Водопроводной воды методом титрования»

Теоретическое введение

Жесткость водопроводной воде придают соли магния и кальция. Различают жесткость временную, постоянную и общую (суммарную).

Временная жесткость обусловлена наличием в воде бикарбонатов кальция Ca(HCO₃)₂ и магния Mg(HCO₃)₂.

При гидролизе соли, образованной слабой двухосновной кислотой H₂CO₃, процесс реакции идет по следующей схеме:

CO₃^2- + HOH = HCO₃^- + OH^-

Диссоциация бикарбоната иона:

HCO₃^- = Н⁺ + CO₃^2-

настолько мала К_дис.= 4,7· 10^-11, что произведение растворимости CaCO₃ не достигается и осадок не выпадает (ПР _CaCO3 = 5· 10^-9; ПР _MgCO3 = 1· 10^-5)

При кипячении значительно ускоряются два противоположных процесса:

а) Гидролиз иона HCO₃^-:

HCO₃^- + HOH = H₂CO₃ + OH^- К_гидр.= 3,3· 10^-8

СО₂ Н₂О

б) Диссоциация иона HCO₃^-:

HCO₃^- ↔ Н⁺ + CO₃^2-

Процесс диссоциации иона HCO₃^- делает возможным превышение величин произведения растворимости CaCO₃ и MgCO₃ и выпадает осадок. Суммарный процесс выражается уравнением:

Ca(HCO₃)₂ ↔ CaCO₃ + СО₂ + Н₂О

Равновесие этой реакции при кипячении сильно сдвигается вправо вследствие образования летучего (СО₂) и трудно растворимых продуктов.

Поскольку бикарбонатная жесткость устраняется кипячением, она называется временной.

Постоянная жесткость обуславливает наличие в воде сульфатов, хлоридов и других солей кальция и магния, которые не разлагаются при кипячении воды.

Сумма временной и постоянной жесткости составляет общую жесткость воды. Общую жесткость можно определить двумя способами:

а) по сумме катионов Ca²⁺ и Mg²⁺;

б) по сумме анионов HCO₃^-; SO₄^2-; Cl^- и др.

Общая жесткость воды оценивается суммой ммоль - эквивалентов ионов кальция и магния, содержащихся в 1 литре.

Один ммоль – эквивалентов жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л ионов кальция или 12,16 мг/л ионов магния.

Экспериментальная часть

Общие требования. Рассчитать жесткость водопроводной и кипяченой воды и данные занести в таблицу 1.

Определение общей жесткости воды основано на способности трилона –Б (сложного органического соединения) образовывать с ионами кальция и магния бесцветные растворимые комплексы.

Титрование проводят в присутствии индикатора (кислотного хром темно-синего), который в щелочной среде (рН = 10) при наличии свободных ионов кальция и магния, окрашивает пробу в розовый цвет за счет образования слабых комплексов.

Необходимая щелочная среда пробы создается смесью, состоящей из хлористого аммония NH₄Cl и аммиака NH₃. Такая смесь создает устойчивую щелочную среду (рН = 10). При титровании трилоном – Б ионы кальция и магния образуют с ним более прочные комплексы, чем с индикатором. Когда все имеющиеся ионы кальция и магния свяжутся с трилоном – Б (нейтральная точка), индикатор изменяет окраску - становится сине- фиолетовым (перетитрованный раствор – синий).

Расчет общей жесткости воды по данным титрования основан на использовании закона эквивалентов: вещества реагируют в эквивалентных количествах. Применительно к жидким реагирующим системам закон эквивалентов удобен в следующей математической форме, где:

V₁N₁ = V₂N₂,

где V₁ и V₂ – объёмы реагирующих веществ

N₁ и N₂ - нормальности этих растворов

Жесткость воды (Ж) в мг- эквивалентах на литр вычисляется по формуле:

Ж = V_т ∙Nт ∙ К∙ 1000/ N_в, К= 1,

где: V_т – объем, пошедшего на титрование трилона –Б, (мл),

Nт – нормальность трилона – Б (мг - экв/мл),

N_в – объём пробы воды,

К - поправочный коэффициент нормальности.

Опыт 1. В коническую колбу на 200 мл налить 100 мл водопроводной воды, добавить 3-5 мл аммиачной смеси и 7-8 капель индикатора хром темно-синего. Раствор тщательно перемешать. Раствор должен быть розового цвета.

Поставить колбу под бюретку и прилить (0,05н) раствора трилона -Б по каплям до появления сине- фиолетового окрашивания и тщательно перемешать содержимое колбы.

Изменение окраски раствора означает, что трилон – Б полностью связан с ионами кальция и магния. Записать в таблицу объем трилона – Б, пошедшего на титрование (первое титрование ориентировочное). Титрование трилоном – Б повторить ёще три раза. Результаты титрования не должны отличаться друг от друга более чем на 0,02 мл. Взяв среднее значение объёма трилона – Б, пошедшего на титрование (первое титрование ориентировочное не учитывать), рассчитать жесткость воды.

Таблица 1

Титрование	Объём взятой пробы воды, мл	Объём трилона – Б пошедшего на титрование, мл	Среднее значение	Жесткость воды ммоль-экв/л

Опыт 2.Повторить опыт 1, взяв для определения жесткости прокипяченную воду.

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Какая жесткость устраняется кипячением?

2. Какие способы устранения жесткости воды Вам известны?

Ø Учебная литература: /1/, с. 393; /2/, с.373; /4/, с.616 -619; /6/, с.232.