M01927

51

калію в кислому середовищі, що відбувається з виділенням еквівалентної кількості вільного йоду:

MnO2+2KI+2H2SO4=MnSO4+K2SO4+I2+2H2O.

Виділений йод відтитровують тіосульфатом в присутності крохмалю. 2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI.

9.2Контроьні запитання

1.Які фактори впливають на вміст розчиненого у воді кисню?

2.Що таке евтрофікація водойм, чим вона обумовдена і як пов'язана з кількістю розчиненого у воді кисню?

3.Чи впливає збільшення твердості води на вміст розчиненого у ній кисню?

4.Чому ГДК розчиненого у воді кисню має неоднакове значення для різних категорій водойм?

5.Що визначають показники кисневого режиму БПК і ХПК?

9.3Матеріали, інструмент, прилади,обладнання

Конічні колби на 200 мл з притертими пробками, бюретки на 25 мл, вимірювальний циліндр на 100 мл, піпетки.

Розчини: 0,1 М MnСl2 або 0,1 М MnSO4, 0,01 М (1/2 Na2S2O3), KMnO4 з масовою часткою 0,03 %, Н2 SO4 (конц), лужний розчин КІ з масовою часткою 15 %, розчин крохмалю з масовою часткою 0,5 %.

9.4 Вказівки з техніки безпеки

Дотримуватись правил роботи з розчинами кислот та лугів.

9.5 Порядок проведення лабораторної роботи

Дослід1. Визначення загальної кількості розчиненого у воді кисню.

До конічної колби налити 100 мл водопровідної води, слідкуючи за тим, щоб у воді не було бульбашок повітря. Відміряти піпеткою 1 мл розчину хлориду або сульфату мангану (II) і додати у колбу, потім за допомогою чистої піпетки внести 1 мл лужного розчину йодиду калію. Колбу закрити пробкою і ретельно, але обережно перемішати, щоб утвореномий осад осів у її нижню частину. Додати 3 мл конц. сульфатної кислоти під поверхню розчину, закрити колбу пробкою і обережно перемішати вміст колби до повного розчинення осаду. Залишити колбу на столі на декілька хвилини.

52

Готову пробу відтитрувати розчином тіосульфату натрію. Коли колір розчину стане ледь помітно жовтим, внести до колби декілька краплин розчину крохмалю і продовжувати титрування до зникнення синього забарвлення.

Залишити колбу стояти на столі протягом 3-4 хвилин, описати спостереження.

Розрахувати концентрацію розчиненого у питній воді кисню за формулою:

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

V(Na2S2O3) -об’єм розчину Na2S2O3, що витрачений на титрування, мл;

VВ – об’єм взятої для аналізу води, мл;

Е(О2) – молярна маса еквівалента кисню, Е(О2)=8 г/моль; Обчислити масову концентрацію розчиненого кисню у

досліджуваній воді, скориставшись формулою:

де с(О2) – концентрація розчинного у досліджуваній воді кисню, визначена за результатами досіду, мг/л;

ср – рівноважна концентрація кисню, мг/л; яку виміряно при температурі під час відбору проби з поправкою на атмосферний тиск і вміст розчинених солей у досліджуваній воді.

Рівноважну концентрацію кисню ср розрахувати за формулою:

cр = co f p , мг/л

760

де cо – концентрація розчиненого кисню у дистильованій воді при температурі проведення досліду, мг/л (табл.9.1);

p – атмосферний тиск, мм рт.ст.;

f - поправочний коефіцієнт на вміст солей у досліджуванійй воді Для визначення поправочного коефіціента f потрібно зробити наступні розрахунки. Від рівноважної концентрації кисню у дистильованій воді, знайденій за табл.9.1, відняти на кожні 1000 мг/л

53

Дослід 2. Експрес-визначення ступеня забруднення води.

Налити у пробірки проби води приблизно на 1/3 їх об’єму, додати по 3 краплі 0,03 %-го розчину KMnO4 і залишити на 20 хвилин. Коли час мине, за зміною забарвлення пробірок зробити висновки про якість досліджуваної води.

Якщо малинове забарвлення не змінюється – вода доброякісна; якщо забарвлення стає червоним – вода малоякісна; а якщо колір змінюється на жовто-бурий – досліджувана вода є

недоброякісною.

9.6 Зміст звіту

Визначити вміст розчиненого у воді кисню і його масову концентрацію. Експрес-методом визначити доброякісність води.

Розв’язати задачі.

Приклад 1. Обезкиснення води, що застосовується у промислових цілях, проводять для боротьби з корозією труб. Для цього використовується сульфіт натрію. Яка маса цієї речовини потрібна для обезкиснення води в системі об’ємом 1000 м3, якщо вміст кисню становить 10 мг/л?

m (Na2SO3) - ? m(O2 ) = 106 л1л10мг = 107 мг = 10000 г

54

2. Скільки грамів сульфіту натрію потрібно взяти для обезкиснення 1000 м3 води?

х10000 г

х = 2 126 10000 = 78750 г = 78,75 кг Na2SO3. 32

Відповідь: потрібно 787,5 кг сульфіту натрію.

Задача 1. Який об’єм оксиду карбону (IV) виділяється у атмосферу при спалюванні 12 л оксиду карбону (II) у 9 л кисню?

Задача 2. Котельня спалює 2 т вугілля за добу. Масова частка Карбону – 84 %, Гідрогену – 5 %, Сульфуру – 3,6 %, негорючі домішки складають 2,5 %. Якою повинна бути площа лісу, щоб поповнити втрати кисню в повітрі, використаного для спалювання вугілля в котельні, якщо 1 га лісу виділяє за добу 10 кг кисню?

9.6Рекомендована література

1.Методичні вказівки до лаборатооних робіт з курсу “Основи промислової екології ” (для студентів всіх форм навчання). Укл. М.Ф. Бомбушкар, Л.П.Осаул, О.В.Мазулін – Запоріжжя, 1996. ЗДТУ –

27 с.

2.Лурье Ю.Ю.Аналитическая химия промішленніх сточніх вод.-

М.: Химия. 1982. – 448 с.

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

Лабораторна робота № 10 ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ ЗАЛІЗА В ПРОМИСЛОВИХ

СТІЧНИХ ВОДАХ

Мета роботи: ознайомитись з титрометричним методом визначення вмісту заліза у промислових стічних водах.

10.1 Загальні відомості

Вміст заліза у природних водах залежить від геологічної будови та гідрологічних умов басейну. До водних об'єктів іони заліза надходять

55

по каналізаційним трубам разом з забрудненою стічною водою, потрапляють з атмосферними опадами, а також з ґрунтів, якщо вода розчиняє залізні руди або тверді промислові відходи.

Уприроді залізо зустрічається також у вигляді залізоорганічних речовин, наприклад, залізобактерій, що присутні практично скрізь, наприклад, іржава слизька маса, яка накопичується на трубах водопостачання. Залізобактерії споживають розчинене у воді залізо, а коли відмирають, то утворюють слиз. Залізо у нерозчинній формі опиняється у воді і як продукт корозії сталевих водопровідних труб.

Кількість заліза, що надходить у водойми з антропогенних джерел більше ніж на порядок перевищує кількість, що потрапляє з поверхневим стоком.

Накопичення заліза у воді зменшує вміст розчиненого у водоймі кисню, основні солі заліза замулюють зябра риб, знижують кислотність води, що негативно позначається на водних організмах і

сприяє корозії металевих і залізо-бетонних конструкцій. Тому вміст заліза регламентують і ретельно контролюють. ГДК (Fe2+, Fe3+) дорівнює 0,5 мг/л у водоймах і 0,3 мг/л – у питній воді.

Визначити вміст заліза у воді можна за допомогою хімічних і фізико-хімічних методів. Для титриметричного визначення залізо спочатку окислюють до тривалентного, а потім осаджують амоніаком. Осад розчиняють у хлоридній кислоті і титрують трилоном Б (ЕДТА)

уприсутності сульфосаліцилової кислоти у якості індикатора.

Утих випадках, коли стічна вода містить досить велику кількість органічних речовин, що утворюють з залізом стійкі в лужному середовищі комплексні сполуки, рекомендується випаровувати досліджувану воду досуха, сухий залишок прожарювати, розчиняти в хлоридній кислоті і відразу титрувати розчином трилону Б. Якщо у стічній воді немає речовин, які заважають визначенню вміста заліза,

попереднє осадження заліза розчином амоніаку виявляється непотрібним, тоді іони заліза (ІІ) окислюють на холоді персульфатом амонію і титрують ЕДТА.

Звичайно, можна використовувати і методи, в яких залізо спочатку відновлюють до двовалентного, наприклад, цинком або хлоридом олова (ІІ) з послідовним додаванням хлорида ртуті (ІІ) і титрують перманганатом або біхроматом.

56

10.2Контрольні запитання

1.З яких джерел залізо потрапляє в природні та промислові води? У яких формах воно існує?

2.Яким чином чорна металургія забруднює навколишнє середовище?

3.До яких наслідків може привести недостач або надлишок заліза

уорганізмі людини?

10.3Матеріали, інструмент, прилади, обладнання

Електрична плитка або колбонагрівач, термостійка колба ємкістю

200 мл, вимірювальна колба на 100 мл, піпетки, термометр, фільтри, скляна паличка, воронка.

Індикаторний папір (універсальний або конго червоний), сульфосаліцилова кислота або сульфосаліцилат натрію.

Розчини: НNО3 (ρ 1,4 г/см3), амоніаку (1:1), НCl (1:1), ЕДТА з концентрацією 9,3 мг/мл; дистильована вода.

10.4 Вказівки з техніки безпеки

Дотримуватись правил роботи з розчинаим кислот та амоніаку. Нагрівальні прилади берегти від потрапляння крапель кислоти.

10.5 Порядок проведення лабораторної роботи

До 100 мл досліджуваної стічної води, що містить 10–20 мг розчиненого заліза, додати 1–2 мл нітратної кислоти. Рідину прокип’ятити, окислюючи залізо до тривалентного. Розчин трішки остудити і осадити залізо, додаючи розчин амоніаку до появи слабкого запаху. Осад відфільтрувати та промити гарячою водою. Потім Fе(ОН)3 розчинити на фільтрі у невеликій кількості хлоридної кислоти і старанно промити фільтр гарячою водою, перенести у вимірювальну колбу на 100 мл і довести до риски дистильованою водою.

Розчин перелити у конічну термостійку колбу, нейтралізувати розчином амоніаку до рН 2 і нагріти до 60 ºС. Потім додати крупинку сульфосаліцилової кислоти або її натрієвої солі і титрувати розчином ЕДТА до зміни червоного забарвлення на жовте.

Загальний вміст заліза Х обчислити за формулою:

57

Х = Т(ЕДТА) V (ЕДТА) 1000 , мг/л

VВ

де Т(ЕДТА) – титр розчину ЕДТА (тобто кількість грамів речовини, що міститься у 1 мл розчина), Т(ЕДТА) = 0,0093 г/мл;

V(ЕДТА) - об’єм розчину ЕДТА, який витрачено на титрування, мл; VВ - об’єм досліджуваної стічної води, мл.

10.6 Зміст звіту

Визначити вміст заліза у стічній воді і порівняти з санітарними вимогами до даного типу водойми. Розв’язати задачі.

Приклад. На титрування 100 мл стічної води, яка містить ферум (ІІІ) хлорид, було витрачено 20 мл 0,25 М (1/2 ЕДТА). Визначити масу солі FeCl3, що міститься у воді.

Визначаємо молярну концентрацію еквівалента розчину FeCl3, скориставшись формулою:

c(1/3FeCl3)·V(FeCl3) = c(1/2 ЕДТА)·V(ЕДТА)

m(FeCl3 ) = с(1/ 3FeCl3 ) E(FeCl3 ) VВ = 0,05 54,17 01 = 0,27 г.

Відповідь: 0,27 г FeCl3 .

Задача 1. На титрування 100 мл води з водойми культурнопобутового призначення, яка містить іони заліза (ІІ), після відповідної обробки було витрачено 10,4 мл 0,5 М (1/2 ЕДТА). Розрахуйте концентрацію заліза (ІІ) у воді і порівняйте її з ГДК.

Задача 2. У водойму рибогосподарського призначення надходить 1500 м3/год стічних вод, які містять 300 г тривалентного заліза.

58

Визначити концентрацію заліза(ІІІ) у воді. Чи шкідлива ця вода? Для розрахунків скористатися формулою, що наведено на стор.29.

10.7Рекомендована література

1.Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных

вод. – М.: Химия, 1982. – 448 с.

Лабораторна робота № 11

ОЧИСТКА СТІЧНОЇ ВОДИ ЗА ДОПОМОГОЮ ІОННОГО ОБМІНУ

Мета роботи: ознайомитись з іонообмінним методом очищення стічних вод.

11.1 Загальні відомості

Очистка стічних вод – це руйнування або видалення з них забруднюючих домішок і знищення в них патогенних мікробів. Стічні води послідовно очищують механічним, фізико-хімічним і біологічним методами. Механічне очищення полягає у видаленні нерозчинних речовин (піску, намулу, глини), а також жирів, нафтопродуктів, смол тощо. За допомогою фізико-хімічних методів у стічних водах значно зменшується кількість розчиних сполук, насамперед тих, що містять іони важких металів. Біологічний метод дозволяє провести природний процес руйнування органічних речовин спеціальними мікроорганізмами. Після цих трьох етапів воду знезаражують, і лише потім скидають у природні водойми.

Для видалення із стічних вод іонів важих металів, а також для усунення твердості води широко використовуєть метод іоного обміну.

Сутність метода. Іонообмінний метод ґрунтується на зворотному обміні іонів, що містяться у розчині на іони, що належать до складу сорбента – іонообмінної смоли або іоніта. Іонообмінні смоли – високомолекулярні синтетичні речовини, за хімічною природою кислоти або основи, тобто електроліти, що мають особливість: один з іонів такого електроліту має велику молярну масу, нерозчинний у воді, малорухомий, а другий (Н+ або ОН-) – навпаки, характеризується високою рухомістю і може обмінюватися на іони присутніх у розчині солей.

Іоніти поділяють на дві групи: катіоніти і аніоніти. Перші здатні міняти свої катіони на катіони солей, що присутні у розчині. Сутність

59

катіонного обміну можна схематично представити за допомогою рівнянь реакцій: з основою: RH + NaOH = RNa + H2O,

з сіллю: RH + NaCl = RNa + HCl,

де: R – складний аніон смоли.

Аніоніти обмінюються власними аніонами на аніони присутніх солей. Аніонний обмін можна показати на прикладі схем рівнянь:

Іоніти піддаються регенерації, тому їх використовують багато разів.

11.2Контрольні запитання

1.Які існують методи очищення стічної води? Чи можливо повністю очистити стічну воду?

2.Де найчастіше використовують іоннообміний метод?

3.Назвіть антропогенні джерела забруднення водойм.

4.Які заходи охорони джерел питної води передбачає законодавство України?

11.3 Матеріали, інструмент, прилади, обладнання

Бюретки з катіонітом і аніонітом, вата, піпетки, склянки, пробірки. Розчини: NaCl, (NH4)2C2O4, AgNO3, з масовою часткою 5 %; 2 М HCl; індикатори: фенолфталеїн і метилоранж, диметилгліоксим;

дистильована вода.

11.4 Вказівки з техніки безпеки

Дотримуватись правил роботи з кислотами та склом.

11.5 Порядок проведення лабораторної роботи

Дослід 1. Вивчення характеру обміну катіоніту та аніоніту.

Удві колонки з катіонітом та аніонітом зплити по 10 мл розчину натрій хлориду з масовою часткою 5 %. Відкрити крани і пропускати розчин крізь іонообмінні колонки з швидкістю приблизно 4 мл за хвилину. Після цього долити у кожну колонку по 10 мл дистильованої води і пропустити крізь колонку знову, зібрати фільтрат у чисті склянки. Додати до кожного отриманного розчину індикатор і зробити висновки.

Дослід 2. Демінералізація води.

Удві пробірки налити по 5 мл водопровідної води. До однієї з них додати декілька крапель розчину амоній оксалату та переконатися у присутності іонів кальцію за утворенням білого осаду:

60

Ca2+ + C2O42- = CaC2O4↓

До другої пробірки додати 2-3 краплини розчину аргентум нітрату і переконатися у присутності хлорид-іонів:

Cl- + Ag+ = AgCl↓

Потім повільно пропустити крізь катіонітну та аніонітну колонки по 10–20 мл водопровідної води, зібрати фільтрат у чисті склянки та випробувати на присутність йонів Са2+ та Cl–. Зробити висновки.

Дослід 3.Очистка стічної води від іонів ніколу.

Підготувати колонку до роботи. Випробувати стічну воду на присутність іонів ніколу. У аміачному середовищі (рН 9-10)

диметилгліоксим Н2Dm утворює з іонами Ni2+ червоний осад: [Ni(NH3)4]2+ + 2Н2Dm +4H2O = Ni(HDm)2↓+ 4NH4OH + 2H+

Крізь катіоніт пропустити воду, забруднену йонами Ni2+. Звернути увагу на колір води та фільтрату. Випробувати фільтрат на присутність іонів Ni2+ за допогою диметилгліоксиму.

11.6 Зміст звіту

Зробити висновок, що відбудеться, якщо один й той самий розчин солі пропускати крізь катіоніт, а потім крізь аніоніт. Пояснити кислу реакцію фільтрату з катіоніту та лужну – з аніоніту. Написати рівняння реакції, що відбуваються при дименіралізації води і вилученні іонів ніколу з стічної води за допомогою іонного обміну. Розв’язати задачу.

Задача. Обмінна ємність катіоніту дорівнює 7,2 ммоль/л. Яке значення має усунена твердість води, якщо крізь 200 г цього катіоніту пропущено 50 л води?

Розв'язати задачу можна перетворивши формулу:

Σ = T V , m

де Σ – обмінна ємність катіоніту; Т – твердість води; ммоль/л; V - об’єм води, л ;

m- маса катіоніту, г.

11.7Рекомендована література

1.Набиванець Б.Й., Сухан В.В., Калабіна Л.В. Аналітична хімія природного середовища. – К: Либідь, 1996.- 304 с.