Определение рН в природной воде потенциометрическим методом

Метод основан на измерении разности потенциалов, возникающих на гра­ницах между внешней поверхностью стеклянной мембраны электрода и иссле­дуемым раствором, с одной стороны, и внутренней поверхностью мембраны и стандартным раствором - с другой. Внутренний стандартный раствор стеклян­ного электрода имеет постоянную активность ионов водорода, поэтому потен­циал на внутренней поверхности мембраны не меняется. Сдвиг рН на единицу вызывает изменение потенциала электрода на 58,1 мВ при 20 °С.

Потенциометрический метод определения рН воды отличается большой точностью (до 0,02). Определению не мешают окраска, мутность, свободный хлор окислители, восстановители, повышенное содержание солей.

Приборы и реактивы

1. Потенциометры (рН-метры) любой модели со стеклянным и каломель­ным (или хлорсеребряным) электродом. Стеклянный электрод перед работой выдерживают 8 ч в 0,01 н. растворе хлористоводородной кислоты. Перед из­мерением его несколько раз ополаскивают дистиллированной водой. Стеклян­ный электрод должен быть прокалиброван по буферным растворам.

1. Термометр с ценой деления 0,1 °С

Реактивы. Для приготовления буферных растворов применяют бидистил-лированную воду, лишенную углекислоты (свежепрокипяченную и охлаж­денную).

1. Бифталатный буферный раствор, рН 4 при 20 °С. 2.Фосфатный буферный раствор, рН 6,88 при 20 °С. З.Тетраборатный буферный раствор, рН 9,22 при 20 °С. Хранят буферные растворы в плотно закрытых полиэтиленовых бутылках в прохладном месте.

2. Проведение анализа

Перед включением прибора проверяют его «механический нуль», и при не­обходимости его корректируют. Включают рН-метр, после прогрева коррек­тируют «электрический нуль». Затем проверяют и устанавливают шкалу по 2— 3 буферным растворам. Для этого стаканчик с буферным раствором помещают под стеклянный и хлорсеребряный электроды так, чтобы раствор полностью покрывал шарик стеклянного электрода. Нижний конец хлорсеребряного элек­трода должен быть ниже шарика стеклянного электрода. В стаканчик помеща­ют термометр.

На поверхности шарика не должно быть пузырьков воздуха. Измеряют рН буферного раствора, спустя 2—3 мин повторяют измерение. Если оба значения совпадают, то потенциал электрода считают установившимся и приступают к коррекции шкалы в соответствии с инструкцией. Затем аналогично поступают с другими буферными растворами. Электрод между измерениями тщательно ополаскивают дистиллированной водой, снимают капли ее чистой фильтро­вальной бумагой и ополаскивают 2 раза небольшими порциями нового буфер­ного раствора.

Температура, °С	вН	буферных растворов
	Бифталатного	Фосфатного	Тетраборатного
0	4,01	6,98	9,46
0	4,00	6,95	9,39
10	4,00	6,92	9,33
15	4,00	6,90	9,27
20	4,00	6,88	9,22
25	4,01	6,86	9,18
30	4,01	6,85	9,14
35	4,02	6,84	9,10

После проверки и коррекции прибора электроды, термометр и стаканчик тщательно ополаскивают дистиллированной водой, а затем исследуемой водой. На­ливают в стакан анализируемую воду и измеряют рН 2-3 раза с интервалом 2-3 мин. Последние два показания прибора должны быть одинаковыми. Если ис­следуемая вода имеет низкую температуру (около 0° С), то её нужно нагреть до комнатной температуры иначе стрелка рН-метра будет «плыть», пока не уста­новится комнатная: температура.

Контрольные вопросы и задачи.

1. Что такое общая жесткость? Какие ионы вносят основной вклад.

2. В каких единицах измеряется жесткость воды? Интервалы питьевой воды по содержанию элементов жесткости.

3.Объяснить изменение цвета раствора при титровании пробы воды раство­ром ЭДТА.

4. Как определяют общую жесткость воды?

5.Как определяют карбонатную жесткость воды?

6. Как находят некарбонатную жесткость воды?

7. Особенности индикаторов в комплексонометрии.

8. Физико-химические методы снижения жесткости воды

Задачи:

1. На титрование 200 мл Н₂0 израсходовано 8 мл 0,1 н. раствора комплексона III. Вычислите общую жесткость воды. Ответ: 2 ммоль/л.

2. Определите карбонатную жесткость, если на титрование 200 мл Н₂0 израсходовано 8 мл 0,05 н. раствора НС1. Ответ: I ммоль/л.

3. Вычислите общую, карбонатную и некарбонатную жесткость воды, если:

а) на титрование 200 мл Н₂0 израсходовано 7,6 мл 0,05 н. комплексона III;

б) на титрование 100 мл Н₂0 - 1,5 мл 0,1 н. НС 1. Ответ: 0,95; 0,75; 0,2 ммоль/л

Методический инструментарий преподавателя:

-активные формы: фронтальный опрос.

Средства контроля: Тест № (см. фонд оценочных средств)

Содержание внеаудиторной работы бакалавра при подготовке к занятию

1. Владеть содержанием вопросов (по лекции).

2. Законспектировать вопрос проблемы пресной воды.

3. Подготовиться к диагностической самостоятельной работе в форме опроса и теста

4. Изучить термины по данной теме

Литература

1. Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. - М.: МИР, 2005. - 294 с. (Библиотека УлГПУ)

2. Гусакова Н.В. Химия окружающей среды: учебное пособие для вузов. - Ростов на Дону: Феникс, 2004. - 84 с. (Библиотека УлГПУ)

3. Голицын А.Н. Промышленная экология и мониторинг загрязнения природной среды. - М.: ОНИКС, 2010. - 336 с. (Электронный ресурс.- Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/42468)

4. Хентов В.Я. Химия окружающей среды для технических вузов: учеб. пособие. - Ростов на Дону: Феникс, 2005. – 141 с. (Библиотека УлГПУ)

5. Тарасова Н. П. Химия окружающей среды. Атмосфера: учеб. пособие для вузов. - М.: Академ.книга, 2007. - 227 с. (Библиотека УлГПУ).

Лабораторная работа №3 ( 2часа)

Измерение массовой концентрации общего железа с сульфосалициловой кислотой (фотоколориметрия (ГОСТ 4011-72), комплексонометрия)

Цель

1. Формирование знаний о основных приемах анализа параметров гидросферы

2. Систематизация знаний о физико-химических методах анализа

3. Формирование знаний по оценке современного состояния отдельных геосфер или их частей, прогноза изменения их состояния в условиях антропогенного воздействия, разработки мероприятий по снижению уровня воздействия на геосферы или их составные части.

4. готовность использовать основные методы защиты от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК-11);

Содержание

Проведение анализа воды из различных источников

Обработка результатов анализа

Формулирование выводов

Работа с вопросами и расчетными задачами

Требования к умениям бакалавров

Знать

Основы метода фотоколориметрии

Термины

Технику безопасности при работе в химической лаборатории

Негативное влияние примесей в воде на биоту

Основные методы снижения содержания примесей в питьевой воде

Уметь

Решать задачи по соответствующему разделу

Проводить количественный анализ

Использовать методы снижения содержания примесей в воде при водоподготовке

1. Сущность метода

Метод основан на взаимодействии ионов железа в щелочной среде с сульфосалициловой кислотой с образованием окрашенного в желтый цвет комплексного соединения. Интенсивность окраски, пропорциональную массовой концентрации железа, измеряют при длине волны 400-430 нм. Диапазон измерения массовой концент­рации общего железа без разбавления пробы 0,10-2,00 мг/дм³. В этом интервале суммарная погрешность измерения с вероятно­стью Р=0,95 находится в пределах 0,01-0,03 мг/дм³.

2. Приборы и реактивы

Фотоколориметр любого типа с фиолетовым светофильтром ( = 400 - 430 нм), кюветы с толщиной рабочего слоя 2-5 см, весы аналитические лабораторные, класс точности 1, 2 по ГОСТ 24104, колбы мерные 2-го класса, вместимостью 50, 100, 1000 см³ по ГОСТ 1770, пипетки мерные без делений вместимостью 50 см³ и пипетки мерные с ценой наименьшего деления 0,1-0,05 см³, вместимостью 1, 5 и 10 см³ 2-го класса по нормативно-техническому документу, колбы стеклянные лабораторные конические номинальной вместимостью 100 см³, типа Кн по ГОСТ 25336, аммоний хлористый по ГОСТ 3773, аммиак водный по ГОСТ 3760, 25 %-ный раствор, квасцы железоаммонийные по нормативно-техническому документу, кислота соляная по ГОСТ 3118, кислота сульфосалициловая по ГОСТ 4478, вода дистиллированная по ГОСТ 6709, все реактивы, используемые для анализа, должны быть квали­фикации химически чистые (х. ч.) или чистые для анализа (ч.д.а).

3. Подготовка к анализу

3.1. Приготовление основного стандартного раствора железо-аммонийных квасцов

0,8636 г железоаммонийных квасцов FeNH ₄(SO₄)₂ × 12 H ₂ O взвешивают с точностью, не превышающей 0,0002 г по шкале весов, растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм³ в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют 2,00 см³ соляной кислоты плотностью 1,19 г/см³ и доводят до метки дистиллированной водой. 1 см³ раствора содержит 0.1 мг железа.

Срок и условия хранения раствора - по ГОСТ 4212.

3.2. Приготовление рабочего стандартного раствора железоаммонийных квасцов

Рабочий раствор готовят в день проведения анализа разбавле­нием основного раствора в 20 раз. 1 см³ раствора содержит 0,005 мг железа.

3.3. Приготовление раствора сульфосалициловой кислоты

20 г сульфосалициловой кислоты растворяют в мерной колбе вместимостью 100 см³ в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки.

3.4. Приготовление раствора хлористого аммония молярной концентрации 2 моль/дм³

107 г NH ₄ Cl растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм³ в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой во­дой до метки.

3.5. Приготовление раствора аммиака (1:1)

100 см³ 25 %-ного раствора аммиака приливают к 100 см³ дистиллированной воды и перемешивают.

4. Проведение анализа

При массовой концентрации общего железа не более 2,00 мг/дм³ отбирают 50 см³ исследуемой воды (при большей массовой концентрации железа пробу разбавляют дистиллированной водой) и помещают в коническую колбу вместимостью 100 см³. Если проба при отборе не консервировалась кислотой, то к 50 см³ добавляют 0,20 см³ соляной кислоты плотностью 1,19 г/см³. Пробу воды на­гревают до кипения и упаривают до объема 35-40 см³. Раствор охлаждают до комнатной температуры, переносят в мерную колбу вместимостью 50 см³, ополаскивают 2-3 раза по 1 см³ дистилли­рованной водой, сливая эти порции в ту же мерную колбу. Затем к полученному раствору прибавляют 1,00 см³ хлористого аммония, 1,00 см³ сульфосалициловой кислоты, 1,00 см³ раствора аммиака (1:1), тщательно перемешивая после добавления каждого реакти­ва. По индикаторной бумаге определяют значение рН раствора, которое должно быть 9. Если рН менее 9, то прибавляют еще 1-2 капли раствора аммиака (1:1) до рН 9.

Объем раствора в мерной колбе доводят до метки дистиллиро­ванной водой, оставляют стоять 5 мин для развития окраски. Из­меряют оптическую плотность окрашенных растворов, используя фиолетовый светофильтр ( = 400-430 нм) и кюветы с толщиной оптического слоя 2, 3 или 5 см, по отношению к 50 см³ дистилли­рованной воды, в которую добавлены те же реактивы. Массовую концентрацию общего железа находят по градуировочному гра­фику.

Для построения градуировочного графика в ряд мерных колб вместимостью 50 см³ наливают 0,0; 1,0; 2,0; 5,0. 10,0; 15,0; 20,0 см³ рабочего стандартного раствора, доводят до метки дистиллирован­ной водой, перемешивают и анализируют, как исследуемую воду. Получают шкалу растворов, соответствующих массовым концент­рациям железа 0,0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мг/дм³.

Строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс массовую концентрацию железа, а по оси ординат - соответствующие значения оптической плотности. Построение градуировочного графика повторяют для каждой партии реактивов и не реже одного раза в квартал.

5. Обработка результатов

Массовую концентрацию железа (X) в анализируемой пробе, мг/дм³ с учетом разбавления вычисляют по формуле

,                                                                                                    

где с - концентрация железа, найденная по градуировочному графику, мг/дм³;

V - объем воды, взятый для анализа, см³;

50 - объем, до которого разбавлена проба, см³.

За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных измерений, допус­тимое расхождение между которыми не должно превышать 25 % при массовой концентрации железа на уровне предельно допусти­мой. Результат округляют до двух значащих цифр.

Сходимость результатов анализа (А) в процентах вычисляют по формуле

,                                                                                

где Р₁ - больший результат из двух параллельных измерений;

Р ₂ - меньший результат из двух параллельных измерений.