5902

41

Поэтому, если в раствор, содержащей тот или иной ион двухвалентного металла, внести индикатор, дающий цветное соединение с этим ионом, а затем добавить раствор комплексона III в количестве, эквивалентном количеству ионов металла, то произойдет изменение окраски. В точке эквивалентности, когда все ионы металла будут связаны в комплексное соединение с комплексоном III, исследуемый раствор окрасится в цвет свободного индикатора.

В качестве индикаторов в комплексонометрии используют эриохром черный Т, кислотный хромтемно-синий, флуорексон, кальцион, магнезон, ксиленоловый оранжевый и т.д.

Комплексонометрическим методом в настоящее время определяют общую жесткость воды, содержание соединений многих двух- и трехвалентных металлов в природных и сточных водах, горных породах, строительных материалах, сплавах.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6 КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ

КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ В ВОДЕ

Сначала определяют суммарное содержание ионов кальция и магния титрованием раствором комплексона Ш определенной нормальности в присутствии кислотного хромтемно-синего в качестве индикатора. В точке эквивалентности происходит изменение окраски раствора из фиолетовокрасной в синюю.

Затем определяют содержание в растворе ионов кальция. В качестве индикатора используют флуорексон, в качестве титранта – раствор комплексона III той же нормальности, что и при титровании с индикатором кислотный хромтемносиний.

По разности объёмов раствора комплексона III, пошедших на титрование, рассчитывают содержание в растворе ионов магния.

Реактивы, посуда и аппаратура

1.0,1Н раствор комплексона III.

2.Аммиачный буферный раствор (рН=9).

3.Кислотный хромтемно-синий. 0,01% твердый раствор. 4.20%-ный раствор едкого натрия.

5.Флуорексон, порошок.

6.Мерные пипетки на 20, 25 мл.

7.Мерные колбы на 200-250 мл.

8.Колбы конические, 250-300 мл.

9.Шпатель.

43

Содержание магния в мэкв/л равно общей жесткости воды за вычетом содержания кальция в мэкв/л (12,16 г/экв эквивалентная масса магния):

Mg 2+ , мэкв / л = V1 × H ×1000 - V2 × H ×1000 = (V1 -V2 ) × H ×1000

Vпипетки Vпипетки Vпипетки

Mg 2+ , мг / л = (V1 -V2 ) × H ×1000 ×12,16 , где

Vпипетки

12,16 – эквивалентная масса магния, г/экв.

Вопросы и задания

№1

Чистая питьевая вода «BONAQVA» содержит ионы магния 20-40 мг/л и ионы кальция 20-50 мг/л. Выразите концентрацию ионов в мэкв/л.

№2 Минеральная вода «Нарзан» содержит 0,3894 г/л ионов кальция и

0,0884 г/л ионов магния. Выразите концентрацию ионов в мэкв/л.

№3 Минеральная вода «АРЗНИ» содержит 200 мг/л катионов кальция и

200 мг/л катионов магния. Выразите концентрации ионов в мэкв/л.

№4 Рассчитайте жесткость воды, в литре которой содержится 100 мг ка-

тионов кальция и 60 мг катионов магния. Как изменится жесткость, если в указанном объеме дополнительно растворить 0,1 г хлорида кальция?

№5 Временная жесткость воды, обусловленная присутствием в ней гидро-

карбоната кальция, равна 10 мэкв/л. Рассчитайте массу накипи, которая образуется при кипячении 100 литров такой воды.

№6 Временная жесткость, обусловленная присутствием гидрокарбоната

магния, равна 10 мэкв/л. Рассчитайте массу накипи, образуемой при кипячении 10 литров такой воды?

№7 Жесткость волжской воды, обусловленная только солями кальция

(кальцевая жесткость), составляет 4,95 мэкв/л, а кальцевая жесткость амур-

44

ской воды – 1,45 мэкв/л. Во сколько раз концентрация ионов кальция, выраженная в г/л больше в Волге по сравнению с Амуром?

№8 По результатам анализа, на титрование 50 мл жесткой воды пошло 3 мл

0,1 Н раствора HCl . Рассчитайте жесткость воды и количество извести, необходимое для умягчения 1 м3 этой воды.

№9 Для связывания катионов кальция к 500 мл жесткой воды добавлено 6

мл 1Н раствора соды. Какова концентрация катионов кальция в воде в мэкв/л?

№10

Величина рН фильтрата, полученного пропусканием раствора хлорида кальция через катионит в Н- форме (HZ), равна трем. Какова концентрация ионов кальция была в исходном растворе в мэкв/л?

№11

Жесткость воды равна 8 мэкв/л. Рассчитайте перерасход мыла (C17H35COONa) при использовании 100 литров такой воды. Объясните, чем обусловлен этот перерасход. Запишите уравнения реакции.

№12

Перерасход мыла (C17H35COONa) за счет жесткости 3,2 г на 1 литр воды. Рассчитайте жесткость воды.

№13

В 1 литре воды содержится 0,146 г гидрокарбоната магния; 0,260 г гидрокарбоната кальция и 0,243 г нитрата магния. Рассчитайте жесткость воды после кипячения.

№14

Рассчитайте, сколько мг карбоната аммония нужно добавить к литру воды, содержащей хлорид кальция, чтобы выделить осадок массой 200 мг.

№15

При анализе жесткой воды на титрование 100 мл ее пошло 8 мл 0,1 Н раствора трилона. Рассчитайте величину жесткости. Укажите, какая жесткость – временная, постоянная, общая – определена анализом.

45

КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУЛЬФАТОВ В ПИТЬЕВЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ.

Естественное содержание сульфатов в поверхностных и грунтовых водах обусловлено выветриванием пород и биохимическими процессами в водоносных слоях. Их содержание в известной мере определяет некарбонатную жесткость воды. Содержание сульфатов в водоемах может быть повышенным вследствие сброса в них сточных вод с неорганическими

иорганическими соединениями серы.

Впитьевых и поверхностных водах сульфаты определяют комплексонометрическим титрованием, титрованием раствором нитрата свинца или весовым методом в виде сульфата бария. В водах с высоким содержанием сульфатов и в сточных водах их определяют весовым методом.

Пробы обычно не консервируют. Результаты приводятся в мэкв SO42-/л или в мг SO42-/л.

Качественное определение.

Примерно 10 мл пробы подкисляют в пробирке несколькими каплями соляной кислоты и прибавляют около 0,5 мл 10% - ного раствора хлорида бария. При содержании 5-50 мг/л сульфат ионов возникает опалесценция или слабое помутнение, при более высоком содержании выпадает осадок.

КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУЛЬФАТ-ИОНОВ.

Цель работы: определить методом комплексонометрического титрования содержание сульфатов в пробе анализируемой воды.

Сущность метода. Обработанную катионитом пробу воды смешивают с определенным объемом раствора хлорида бария точно известной концентрации для осаждения сульфата бария. Хлорид бария вводят в

избытке. Избыток ионов бария титруют комплексоном (III) в аммиачном растворе при рН = 11 в присутствии индикатора тимолфталексон.

Метод пригоден для определения сульфатов в грунтовых и поверхностных водах. Без разбавления и концентрирования при применении 100 мл пробы можно определить концентрацию сульфатов в пределах 10-200 мг/л. Применимость метода для исследования сточных вод в каждом отдельном случае следует проверять.

Мешающее влияние. Определению мешают все катионы, которые также как и ионы бария реагируют с комплексоном III. Их удаляют из раствора путем ионного обмена. Нерастворимые вещества снижают эффективность действия катионита. Кроме того, мутность раствора мешает четко установить конечную точку титрования. Мутные воды фильтруют перед катионированием пробы.

46

Реактивы, посуда и аппаратура

1.Мерные цилиндры на 50, 250 см3. 2.Колбы конические на 250-300 см3. 3.Мерные пипетки на 5, 10, 100 см3. 4.Бюретка на 25 см3.

5.Стеклянный шпатель.

6.Электроплитка.

7.Магнитная мешалка.

8.Катионит высокой степени кислотности (вофатит КР в Н+ - форме).

9.Аммиачный – буферный раствор (рН = 9).

10.Сухая смесь эриохромчерного Т с хлоридом натрия: 0,5 г эриохромчерного Т тщательно растирают с 100 г хлорида натрия.

11.Хлорида бария, 0,05 моль/дм3 раствор.

12.Триэтаноламина, 20% раствор.

13.Концентрировый аммиак, 20% раствор.

14.Сухая смесь тимолфталексона с хлоридом натрия: 0,6 г тимолфталексона растирают в ступке с 50 г хлорида натрия.

15.Комплексона III, 0,05 моль/ дм3 раствор.

Подготовка и регенерация катионитов

Для перевода катионитов в Н+ - форму перед началом работы или при регенерации 500 мл катионита КР вымачивают перед первым применением минимум 12 часов в дистиллированной воде. Затем обрабатывают 500 см3 3,0 моль/ дм3 раствором хлористоводородной кислоты, перемешивая в химическом стакане, дважды в течение 10 минут. И промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции. Вофатит в Н+ - форме хранят под слоем дистиллированной воды в закрытом сосуде. Использованный вофатит собирают в отдельный сосуд, и вновь регенируют перед применением.

Экспериментальная часть

1. 150 см3 воды помещают в коническую колбу, прибавляют примерно 10 г катионита, перемешивают 5-10 минут на магнитной мешалке и проверяют на отсутствие многозарядных катионов. Для этого 10 см3 водной вытяжки смешивают с несколькими каплями аммиачного буферного раствора (рН = 9) и сухой смесью эриохромчерного Т с хлоридом натрия.

47

При отсутствии многозарядных катионов раствор окрашен в чисто-синий цвет, при наличии – в красный.

2.Из обработанной таким образом воды отбирают 100 см3 пробы и переносят в другую коническую колбу. Пипеткой добавляют 5 см3 раствора хлорида бария, смесь кипятят в течение 5 минут.

3.После охлаждения в раствор добавляют 10 см3 раствора триэтаноламина, 30 см3 концентрированного аммиака и тимолфталексон на кончике шпателя, перемешивают. Пробу медленно титруют раствором комплексона III до изменения окраски индикатора от синей до бесцветной

или слабо-светло-серой. Выполняют минимум три параллельных опыта. Проводят холостой опыт: к 100 см3 дистиллированной воды, освобожденной от углекислого газа, добавляют те же реактивы, что и к исследуемому раствору и титруют.

Концентрацию сульфатов в мг/л вычисляют по формуле:

SO42− , мг / л = (Vхол -Vисх ) × Нкомп × 48 ×103 , где

Va

Vкомпл – объём комплексона III, пошедший на титрование, см3. Нкомпл – нормальность комплексона III, экв/дм3.

Va – объём пробы воды, взятый на титрование, см3.

48 – эквивалентная масса сульфат-ионов, г/экв.

Согласно цели работы самостоятельно написать вывод о проделанной работе.

Вопросы

1.Дайте определение «ионообменная смола».

2.Чем катиониты отличаются от анионитов?

3.Почему перед комплексонометрическим определением сульфатов анализируемый раствор смешивают с катионитом в Н – форме?

48

Литература

1.Алексеев В.Н. Количественный анализ / В.Н. Алексеев. – М.: Химия, 1984. -504с.: ил.

2.Крешков А.П. Основы аналитической химии. В 2 т. Т. 2./ А.П.

Крешков. - М.: Химия, 1971. -456с.

3.Унифицированные методы анализа вод / Под ред. Ю.Ю. Лурье. - М.:

Химия, 1973. -376с.

4.ГОСТ 2874-88. Вода питьевая. Методы анализа. - Сб. гос. стандартов. - М.: Изд-во стандартов, 1994. - 226с. : ил.

5.Новиков Ю.В. и др. Методы исследования качества воды водоемов / Ю.В. Новиков. - М.: Медицина, 1990. -400с. : ил.

6.Унифицированные методы исследования качества вод. – М.: Изд.отд. Управление делами Секретариата СЭВ, 1977. -255с.

7.Харитонов Ю. Я. Аналитическая химия (аналитика). В 2 т. Т. 2. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учеб. для вузов / Ю. Я. Харитонов – М.: Высш. шк., 2001.-615с. : ил.

8.Основы аналитической химии. В 2 т. Т. 2. Методы химического анализа: Учеб. для вуза / Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Федеева и др. Под ред. Ю.А. Золотов – М.: Высш. шк., 2002.-351с. : ил.

49

Васина Янина Александровна Смельцова Ирина Леонидовна

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

Учебно-методическое пособие

по выполнению лабораторных работ по аналитической химии

для обучающихся по направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность, направленность (профиль) Безопасность технологических

процессов и производств

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65.

http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru