с испытуемой водой ставят рядом с цилиндром, содержащим те же реактивы и в тех же количествах, и добавляют в последний по каплям из бюретки стандартный раствор железоаммонийных квасцов (0,01 мг железа в 1 мл) до тех пор, пока интенсивность окраски в обоих цилиндрах станет одинаковой.

Окраски удобно сравнивать при рассеянном свете на белом фоне, поместив за цилиндрами лист белой бумаги. Необходимо обращать внимание на то, чтобы условия освещения для обоих цилиндров были одинаковы. При сравнении окрасок объем анализируемого раствора должен быть равен объему раствора для сравнения. В случае надобности в один из цилиндров добавляют немного дистиллированной воды. При анализе воды количество определяемых ионов принято выражать в миллиграммах на литр. Поэтому для вычисления общего количества железа необходимо умножить объем израсходованного стандартного раствора на содержание железа в 1 мл этого раствора и на 40, так как для анализа брали 25 мл воды, или 1/40 часть литра:

X = V 0,01 40,

где V – число миллилитров стандартного раствора.

Контрольные вопросы и задания

1.Какая реакция лежит в основе анализа содержания (Fе+3)?

2.Чем отличается метод колориметрии от фотометрического метода?

3.Для чего готовят стандартные растворы при определении трехвалентного железа данным методом?

4.Что общего и чем отличаются колориметрический и фотометрический методы анализа?

5.Какие концентрации веществ определяют колориметрическим ме-

тодом?

Лабораторная работа 7

ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕДИ (СU+2)

Цель работы: контроль за содержанием ионов меди в природных и сточных водах методом фотоэлектроколориметрии.

Реактивы и оборудование: разбавленный (1:1) водный раствор аммиака; мерные колбы вместимостью 100,1000 мл, мерные цилиндры вместимостью 25 мл; фотоколориметр ФЭК-56М, желт. с/ф ν = 590 нм.

Выполнение работы. К анализируемому раствору, содержащему Сu2+ (раствор находится в мерной колбе на 100 мл.), приливают 30 мл раствора аммиака. Параллельно готовят контрольный раствор (раствор сравнения, «холостой» раствор): в чистую мерную колбу на 100 мл также добавляют

51

30 мл раствора аммиака. Затем в каждую из колб (с исследуемым и контрольным раствором) приливают дистиллированную воду до метки. Тщательно перемешивают. Растворы помещают в кюветы на 50 мм (5см) и измеряют оптическую плотность на ФЭКе, ν = 590 нм желтый светофильтр. Измерение производить 5 раз, посчитать среднее значение.

После измерения оптической плотности (D) на ФЭКе для определения концентрации Сu2+ используют соответствующие калибровочные графики зависимости оптической плотности (D) от концентрации (С).

Результат представляют преподавателю в мг/л.

Контрольные вопросы и задания

1.Общее и различия для колориметрического и фотоколориметрического методов анализа.

2.Почему калибровочный график, используемый для определения концентрации ионов (с помощью ФЭКа), представляет прямую линию? Подробный ответ.

3. Какой закон лежит в основе фотометрического метода?

4.Как можно определить концентрацию ионов Сr+6 на ФЭКе без калибровочного графика (с помощью стандартного раствора)?

5.Ход работы при определении неизвестной концентрации ионов меди в сточной воде (на ФЭКе).

6.Закон Бугера–Ламберта–Бера, условия его применения. 7.Построение калибровочного графика при анализе сточной воды, со-

держащей Сu2+.

8.Порядок измерения D на ФЭКе.

9.Сущность закона Бугера–Ламберта–Бера.

Лабораторная работа 8

ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХРОМА (СR+6) В ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОДАХ

Цель работы: контроль за содержанием ионов хрома в природных и сточных водах методом фотоэлектроколориметрии.

Реактивы и оборудование: H2SO4 (разб.); дифенилкарбазид; мерные колбы вместимостью 100, 1000 мл; мерные цилиндры вместимостью 25 мл; фотоколориметр ФЭК-56М, ν = 540 нм – зеленый с/ф.

Выполнение работы. К анализируемому раствору, содержащему Cr+6 (раствор помещен в мерную колбу на 100 мл) добавляют 10 капель серной кислоты, 8 капель дифенилкарбазида. Параллельно готовят контрольный раствор (раствор сравнения). Для этого в другую чистую мерную колбу

52

на 100 мл добавляют то же число капель H2SO4 и дифенилкарбазида. Дистиллированной водой доводят объем до метки в каждой из колб (с исследуемым и контрольным раствором). Контрольный раствор также называют «холостым», так как он не содержит определяемых ионов.

В «холостой» раствор добавляют те же реактивы, что и в анализируемый, чтобы уменьшить погрешность фотоколориметрирования. Оптическую плотность измеряют на ФЭКе через 10–15 минут, так как полностью ионы Сr6+ вступают в реакцию с реактивами с образованием окрашенного соединения не сразу, а через некоторое время. Используют кюветы на 30 мм (3 см), ν – 540 нм.

Контрольные вопросы и задания

1.Какие основные параметры и химические факторы учитывают при фотоколориметрических определениях?

2.Какие растворы использовали при построении калибровочного графика?

3.Что происходит с веществом при поглощении электромагнитного излучения (видимая область спектра)?

4.На чем основан фотометрический метод анализа?

5.Принципиальная схема ФЭКа.

6.Ход работы при анализе сточной воды, содержащей Сr+6.

7.Как определить концентрацию вещества фотометрическим способом

спомощью одного стандартного раствора.

8.Какие методы используют при определении:

1)больших концентраций веществ;

2)маленьких концентраций веществ?

9.Для чего строят калибровочный график при определении неизвестной концентрации Сu+2. Ход построения графика.

10.Токсические свойства меди и ее соединений.

11.Токсические свойства хрома и его соединений.

Лабораторная работа 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ФОСФАТ-ИОНА

Цель работы: определение содержания фосфат-ионов гравиметрическим методом

Содержание фосфат-иона определяют в самых различных материалах: фосфоритах, апатитах, удобрениях, рудах, сплавах. Принято выражать количество фосфат-иона в пересчете на оксид фосфора (V) Р2O5.

Определение фосфата в природных и технических объектах представляет серьезные трудности: многие катионы образуют с анионом PO34− не-

53

растворимые осадки и мешают определению. Исключение составляют ионы щелочных металлов и аммония. Поэтому рассмотрим определение содержания фосфат-иона в растворе гидрофосфата натрия Na2HPO4.

Сущность распространенного метода гравиметрического определения фосфат-иона состоит в том, что на раствор фосфата действуют хлоридом магния MgCl2 в присутствии аммиака и NH4C1; хлорид аммония добавляют, чтобы не выпал осадок гидроксида магния Mg(OH)2:

Na2HPO4 + MgCl2 + NH4OH = MgNH4PO4↑ + 2NaCl + H2O.

Осадок фосфата магния-аммония отфильтровывают и промывают. При прокаливании он разлагается:

2MgNH4PO4 = Mg2P2O7 + H2O + 2 NH3.

Гравиметрической формой служит пирофосфат магния Mg2P2O7. Применяемую для осаждения иона PO34− магнезиальную смесь гото-

вят следующим образом: растворяют в воде 55 г кристаллогидрата хлорида магния MgCl2 ∙ 6H2O и 105 г хлорида аммония, доводят объем жидкости до 1 л водой, слегка подкисленной соляной кислотой.

Ход определения.

1. Осаждение. В чистый химический стакан вместимостью 300 мл возьмите для анализа немного раствора гидрофосфата натрия (обычно не более 50 мл). Прилейте к нему 5 мл 2 н. раствора хлорида аммония, 15 мл магнезиальной смеси и нагрейте на асбестированной сетке до 40–45 °С. К горячему раствору медленно по каплям, при непрерывном перемешивании прибавляйте аммиак с массовой долей NH3 2,5 % (из бюретки или капельной воронки).

Когда соляная кислота, содержащаяся в магнезиальной смеси будет нейтрализована аммиаком, начнет появляться осадок. Раствор аммиака при этом следует прибавлять со скоростью приблизительно 4 капли в минуту, постепенно увеличивая ее к концу осаждения. Получающийся осадок MgNH4PO4 имеет кристаллическое строение. Если вместо осадка появится белая муть, то растворите ее, добавив несколько капель НС1, и начните осаждение аммиаком снова. Прибавление аммиака прекратите, когда жидкость станет заметно пахнуть аммиаком. Затем, дав раствору остыть, прилейте к нему аммиак с массовой долей NH3 25 %, около 1/5 общего объема жидкости, чтобы добиться полного осаждения фосфат-иона. Однако и концентрированный аммиак нужно прибавлять не сразу, а небольшими порциями при непрерывном перемешивании раствора; иначе может выделиться осадок гидроксида Mg(OH)2.

После этого стакан со всем его содержимым оставьте до следующего занятия (или дайте постоять приблизительно 4 ч).

54

2.Фильтрованиe и промывание. Для фильтрования возьмите беззольный фильтр «белая лента». Возможно полнее слейте жидкость с осадка и трижды промойте его в стакане методом декантации раствором с массовой долей аммиака 2,5 %, так как осадок растворяется в нем меньше, чем в воде.

Количественно перенесите осадок на фильтр. Приставшие к стенкам стакана частицы ототрите резиновым наконечником стеклянной палочки. Промойте осадок на фильтре до полного удаления хлорида магния, т. е. до тех пор, пока проба фильтрата, подкисленная азотной кислотой, не даст мути

снитратом серебра.

3.Высушиваниe и прокаливание. Воронку с фильтром накройте листком бумаги и поместите в сушильный шкаф с температурой 100 °С.

Озолите высушенный фильтр отдельно от осадка. Осторожно разминая фильтр в пальцах, высыпьте осадок на лист глянцевой (лучше черной) бумаги. Соберите его мягкой кисточкой и накройте перевернутым стаканом (или воронкой).

Фильтр с оставшимися на нем частицами осадка поместите в тигель, доведенный до постоянной массы, и озолите при возможно более низкой температуре. Дайте тиглю остыть и перенесите в него ранее отделенный

осадок фосфата магния-аммония MgNH4PО4, сметая последние крупинки его с бумаги кисточкой.

Прокаливание осадка лучше начать с осторожного нагревания на газовой горелке. Полезно тигель при этом накрыть крышкой. Когда прекратится выделение аммиака, образующегося при разложении фосфата магния-

аммония MgNH4PО4, тигель поместите в муфельную печь и прокаливайте, как обычно, до постоянной массы. Зная массу полученного пирофосфата магния Mg2P2О7, произведите вычисление.

4.Вычисление. Допустим, что после прокаливания масса Mg2P2О7 составила 0, 2986 г. Это составляет количество вещества:

n (Mg2P2О7) = m (Mg2P2О7) / M (Mg2P2О7);

n (Mg2P2О7) = 0,2986 г / 222,6 г/моль = 0,001 34 моль. Поскольку 1 моль Mg2P2О7 содержит 1 моль Р2О5, то масса Р2О5 равна:

m (Р2О5) = n (Р2О5) ∙ М (Р2О5);

m (Р2О5) = 0,00134 моль ∙ 142,0 г/моль = 0,190 3 г.

Контрольные вопросы и задания

1.Сущность гравиметрического метода анализа.

2.Основные этапы проведения анализа.

3.Что является весовой формой при определении фосфат-иона?

4.Преимущества и недостатки весового метода анализа.

55

Лабораторная работа 10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ В ИЗВЕСТКОВЫХ УДОБРЕНИЯХ

Цель работы: определение содержания СаСО3 методом обратного титрования.

Содержание карбоната кальция в известковых удобрениях определяют, чтобы правильно вычислить норму расхода их при известковании кислых почв.

Один из простых методов определения СаСО3 состоит в следующем. Навеску известкового удобрения обрабатывают точно отмеренным, но избыточным объемом титрованного раствора хлороводородной кислоты. Остаток НСl, не вступивший в реакцию с СаСО3, обратно оттитровывают раствором NaOH. Определив объем хлороводородной кислоты, пошедший на разложение известняка, вычисляют массовую долю (%) карбоната кальция в удобрении.

Ход определения. Из пробы известкового удобрения, растертого и просеянного через сито (d = 0,5 мм), возьмите точную навеску около 1 г. Перенесите в мерную колбу вместимостью 250 мл, смочите 2–3 мл воды и постепенно прилейте 25,00 мл 1 н. раствора хлороводородной кислоты. Когда бурное выделение оксида углерода(IV) прекратится, прибавьте 100–150 мл воды и кипятите 15–20 мин для полного удаления CO2. Дайте раствору остыть, доведите его объем водой до метки, перемешайте и оставьте стоять, чтобы твердые частицы осели на дно.

Затем 50 мл совершенно прозрачного раствора перенесите в коническую колбу и, прибавив 2–3 капли метилового оранжевого, титруйте остаток хлороводородной кислоты 0,1 н. раствором гидроксида натрия до перехода розовой окраски в слабо-желтую. Массовую долю (%) СаСO3 в удобрении вычислите по формуле

ω(CaCo3 ) = (VK(HCl) −V (NaOH)K(NaOH) 0,005 250100 %, 50m

где V – объем исследуемого раствора, взятый для титрования (т. е. 50 мл); V(NaOH) – объем 0,1 н. раствора NaOH, пошедший на титрование остатка НCl; K(НСl) и K(NaOH) – поправки к нормальной концентрации растворов НСl и NaOH; 0,005 – масса СаСО3. отвечающая 1 мл 1 н. раствора НСl; m – навеска удобрения.

Допустим, что навеска составляла 0,972 7 г. На обратное титрование остатка хлороводородной кислоты пошло 26,20 мл 0,1 н. раствора NaOH, K(НСl) = 1,042 0, K(NaOH) = 0,9843.

Тогда

ω(CaCO3 ) = (50 1,0420 − 26,20 0,9843)0,005 250100 = 69,93(%). 50 0,9727

56

Если для известкования почвы необходимо внести 5,0 т СаСО3 на 1 га, то данного удобрения придется израсходовать 5,0 ∙ 100/69,93 = 7,15 т.

Контрольные вопросы и задания

1.Чем отличается метод обратного титрования от прямого титрования?

2.Что такое титрование, титрованный, титруемый растворы?

3.Какую окраску имеет индикатор метиловый оранжевый в кислой

ищелочной средах?

4.Для чего добавляют карбонат кальция в кислые почвы?

5.Приведите уравнение реакции, отражающее процесс устранения кислотности почвы.

Лабораторная работа 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАРГАНЦА (II) В РАСТВОРЕ

Цель работы: контроль за содержанием Мn2+ фотометрическим методом с использованием реакции окисления-восстановления.

Марганец – микроэлемент и имеет большое значение в сельском хозяйстве.

Определение марганца(II) в растворе основано на реакции окисления его персульфатом аммония до перманганат-иона малиново-фиолетового цвета

При выполнении реакции используют нитрат серебра в качестве катализатора. Восстановители, в частности хлорид-ионы, мешают проведению реакции. Стандартным служит раствор перманганата калия.

Приготовление стандартного раствора перманганата калия. Отмеривают бюреткой 10 мл 0,1 н. раствора перманганата калия в мерную колбу вместимостью 100 мл, разбавляют водой до метки и тщательно перемешивают. Стандартный раствор содержит 0,1 ∙ 10–4 г/мл марганца.

Построение калибровочного графика. В шесть пронумерованных мерных колб вместимостью 50 мл отмерьте 10, 8, 6, 4, 2 и 1 мл стандартного раствора перманганата калия, добавьте по 1 мл концентрированной серной кислоты и разбавьте раствор дистиллированной водой до метки. Концентрация марганца в этих растворах соответственно равна 20, 16, 12, 8, 4 и 2 ∙ 10–6 г/мл.

С помощью электрофотоколориметра ФЭК-56М или ФЭК-60 измерьте оптическую плотность всех растворов в кюветах шириной 1 см при зеленом светофильтре.

Постройте калибровочный график, откладывая концентрацию марганца на горизонтальной оси, а оптическую плотность – на вертикальной.

57

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Форма отчета о лабораторной работе

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Кафедра инженерной экологии

Отчет о лабораторной работе по экологии

________________________________

(название работы)

Выполнил студент группы

_________________________________

Проверил

_________________________________

Красноярск 201____

60