M01927

11

2.2Контрольні запитання

1.Яку воду називають твердою? Якими солями обумовлена

тимчасова та постійна твердость води?

2.Які існують методи усунення твердості води?

3.Чому кип'ятіння води повністю не усуває її твердість?

4.Чи впливає тривале споживання води з високим вмістом іонів кальцію та магнію на здоров'я людини і як саме?

2.3 Матеріали, інструмент, прилади, обладнання

Колби конічні на 250 мл, воронки скляні (d = 50 мм), фільтри, ножиці, піпетки, бюретки на 25 мл, вимірювальний циліндр на 100 мл, електроплита.

Розчини: 0,1 М NaOH, 0,1 М (1/2 Na2CO3), 0,1 М HCl, 0,1 М (1/2 ЕДТА), амонійний буферний розчин, індикатори: метилоранж та кислотний хром темносиній.

2.4 Вказівки з техніки безпеки.

Дотримуватись правил роботи з електронагрівальними приладами, скляним посудом, розчинами лугу та кислот.

2.5 Порядок проведення лабораторної роботи

Дослід 1. Титриметричне визначення тимчасової твердості

Метод грунтується на реакціях:

Ca(HCO3)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O + 2CO2↑

Мg(НСО3)2 + 2НСl = МgСl2 + 2Н2О + 2СО2↑

При титруванні твердої води кислотою доданий у воду індикатор метилоранж змінює свій колір, коли у розчині з’являється невеликий надлишок кислоти.

Одміряти по 100 мл водопровідної води в дві колби, одна з яких є контрольною. Додати по 5-6 крапель метилоранжу в кожну з них. З бюретки в одну з колб краплями додавати розчин хлоридної кислоти, доки від однієї краплі кислоти розчин із жовтого стане жовтогарячим. Забарвлення розчину порівнювати з контрольною пробою. Дослід повторити тричі, бюретку щоразу доливати до нульової позначки.

Розрахунок зробити за формулою:

12

ТТ = c(HCl) V (HCl) 1000 , ммоль/л Vв

де ТТ – тимчасова твердість води, ммоль/л;

V(HCl) – середній об’єм розчину хлоридної кислоти, який витрачено на титрування, мл;

c(HCl) -молярна концентрація еквівалента розчину кислоти, моль/л; VВ - об’єм води (проби), мл.

Дослід 2. Визначення загальної твердості води трилонометричним методом.

Метод спирається на реакцію утворення міцних комплексних сполук іонів кальцію та магнію з дінатрієвою сіллю етилендіамінтетраоцтової кислоти Na2H2Y (ЕДТА, комерційна назва – трилон Б) в амонійному середовищі.

Приготувати амонійну буферну суміш, змішавши 250 мл 0,1 М розчину гідроксиду амонію з 250 мл 0,1 М розчину хлориду амонію в колбі на 500 мл.

Відміряти по 100 мл водопроводної води в дві колби, одна з яких є контрольною. Додати 10 мл амонійної буферної суміші, 0,03 г індикатора (кислотний хром темно-синій) і титрувати розчином трилону Б до зміни фіалкового забарвлення на блакитне. Дослід повторити 2-3 рази.

За формулою визначити загальну твердість води:

Тз = c(1/ 2ЕДТА) k V (ЕДТА) 1000 , ммоль/л

VВ

де Тз– загальна твердість води, ммоль/л;

V(ЕДТА) – середній об’єм розчину ЕДТА, який витрачено на титрування, мл;

с(1/2ЕДТА)– молярна концентрація еквівалента розчину ЕДТА, моль/л;

k – поправочний коефіцієнт для приведення концентрації розчину до 0,1 М (1/2 ЕДТА);

VB - об’єм води, мл.

13

Дослід 3. Визначення постійної твердості води за допомогою лужної суміші. Визначення полягає в осадженні Са2+ і Mg2+ розчином лужної суміші (0,1 М NaOH і 0,1 М (1/2 Na2CO3):

Са(НСО3)2 + 2 NaOH = СаСО3↓ + Na2CO3 + 2Н2О СаSO4 + Na2CO3 = СаСО3↓ + Na2SO4

Лужна суміш береться у надлишку. Частина суміші, що не прореагувала, визначається титруванням 0,1 М розчином HCl.

В конічну колбу відміряти 100 мл досліджуваної води, додати до неї 20 мл розчину лужної суміші (10 мл 0,1 М NaOH і 10 мл 0,1 М (1/2 Na2CO3) і прокип’ятити протягом трьох хвилин, вистудити, відфільтрувати крізь складчастий фільтр. До розчину фільтрату (100 мл) додати 3 краплі індикатора метилоранжу і титрувати розчином хлоридної кислоти до зміни жовтого забарвлення на жовтогаряче. Загальну твердість обчислити за формулою:

Тз = (cлужн Vлужн − c(HCl) V (HCl)) 1000 , ммоль/л

Vв

де Тз – загальна твердість води, ммоль/л;

Vлужн - об’єм розчину лужної суміші, мл;

cлужн – молярна концентрація еквівалентів розчину лужної суміші, ммоль/л;

V(HCl) - середній об’єм розчину хлоридної кислоти, який витрачено на титрування, мл;

c(HCl) - молярна концентрація еківалента розчину хлоридної кислоти, ммоль/л;

VВ - об’єм досліджуваної води, мл.

2.6 Зміст звіту

Обчислити загальну, тимчасову та постійну твердість досліджуваної води. Визначити, до якого типу за прийнятою класифікацією належить ця вода. Розв’язати задачі.

Приклад1. Розрахувати твердість води, якщо 500 л цієї води містять

14

Знаходимо кількість еквівалентних мас у 0,405 г Са(НСО3)2: 0,405 : 81 = 0,005 екв. мас, або 5 ммоль/л.

Відповідь: 5 ммоль/л.

Приклад 2. Яку масу Na3PO4 треба додати до 200 л води, щоб усунути загальну твердість у 5 ммоль/л ?

Розв’язок: Для розв’язання можна використати формулу:

де m - маса речовини, що обумовлює твердість води або застосовується для її пом'якшення, мг;

E – молярна маса еквівалета цієї речовини, г/моль; V - об’єм води, л.

m = 5 54,7 200 = 54700 мг = 54,7 г Na3PO4.

Відповідь: 54,7 г Na3PO4 .

Задача 1. Розрахуйте скільки грамів солі необхідно додати до V л води, щоб усунути її твердість.

Умови задач:

15

Задача 2. Чому дорівнює твердість води, якщо у V літрах цієї води міститься m1 і m2 грамів солей?

Умови задач:

№води V,

2.7Рекомендована література

1.Кукурудза С.І., Гурій С.М. Аналіз якості природних вод: Лаб.

практикум.- Львів, 1990.- 90 с.

2.Державний стандарт якості води питної № 24481-80

3.Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов.- 24-е изд., испр./ Под ред. Рабиновича В.А.- Л.: Химия, 1985.- 704 с. ил.

Лабораторна робота № 3 ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ ХЛОРИДІВ ТА КІЛЬКОСТІ

“АКТИВНОГО ХЛОРУ” У ВОДІ

Мета роботи: навчитися визначати вміст хлорид-іонів у воді та кількість залишкового хлору після хлорування води.

3.1 Загальні відомості

Більшість солей, що містять хлорид-іони, добре розчинні у воді, тому Cl--іони присутні майже у всіх водах. Іони потрапляють до водойм, по-перше, з атмосферними опадами, що формуються над

16

океаном. Оскільки морська вода містить переважно іони Cl- і Na+, вони випадають з опадами в найбільшій кількісті – декілька тон на 1 км2 на рік. По-друге, частина опадів усмоктується у ґрунт, а потім попадає до річок. По-третє, в наслідок діяльності людини. Так, наприклад, хлориди натрію та кальцію застосовують для того, щоб узимку розтоплювати льод на дорогах. Протягом одного сезону на 1 км2 доріг приходиться до 100 кг солей, які потім разом з талою водою надходять до водойм.

Вміст Cl--іонів у питній воді не повинен перевищувати 250 мг/л, бо його присутність надає воді гірко-солоний присмак і така вода придатна для пиття лише окремим видам тварин (вівці, верблюди).

Хлорид-іони визначають титруванням розчином аргентум нітрату в присутності хромату калію, який наприкінці реакції змінює забарвлення з лимонно-жовтого на червонувато-жовтогаряче через його взаємодію з надлишком іонів срібла.

NaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl↓ K2CrO4 + 2AgNO3 = 2KNO3 + Ag2CrO4↓

Цей метод визначення хлоридів (метод Мора) має чутливість 2 мг/л. Особливого небезпечними у воді є біологічні забруднювачі.

Найчастіше це трапляється тоді, коли вода стає життєвим середовищем для патогенних мікроорганізмів, кількість яких постійно збільшується. Якщо перед використанням для пиття таку воду не дезінфікувати, то й мінімальна кількість може спричинити вибух хвороб, що легко передаються саме через воду (холера, тиф, дизентерія, гепатит, поліомієліт, шистосоміаз та інші).

Знезараження води проводять за допомогою хлорування, озонування, обробкою іонами срібла, пероксидом водню, радіаційним та іншими методами. У зв'язку з тим, що хлорування води може призвести до утворення помітних кількостей хлорвуглеводнів, які шкідливі для здоров'я людини, концентрація залишкового хлору у питній воді не повинна перевищувати 0,5 мг/л, але бути не меншою за 0,3 мг/л. У воді хлор гідролізує:

Cl2 + H2O = HCl + HOCl

Саме хлорноватиста кислота HOCl впливає на бактерії та віруси. Ефективність бактерицидної дії хлору залежить від початкової дози і тривалості його присутності у воді.

Визначення хлору, що залишився після хлорування води, проводять за методом йодометриї. Вільний хлор Cl2, хлорноватиста кислота

17

HOCl, гіпохлорит-іони ClO–, хлораміни NH2Cl і NHCl2, об’єднуються терміном "активний хлор''. При підкисленні води та додаванні до неї

йодиду калію усі названі речовини виділяють йод: Cl2 + 2I- = I2 + 2Cl-,

2HOCl + 2I- +2Н+ = I2 + 2Cl- + 2H2O,

2NH2Cl +2I- +4Н+ = I2 + 2Cl- + 2NH4+.

Йод титрують тіосульфатом натрію в присутності крохмалю, розчин у точкі еквівалентності знебарвлюється.

2Na2S2O3+I2 = Na2S4O6+2NaI

Визначенню "активного хлору" не заважають нітрити, залізо і манганець, якщо титрувати в присутності оцтової кислоти.

3.2Контрольні запитання

1.Для чого і якими методами знезаражують воду?

2.Які ГДК хлорид-іонів та хлору для водних об’єктів?

3.Назвіть переваги і недоліки хлорування води?

4.Що таке ''активний хлор'', в яких формах може бути хлор у воді?

5.Чи має вплив на водопостачальну мережу вміст хлору та його сполук?

3.3Матеіали, інструмент, прилади, обладнання

Конічні колби на 200 мл з притертими пробками, бюретки на 25 мл, вимірювальні циліндри на 25 мл, піпетки.

Реактиви: наважка КІ, розчини: 0,02 М АgNО3, K2CrO4 з масовою часткою 5%, 0,01 М (1/2 Na2S2O3), СН3СООН з масовою часткою 30%, крохмаль з масовою часткою 0,3%.

3.4 Вказівки з техніки безпеки

Дотримуватися правил роботи з пахучими речовинами та кислотами.

3.5 Порядок проведення лабораторної роботи

Дослід 1. Визначення вмісту хлоридів у воді.

В конічну колбу відібрати 50 - 100 мл профільтрованої проби води, додати 1 мл хромату калію і відтитрувати розчином нітрату срібла до зміни забарвлення. Якщо досліджувана проба має рН < 7, то її заздалегідь нейтралізувати розчином 0.1 М NaOH за фенолфталеїном до слабко-рожевого забарвлення, а потім проводити визначення, як зазначено вище. Вміст хлорид-іонів визначити за формулою:

18

с(Cl-) = c(AgNO3 ) V (AgNO3 ) E(Cl − ) 1000 , мг/л VВ

де c(АgNО3) – молярна концентрація еквівалента розчину АgNО3, моль/л;

V(АgNО3) – об'єм розчину АgNО3, що витрачений на титрування, мл; Е(Сl-) – молярна маса еквівалента хлорид-іону, Е(Сl-)=35,45 г/моль; VВ - об'єм води, який взято для аналізу, мл.

Дослід 2. Визначення кількості "активного хлору".

В конічну колбу з пришліфованою пробкою відібрати 50-100 мл досліджуваної води, внести 0,5 г КІ і додати 10 мл СН3СООН з масовою часткою 30%. Через 5 хвилин відтитрувати йод, що виділився, розчином Na2S2O3. Наприкінці титрування додати 1–2 мл розчину крохмалю для більш точнішого встановлення точки еквівалентності.

Вміст "активного хлору" обчислити за формулою:

де с(1/2 Na2S2O3) – молярна концентрація еквівалента розчину Na2S2O3, моль/л;

V(Na2S2O3) -об’єм розчину Na2S2O3,, який витрачено на титрування, мл; VВ – об’єм взятої для аналізу води, мл;

Е(Сl-) – молярна маса еквівалента хлорид-іону, Е(Сl-)=35,45 г/моль;

3.6 Зміст звіту

Обчислити вміст хлоридів та кількість ''активного хлору'' у досліджуваній воді, порівняти з ГДК. Розв’язати задачі.

Приклад 1. Для знезараження води від залізобактерій використовують розчин хлору з концентрацією 25 мг/л. Скільки хлору необхідно витратити для такої операції на ділянці довжиною 20 км, якщо діаметр водопровідних труб 40 см?

Відповідь: 62,8 кг хлору.

Задача . Розрахуйте масу хлору, яка необхідна для хлорування 1000 м3 питної води, якщо ГДК хлору 0,4 мг/л. При обчисленнях врахуйте, що 0,3% хлору витрачаються на окислювальні процеси, а виробничі втрати становлять 8%.

3.7Рекомендована література

1.Методичні вказівки до лабораторних робіт з курсу “Основи

промислової екології ” (для студентів всіх форм навчання). Укл. М.Ф.Бомбушкар, Л.П.Осаул, О.В.Мазулін – Запоріжжя, 1998. ЗДТУ –

27с.

2.Білявський Г.О., Бутченко Л.І. Основи екології: теорія та практикум. Навч. посібик. - К.: Лібра, 2004. – 368 с.

3.Білявський Г.О., Фурдуй Р.С. Практикум із загальної екології: Навч. посібник. – К: Либідь, 1997. – 160 с.

Лабораторна робота № 4

ВИЗНАЧЕННЯ СУХОГО ЗАЛИШКУ (СОЛЕВМІСТУ) ТА МІНЕРАЛЬНОГО СКЛАДУ ВОД

Мета роботи: навчитись визначати сухий залишок, кислотність та іонний склад води.

4.1 Загальні відомості

Нормування якості води в нашій країні здійснюється за відповідними правилами й нормативними актами. Вимоги до складу води встановлено ''Правилами охорони поверхневих вод від забруднень стічними водами''. Деякі з них:

- вода не повинна мати пахощі, інтенсивніші ніж 2 бали (при 20оС

та 60оС);

20

-кислотна реакція води повинна залишатись в межах рН 6,5–8,5, тобто бути слабкокислою, нейтральною або слабколужною;

-мінеральний склад за сухим залишком не повинен перевищувати 1000 мг/л ( в окремих випадках допускається до 1500 мг/л), у тому числі хлоридів – 300 мг/л, сульфатів – 500 мг/л, нітратів – 10 мг/л (за азотом), загальна твердість – 7 ммоль/л (до 10 ммоль/л).

Інші показники якості води та методи її обробки наведено у додатку Г.

Неочищені обо недостатньо очищені стічні води, потрапляючи в природні водойми, призводять до зміни іх фізичного і хімічного стану, забруднюють їх, пригнічують здатність природних вод до самоочищення. Відповідно до Закону України ''Про охорону навколишнього середовища'' та Водного кодексу України затверджено загальні вимоги до складу і властивостей стічних вод. Стічні води, які підлягають прийманню до міської каналізаційної мережі не повинні містити:

-кислоти, горючі суіші, токсичні гази;

-нерозчинні масла, смоли, мазут;

-будівельне, промислове, господарсько побутове сміття, ґрунт, абразивні речовини;

-радіоактивні речовини, епідоміологічно небезпечні бактеріальні та вірусні забруднення;

-забруднюючі речовини з перевищенням допустимих концентрацій Стічні води не повинні мати:

-температуру вище 400 С;

-рН нижче 6,5 або вище 9,0;

-біологічне споживання кисню, яке перевищує вказане в проекті очисних споруд.

Такі стічні води повинні бути знешкоджені та знезаражені на локальних очисних спорудах з обов'язковою утилізацією або похованням утворених осадів. Оремо наголошується на захоронення скидання у водойми стічних вод, що містять цінні відходи, сировину, які можуть бути вилучені шляхом раціональної технології.

4.2Контрольні запитання

1.Від яких чинників залежить каламутність води? Як впливає прозорість води на процеси фотосинтезу водних рослин?

2.Який іонний склад природних вод ?