3. Определение свинца методом фотоколориметрии

Реактивы и оборудование: 1. ФЭК – 56. 2. Соль свинца. 3. Кислота уксусная (СН₃СООН). 4. Ацетат натрия (CH₃COONa). 5. Колбы мерные на 100 мл (7 штук). 6. Бюретка на 25 мл. 7. Кислота азотная (1:2).

8. Ксиленоловый оранжевый (индикатор).

Ход работы

Приготовление буферного раствора с рН 4,5.

Взвешиваем 22,57 г уксуснокислого натрия (СН₃СООNa^. Н₂О). Добавляем в раствор соли 5,78 мл концентрированной уксусной кислоты и помещаем смесь в мерную колбу ёмкостью 0,5 л, доводя до метки водой, перемешивая.

Приготовление водного раствора ксиленолового оранжевого.

Навеску 0,06725 г ксиленолового оранжевого помещаем в мерную колбу ёмкостью 0,5 л, растворяем в 100 мл воды и доводим до метки водой, перемешивая. Приготовленный раствор имеет концентрацию 2^.10^2 моль /л.

Приготовление стандартного раствора свинца.

Растворяем 1 г металлического свинца (о.с.ч.) в 50 мл азотной кислоты, разбавленной 1:2, и полученный раствор количественно переносим в мерную колбу ёмкостью 1 л, доводя водой до метки.

Для построения калибровочного графика отбираем 20 мл стандартного раствора нитрата свинца в мерную колбу на 200 мл, доводя водой до метки, добавив в колбу 1 мл азотной кислоты (1:2). Раствор имеет концентрацию 10 мкг/мл.

Построение калибровочного графика

В колбы на 100 мл вносим из бюретки 5, 10, 12, 15, 18, 20 мл стандартного раствора нитрата свинца, концентрация которого составляет 10 мкг/мл. Добавляем в каждую колбу 10 мл ацетатного буферного раствора с рН 4,5 и 10 мл раствора ксиленолового оранжевого. Через 15 мин измеряем на фотоэлектрокалориметре оптическую плотность приготовленных растворов, используя светофильтр № 4. Строим калибровочный график в координатах «С_Рb (мкг/мл) – оптическая плотность Д».

Определение концентрации свинца в анализируемом растворе. Отбираем из анализируемого раствора объём 10 мл, добавляем 10 мл буферного раствора с рН 4,5 и 10 мл ксиленолового оранжевого с концентрацией 210^2 моль/л. Доводим до метки водой и через 15 мин измеряем на приборе оптическую плотность. По градуировочному графику находим концентрацию раствора в колбе 100 мл и с учетом разбавления определяем концентрацию свинца в исходном растворе (0^ой раствор – Н₂О).

4. Определение жесткости воды

Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворимых солей кальция и магния. Различают общую и временную жесткость воды.

Общая жесткость воды включает карбонатную жесткость, которая обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов, и некарбонатную, обусловленную солями кальция и магния с анионами сильных кислот – в основном хлоридами и сульфатами.

Карбонатную жесткость воды можно устранить кипячением, поэтому её также называют временной, а некарбонатную – постоянной. Учитывая то, что кальций и магний имеют разные атомные массы и их соотношение в природных водах не является постоянным, жёсткость воды выражают в ммоль-экв/л. Иногда жёсткость воды выражают также в немецких (10 мг СаО в 1 л воды), английских (1г СаСО₃ в 1 галлоне) или французских (1 г СаСО₃ в 100 000 г воды) градусах (1ммоль-экв/л соответствует 2,8^о жесткости). Вода, содержащая до 4 ммоль-экв/л, считается мягкой, свыше 12 ммоль-экв/л  очень жесткой, с промежуточным содержанием Са²⁺ и Mg²⁺  cредней жесткости.

Определение общей жёсткости воды методом комплексонометрии

Метод основан на титровании воды раствором двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (комплексон ІІІ, сокращенная формула Na₂H₂Y) в щелочной среде при рН+10 с использованием эриохром чёрного в качестве металлохромного индикатора (сокращенная формула Na₂H₂Ind). Металлоиндикатором называют индикатор, изменение окраски которого зависит от концентрации иона металла. Металлохромные индикаторы содержат в своих молекулах хромовые группы (окрашенные), образующие с ионами металла внутрикомплексные соединения, по цвету отличающиеся от самих индикаторов.

Металлоиндикаторы в выбранной области рН образуют с ионами металлов достаточно устойчивые комплексы с соотношением М:Ind + 1:1. Условные константы устойчивости комплексов М:Ind должны быть меньше условных констант устойчивости комплексов, анализируемых металлов с комплексоном ІІІ. Комплекс металла с индикатором быстро разрушается при действии комплексона ІІІ.

Изменение окраски раствора в конечной точке титрования должно быть контрастным.

Комплексон ІІІ образует с ионами кальция и магния в щелочной среде бесцветные комплексные соединения.

Комплексонат кальция более прочный, чем магния, поэтому при титровании образуется в первую очередь. Эриохром черный образует с ионами магния окрашенный комплекс красно-фиолетового цвета, который при добавлении раствора комплексона ІІІ изменяет окраску на зелено-синюю, вследствие образования более прочного комплексоната магния состава MgY^2- и появление свободного индикатора H₂Ind.

Титрование раствором комплексона ІІІ определяют суммарное содержание солей кальция и магния.

В присутствии ионов металлов, комплексы которых с эриохром черным более прочные, чем с комплексоном ІІІ, наблюдается недостаточно четкий переход цвета индикатора. Определению жесткости воды не мешают ионы железа (не более 10 мг/л), кобальта, никеля, меди (не более 0,1 мг/л каждого) и некоторые другие элементы. Для маскирования различных катионов металлов, которые реагируют с комплексоном ІІІ, используют цианид калия, солянокислый гидроксиламин или сульфид натрия. Такая потребность возникает в основном при анализе сточных вод.

Ход работы

В коническую колбу на 100200 мл отбирают пипеткой 1020 мл воды в зависимости от ожидаемой величины жёсткости, разбавляют при необходимости до 50 мл дистиллированной водой, добавляют 5 мл аммиачного буферного раствора с рН – 10 (20 г хлористого аммония растворяют в воде, добавляют 100 мл концентрированного аммиака и доводят объём смеси до 1 л), 1015 мг сухого индикатора (0,5 г эриохром чёрного растирают в фарфоровой ступке с 50 г хлористого натрия), размешивают взбалтыванием и титруют раствором комплексона ІІІ с молярной концентрацией эквивалента 0,02 моль/л до перехода окраски с красно-фиолетового до цвета морской волны (сине-зеленый).

Общую жёсткость воды, ммольэкв/л (С_х) определяют по формуле:

С_E^- V₁ ^. 1000

С_x = -----------------

V₂

где С_E – концентрация рабочего раствора комплексона ІІІ (мольэкв/л);

V₁  объем комплексона, пошедшего на титрование, мл;

V₂  объем пробы воды (аликвота), мл

Кислотность и щелочность воды

Кислотность природных вод зависит в основном от концентрации растворенного свободного диоксида углерода и содержания гуминовых и других слабых органических кислот.

Щелочность воды обусловлена содержанием в ней солей угольной кислоты, а также органических оснований и анионов органических кислот.

Определение растворенных в воде свободных кислот и щелочей, а также компонентов карбонатной системы (Н₂СО₃, НСО₃^-, СО₃^2) и агрессивного диоксида углерода основывается на титровании пробы воды рабочими растворами NaOH или НСl до определенных значений рН, которые фиксируют с помощью окрашенных индикаторов или рН-метрией со стеклянным электродом. Как правило, при рН  4 гидрокарбонаты и карбонаты практически отсутствуют в воде. В интервале рН 4,57,0 присутствуют молекулы Н₂СО₃, СО₂ и ионы НСО₃^, СО₃^2, причем концентрация последних увеличивается при повышении рН и достигает максимального значения при рН 8,38,4. Если рН 8,3, то относительная часть СО₃^2 увеличивается, часть НСО₃^ уменьшается, а молекул Н₂СО₃(СО₂) практически нет.

Щелочность воды определяют титрованием раствором соляной или серной кислоты. Если вода имеет рН8,3, то титрованием по фенолфталеину до рН 8,3 определяют свободную щёлочность (n), обусловленную в воде присутствием ионов СО₃^2- и анионов других сильных кислот.

Для определения общей щелочности (q) титрование кислотой проводят до рН = 4,5 в присутствии метилоранжа. Свободная щелочность является частью общей щелочности. Разность (q-п) равна содержанию гидрокарбонат ионов, выраженную в моль экв/л и называемую карбонатной или временной жёсткостью.