Методические указания по отдельным видам занятий лабораторная работа №1 (стр. 3 из 16)
2.4. Выключить прибор нажатием клавиши 0/1.
2.5. Вынуть электроды из раствора, осторожно промокнуть, опустить в следующий исследуемый раствор и провести операцию по п.п. 2.1-2.4.
Таблица 2.2
| № варианта | № измерения | Соль А | Значение рН | Концентрация ионов, моль/л | |||||
| Формула | Концентрация М, моль/л | Экспериментальное | Расчетное | Экспериментальная | Расчетная | ||||
| [H+] | [OH-] | [H+] | [OH-] | ||||||
3. ОТЧЕТ О РАБОТЕ
Отчет должен включать:
- наименование, цель работы;
- расчеты по заданию (по варианту таблицы 2.1);
- результаты измерений и расчетов (таблица 2.2);
- выводы по работе.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
щелочность и кислотность природных вод
Цель работы: познакомиться с видами кислотности и щелочности природных вод и определением их методом титрования.
3.1. Теоретическая часть
Щелочность природных вод чаще всего обусловлена гидролизом солей, образованных угольной кислотой (бикарбонатов и карбонатов) и сильными основаниями. Реже в природных водах встречаются соли других слабых кислот (борной, кремниевой и т.п.), которые также придают щелочную реакцию среде. Гидролиз таких солей соответствует равновесиям, описываемым следующими уравнениями:
При гидролизе солей сильных кислот и слабых оснований, находящихся в природных водах, образуется кислая среда.
Между концентрацией (активностью) водородных и гидроксильных ионов в природных водах существует определенное соотношение, количественно связанное с концентрацией свободной углекислоты, бикарбонатов и карбонатов, которое отвечает определенным требованиям рН. Это соотношение выражается представленным ниже графиком, рассчитанным по значениям констант диссоциации угольной кислоты (рисунок).
Так, при рН = 0-4 в природных водах могут находиться сильные минеральные кислоты; при рН = 4-8,36 - угольная кислота в равновесии с бикарбонатами; при рН = 8,36-12 - бикарбонаты в равновесии с карбонатами; при рН = 12-14 - сильные основания.
Равновесия между угольной кислотой и бикарбонатами, а также бикарбонатами и карбонатами могут быть описаны следующими уравнениями, каждому из которых соответствуют константы равновесия, являющиеся константами диссоциации угольной кислоты по I и II ступеням:
Исходя из этих констант и рН воды, можно рассчитать соотношения между концентрациями ионов.
При определении кислотности и щелочности природных вод могут быть следующие варианты.
3.1.1. При добавлении к пробе воды двух - трех капель раствора фенолфталеина он не окрашивается в малиновый цвет, а при добавлении нескольких капель смешанного индикатора последний приобретает фиолетовую окраску. В этом случае рН среды лежит в интервале от 0 до 4, т.е. в воде содержатся сильные минеральные кислоты. Для определения их концентрации необходимо определенный объем исследуемой воды оттитровать раствором щелочи строго определенной концентрации до перехода фиолетовой окраски в серо-голубую и рассчитать кислотность по следующей формуле, мэ/л:
Кислотность =
,где Nщ - нормальность щелочи, э/л; Vщ - объем щелочи, мл;
- объем исследуемой воды.3.1.2. При добавлении к пробе воды двух - трех капель фенолфталеина окраска его не изменяется, а при добавлении нескольких капель смешанного индикатора он окрашивается в зеленый цвет. В этом случае рН среды лежит в интервале от 4 до 8,36. В воде содержится свободная углекислота СО2 в равновесии с бикарбонатными ионами
и водородными ионами. Концентрация угольной кислоты (или других слабых кислот) определяется титрованием пробы воды в присутствии фенолфталеина раствором щелочи до появления малинового окрашивания и рассчитывается по следующей формуле, мэ/л:[CO2] =
Реакция в этом случае протекает по уравнению:
Концентрацию бикарбонатных ионов определяют в отдельной пробе воды титрованием раствором соляной кислоты в присутствии смешанного индикатора до перехода зеленой окраски в серо-голубую и рассчитывают по следующей формуле, мэ/л:
,где NHCl - нормальность раствора соляной кислоты, э/л;
VHCl - объем раствора соляной кислоты, пошедшего на титрование, мл.
Реакция в этом случае протекает по уравнению
3.1.3. При добавлении к пробе 2-3 капель раствора фенолфталеина он окрашивается в малиновый цвет, а смешанный индикатор приобретает зеленое окрашивание. Значение рН в этом случае находится в интервале от 8,36 до 14. Данная вода может содержать либо бикарбонатные ионы в равновесии с карбонатными и водородными, либо только карбонатные и гидроксильные, либо только гидроксильные.
Концентрацию этих ионов определяют последовательным титрованием пробы воды в присутствии фенолфталеина раствором соляной кислоты до обесцвечивания малиновой окраски, а затем, добавляя несколько капель смотанного индикатора, продолжают титровать до перехода зеленого окрашивания в серовато-голубой. При этом могут быть следующие варианты:
- если при титровании по фенолфталеину расходуется определенный объем соляной кислоты, а по смешанному индикатору кислота не расходуется, то в воде содержатся только сильные щелочи, обусловливающие только гидратную щелочность. Ее рассчитывают по следующей формуле, мэ/л:
Щг =
При этом реакция происходит по следующему уравнению:
- если при последовательном титровании по фенолфталеину и по смешанному индикатору расходуется одинаковое количество миллиэквивалентов кислоты, то в этом случае вода содержит только карбонатные ионы
, обуславливающие карбонатную щелочность.При этом происходят процессы по следующим схемам:
Щелочность карбонатная рассчитывается по формуле, мэ/л:
Щк = 2 ×
- если при последовательном титровании по фенолфталеину расходуется большее количество миллиэквивалентов кислоты, чем по смешанному индикатору, то вода обладает гидратной и карбонатной щелочностью. При этом щелочность карбонатная рассчитывается по приведенной выше формуле, а щелочность гидратная – по следующей, мэ/л:
Щг =
,где V1 – объем раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование по фенолфталеину,
мл;
V2 – объем раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование по смешанному
индикатору, мл.
Общая щелочность в этом случае равна: Що = Щк + Щг.
- если при последовательном титровании по фенолфталеину расходуется меньшее количество миллиэквивалентов соляной кислоты, чем по смешанному индикатору, то вода обладает карбонатной и бикарбонатной щелочностью. При этом щелочность карбонатная рассчитывается по приведенной выше формуле, а щелочность бикарбонатная – по следующей, мэ/л:
Щг =
,Общая щелочность в этом случае равна: Що = Щк + Щб.
При определении щелочности можно использовать вместо смешанного индикатора метилоранж, расчет по которому производится аналогично вышеприведенным.
3.2. Экспериментальная часть
3.2.1. Получить у преподавателя набор проб исследуемой воды. В отдельные пробирки налить по 2-3 мл каждой из них и добавить по 2-3 капли раствора фенолфталеина.
3.2.2. Те воды, в которых фенолфталеин окрасился в малиновый цвет, оттитровать раствором соляной кислоты. Для этого отобрать 100 мл исследуемой воды в коническую колбу для титрования, добавить 2-3 капли раствора фенолфталеина и титровать воду раствором соляной кислоты до обесцвечивания. Измерить объем кислоты, пошедший на титрование, и рассчитать количество миллиэквивалентов ее Ф, приходящееся на 1 литр исследуемой воды, по формуле, мэ/л:
Ф = NHCl × VHCl × 10
Затем добавить 2-3 капли смешанного раствора индикатора в обесцвеченный раствор и продолжать титрование его раствором соляной кислоты до перехода зеленой окраски в серо-голубую. Измерить объем раствора кислоты и рассчитать количество миллиэквивалентов ее С, пошедшее на титрование 1 литра исследуемой воды по смешанному индикатору, по формуле, мэ/л: