сильного основания. Количество раствора сильного основания, израсходованное при титровании до получения pH = 4,5 (по индикатору метилоранжу) соответствует

15

свободной кислотности, а израсходованное до получения рН=8,3 (по индикатору фенолфталеину), соответствует общей кислотности (р). Если pH исследуемой воды больше 8,3, то ее кислотность равна нулю.

О т б о р п р о б

Для точного определения кислотности рекомендуется проводить определение на месте отбора проб. Если это невозможно, то отбирают пробу в склянку, емкостью не менее 0,5 л, снабженную притертой пробкой. При отборе проб воду подводят на дно склянки резиновой трубкой так, чтобы она перетекала некоторое время через края склянки. Заполненную доверху склянку закрывают притертой пробкой, вытесняя из бутылки все воздушные пузырьки. Во время транспортировки склянку предохраняют от нагревания. Пробу анализируют не позже, чем через сутки. Консервировать пробу нельзя.

Аппаратура , реактивы

Пипетки на 2, 5, 10 мл. Бюретки на 25 мл. Раствор едкого натра, 15 н.

625 г NaOH ч.д. а. растворяют в 800 мл дистиллированной воды.

Раствор едкого натра, 0,1 н. Разбавляют 6,7 мл 15 н раствора дистиллированной водой и доводят до 1 л.

Поправочный коэффициент к нормальности раствора едкого натра устанавливают по следующей методике: отмеривают 20 мл точно 0,1 н раствора щавелевой кислоты (6,3034 г Н2С204.2Н2О растворяют в горячей дистиллированной воде и доводят объем до 1 л при 20 ° С), добавляют 3 капли раствора фенолфталеина и титруют 0,1 н раствором NaOH до появления розовой окраски. Поправочный коэффициент к нормальности раствора едкого натра (К) вычисляют по формуле

К = 20/v

где v— объем раствора едкого натра, израсходованного на титрование, мл. Фенолфталеин (индикатор), 1%-ный спиртовой раствор.

Метиловый оранжевый (индикатор), 0,1 %-ный водный раствор.

Предварительно определяют свободную кислотность по метиловому оранжевому (кислая реакция). Если предварительное исследование показало наличие свободной кислоты, то проводят количественное определение свободной и общей кислотности.

16

3.1.Определение свободной кислотности

Вконическую колбу наливают цилиндром (или пипеткой) 100 мл исследуемой воды, добавляют 2 капли метилоранжа и титруют 0,1 н раствором едкого натра до изменения окраски индикатора из красной в желтую. Свободную кислотность т, мг-экв/л, вычисляют по формуле:

где v— объем 0,1 н раствора NaOH, израсходованный на титрование, мл; V— объем исследуемой воды, мл.

3.2.Определение общей кислотности

Вконическую колбу отмеривают 100 мл исследуемой воды, прибавляют 3 капли фенолфталеина и титруют 0,1 н раствором едкого натра до появления розовой окраски. Общую кислотность (р), ммоль/л, вычисляют по формуле:

где v— объем 0,1 н раствора NaOH, израсходованный на титрование, мл; V— объем исследуемой воды, мл.

В ы в о д ы : в исследуемой пробе воды определены: общая кислотность -__________. мг-экв/л; свободная кислотность -__________мг-экв/л.

ВО П Р О С Ы

1.Какие вещества, присутствующие в воде, обуславливают кислотность воды?

2.Виды кислотности и их значение для оценки качества воды?

3.Какими методами определяют кислотность воды?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЩЕЛОЧНОСТИ ВОДЫ

Ц е л ь р а б о т ы : Объемным методом определить общую и

свободную щелочность воды.

Щелочностью природных вод называется содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами (сильные основания, соли сильных оснований и слабых кислот - угольной, фосфорной, кремниевой, гуматы - соли сложных органических кислот). Причиной появления

17

щелочности природной воды является диссоциация сильных оснований, а также гидролиз солей, образованных сильными основаниями и слабыми кислотами.

Различают общую щелочность, естественную щелочность и свободную щелочность. В природных водах щелочность воды зависит только от содержания гидрокарбонатов щелочно-земельных металлов Са(НС03)2 и

Mg(HC03)2.

Часть общей щелочности воды, обусловленная присутствием гидрокарбонатов кальция и магния называется естественной щелочностью воды; pH такой воды обычно не превышает 8,3. В процессе обработки воды (известкование; известкование, а затем Na-катионирование; известково-содовый метод обработки), а также совместно со сточными водами в природной воде могут появиться карбонатные и гидроксильные ионы и увеличить pH выше 8,3. Та часть общей щелочности воды, которая повышает pH выше 8,3, называется свободной щелочностью воды.

Щелочность определяют титрованием воды раствором сильной кислоты. Количество раствора кислоты, израсходованное до достижения pH 8,3, эквивалентно свободной щелочности; количество, необходимое для достижения pH 4,5, эквивалентно общей щелочности. Если pH воды меньше 4,5, то ее щелочность равна нулю.

Щелочность воды является важным технологическим показателем, позволяющим контролировать процессы обработки воды, например, процессы коагулирования, известкования, катионирования и др.

О т б о р п р о б

Щелочность, особенно свободную, следует определять после взятия пробы сразу же. Если это невозможно, то заполняют склянку доверху (см. работу № 3 — отбор проб) и определяют щелочность не позже, чем через 24 часа с момента отбора пробы. Консервацию пробы осуществлять нельзя.

Аппаратура , реактивы Пипетки на 2, 5, 10 мл.

Бюретка, на 25 мл.

Раствор соляной кислоты, 0,1 н. Фенолфталеин (индикатор). \ Метиловый оранжевый (индикатор).

Предварительно определяют свободную щелочность по фенолфталеину (щелочная реакция). Если предварительное исследование показало наличие свободной щелочности (щелочность гидратная и карбонатная), то проводят количественное определение свободной и общей щелочности (сумма гидратной и гидрокарбонатной).

18

4.1.Определение свободной щелочности воды

Вконическую колбу отмеривают 100 мл исследуемой воды, добавляют 2 капли раствора фенолфталеина и титруют 0,1 н раствором соляной кислоты до полного исчезновения малиновой окраски. Свободную щелочность воды m, ммоль/л, определяют по формуле:

где v— объем 0,1 и раствора НС1, пошедший на титрование, мл; V — объем исследуемой воды, мл.

4.2. Определение общей щелочности воды

В коническую колбу отмеривают 100 мл исследуемой воды, добавляют 2 - 3 капли метилоранжа и титруют 0,1 н раствором НС1 до перехода окраски индикатора из желтой в розовую.

Общую щелочность Р, моль/л, рассчитывают по формуле:

В ы в о д ы : В исследуемой пробе воды определены: общая щелочность __________ мг-экв/л; свободная щелочность ._________ мг-экв/л.

ВО П Р О С Ы

1.Какие вещества, присутствующие в воде, обусловливают величину щелочности воды?

2.Виды щелочности воды и их значение при оценке качества воды.

3.Каким образом процесс обработки воды коагулянтами контролируют по величине естественной щелочности воды?

4.Какими методами определяют щелочность воды?

19

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ

Ц е л ь р а б о т ы : Титриметрическим методом определить общую и карбонатную жесткость воды, а также раздельное содержание ионов кальция и магния в воде.

Жесткость воды обусловлена присутствием в ней растворимых солей кальция и магния.

Различают жесткость карбонатную и некарбонатную. Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Эта жесткость называется также временной, так как устраняется при нагревании. При этом гидрокарбонаты разлагаются с образованием углекислоты и труднорастворимых осадков:

Некарбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде сульфатов, хлоридов, нитратов и др. солей кальция и магния. Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости представляет собой общую жесткость воды. Выражают жесткость воды числом м-экв солей кальция и магния в 1 л воды. 1

мг-экв жесткости соответствует содержанию 20,04 мг ионов Са24- или 12,16

мг ионов Mg в 1 л воды.

В зависимости от величины жесткости природные воды подразделяются на группы: очень мягкие (от 1,0 до 1,5 мг-экв/л), мягкие (от 1,5 до 3 мг-экв/л), средней жесткости (от 3 до 4,5 мг-эвк/л), довольно жесткие (от 4,5 до 6,5 мг-экв/л), жесткие (от 6,5 до 11 мг-экв/л) и очень жесткие (свыше 11 мг-экв/л). Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 допустимая концентрация солей жесткости в воде, используемой для хозяйственно-питьевых целей составляет не более 7 мг-экв/л; в отдельных случаях — до 10 мг-экв/л. Соли, обусловливающие жесткость, не являются вредными для организма, тем не менее их присутствие в воде в значительных количествах нежелательно. Объясняется это тем, что в жесткой воде плохо развариваются овощи, перерасходуется мыло при стирке белья, выпадают осадки в водопроводных трубах и др. Вода, содержащая соли жесткости, совершенно непригодна для питания паровых котлов из-за образования накипи, приводящей к перегреву котла. Вода с повышенной карбонатной жесткостью непригодна для охлаждения. Действительно, охлаждая теплообменную аппаратуру, вода нагревается, а при нагревании происходит разложение гидрокарбонатов кальция и магния, сопровождающееся выпадением осадков карбонатов, которые забивают теплообменники, вот почему воду, используемую для питания паросиловых установок, ТЭЦ подвергают умягчению.

20

5.1.Определение общей жесткости воды (комплексонометрический метод)

Метод основан на образовании прочного комплексного соединения трилона Б (двунатровая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) с ионами кальция и магния:

Са2++Na2H2R = Na2CaR + 2H+

Определение проводят титрованием пробы трилоном Б при pH 10 в присутствии индикатора хрома темно-синего. Этот индикатор в присутствии ионов Са2+ и Mg2+ имеет малиновую окраску, а в их отсутствии — синюю.

Аппаратура , реактивы Пипетки на 10, 25, 50, 100 мл.‘

Бюретки на 25 мл.

Колбы конические на 250 мл.

Раствор хлористого цинка, 0,1 н раствор. Разведением этого раствора вдвое получают 0,05 н раствор.

Раствор сернокислого магния, 0,05 н. Буферный раствор, рН=10.

Трилон Б (комплексом I I I ) , 0,05 н раствор.

Хром темно-синий (индикатор) — сухая смесь с NaCl (1:100).

Выполнение работы

В коническую колбу вносят 100 мл отфильтрованной испытуемой воды или меньший объем, разбавленный до 100 мл дистиллированной водой. Затем прибавляют 5 мл буферного раствора, одну ложечку индикатора и сразу же титруют при постоянном перемешивании 0,05 н раствором трилона Б до изменения окраски в эквивалентной точке (окраска должна быть синей с зеленоватым оттенком).

Общую жесткость воды (Ж), мг-экв/л, вычисляют по формуле:

где v — объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование, мл;

К— поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона Б; V— объем воды, взятый для определения, мл.