Ecology_lab_pract

2. Определение общей жесткости воды (контрольная задача).

Получите у преподавателя мерную колбу, содержащую образец раствора, общую жесткость которого необходимо определить.

Мерную колбу заполните дистиллированной водой до метки, тщательно перемешайте.

Из мерной колбы отберите пипеткой 10,00 мл анализируемого раствора в коническую колбу, добавьте ~ 5 мл аммиачного буферного раствора и 1 крупинку индикатора хромогена, отметьте окраску.

Колбу с исследуемой водой поставьте на лист белой бумаги под бюретку, заполненную 0,05 н раствором ЭДТА. Проведите титрование при непрерывном перемешивании содержимого колбы. Закончите титрование при переходе окраски раствора от винно-красной к синей с зеленоватым оттенком. Следует отметить, что этот переход происходит от одной капли ЭДТА, поэтому очень важно добавлять ЭДТА строго по каплям.

Результаты определения запишите в форму табл.4.

Форма таблицы 4

Результаты титрования воды раствором ЭДТА

Используя результаты работ А и Б, рассчитайте по соответствующим формулам величину некарбонатной (постоянной) жесткости и внесите ее в форму табл.3.

Определению общей жесткости воды мешают медь, цинк, марганец, а также высокое содержание карбонатов. Их влияние устраняется в ходе анализа.

Нечеткое изменение окраски в эквивалентной точке указывает на присутствие меди и цинка. Для устранения влияния мешающих веществ к отмеренной для титрования пробе воды прибавьте 1 - 2 мл 0,2 моль/л раствора сульфида натрия, после чего проведите анализ, как указано выше.

35

Если после прибавления к отмеренному объему воды буферного раствора и индикатора титруемый раствор постепенно обесцвечивается, приобретая серый цвет, то значит в воде присутствует марганец. В этом случае к пробе воды, отобранной для титрования, до внесения реактивов прибавьте 5 капель 1%-ного раствора солянокислого гидроксиламина и определите жесткость, как указано выше.

Если титрование приобретает крайне затяжной характер с неустойчивой и нечеткой окраской в эквивалентной точке, это свидетельствует о высокой щелочности воды. Ее влияние устраните прибавлением к пробе воды до внесения реактивов 0,1 н раствора соляной кислоты в количестве, необходимом для достижения нейтральной либо слабокислой реакции (проверяется индикатором) с последующим кипячением. После этого пробу охладите, прибавьте буферный раствор, индикатор и далее определите жесткость воды, как указано выше.

Рассчитайте общую жесткость воды и сообщите ее преподавателю. Оцените абсолютную и относительную ошибки эксперимента по

формулам

абс = Жкэкс – Жкт ,

где Жкэкс - экспериментальное значение карбонатной жесткости; Жкт -

истинное значение карбонатной жесткости (величину сообщает преподаватель).

36

Работа № 4

Определение окисляемости воды методом перманганатометрии

Окисляемость воды, или химическая потребность в кислороде

(ХПК) характеризует общее содержание восстановителей в воде, в том числе и органических веществ. Она выражается в миллиграммах (мг) кислорода, необходимого для полного окисления всех восстановителей и органических веществ, присутствующих в одном литре воды. Чем меньше величина ХПК, тем выше качество воды.

Определение химической потребности воды в кислороде основано на окислении веществ, присутствующих в пробе воды, 0,01 н раствором перманганата калия в сернокислой среде при кипячении. Как сильный окислитель перманганат калия реагирует со всеми присутствующими в

где MKMnO4 , MH2C2O4 2H2O - молярные массы перманганата калия и

щавелевой кислоты соответственно; ne - число электронов, участвующих в процессе окисления или восстановления.

Оборудование и реактивы

Бюретки на 25 мл. Пипетки на 10, 100 мл.

Колбы конические для титрования на 250 мл, 3 шт. Колбы мерные на 250 мл.

Серная кислота, 2 н раствор. Щавелевая кислота H2C2O4 2H2O .

Перманганат калия, 0,01 н раствор (0,37 г KMnO4 на 1 л раствора).

1. Определение точной концентрации рабочего раствора

KMnO4 по исходному веществу H2C2O4∙2H2O.

Раствор перманганата калия нельзя приготовить по точной навеске вещества, так как его концентрация приблизительно в течение недели постоянно уменьшается за счет химических реакций с загрязнениями, неизбежно присутствующими на стенках сосуда, в котором хранится раствор. Поэтому концентрацию перманганата калия устанавливают титрованием через неделю после его приготовления раствором щавелевой кислоты H2C2O4 2H2O.

Приготовление стандартного раствора щавелевой кислоты.

На аналитических весах взвесьте навеску щавелевой кислоты массой около 0,158 г, перенесите ее без потерь в мерную колбу на 250 мл, растворите в дистиллированной воде, разбавьте раствор до метки и тща-

Титрование раствора KMnO4 по щавелевой кислоте. В колбу для титрования поместите приблизительно 10 мл 2 н раствора серной кислоты и нагрейте его до 80 - 85 С. Пипеткой отберите аликвотную часть (10,00 мл) приготовленного раствора щавелевой кислоты и внесите ее в нагретый раствор серной кислоты.

Параллельно заполните бюретку для титрования раствором перманганата калия. Титруйте по каплям горячий раствор щавелевой кислоты перманганатом калия, причем в начале процесса каждую следующую каплю раствора перманганата калия прибавляйте лишь после того, как исчезает окраска от предыдущей. Титруйте до появления бледно-розовой окраски раствора, устойчивой в течение не менее 30 с. Процесс титрования повторите не менее трех раз, причем результаты титрования (величины объемов раствора перманганата калия, затраченного

10,00 мл); VKMnO4 - средний объем раствора перманганата калия, затраченный на титрование, мл.

А. Определение окисляемости воды обратным титрованием

Отберите пипеткой 100 мл исследуемой воды и перенесите в колбу на 250 мл, добавьте 7 - 10 мл 2 н раствора серной кислоты и 10,00 мл раствора перманганата калия (пипеткой), закройте колбу часовым стеклом или воронкой и кипятите 10 мин (с начала кипения). После кипячения добавьте при перемешивании точно отмеренный объем щавелевой

кислоты, вычисленный по формуле VH* 2C2O4 10 K, где K - коэффи-

циент соотношения, учитывающий различие в концентрациях растворов щавелевой кислоты и перманганата калия, рассчитываемый следующим образом:

39

Обесцветившийся горячий раствор сразу же оттитруйте раствором перманганата калия до слабо-розового окрашивания.

Количество эквивалентов перманганата калия, затраченное на обратное титрование, равно количеству эквивалентов восстановителей, присутствующих в воде. Поэтому окисляемость воды (в пересчете на кислород) вычислите по формуле

ХПК NKMnO4 Vx ЭО2 n , мг/л,

где NKMnO4 - нормальная концентрация раствора перманганата калия,

экв/л; Vx - объем раствора перманганата калия, затраченный на обратное титрование, мл; ЭО 2 - эквивалентная масса кислорода (8,0); n -

число аликвотных частей воды. В данном случае n определяется как n 1000 мл .

Примечания. 1. Важно строго соблюдать последовательность прибавления реактивов.

2.Довести раствор до кипения необходимо за минимальное время.

3.Если при кипячении в течение 10 мин раствор обесцветится, побуреет или появится коричневый осадок, определение следует повторить, взяв для анализа меньший объем воды и разбавив его до 100 мл дистиллированной водой. Соответственно в формуле для вычисления ХПК необходимо пересчитать число аликвот.

Б. Определение окисляемости воды прямым титрованием

Анализируемый раствор разбавьте дистиллированной водой в колбе на 100 мл до метки, перемешайте. Пипеткой на 10 мл отберите аликвотную часть воды и перенесите ее в колбу для титрования. Добавьте 5 мл 2 н H2SO4. Оттитруйте раствором перманганата калия известной концентрации до розовой окраски. Титрование проведите не менее трех раз и для расчета возьмите средний объем KMnO4.

40

ХПК воды рассчитайте по формуле

ХПК NKMnO4 VKMnO4 ЭО2 n , мг/л,

где ЭО 2 - эквивалентная масса кислорода (8,0); n - число аликвотных

частей (n = 100/10).

После окончания работы промойте бюретку водой.

Рассчитайте абсолютную и относительную ошибки эксперимента.

41

Работа № 5

Фотометрическое определение примесей тяжелых металлов в пресной воде

Фотометрический анализ - это определение концентрации окрашенных веществ, основанное на измерении поглощения света раствором. Каждый истинный раствор обладает способностью избирательно поглощать электромагнитное излучение определенной длины волны, т.е. характеризуется строго индивидуальным спектром поглощения. Поэтому интенсивность окраски раствора связана с характером поглощения им света.

В основе метода фотометрии лежит объединенный закон Бугера - Ламберта - Бэра

A = lC,

где А - оптическая плотность, A lg II0 ; I0 - интенсивность монохро-

матического света, падающего на раствор; I - интенсивность света, прошедшего через раствор; - молярный коэффициент поглощения, зависящий от длины падающего света; l - толщина поглощающего слоя раствора; С - концентрация поглощающего вещества в растворе. Таким образом, при монохроматическом излучении и прочих равных условиях оптическая плотность раствора пропорциональна концентрации определяемого вещества.

Выбор длины волны света и светофильтра в фотометрическом анализе определяет чувствительность и воспроизводимость результатов. Такой выбор осуществляется по спектру поглощения исследуемого раствора (зависимость оптической плотности от длины волны). Выбирается с помощью светофильтра область спектра, отвечающая максимальной оптической плотности λmax.

Концентрацию вещества при фотометрическом анализе обычно определяют по калибровочному графику, построенному в координатах А - С, где по оси ординат откладывается оптическая плотность раствора, а по оси абсцисс - его концентрация.

42

В зависимости от способа измерения поглощения раствора и формирования монохроматического излучения различают три разновидности фотометрического анализа.

Колориметрия - визуальное сравнение интенсивности окраски исследуемого раствора с окраской раствора известной концентрации. Окраска фиксируется при освещении раствора немонохроматическим излучением видимого участка спектра. Поэтому колориметрия является частным случаем спектрофотометрии.

Спектрофотометрия - измерение при помощи фотоприемников (фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей и т.п.) поглощения монохроматического излучения. Главными преимуществами спектрофотометрии являются значительно бóльшая чувствительность, независимость результатов от индивидуальных особенностей наблюдателя, возможность использования не только видимой, но и других областей спектра.

Фотометрия - упрощенный способ монохроматизации света при помощи светофильтров.

Фотометрическому анализу обычно подвергают растворы окрашенных веществ. Поглощение света связано с переходами электронов внутри молекулы с основной орбитали на более высокие. На характер этих переходов в значительной степени влияет среда (природа растворителя, концентрация поглощающего вещества, присутствие других веществ, например, комплексообразователей, рН, температура). Кроме того, собственным поглощением в растворах обладает ограниченное число веществ. Поэтому в фотометрическом анализе широко используют различные химические реакции, приводящие к образованию окрашенных веществ. Чаще всего используют реакции комплексообразования.

Таким образом, фотометрический анализ обычно состоит из двух этапов: а) проведения химических реакций для получения окрашенных веществ, удобных для фотометрирования (фотометрические реакции); б) измерения поглощения приготовленных растворов. Каждый этап одинаково важен, так как от правильности выполнения всех операций и от учета всех факторов, влияющих на точность фотометрического определения, зависит конечный результат.

43

А. Определение железа в виде роданидного комплекса

Железо является биологически активным элементом и в природе существенно влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоемах.

Главные источники соединений железа в природной воде - продукты химического выветривания горных пород. Значительное количество его поступает с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.

Вповерхностных водах соединения железа находятся в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях. Соотношение форм железа зависит от химического состава вод, рН, температуры.

Врастворенной форме железо существует в виде катионов Fe2 и

Fe3 , гидроксокомплексов типа [Fe(OH)2 ] , [Fe2 (OH)2 ]4 ,

[Fe2 (OH)3]3 , [Fe2 (OH)3] , [Fe(OH)3 ] и комплексов с другими

неорганическими и органическими, главным образом гумусовыми, веществами.

Коллоидная форма железа представлена его гидроксидом и комплексами с органическими веществами, взвешенная форма - частицами железосодержащих минералов и соединениями железа, сорбированными на частицах взвесей.

До операции определения содержания железа в воде все его соединения либо предварительно окисляются до растворимых соединений железа (III), либо восстанавливаются до соединений железа (II).

Ион железа (III) с ионами роданида образует комплексные ионы кроваво-красного цвета, имеющие различную интенсивность окраски в зависимости от концентрации роданид-ионов:

Fe3 nCNS Fe(CNS)(n3 n) ,

где n - число роданид-ионов, связанных в железороданидном комплексе (может изменяться от 1 до 6).

Для фотометрирования в растворе необходимы строго определенные соотношения концентраций различных комплексных ионов, которые достигаются добавлением реактива в количестве, дающем возможность создать постоянную концентрацию роданида. В настоящей работе

44