Визначення сульфатів у стічній воді комплексонометричним та турбидиметричним методами аналізу (стр. 2 из 9)

H₂SO₄ ↔ Н⁺ + HSO₄ К₁ = 1 · 10 ³

H₂SO₄ ↔ Н⁺ + SO₄ ^-2 К₂ = 1,2 · 10 ^-2

У реакціях сульфатна кислота утворює кислі та середні солі:

NaCl + H₂SO₄ = NaHSO₄ + HCl

2 NaCl + H₂SO₄= Na₂SO₄ + 2 HCl

Нагрівання гідросульфатів приводить до утворення піросульфатів:

NaHSO₄

Na₂S₂O₇ + H₂O

Сульфатна кислота витісняє менш сильні або леткі кислоти :

2 Na₂SO₃ + 2 H₂SO₄ = 2 NaHSO₄ + SO₂ ↑ + H₂O

Концентрована сульфатна кислота – сильний окисник. Так, активні метали ( Mg, Zn тощо ) здатні відновити концентровану сульфатну кислоту до сірководню; вільної сірки і оксиду сірки ( ІV ):

4 Zn⁰ + 5 H₂S⁺⁶ O₄ ( конц. ) = 4 Zn⁺²SO₄ + H₂S ^-2 ↑ + 4 H₂O

3 Zn⁰ + 5 H₂S⁺⁶O₄ ( конц. ) = 3 Zn²⁺SO₄ + S⁰ + 4 H₂O

Zn⁰ + 2 H₂SO₄ ( конц. ) = Zn⁺²SO₄ + S⁺⁴O₂ + 2 H₂O

Такі метали, як Cu, Ag і Hg під час взаємодії з концентрованою соляною кислотою утворюють відповідні солі та оксид сірки ( VI ):

Cu + 2 H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ ↑ + 2 H₂O

Концентрована сульфатна кислота за звичайних умов пасивує алюміній, хром, залізо, тому її транспортують у залізних цистернах. Концентрована H₂SO₄ здатна окислювати вуглець, фосфор, сірку:

2 H₂S⁺⁶O₄ + C⁰ = C⁺⁴O₂ + 2 S⁺⁴O₂ ↑ + 2 H₂O

5H₂S⁺⁶O₄ + 2 P⁰ = 2 H₃P⁺⁵O₄ + 5 S⁺⁴O₂ ↑ + 2 H₂O

2 H₂S⁺⁶O₄ + S⁰ = 3 S⁺⁴O₂ ↑ + 2 H₂O

Гідроген бромід і гідроген йодид ( але не гідроген хлорид! ) окислюються концентрованою H₂SO₄ до вільних галогенів:

2 HBr ^-1+ 2 H₂S⁶⁺O₄ ( конц. ) = Br₂⁰ + S⁺⁴O₂ + 2 H₂O

8 HI ^-1 + H₂S⁶⁺O₄ = 4 I₂⁰ + H₂S ^-2 + 4 H₂O

6 NaBr ^-1 + 4 H₂S⁶⁺O₄ = 3 Br₂⁰ + 3 Na₂SO₄ + S⁰ + 4 H₂O

H₂S^2-+ 3 H₂S⁶⁺O₄ = 4 S⁺⁴O₂ ↑ + 4 H₂O

У розведених розчинах сульфатна кислота втрачає властивості кислоти – окисника. У розведеному розчині H₂SO₄окисником є йон гідрогену, тому вона взаємодіє тільки з металами, які стоять у ряду електрохімічних потенціалів до гідрогену, наприклад:

Zn⁰ + H₂¹⁺SO₄ ( розв. ) = Zn²⁺SO₄ + H₂⁰ ↑

стічний вода сульфатний турбидиметричний

Розведена сульфатна кислота не пасивує залізо, хром і алюміній, а також не взаємодіє з неметалами. На сульфат аніон якісною реакцією є утворення білого осаду BaSO₄, який не розчиняється у мінеральних кислотах:

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄ ↓

Важливими солями сульфатної кислоти є купороси: мідний купорос CuSO₄ · 5 H₂0 і нікелевий купорос NiSO₄ · 7 H₂O, гіпс CaSO₄ · 2 H₂O, залізний купорос FeSO₄ · 7 H₂O, алюмо – калієвий галун KAl(SO₄)₂ · 12 H₂O.

Сульфатна кислота інтенсивно поглинає пару води і тому її часто застосовують для осушування газів. Зневоджування багатьох органічних речовин, наприклад, вуглеводів ( клітковина, цукор та ін. ) пояснюється здатністю сульфатної кислоти ( H₂SO₄ ) поглинати воду.

Якщо сульфатну кислоту розчинити у воді, то утворюються гідрати і виділяється дуже велика кількість теплоти. Тому змішувати концентровану сульфатну кислоту з водою слід дуже обережно. Для приготування водного розчину H₂SO₄ кислоту слід обережно лити у воду тонким струменем, інтенсивно перемішуючи. Ні в якому разі не можна лити воду в концентровану сульфатну кислоту – відбувається бурхливе – подібне до вибуху, закипання рідини, що супроводжується розбризкуванням.

2.СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА

2.1 Теоретичні основи визначення сульфатів

2.1.1Титриметричним методом аналізу

Титриметричний метод аналізу заснований на точному вимірі кількості реактиву, витраченого на реакцію з обумовленою речовиною. Ще недавно цей метод аналізу називали об'ємним у зв'язку з тим, що найпоширенішим у практиці способом виміру кількості реактиву був вимір об'єму розчину, витраченого на реакцію. Однак останнім часом його називають титриметричним аналізом, тому що поряд з виміром об'ємів широко використаються інші методи ( зважування, електрохімічне перетворення та інше ).

Основним видом концентрації у титриметричному аналізі є титр. В аналітичній хімії титр — один із способів вираження концентрації розчину. Титр показує число грамів розчиненої речовини в 1 моль розчину. Титрований, або стандартний, розчин - розчин, концентрація якого відома з високою точністю. Титрування – додавання титрованного розчину до аналізованого для визначення точно еквівалентної кількості. Розчин, яким титрують, часто називають робочим розчином або титрантом. Наприклад, якщо кислота титрується лугом, розчин лугу називається титрантом. Момент титрування, коли кількість доданого титранта хімічно еквівалентно кількості титруємої речовини, називається точкою еквівалентності.

У титриметричному аналізі не може бути використана будь-яка хімічна реакція. Реакції, які застосовують в титриметрії, повинні задовольняти наступним основним вимогам:

1) Реакція повинна протікати кількісно, тобто константа рівноваги реакції повинна бути досить велика;

2) Реакція повинна протікати з великою швидкістю;

3) Реакція не повинна ускладнюватися протіканням побічних реакцій;

4) Повинен існувати спосіб визначення закінчення реакції.

Якщо реакція не задовольняє хоча б одному із цих вимог, вона не може бути використана в титриметричному аналізі.

У титриметричному аналізі використовують реакції різного типу: кислотно-основної взаємодії, комплексоутворення та інші, що задовольняють тим вимогам, які ставляться до титриметричних реакцій. Окремі титриметричні методи одержали назву по типу основної реакції, що протікає при титруванні або за назвою титранта (наприклад, в аргентометричних методах титрантом є розчин AgNO₃, у перманганатометричних - розчин КМпО₄ і т.д.). По способу фіксування точки еквівалентності виділяють методи титрування з кольоровими індикаторами, методи потенціометричного титрування, кондуктометричного, фотометричного та інші. В даній курсовій роботі я використовую один із методів титриметричного аналізу – комплексонометричний методом аналізу.

Комплексонометричний метод аналізу заснований на тому, що речовина, яка міститься у робочому розчині, утворює з аналізуючим катіоном міцнну комплексну сполуку, яке розчиняється у воді. Хоча у ході титрування осад не утворюється, концентрація визначаємого іона по мірі титрування зменшиться, так як все більша кількість його зв’язується в комплекс. В цьому відношені процес комплексоутворення аналогічний процесу осадження. Осадження відбувається тим повніше, чим менше розчинність утворюючегося осаду. Визначаємий іон зв’язується у комплекс тим повніше , чим прочніше цей комплекс, тобто чим менша константа його нестійкості.

В наш час для хімічного аналізу широко приміняють групу органічних реактивів, об’єднаних під загальною назвою – комплексони. Найбільш широкого використовують комплексон під назвою трилон Б, з якого готують робочий розчин для титрування методом комплексоутворення. Трилон Б (скорочено Na₂H₂Tr) – кисла двунатрієва сіль етилендіамінотетраоцтова кислота.

Трилон Б, як і інші комплексони, утворює міцні, розчинні у воді комплексні сполуки з іонами магнію, барію, марганцю, лужноземельних металів, рідко земельних і інших металів. Наприклад:

2.1.2 Турбидиметричним методом аналізу

При проходженні пучка світла крізь суспензію дрібних твердих часток у розчиннику (дисперсна система) відбувається бічне розсіювання світла (візуально спостерігається мутність). Якщо довжина хвилі менше лінійних розмірів часток, то розсіювання обумовлене заломленням на границі розділу частка — розчинник і відбиттям його частками. Якщо довжина хвилі більше лінійних розмірів часток, то відбувається дифракція світлової хвилі; виникає ефект Тиндаля. Інтенсивність розсіювання зростає зі збільшенням числа часток, що розсіюють. На цьому засновані два подібних аналітичних методів визначення концентрації речовини: нефелометрія й турбидиметрія. При турбидиметричних визначеннях вимірюють потужність світла W, що виходить із кювети в напрямку падаючого світлового проміню. При нефелометричних визначеннях вимірюють потужність розсіювання світла (W_P) у напрямку, перпендикулярному напрямку первинного пучка (рис. 2.1). Турбидиметричною (нефелометричною) суспензією називають суспензії малорозчинних речовин при їхньому вмісті 100 мг на 1 л і менше. Частки відбивають постійну частку світла протягом проміжку часу, достатнього для виміру. Потужність світлового потоку, що розсіює дрібними Частками суспензії, описується рівнянням Релея, формула 2.1:

(2.1)

де k₁ — коефіцієнт;

V — середній об'єм частки суспензії;

C— концентрація часток;

δ — густина речовини частки;

λ — довжина хвилі падаючого світла;

n₁ — показник заломлення часток суспензії;

n₂ — показник заломлення розчинника.

Рисунок 2.1. Схема виміру світлових потоків у нефелометрії і турбидиметрії.

Значення V, δ, n залежать для даної суспензії від умов її одержання й виміру: швидкості змішування реагентів, швидкості перемішування, температури, кислотності середовища, присутності сторонніх іонів, довжини хвилі падаючого світла. При сталості умов величини n₁, n₂, λ, α, V; поєднуючи всі постійні величини в рівнянні (2.1) в одну константу, можемо записати формулу 2.2: