Лабораторна робота № 3

Тема: Визначення лужності та вмісту гідрокарбонат і карбонат йонів

Мета роботи: набути навичок визначення лужності води та вмісту гідрокарбонат і карбонат йонів в воді.

Знати: джерела лужності води, засоби зменшення загальної лужності.

Вміти: експериментально визначати лужність води, вміст гідрокарбонат та карбонат йонів.

Теоретична частина

Лужність - це вміст у воді речовин, що здатні взаємодіяти з сильними кислотами. Умовно їх можна поділити на три групи: сильні основи (гідроксиди лужних і лужнозе­мельних металів), слабкі основи (решта гідроксидів) та аніони слабких кислот (НСO₃^-, СО₃^2-, H₂PO₄^-, HPO₄^2-, SO₃^2-, аніони гумінових кислот, HS^-, S^2- тощо).

Визначенню перешкоджають інтенсивне забарвлення води (усувають додаванням активованого вугілля з подальшим фільтруванням проби), вільний хлор, який знебарвлює індикатор (його видаляють, вводячи у воду еквівалентну кількість тіосульфату натрію з С = 0,1 моль/л), високий вміст вуглекислого газу (перешкоджає правильному визначен­ню переходу забарвлення індикатора при титруванні; його витісняють, пропускаючи крізь воду повітря).

Хід роботи

У конічну колбу наливають 100 мл аналізованої води, додають 5 крапель індикатору метилового оранжевого, отриманий розчин титрують на білому тлі хлоридною чи сульфатною кислотою до слабо-рожевого забарвлення.

Витрата розчину кислоти на титрування свідчить про вміст у воді аніонів слабких кислот (НСО₃^-, Н₂РО₄^2-, HS^-) та слабких основ.

Загальний об'єм витраченої кислоти відповідає загальній лужності води. Розрахунки виконують за формулою:

Alk = , ммоль·екв/л,

де V(HCl) - об'єм розчину кислоти, витрачений на титрування, мл;

V(H₂O) - об'єм аналізованої води, мл;

С (HCl) – молярна концентрація еквіваленту кислоти (0,1 моль/л).

Карбонати й гідрокарбонати при їх спільній присутності

Присутні одночасно у воді карбонати і гідрокарбонати визначають послідовним титруванням проби води хлоридною кислотою, хімізм реакцій:

СаСО₃ + 2 HCI  Са(НСО₃)₂ + СаСI₂

Са(НСO₃)₂ + 2 HCI  H₂CO₃ + CaCI₂

Спочатку протікає тільки перша з вказаних реакцій. Як тільки усі йони СO₃^2- перетворяться в іони НСO₃^-, рН води дорівнює 8,37. У цей момент у воді практично містяться тільки йони НСO₃^-, та відсутні йони вільної карбонатної кислоти СО₃^-2, при подальшому титруванні НСl здійснюється друга реакція і при рН =4,46 у воді йони НСО₃^- відсутні.

Хід роботи

Аналіз виконують на протязі однієї доби після відбору проби без фіксації води.

1. В колбу для титрування відбирають піпеткою 100 мл природної води, що досліджуються.

2. Додають 5 краплин розчину індикатора - фенолфталеїну з масовою часткою 1%. Якщо колір розчину не змінюється, йони СО₃^2- зовсім відсутні, V_ф(НСl)=0, ρ (HCl)=0 мг/л.

3. Обережно титрують розчином хлоридної кислоти з молярною концентрацією 0,1 моль/л до знебарвлення розчину.

4. Визначають об'єм витраченої кислоти V_Ф(HСl).

5. Додають індикатор метилоранж (2-3 краплі) і продовжують титрування до переходу забарвлення з жовтого кольору в слабко-рожевий.

6. Визначають об’єм витраченої кислоти V_М(HCl).

7. Розраховують масові концентрації карбонат ρ( СО₃^2- ), і гідрокарбонат-йонів ρ (НСО₃^-) в мг/л за формулами:

,

де  (СO₃^2-) ^- масова концентрація карбонат йонів, мг/л;

C(HCl) - молярна концентрація хлоридної кислоти, моль/л;

V_Ф(HСl) - об'єм хлоридної кислоти, що витрачено на титрування з фенолфталеїном, мл;

30 - молярна маса еквівалента М(½ СO₃^2-), г/моль;

V(H₂O) - об'єм проби води, взятої для аналізу, мл;

,

де  (НСO₃^-) ^- масова концентрація гідрокарбонат-йона, мг/л;

V_M(HСl) - об'єм хлоридної кислоти, яка витрачена на титрування з метилоранжем, мл;

61 - молярна маса еквівалента М(НСO₃^-), г/моль.

V_Ф(HСl) - об'єм хлоридної кислоти, що витрачений на титрування з фенолфталеїном, мл;

C(HCl) - молярна концентрація хлоридної кислоти, моль/л;

V(H₂O) - об'єм проби води, взятої для аналізу, мл.

Відповідно молярні концентрації еквівалентів карбонат і гідрокарбонат-йонів в ммоль/л розраховуються за формулами:

, або

,

де C(½СO₃^2-) ^- молярна концентрація еквіваленту карбонат-йона, ммоль/л;

, або

,

де C(НСO₃^-) ^- молярна концентрація еквіваленту карбонат-йона, ммоль/л.