Контрольные вопросы

1. Какова минимальная концентрация растворенного кислорода в водоёме?

2. Охарактеризуйте процессы растворения газов.

(Лурье, 1984)

Лабораторная работа №3

Определение различных форм углекислоты в природных водоемах

1. Теоретическая часть

Углекислый газ, угольная кислота и её соли – постоянные компоненты природных вод. Содержание свободной угольной кислоты Н₂СО₃ зависит от концентрации растворенной двуокиси углерода. В форме угольной кислоты находится лишь незначительная часть растворенного углекислого газа (около 1%), поэтому содержание свободной углекислоты в воде характеризуют суммой СО₂ + Н₂СО₃. Существующее между различными формами угольной кислоты равновесие выражается химическими уравнениями:

С О₂+Н₂О Н₂СО₃ Н⁺ + НСО₃^- Н⁺ + СО₃^2- (Мингулина, 1990).

Из уравнений диссоциации угольной кислоты следует, что соотношение между её формами зависит от концентрации водородных ионов. При значении рН < 4,3 вся углекислота находится в воде в виде СО₂ и Н₂СО₃; с увеличением значения рН доля СО₂ уменьшается при одновременном увеличении доли НСО₃^- , и при значении рН = 8,35 практически вся углекислота присутствует в форме бикарбонат-ионов. При значении рН > 12 она представлена только ионами СО₃^2- (рис 2).

Рис.2. Зависимость содержания отдельных компонентов карбонатной системы от рН раствора.

Воду с фактическим содержанием СО_2, равным её расчетной по уравнению равновесной концентрации, называют стабильной. При содержании СО₂, большем равновесной концетрации, возможно растворение СаСО₃ при контакте воды, например, с доломитовыми или известняковыми породами, бетонными сооружениями, поэтому такую воду называют агрессивной.

Наоборот, при недостатке СО₂ будет наблюдатся распад бикарбонатов с образованием дополнительного количества твердой фазы карбоната кальция. Такую воду называют нестабильной:

С а²⁺_(водн) + 2НСО₃^-_(водн) СаСО_3(тв) + СО_2(г) + Н₂О_(ж)

Фактические значения рН, определенные экспериментально, могут быть больше или меньше равновесного значения рН. Разность между экспериментально найденным и равновесным значением рН называется индексом стабильности воды (U). При U=0 вода стабильна, при U>0 она нестабильна и способна к образованию отложений, при U<0 вода агрессивна (Мешалкин, 2007).

2. Экспериментальная часть

Оборудование и реактивы:

Коническая колба; пипетка; бюретка; спиртовой раствор фенолфталеина; метиловый оранжевый; гидроксид натрия (0,1М); соляная кислота (0,05М)

2.1. Определение содержания свободной углекислоты

Ход работы:

1. В коническую колбу пипеткой внесите 100 мл анализируемой воды, сюда же добавьте 2-3 капли спиртового раствора фенолфталеина, содержимое колбы перемешайте:

• если жидкость приобрела розовую окраску - это свидетельствует об отсутствии свободной углекислоты (обоснуйте это).

• если вода осталась бесцветной, то титруйте пробу раствором гидроксида натрия молярной концентрации 0,1 моль/л до тех пор, пока исчезающая вначале окраска не станет устойчивой, и жидкость приобретет розовый оттенок.

2. Рассчитайте содержание свободной углекислоты в воде по формуле:

V(NaOH)c(NaOH)441000

c (CO₂) =

V (пробы)

с(СО₂) - концентрация углекислого газа (мг/л);

с(NаОН) - концентрация гидроксида натрия (моль/л);

V(NaOH) - объем гидроксида натрия, пошедший на титрование (мл);

V (пробы) - oбъём пробы воды, взятой на исследование (мл);

44 - молярная масса углекислого газа.