Опыт 3. Определение общей жесткости водопроводной воды методом комплексонометрического титрования

Комплексонометрическим титрованием (комплексонометрией) называют титриметрический метод количественного анализа, основанный на аналитическом использовании реакций комплексообразования ионов металла с полидентантными хелатообразующими органическими реагентами – комплексонами. В аналитической химии наиболее часто применяют комплексон (III), двунатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), Na₂H₂Y,

.

Для краткости обозначим анион ЭДТА как Y^4–, тогда уравнение реакции комплексообразования, например, с двухзарядными ионами металлов будет иметь вид

.

Вне зависимости от заряда иона металла комплексообразователя всегда образуются комплексы состава 1:1. 1 Моль эквивалентов ЭДТА всегда взаимодействует с 1 моль эквивалентов металла. Отсюда сле­дует, что 1 моль эквивалентов ЭДТА в реакциях комплексообразования равен его молярной массе, а 1 моль эквивалентов металла должен быть численно равен атомной массе металла, вступающего в реакцию с 1 молем ЭДТА.

Жесткость воды это совокупность свойств, обусловленная наличием в ней катионов кальция Са²⁺ и магния Mg²⁺. Сумму концентраций Са²⁺ и Mg²⁺ называют общей жесткостью. Величину жесткости выражают в ммоль экв/дм³ или в моль экв/м³.

Обычно общую жесткость определяют титрованием стандартным раствором ЭДТА. В этом случае жесткость рассчитывают по уравнению

моль экв/м³.

Реактивы и оборудование. Титрант – стандартный раствор ЭДТА c концентрацией C(ЭДТА) = 0,025 моль/дм³; коническая колба для титрования объемом 250 см³; пипетка на 10,00 см³; бюретка объемом 25 см³; индикатор эриохромовый черный Т; аммиачный буфер рН = 10.

Выполнение работы. Определяют общую жесткость водопроводной воды. Техника титрования описана в разделе 3. Готовят бюретку для титрования и заполняют ее стандартным раствором ЭДТА. Мерным цилиндром отбирают 50,0 см³ водопроводной воды и переносят ее в колбу для титрования и приливают 1 см³ аммиачного буфера рН = 10. Добавляют на кончике шпателя кристаллы индикатора и начинают титрование. Последние порции ЭДТА приливают по каплям. Титрование останавливают в тот момент, когда произойдет резкий переход окраски от фиолетовой к синей. Записывают объем раствора ЭДТА, пошедший на титрование. Повторяют титрование еще 3 раза. Перед каждым титрованием коническую колбу моют и ополаскивают дистиллированной водой.

Примечания

1. Буферный раствор приливают обязательно перед добавлением индикатора.

2. Индикатора не следует добавлять слишком много, иначе окраска изменяется медленно и раствор оказывается перетированным.

Запись данных опыта и расчеты. Данные записать по приведенной ниже форме.

Концентрация титранта C_М(ЭДТА) = 0,025 моль/дм³

Индикатор – эриохромовый черный Т

№ п/п	Объем воды V(Н2О), см3	Эквивалентный объем титранта V(ЭДТА), см3

По результатам титрования найти средний объем титранта =

Рассчитать общую жесткость воды по уравнению

=

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию «массовая доля растворенного вещества».

2. Дайте определение молярной концентрации и молярной концентрации эквивалента.

3. Вычислите молярные массы эквивалентов и факторы эквивалентности в реакциях полной нейтрализации следующих веществ: HNO₃; NH₃; H₂SO₄; KHSO₄; Na₂CO₃.

4. Рассчитайте количество HNO₃ для нейтрализации 5,3 г Na₂CO₃.

5. Что такое жесткость воды, как ее рассчитать.

6. В чем сущность метода определения жесткости воды титрованием?

7. Рассчитайте общую жесткость воды, если в 100 дм³ содержится 4 г ионов Са²⁺ и 2,4 г ионов Mg²⁺.

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Химические процессы протекают с изменением энергетического состояния веществ (сопровождаются выделением или поглощением теплоты) и упорядоченности их строения. Для анализа этого аспекта химического взаимодействия используют понятие «система». Системой называется совокупность тел, находящихся во взаимодействии и мысленно выделенных из окружающей среды. Термодинамика изучает свойства макроскопических систем на основе возможных превращений энергии без рассмотрения их микросостояний. Важнейшим результатом термодинамического исследования предполагаемых изменений в системе является вывод о возможности или невозможности самопроизвольного протекания процесса в выбранных условиях.

Если вопрос о возможности протекания реакции решен, возникает проблема оценки скорости реакции и возможности управления ею. Этот аспект химического взаимодействия изучает химическая кинетика – учение о скоростях и механизме реакций.

Ниже обсуждены важнейшие термодинамические и кинетические характеристики и закономерности протекания химических процессов и дано описание опытов, позволяющих исследовать их экспериментально.