SlideShare a Scribd company logo
Показатели качества воды
   Доц. к.т.н. Петрова Елена Александровна
Основные вопросы

1.   Водородный показатель
2.   Кислотность и щелочность природных вод
3.   Жесткость воды
4.   Углекислотное равновесие
5.   Окисляемость природных вод
6.   Содержание растворенного в воде кислорода
1. pH
                               .
Диссоциация воды

H 2O          H     OH
        рН = - lg[H+]    рOН = - lg[OH+]
                           0
  рН рОН 14 при 25 С


    pH = 14- pOH               pH = 7 нейтральная среда
                               pH < 7 кислая среда
    pOH = 14- pH               pH > 7 щелочная среда
Химические показатели качества природных вод
Химические показатели качества природных вод
[H+] = [OH-]   [H+] < [OH-]   [H+] > [OH-]
Электрохимическая ячейка - гальванический элемент из двух электродов:
1. Стеклянный
2. электрод сравнения в известным потенциалом (хлорсеребряный)

                                 Стеклянный электрод - стеклянный шарик с
                               раствором электролита. Содержащиеся в стекле
                               ионы натрия обмениваются с имеющимися в
                               растворе ионами водорода.

                                 Этот обмен идет до установления равновесия.




                                Разность потенциалов, возникающая в системе,
                                фиксируется прибором рН-метром
Определение кислотности и
щелочности природной воды
1. Кислотность природных вод




     активная                  свободная            общая


Регистрируется pH     обусловлена           обусловлена солями,
                      свободными сильными   которые образованы
                      кислотами и           сильными кислотами и
                      растворенным          слабыми основаниями,
                      диоксидом углерода.   такими как сульфаты и
                                            хлориды алюминия,
                                            железа, аммония.


                                            определяют титрованием,
     [H+]       >   [OH-]                   поэтому ее еще называют
                                            аналитической или
                                            титруемой кислотностью
кислая вода
Рабочий раствор - щелочь
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОБОДНОЙ КИСЛОТНОСТИ
№ опыта     Взято   Израсходовано Нормальность             Индикатор
           воды, мл   раствора    р-ра щелочи,
                     щелочи, мл      г-экв/л

   1        100,0        8,1                               Метиловый
   2        100,0        8,1               0,0989          оранжевый
   3        100,0        8,2
Среднее     100,0        8,1
значение


                                   VNaOH   N NaOH   1000
                           ксв =                              мг-экв/л,
                                           VH 2O
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ КИСЛОТНОСТИ
№ опыта     Взято   Израсходовано Нормальность
           воды, мл   раствора    р-ра щелочи,            Индикатор
                     щелочи, мл      г-экв/л

   1        100,0       8,1
   2        100,0       8,1               0,0989      Фенолфталеин
   3        100,0       8,2
Среднее     100,0       8,1
значение

                                 VNaOH   N NaOH    1000
                         коб =                              мг-экв/л
                                         VH 2O
2. Щелочность природных вод




         свободная                                          общая


обусловлена растворенными в
                                      соответствует сумме содержащихся в воде
воде свободными основаниями,
                                      гидроксид-ионов ОН- и анионов слабых
которые могут присутствовать в
                                      кислот, например угольной (НСО-3 и СО-23).
природных водах за счет
загрязнений промышленными
                                      Общая щелочность создается
стоками.
                                      преимущественно солями активных
                                      металлов, которые при гидролизе имеют
Из природных оснований в воде
                                      щелочную реакцию среды.
могут быть гидроксид кальция
(известь) Са(ОН)2, гидроксид
магния Мg(ОН)2 и др.

                                          охватывает интервал рН от 4,5 до 14
охватывает интервал рН от 8,3 до 14

                                              [H+] < [OH-]
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОБОДНОЙ И ОБЩЕЙ ЩЕЛОЧНОСТИ ВОДЫ

  №          Взято           Объем соляной кислоты VHCl, мл        Нормальность

 опыта       воды,       Индикатор               Индикатор         раствора NHCl,
              мл        фенолфталеин            метилоранж            г-экв/л


   1         100,0               3,5                 8,4
   2         100,0               3,6                 8,4               0,0987
   3         100,0               3,6                 8,6

Среднее
значение     100,0               3,6                 8,5




           VHCl N HCl 1000                           VHCl N HCl 1000
   Щ св                                       Щ об
                VH 2 O                                    VH 2 O
Жесткость воды - совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней преимущественно катионов Са2+ и Mg2+.
3. Жесткость природных вод
Жесткость воды - совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней
преимущественно катионов Са2+ и Mg2+
Жесткость воды




             карбонатная                     некарбонатная                        общая


   Обусловлена присутствием в воде
                                              SO 2-, Cl- и др.
                                                 4
                                                                              представляет собой
                                                                              сумму карбонатной
   карбонатов и гидрокарбонатов магния обусловлена присутствием сульфатных,   (временной) и
               -             2-        нитратных и хлоридных анионов          некарбонатной
        HCO3 ,         CO3                                                    (постоянной)
                                                                              жесткости

 Временная, т.е.    неустранимая
 можно устранить

     Классификация жесткости
                                                   Постоянная, т.е.
мягкая вода – жесткость 3,0 мг-экв/л               устранить нельзя

средняя жесткость – от 3,0 до 7,0 мг-                               Ж, мг-экв/л
экв/л;
                                                           Ж ≤ 7 мг-экв/л – хозяйственно-
жесткая вода – свыше 7,0 мг-экв/мл;                        питьевая вода
Умягчение воды – процесс удаления из нее катионов жесткости, т.е. кальция и магния.


                               Методы умягчения воды




    Термические            Реагентные           Ионного обмена        комбинированные

основаны на           основаны на связывании   основаны на            представляют собой
нагревании воды, ее   находящихся в воде       фильтровании воды      сочетания разных
дистилляции или       ионов кальция и магния   через специальные      методов.
вымораживании         в практически            материалы,
                      нерастворимые            обменивающие
                      соединения.              входящие в их состав
                                               ионы натрия или
                                               водорода на ионы
                                               кальция или магния,
                                               содержащиеся в
                                               природной воде.
Термические методы умягчения воды

Воду нагревают свыше 1000С. При этом удаляется карбонатная и часть
некарбонатной жесткости в виде карбоната кальция, гидроксида магния и сульфата
кальция:

Са(НСО3)2 СаСО3+Н2О+СО2
Mg(HCO3)2 MgCO3+H2O+CO2
MgCO3+ H2O = Mg(OH)2+СО2

Частичное удаление постоянной жесткости (соли сульфата кальция) связано с
уменьшением растворимости этой соли при нагревании (при 1000С растворимость
сульфата кальция составляет всего 0,65 г/л).

Этот метод применим преимущественно для удаления карбонатной жесткости.
Реагентные методы умягчения воды
Известкование
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2= 2 СаСО3+ 2 Н2О;
Mg SO4 + Са(ОН)2 = Mg(OH)2+ Са SO4.

Известково-содовый метод
CaCl2 + Na2CO3= СаСО3+ 2NaCl;
Са SO4+ Na2CO3 = СаСО3+ Na2SO4.

Умягчение щелочью (NaOH)
При введении в воду гидроксида натрия удаляется карбонатная жесткость и происходит
образование карбоната натрия:
Са(НСО3)2 + 2NаОН = СаСО3 + Na2CO3 + 2 Н2О, который частично связывает некарбонатную
жесткость.

Умягчение воды фосфатами

3CaCl2 + 2Na3РO4= Са3(РО4)2+ 6NaCl;
3Mg SO4+ 2Na3РO4 = Mg3(РО4)2+ 3Na2SO4.

Импфирование – процесс перевода временной жесткости в постоянную путем разложения
гидрокарбонатов неорганическими кислотами.
Перевод временной жесткости в постоянную осуществляют добавлением к воде сильных
кислот (HCl, H2SO4) в количествах, эквивалентных устранимой жесткости:

Са(НСО3)2 + 2HCl = СаСl2 + 2Н2О+2СО2
Mg(HCO3)2 + H2SO4 = Mg SO4 + 2H2O+2CO2
Метод ионного обмена

                                       Фазы системы



                       Неподвижная                         Подвижная (ПФ)
                           (НФ)


                 Неподвижной фазой обычно         Подвижная фаза представляет
                 служит твёрдое вещество (его     собой жидкость или газ,
                 часто называют сорбентом) или    протекающий через НФ
                 плёнка жидкости, помещённая на
                 твёрдое вещество


Разделение веществ основано на распределении компонентов между двумя фазами –
неподвижной (НФ) и подвижной (ПФ).
Ионообменная хроматография основана на явлении обменной сорбции

Сорбция - процесс, связанный с накопление того или иного компонента в
неподвижной фазе или на границе раздела фаз

В ионообменной хроматографии НФ (сорбент) называют ионообменником


                                          При пропускании раствора,
                                          содержащего электролиты, через
                                          ионообменник происходит обратимый
                                          обмен ионов, находящихся в растворе,
                                          на ионы, входящие в состав
                                          ионообменника.
                                          Разделение ионов связано с различной
                                          способностью к обмену ионов
                                          раствора, проходящего через
                                          ионообменник.
Ионообменные материалы


    Неорганические                         Органические

•оксид алюминия                       ионообменные смолы на основе
•слабокислые алюмосиликаты;           полистирола
•слабоосновные (оксиды, гидроксиды)
алюмосиликаты,                        Матрица состоит из трехмерных ВМС (полистирол,
                                      фенолформальдегидная смола).
•гидроксид циркония, оксид алюминия
                                      Гранулы состоят из длинноцепных макромолекул
                                      полистирола, связанных редкими «мостиками» того
Горные породы                         же состава.

                                      Сами гранулы полистирола являются инертными в
                                      отношении ионного обмена и представляют собой
                                      полимерную матрицу ионита.

                                      Для того чтобы инертную полимерную матрицу
                                      сделать активной для ионного обмена, её
                                      необходимо обработать химическими реагентами,
                                      например, концентрированной серной кислотой.
Классификация ионообменных материалов по активному иону



        катионообменники                                         анионообменники
являются специально синтезированными                    Анионообменники содержат в своей структуре
полимерными материалами, нерастворимыми в воде          ионогенные группы основного характера:
веществами, содержащими в своей структуре
ионогенные группы кислотного характера:                 ОН–, -N(CH3)3+; и др.
                                                        Их химические формулы схематически представляют :
 -SO3H - сульфогруппа; -COOH - карбоксильная группа и   R-NH3OH или R-OH; R-NH3F или R-F
др.
R-SO3H; R-SO3Na или R-H и R-Na                          (анионообменники могут находиться в двух формах: в
                                                        основной форме и в солевой форме).
(катионообменники могут находиться в двух формах: в
водородной форме и в солевой форме)



Kатионообменную реакцию можно записать в                Анионообменная реакция протекает по
таком виде:                                             схеме:
 RH+ Na+ = RNa + H+                                      R-OH + F– = RF + OH–

Обмен ионов происходит в строго эквивалентных количествах! Именно поэтому,
возможно количественное определение веществ в данном методе.
Регенерация ионообменника
Процесс восстановления обменной емкости ионита называется регенерацией



      Регенерация катионитов               Регенерация анионитов

  если после завершения               Аниониты регенерируют щелочью
  ионного обмена на катионит
  подействовать кислотой, то он
  регенерируется и вновь
  переходит в активную
  водородную форму:
Применение ионообменных смол




Умягчающие
картриджи для     Умягчающие воды методом
воды              ионного обмена
Химические показатели качества природных вод
Химические показатели качества природных вод
Определение жесткости воды
Комплексонометрическое титрование.
метод основан на реакциях образования растворимых
комплексных соединений (комплексонов).
Комплексоны – это органические соединения, производные
аминополикарбоновых кислот, простейшей из которых
является аминодиуксусная кислота.

В настоящее время синтезировано и исследовано более 200
комплексонов. Рассмотрим некоторые комплексоны.


                                           CH2COOH
                                    NH
                                           CH2COOH
комплексоны
Комплексон I или нитрилотриуксусная кислота имеет
следующее строение:
                                              CH2COOH
                            HOOCH2C    N
                                                  CH2COOH

Комплексон II или этилендиаминтетрауксусная кислота
(ЭДТУ) является известным представителем комплексонов:
             HOOCH2C                                    CH2COOH
                       N        CH2    CH2        N
            HOOCH2C                                      CH2COOH


Комплексон III является ее двунатриевой солью и носит
название этилендиаминтетраацетат натрия (ЭДТА). Данный
комплексон известен так же под названием Трилон Б.

              ..
            NaOOCH2C                                        ..
                                                      CH2 COONa
                       N
                       ..      CH2    CH2
                                             ..
                                             N

             ..
            HOOCH2 C
                                                            ..
                                                      CH2COOH
Химические показатели качества природных вод
Химические показатели качества природных вод
Буферные растворы

Буферные растворы – растворы, способные сохранять постоянное значение pH при добавлении
к ним сильных кислот и оснований, а также при разбавлении.

Регулирующий механизм основан на смещении равновесия в системе.

Буферные растворы состоят из смеси раствора слабой кислоты и ее соли сильного основания
или, наоборот, — слабого основания и его соли сильной кислоты.
Например: NH4OH+NHCl — аммиачный буфер.
Если к буферному раствору добавить умеренное количество сильной кислоты
или сильного основания, его pH изменится слабо.

 Если к аммиачному буферному раствору добавить
 кислоту, она прореагирует с аммиаком. В результате
 pH уменьшится.

 Если к аммиачному буферу добавить щелочь, она
 прореагирует с хлоридом аммония, выделится
 аммиак. В результате pH возрастет.
Катионы металлов полностью
Присутствуют        Приближение к точке
                                          связаны в комплекс
катионы жесткости   эквивалента
                                          (точка эквивалента)
V N 1000
Ж об .              мг-экв/л,
           VH 2 O
Углекислотное равновесие
В природной воде всегда
                                   содержится растворенный оксид
                                   углерода (IV).




При взаимодействии его с водой образуется слабая двухосновная угольная
кислота (Н2СО3):
СО2 + Н2О Н2СО3, которая диссоциирует ступенчато:

1 ступень: Н2СО3   НСО3 +Н+ гидрокарбонат-ион
2 ступень: НСО3     H++CO32- карбонат-ион
Формы углекислоты в природной воде



Гидрокарбонатная             Карбонатная             Свободная
     (НСО3)                     (СО3 )             (СО2 или Н2С03)


                         Общая форма углекислоты




Между различными формами углекислоты устанавливается динамическое
равновесие (углекислотное равновесие):
СО2 + Н2О Н2СО3 НСО3 +Н+ 2H++CO32-.
Формы свободной углекислоты



       равновесная                              агрессивная


                               Агрессивная вода
Концентрация свободной         ( [CO2]р < [CO2] нестабильность 1-го рода)
углекислоты, необходимая
для установления                            СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2;
равновесия, является                        Са(ОН)2 +2СО2 = Са(НСО3)2.
равновесной формой
свободной углекислоты
([CO2]р).
                               Нестабильная вода
                               ( [CO2]р > [CO2] нестабильность 2-го рода)
Стабилизация воды

  Агрессивную воду можно стабилизировать, используя вещества, повышающие
щелочность. Например, гидроксид кальция (гашеная известь), гидроксид и карбонат
натрия:
               Са(ОН)2+ 2СО2= Са( Н СО3)2;
                   NaОН+ СО2=NаНСО3;
               Na2CО3+ СО2 +Н2О=2NаНСО3.

 Стабилизация нестабильных вод заключается в снижении ще-
 лочности. Этого можно добиться, используя фосфатирование воды:

           Na6P6O18 + 2CaCO3 = Na2Ca2P6O18 + 2Na2CO3;

Или подкислением минеральными кислотами (серной, соляной):
        NаНСО3 + HC l= NaCl + H2O + CO2;
       CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2   + H2O;
    Ca(HCO3)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O + 2CO2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОБОДНОЙ УГЛЕКИСЛОТЫ В ВОДЕ
Принцип определения основан на титровании свободной углекислоты 0,01-0,05н
раствором NaOH или Na2CO3 в присутствии фенолфталеина до по­лучения розовой
окраски раствора, соответствующей окраске стандартного раствора, рН которого
по фенолфталеину равен 8,3:
                              NaOH + CO2 = NaHCO3.

В склянку или коническую колбу емкостью 250-300 мл с рези­новой пробкой
вливают при помощи резиновой трубки, опущенной до дна колбы, 100 мл
испытуемой кислой воды, прибавляют 5-6 капель индикатора фенолфталеина.
Заполняют бюретку рабочим раствором, устанавливают нулевую отметку и
титруют 0,01н раствором гидроксида натрия до бледно-розовой окраски, равной
по интенсивности окраске стандартного раствора.
Титрование проводят не менее 2 раз, результаты заносят в таблицу.

Количество растворенной углекислоты Х1 рассчитывают по формуле


где V1 - объем раствора NaOH, израсходованного на титрование, мл;
N - нормальность раствора гидроксида натрия;
Э - миллиграмм-эквивалент CO2 (44 мг);
V2 - объем исследуемого раствора, взятого для титрования, мл.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГИДРОКАРБОНАТ-ИОНОВ В ВОДЕ


В коническую колбу емкостью 250-300 мл отмеряют мерным цилиндром 100 мл
исследуемой воды и добавляют 2-3 капли раствора инди­катора метилового
оранжевого.

Заполняют бюретку рабочим раствором, устанавливают нулевую отметку и
титруют 0,1н раствором соляной кислоты до розово-оранжевой окраски раствора.

Титрование проводят не менее 2 раз, результаты заносят в таблицу.

Количество гидрокарбонатной углекислоты X2 рассчитывают по формуле



где V1 - объем раствора соляной кислоты, израсходованной на титрование, мл;
N - нормальность раствора соляной кислоты, мг-экв/л ;
Э - миллиграмм-эквивалент гидрокарбонат-иона (22 мг) в пересчете на свободную CO2 согласно уравнению;
 VH2O- объем исследуемой воды, мл.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АГРЕССИВНОЙ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА МЕТОДОМ РАСЧЕТА ПО
                        ЛЕМАННУ И РЕУССУ
Расчет основан на определении свободной двуокиси углерода, избыточ­ной по
отношению к той ее части, которая находится в равновесии с гидро­карбонат-
ионами (HCO3 ).

Расчет. Содержание агрессивной двуокиси углерода по Леманну и Реуссу, мг/л,
вычисляют по формуле
X = g – X2 ,
где g - величина, найденная по таблице Леманна и Реусса, соответствующая
отдельно вычисленной величине S;
S - сумма свободной и гидрокарбонатной углекислоты;
g - вычисленная сумма гидрокарбонатной и агрессивной углекислоты;
X2 - содержание гидрокарбонатной углекислоты (точнее - общая щелоч­ность
воды), мг/л.
Вспомогательную величину для пользования таблицей Леманна и Реусса вычисляют
по формуле
S = X1 + X2,
где Х1 - количество растворенной углекислоты (точнее общая кислотность воды),
мг/л.
Окисляемость воды
Окисляемость воды - условная величина,
характеризующая загрязнение воды
легкоокисляющимися веществами.
Окисляемость выражается в миллиграммах
кислорода, необходимого для окисления примесей,
содержащихся в 1 л воды.

Мг О2/л
Классификация окисляемости воды в зависимости
           от природы окислителя

                          Окисляемость
                            (общая)



         Химическая                       Биохимическая
       в качестве                        в качестве
       окислителей                       окислителей
       используют                        выступают
       химические                        аэробные
       реактивы                          бактерии


Общая окисляемость – количество восстановителей органического
происхождения, содержащихся в 1 литре сточной воды
Биохимическая окисляемость воды (БПК)
БПК – кислородный эквивалент степени загрязненности
сточных вод биохимически окисляемыми органическими
веществами.
Позволяет оценить долю присутствия биохимически окисляемых примесей,
т.е. примесей, которые могут быть окислены с помощью аэробных бактерий в
биофильтрах.

                                БПК



               БПК5                          БПК полн


       Окисление примесей в             Полное окисление примесей
       течение 5 суток                  (до 35 суток)

      Определяют на городских           Для расчета очистных
      очистных станциях                 сооружений
Химические показатели качества природных вод
Химическая окисляемость воды в зависимости от
                используемого окислителя

                                Химическая окисляемость воды



                                           Бихроматная
    Перманганатная                                                          Йодатная
                                          (дихроматная)
     окисляемость                                                         окисляемость
                                           окисляемость
Окислитель KMnO4                    Окислитель K2Cr2O7              Окислитель KIO3

Кислородный эквивалент              Кислородный эквивалент трудноокисляемых примесей.
легкоокисляемых примесей.           Используется для анализа сточных вод.
Применяется только для
природной и водопроводной
воды. Для анализа сточных вод
не используется.
                                             Химическая потребность в кислороде
                                             (ХПК) – кислородный эквивалент общего
                                             количества в сточной воде органических
                                             веществ.
Химические показатели качества природных вод
Химические показатели качества природных вод
Методы определения окисляемости воды
Вид окисляемости              Название метода определения
Перманганатная окисляемость   Метод Кубеля



Основа для определения БПК    Метод Винклера

ХПК                           Экспериментально:
                              Ускоренный метод определения
                              дихроматной окисляемости

                              Расчетным путем:
                              по стехиометрическому
                              уравнению окисления
Определение окисляемости
  воды по методу Кубеля
Цель работы

Определить величину перманганатной
окисляемости воды по методу Кубеля.
Сущность метода Кубеля
Относится к перманганатометрическим методам
Метод объемного анализа, в котором используются растворы
перманганата калия известной концентрации, называется
перманганатометрией.

 Сущность метода состоит в окислении присутствующих в
 пробе органических веществ 0,01н. раствором перманганата
 калия при кипячении в сернокислой среде в течении 10
 минут.
В основе метода лежит реакция окисления вещества перманганатом калия:


              2KMnO4 +5H2C2O4 +3H2SO4 = 2MnSO4 +K2SO4 + 10CO2+8H2O.
                                                                             2
               C2O42- - 2e         2CO2                                      5
Перманганат калия реагирует с присутствующими в воде восстановителями. Марганец изменяет при этом свою
степень окисления с +7 до +2, т.е. восстанавливается.
Ход работы
1. Мерным цилиндром отбирают 100 мл водопроводной воды в коническую колбу
   емкостью 250 мл. В эту же колбу добавляют 5 мл раствора серной кислоты (1:3)
   (отмерить мерным цилиндром) и из бюретки приливают точно 20,0 мл рабочего
   раствора перманганата калия (0,01н).
2. В колбу помещают 2-3 стеклянных шарика или осколка фарфоровой посуды и,
   накрыв колбу часовым стеклом, нагревают на газовой горелке жидкость до
   кипения, кипятят в течение 10 минут с момента закипания. Часть перманганата
   калия расходуется при кипячении на окисление органических примесей воды.
   Цвет раствора становится более светлым.
3. Затем колбу снимают с нагревательного прибора, вносят пипеткой в нее точно 20
   мл 0,01н раствора щавелевой кислоты, которая вступает в реакцию с избытком
   перманганата калия, оставшимся после окисления органических примесей воды.
              2KMnO4 +5H2C2O4 +3H2SO4 = 2MnSO4 +K2SO4 + 10CO2+8H2O.

                                                     2
                 C2O42- - 2e    2CO2                 5
4. Обесцвеченную горячую смесь титруют 0,01н раствором перманганата калия до
   появления светло-розовой окраски.
Расчет
Общий объем раствора КMпО4, прибавленного в колбу и израсхо­дованного на окисление
органических веществ, и раствора щавелевой кисло­ты составляет:
                                       Vобщ = V1 + V3,
     где V1 – объем добавленного раствора КMпО4;
     V3 – объем раствора КMпО4, израсходованного на титрование избытка Н2С2О4.
Найдем объем раствора КMпО4 V4, эквивалентный добавленному количеству Н2С2О4
(щавелевой кислоте), мл:                     V N
                                            2        2
                                      V4
                                                N1
     где V2 – объем раствора добавленной Н2С2О4;
      N1 – концентрация КMпО4, г-экв/л;
      N2 – концентрация Н2С2О4, г-экв/л.
Из общего объема раствора КMпО4 вычтем объем V4, эквивалентный объему Н2С2О4, и найдем
объем перманганата калия V5, израсходованного на окисление органических примесей воды:
                                         V5 = Vобщ – V4.
Рассчитаем окисляемость воды Х в миллиграммах кислорода, израсходо­ванного на
окисление органических веществ в 1 л исследуемой воды:


, мгO2/л,
                                           V5 N1 8 1000
                                     X
здесь 8 - эквивалент кислорода.                VH 2O
Растворенный в воде кислород
Определение растворенного в воде
кислорода йодометрическим методом
         (метод Винклера)
Цель работы
Определить количество растворенного в воде
кислорода по методу Винклера
Сущность метода
Метод Винклера является основой определения БПК.
Количество растворенного кислорода определяют методом йодометрии.
Сущность метода состоит в окислении растворенным кислородом ионов
марганца, которые окисляют ионы йода. Выделившийся йод оттитровывают
раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала.
к исследуемой воде добавляют хлорид марганца и щелочь для получения легко окисляющегося осадка
гидроксида марганца (II):
                                          МпСl2 +2КОН = Мп(OН)2 +2КСl;
   гидроксид марганца (II) окисляется растворенным в воде кислородом в гидроксид марганца (III):
                                         4Мп(OН)2+O2+2Н2О = 4Мп(OН)3;
                                        4Мп(OН)2+O2+4 ОН- = 2МпО(OН)2.
Количество образующихся гидроксидов марганца определяется содержанием растворенного в воде
кислорода.
В результате вышепроведенных реакций количественно связывается в осадок весь растворенный в воде
кислород.
Затем переводят гидроксид марганца (III) в эквивалентное ему количество йода, легко и точно определяемое
титрованием.
                                         Мп(ОН)3 + ЗНСl = МnСl3 + ЗН2О;
                                              2МпСl3 =2МnСl2 +Сl2.
Выделившийся хлор определяют иодометрически: к исследуемому раствору добавляют йодид калия, хлор
окисляет йодид-ион до йода, который титруют раствором тиосульфата натрия с индикатором крахмалом:
Сl2+2КI=I2+2КСl;
I2 +2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6.
Ход работы
1. В калиброванную склянку с пробкой отобрать пробу водопроводной
   воды до краев, чтобы под пробкой отсутствовали пузырьки воздуха.
2. Поместить склянку в фарфоровую чашку и вливать в нее из пипеток,
   погружая их концы почти до дна, 1 мл смеси гидроксида калия с
   йодидом калия и 1 мл хлорида марганца (II).
3. Закрыть склянку, взболтать и оставить стоять, пока осадок гидроксидов
   марганца не осядет на дно, а жидкость над осадком не станет
   прозрачной.
4. После этого прилить, погружая конец пипетки почти до дна склянки, 5 мл
   концентрированной соляной кислоты и, закрыв склянку пробкой,
   взболтать ее, пока осадок не растворится.
5. Перелить жидкость из склянки в большую коническую колбу и титровать
   выделившийся йод раство­ром тиосульфата натрия до лимонно-желтой
   окраски, а затем, прибавив две пипетки раствора крахмала, продолжить
   титрование до исчезновения синей окраски.
Расчет
  При расчете необходимо из объема взятой пробы V1 вычесть суммарный объем V2
прибавленных реактивов (MnCl2, KOH+KI), вытеснивший соответствующий объем
воды.
  Содержание кислорода вычисляется по формуле, мгO2/л,

                                 V N 8 1000
                             Х
                                   V1 V2


где Х - количество мг кислорода в 1 литре воды;
 V - количество мл раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование;
8 - эквивалент кислорода;
N - эквивалентная концентрация раствора тиосульфата натрия, г-экв/л.

More Related Content

What's hot

индикаторы
индикаторыиндикаторы
индикаторы
67921340AB
 
вода и жизнь.
вода и жизнь.вода и жизнь.
вода и жизнь.
serdj phil
 
тема 7.5. Технологии водоочистки и водоподготовки
тема 7.5. Технологии водоочистки и водоподготовкитема 7.5. Технологии водоочистки и водоподготовки
тема 7.5. Технологии водоочистки и водоподготовки
cpkia
 
Кто хочет стать отличником по химии
Кто хочет стать отличником по химииКто хочет стать отличником по химии
Кто хочет стать отличником по химии
Ekaterina
 
2015 стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...
2015   стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...2015   стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...
2015 стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...
Konstantin German
 
Reagents eg-march-2009
Reagents eg-march-2009Reagents eg-march-2009
Reagents eg-march-2009
Ecolife Journal
 
Лекарственные формы с жидкой дисперсионной средой
Лекарственные формы с жидкой дисперсионной средойЛекарственные формы с жидкой дисперсионной средой
Лекарственные формы с жидкой дисперсионной средой
aidar_15
 
84.очистка нафты от ртути
84.очистка нафты от ртути84.очистка нафты от ртути
84.очистка нафты от ртути
ivanov156633595
 
2014 re symp dushanbe tajikistan
2014 re symp dushanbe tajikistan2014 re symp dushanbe tajikistan
2014 re symp dushanbe tajikistan
Konstantin German
 
Колебательные реакции
Колебательные реакцииКолебательные реакции
Колебательные реакции
Sergey Tereh
 
1
11
1991 tc кластеры термохимия
1991 tc кластеры термохимия 1991 tc кластеры термохимия
1991 tc кластеры термохимия
Konstantin German
 

What's hot (20)

29840ip
29840ip29840ip
29840ip
 
индикаторы
индикаторыиндикаторы
индикаторы
 
Okislitelno vosstanovitelnye reakcii_720[3]
Okislitelno vosstanovitelnye reakcii_720[3]Okislitelno vosstanovitelnye reakcii_720[3]
Okislitelno vosstanovitelnye reakcii_720[3]
 
вода и жизнь.
вода и жизнь.вода и жизнь.
вода и жизнь.
 
29694ip
29694ip29694ip
29694ip
 
тема 7.5. Технологии водоочистки и водоподготовки
тема 7.5. Технологии водоочистки и водоподготовкитема 7.5. Технологии водоочистки и водоподготовки
тема 7.5. Технологии водоочистки и водоподготовки
 
Кто хочет стать отличником по химии
Кто хочет стать отличником по химииКто хочет стать отличником по химии
Кто хочет стать отличником по химии
 
2015 стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...
2015   стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...2015   стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...
2015 стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...
 
Poster
PosterPoster
Poster
 
Reagents eg-march-2009
Reagents eg-march-2009Reagents eg-march-2009
Reagents eg-march-2009
 
Лекарственные формы с жидкой дисперсионной средой
Лекарственные формы с жидкой дисперсионной средойЛекарственные формы с жидкой дисперсионной средой
Лекарственные формы с жидкой дисперсионной средой
 
84.очистка нафты от ртути
84.очистка нафты от ртути84.очистка нафты от ртути
84.очистка нафты от ртути
 
2014 re symp dushanbe tajikistan
2014 re symp dushanbe tajikistan2014 re symp dushanbe tajikistan
2014 re symp dushanbe tajikistan
 
Колебательные реакции
Колебательные реакцииКолебательные реакции
Колебательные реакции
 
29756ip
29756ip29756ip
29756ip
 
Oxygen Search
Oxygen SearchOxygen Search
Oxygen Search
 
1
11
1
 
1991 tc кластеры термохимия
1991 tc кластеры термохимия 1991 tc кластеры термохимия
1991 tc кластеры термохимия
 
29848ip
29848ip29848ip
29848ip
 
маштаков борис
маштаков борисмаштаков борис
маштаков борис
 

Similar to Химические показатели качества природных вод

Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...
Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...
Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...
Петрова Елена Александровна
 
Лекція 9. Електролітична дисоціація
Лекція 9. Електролітична дисоціаціяЛекція 9. Електролітична дисоціація
Лекція 9. Електролітична дисоціація
Corvus Corax
 
гидролиз солей урок
гидролиз солей урокгидролиз солей урок
гидролиз солей урок
emmochka18
 
гидролиз солей
гидролиз солейгидролиз солей
гидролиз солей
emmochka18
 
Вода с точки зрения химии
Вода с точки зрения химииВода с точки зрения химии
Вода с точки зрения химии
Dmitry Bulgakov
 
Константа диссоциации
Константа диссоциацииКонстанта диссоциации
Константа диссоциации
dsyuru
 
Reaviz равновесия кисл осн буферы
Reaviz равновесия кисл осн буферыReaviz равновесия кисл осн буферы
Reaviz равновесия кисл осн буферы
Konstantin German
 
вод пок
вод поквод пок
вод пок
irinadmitruk
 
3а. физические и физико химические свойства подземных вод
3а. физические и физико химические свойства подземных вод3а. физические и физико химические свойства подземных вод
3а. физические и физико химические свойства подземных вод
osinceva
 
Первичные химические источники тока
Первичные химические источники токаПервичные химические источники тока
Первичные химические источники тока
olegkozaderov
 
Reaviz principle equilibriums in chemistry and life science
Reaviz principle equilibriums in chemistry and life scienceReaviz principle equilibriums in chemistry and life science
Reaviz principle equilibriums in chemistry and life science
Konstantin German
 
Principle equilibriums in chemistry and life science
Principle equilibriums in chemistry and life sciencePrinciple equilibriums in chemistry and life science
Principle equilibriums in chemistry and life science
Konstantin German
 
растворение. растворы. 8 класс.
растворение. растворы. 8 класс.растворение. растворы. 8 класс.
растворение. растворы. 8 класс.
vusergeeva
 
безопасна ли вода из крана
безопасна ли вода из кранабезопасна ли вода из крана
безопасна ли вода из крана
67921340AB
 

Similar to Химические показатели качества природных вод (20)

Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...
Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...
Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...
 
Лекція 9. Електролітична дисоціація
Лекція 9. Електролітична дисоціаціяЛекція 9. Електролітична дисоціація
Лекція 9. Електролітична дисоціація
 
гидролиз солей урок
гидролиз солей урокгидролиз солей урок
гидролиз солей урок
 
гидролиз солей
гидролиз солейгидролиз солей
гидролиз солей
 
основания
основанияоснования
основания
 
основания
основанияоснования
основания
 
Вода с точки зрения химии
Вода с точки зрения химииВода с точки зрения химии
Вода с точки зрения химии
 
Константа диссоциации
Константа диссоциацииКонстанта диссоциации
Константа диссоциации
 
Reaviz равновесия кисл осн буферы
Reaviz равновесия кисл осн буферыReaviz равновесия кисл осн буферы
Reaviz равновесия кисл осн буферы
 
вод пок
вод поквод пок
вод пок
 
Electro
ElectroElectro
Electro
 
29254ip
29254ip29254ip
29254ip
 
лек. 18(1) кислород
лек. 18(1) кислородлек. 18(1) кислород
лек. 18(1) кислород
 
3а. физические и физико химические свойства подземных вод
3а. физические и физико химические свойства подземных вод3а. физические и физико химические свойства подземных вод
3а. физические и физико химические свойства подземных вод
 
Первичные химические источники тока
Первичные химические источники токаПервичные химические источники тока
Первичные химические источники тока
 
основания
основанияоснования
основания
 
Reaviz principle equilibriums in chemistry and life science
Reaviz principle equilibriums in chemistry and life scienceReaviz principle equilibriums in chemistry and life science
Reaviz principle equilibriums in chemistry and life science
 
Principle equilibriums in chemistry and life science
Principle equilibriums in chemistry and life sciencePrinciple equilibriums in chemistry and life science
Principle equilibriums in chemistry and life science
 
растворение. растворы. 8 класс.
растворение. растворы. 8 класс.растворение. растворы. 8 класс.
растворение. растворы. 8 класс.
 
безопасна ли вода из крана
безопасна ли вода из кранабезопасна ли вода из крана
безопасна ли вода из крана
 

More from Петрова Елена Александровна

карбонильные соединения
карбонильные соединениякарбонильные соединения
карбонильные соединения
Петрова Елена Александровна
 
Ароматические углеводороды
Ароматические углеводородыАроматические углеводороды
Ароматические углеводороды
Петрова Елена Александровна
 
Углеводороды
УглеводородыУглеводороды
Основные положения органической химии
Основные положения органической химииОсновные положения органической химии
Основные положения органической химии
Петрова Елена Александровна
 
Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. Седиментация
Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. СедиментацияДисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. Седиментация
Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. Седиментация
Петрова Елена Александровна
 
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединения
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединенияЛекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединения
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединения
Петрова Елена Александровна
 
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.
Петрова Елена Александровна
 
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалы
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалыЛекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалы
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалы
Петрова Елена Александровна
 
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакций
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакцийЛекция №2. Общие закономерности протекания химических реакций
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакций
Петрова Елена Александровна
 
Лекция № 8. Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны)
Лекция № 8. Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны)Лекция № 8. Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны)
Лекция № 8. Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны)
Петрова Елена Александровна
 

More from Петрова Елена Александровна (20)

карбонильные соединения
карбонильные соединениякарбонильные соединения
карбонильные соединения
 
Ароматические углеводороды
Ароматические углеводородыАроматические углеводороды
Ароматические углеводороды
 
Углеводороды
УглеводородыУглеводороды
Углеводороды
 
Основные положения органической химии
Основные положения органической химииОсновные положения органической химии
Основные положения органической химии
 
Дисперсные системы
Дисперсные системыДисперсные системы
Дисперсные системы
 
Адсорбция
АдсорбцияАдсорбция
Адсорбция
 
Поверхностные явления
Поверхностные явленияПоверхностные явления
Поверхностные явления
 
Основы химического анализв
Основы химического анализвОсновы химического анализв
Основы химического анализв
 
Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. Седиментация
Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. СедиментацияДисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. Седиментация
Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. Седиментация
 
Поверхностные явления. Адсорбция
Поверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. Адсорбция
Поверхностные явления. Адсорбция
 
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединения
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединенияЛекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединения
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединения
 
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.
 
Строение вещества
Строение веществаСтроение вещества
Строение вещества
 
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалы
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалыЛекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалы
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалы
 
Лекция № 5. Основы электрохимии
Лекция № 5. Основы электрохимииЛекция № 5. Основы электрохимии
Лекция № 5. Основы электрохимии
 
Лекция № 3. Растворы
Лекция № 3. РастворыЛекция № 3. Растворы
Лекция № 3. Растворы
 
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакций
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакцийЛекция №2. Общие закономерности протекания химических реакций
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакций
 
Лекция № 9. Карбоновые кислоты
Лекция № 9. Карбоновые кислотыЛекция № 9. Карбоновые кислоты
Лекция № 9. Карбоновые кислоты
 
Лекция № 8. Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны)
Лекция № 8. Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны)Лекция № 8. Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны)
Лекция № 8. Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны)
 
Лекция № 7. Гидроксильные соединения (спирты, фенолы)
Лекция № 7. Гидроксильные соединения (спирты, фенолы)Лекция № 7. Гидроксильные соединения (спирты, фенолы)
Лекция № 7. Гидроксильные соединения (спирты, фенолы)
 

Химические показатели качества природных вод

  • 1. Показатели качества воды Доц. к.т.н. Петрова Елена Александровна
  • 2. Основные вопросы 1. Водородный показатель 2. Кислотность и щелочность природных вод 3. Жесткость воды 4. Углекислотное равновесие 5. Окисляемость природных вод 6. Содержание растворенного в воде кислорода
  • 3. 1. pH . Диссоциация воды H 2O H OH рН = - lg[H+] рOН = - lg[OH+] 0 рН рОН 14 при 25 С pH = 14- pOH pH = 7 нейтральная среда pH < 7 кислая среда pOH = 14- pH pH > 7 щелочная среда
  • 6. [H+] = [OH-] [H+] < [OH-] [H+] > [OH-]
  • 7. Электрохимическая ячейка - гальванический элемент из двух электродов: 1. Стеклянный 2. электрод сравнения в известным потенциалом (хлорсеребряный) Стеклянный электрод - стеклянный шарик с раствором электролита. Содержащиеся в стекле ионы натрия обмениваются с имеющимися в растворе ионами водорода. Этот обмен идет до установления равновесия. Разность потенциалов, возникающая в системе, фиксируется прибором рН-метром
  • 9. 1. Кислотность природных вод активная свободная общая Регистрируется pH обусловлена обусловлена солями, свободными сильными которые образованы кислотами и сильными кислотами и растворенным слабыми основаниями, диоксидом углерода. такими как сульфаты и хлориды алюминия, железа, аммония. определяют титрованием, [H+] > [OH-] поэтому ее еще называют аналитической или титруемой кислотностью
  • 11. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОБОДНОЙ КИСЛОТНОСТИ № опыта Взято Израсходовано Нормальность Индикатор воды, мл раствора р-ра щелочи, щелочи, мл г-экв/л 1 100,0 8,1 Метиловый 2 100,0 8,1 0,0989 оранжевый 3 100,0 8,2 Среднее 100,0 8,1 значение VNaOH N NaOH 1000 ксв = мг-экв/л, VH 2O
  • 12. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ КИСЛОТНОСТИ № опыта Взято Израсходовано Нормальность воды, мл раствора р-ра щелочи, Индикатор щелочи, мл г-экв/л 1 100,0 8,1 2 100,0 8,1 0,0989 Фенолфталеин 3 100,0 8,2 Среднее 100,0 8,1 значение VNaOH N NaOH 1000 коб = мг-экв/л VH 2O
  • 13. 2. Щелочность природных вод свободная общая обусловлена растворенными в соответствует сумме содержащихся в воде воде свободными основаниями, гидроксид-ионов ОН- и анионов слабых которые могут присутствовать в кислот, например угольной (НСО-3 и СО-23). природных водах за счет загрязнений промышленными Общая щелочность создается стоками. преимущественно солями активных металлов, которые при гидролизе имеют Из природных оснований в воде щелочную реакцию среды. могут быть гидроксид кальция (известь) Са(ОН)2, гидроксид магния Мg(ОН)2 и др. охватывает интервал рН от 4,5 до 14 охватывает интервал рН от 8,3 до 14 [H+] < [OH-]
  • 14. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОБОДНОЙ И ОБЩЕЙ ЩЕЛОЧНОСТИ ВОДЫ № Взято Объем соляной кислоты VHCl, мл Нормальность опыта воды, Индикатор Индикатор раствора NHCl, мл фенолфталеин метилоранж г-экв/л 1 100,0 3,5 8,4 2 100,0 3,6 8,4 0,0987 3 100,0 3,6 8,6 Среднее значение 100,0 3,6 8,5 VHCl N HCl 1000 VHCl N HCl 1000 Щ св Щ об VH 2 O VH 2 O
  • 15. Жесткость воды - совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней преимущественно катионов Са2+ и Mg2+. 3. Жесткость природных вод Жесткость воды - совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней преимущественно катионов Са2+ и Mg2+
  • 16. Жесткость воды карбонатная некарбонатная общая Обусловлена присутствием в воде SO 2-, Cl- и др. 4 представляет собой сумму карбонатной карбонатов и гидрокарбонатов магния обусловлена присутствием сульфатных, (временной) и - 2- нитратных и хлоридных анионов некарбонатной HCO3 , CO3 (постоянной) жесткости Временная, т.е. неустранимая можно устранить Классификация жесткости Постоянная, т.е. мягкая вода – жесткость 3,0 мг-экв/л устранить нельзя средняя жесткость – от 3,0 до 7,0 мг- Ж, мг-экв/л экв/л; Ж ≤ 7 мг-экв/л – хозяйственно- жесткая вода – свыше 7,0 мг-экв/мл; питьевая вода
  • 17. Умягчение воды – процесс удаления из нее катионов жесткости, т.е. кальция и магния. Методы умягчения воды Термические Реагентные Ионного обмена комбинированные основаны на основаны на связывании основаны на представляют собой нагревании воды, ее находящихся в воде фильтровании воды сочетания разных дистилляции или ионов кальция и магния через специальные методов. вымораживании в практически материалы, нерастворимые обменивающие соединения. входящие в их состав ионы натрия или водорода на ионы кальция или магния, содержащиеся в природной воде.
  • 18. Термические методы умягчения воды Воду нагревают свыше 1000С. При этом удаляется карбонатная и часть некарбонатной жесткости в виде карбоната кальция, гидроксида магния и сульфата кальция: Са(НСО3)2 СаСО3+Н2О+СО2 Mg(HCO3)2 MgCO3+H2O+CO2 MgCO3+ H2O = Mg(OH)2+СО2 Частичное удаление постоянной жесткости (соли сульфата кальция) связано с уменьшением растворимости этой соли при нагревании (при 1000С растворимость сульфата кальция составляет всего 0,65 г/л). Этот метод применим преимущественно для удаления карбонатной жесткости.
  • 19. Реагентные методы умягчения воды Известкование Са(НСО3)2 + Са(ОН)2= 2 СаСО3+ 2 Н2О; Mg SO4 + Са(ОН)2 = Mg(OH)2+ Са SO4. Известково-содовый метод CaCl2 + Na2CO3= СаСО3+ 2NaCl; Са SO4+ Na2CO3 = СаСО3+ Na2SO4. Умягчение щелочью (NaOH) При введении в воду гидроксида натрия удаляется карбонатная жесткость и происходит образование карбоната натрия: Са(НСО3)2 + 2NаОН = СаСО3 + Na2CO3 + 2 Н2О, который частично связывает некарбонатную жесткость. Умягчение воды фосфатами 3CaCl2 + 2Na3РO4= Са3(РО4)2+ 6NaCl; 3Mg SO4+ 2Na3РO4 = Mg3(РО4)2+ 3Na2SO4. Импфирование – процесс перевода временной жесткости в постоянную путем разложения гидрокарбонатов неорганическими кислотами. Перевод временной жесткости в постоянную осуществляют добавлением к воде сильных кислот (HCl, H2SO4) в количествах, эквивалентных устранимой жесткости: Са(НСО3)2 + 2HCl = СаСl2 + 2Н2О+2СО2 Mg(HCO3)2 + H2SO4 = Mg SO4 + 2H2O+2CO2
  • 20. Метод ионного обмена Фазы системы Неподвижная Подвижная (ПФ) (НФ) Неподвижной фазой обычно Подвижная фаза представляет служит твёрдое вещество (его собой жидкость или газ, часто называют сорбентом) или протекающий через НФ плёнка жидкости, помещённая на твёрдое вещество Разделение веществ основано на распределении компонентов между двумя фазами – неподвижной (НФ) и подвижной (ПФ).
  • 21. Ионообменная хроматография основана на явлении обменной сорбции Сорбция - процесс, связанный с накопление того или иного компонента в неподвижной фазе или на границе раздела фаз В ионообменной хроматографии НФ (сорбент) называют ионообменником При пропускании раствора, содержащего электролиты, через ионообменник происходит обратимый обмен ионов, находящихся в растворе, на ионы, входящие в состав ионообменника. Разделение ионов связано с различной способностью к обмену ионов раствора, проходящего через ионообменник.
  • 22. Ионообменные материалы Неорганические Органические •оксид алюминия ионообменные смолы на основе •слабокислые алюмосиликаты; полистирола •слабоосновные (оксиды, гидроксиды) алюмосиликаты, Матрица состоит из трехмерных ВМС (полистирол, фенолформальдегидная смола). •гидроксид циркония, оксид алюминия Гранулы состоят из длинноцепных макромолекул полистирола, связанных редкими «мостиками» того Горные породы же состава. Сами гранулы полистирола являются инертными в отношении ионного обмена и представляют собой полимерную матрицу ионита. Для того чтобы инертную полимерную матрицу сделать активной для ионного обмена, её необходимо обработать химическими реагентами, например, концентрированной серной кислотой.
  • 23. Классификация ионообменных материалов по активному иону катионообменники анионообменники являются специально синтезированными Анионообменники содержат в своей структуре полимерными материалами, нерастворимыми в воде ионогенные группы основного характера: веществами, содержащими в своей структуре ионогенные группы кислотного характера: ОН–, -N(CH3)3+; и др. Их химические формулы схематически представляют : -SO3H - сульфогруппа; -COOH - карбоксильная группа и R-NH3OH или R-OH; R-NH3F или R-F др. R-SO3H; R-SO3Na или R-H и R-Na (анионообменники могут находиться в двух формах: в основной форме и в солевой форме). (катионообменники могут находиться в двух формах: в водородной форме и в солевой форме) Kатионообменную реакцию можно записать в Анионообменная реакция протекает по таком виде: схеме: RH+ Na+ = RNa + H+ R-OH + F– = RF + OH– Обмен ионов происходит в строго эквивалентных количествах! Именно поэтому, возможно количественное определение веществ в данном методе.
  • 24. Регенерация ионообменника Процесс восстановления обменной емкости ионита называется регенерацией Регенерация катионитов Регенерация анионитов если после завершения Аниониты регенерируют щелочью ионного обмена на катионит подействовать кислотой, то он регенерируется и вновь переходит в активную водородную форму:
  • 25. Применение ионообменных смол Умягчающие картриджи для Умягчающие воды методом воды ионного обмена
  • 29. Комплексонометрическое титрование. метод основан на реакциях образования растворимых комплексных соединений (комплексонов). Комплексоны – это органические соединения, производные аминополикарбоновых кислот, простейшей из которых является аминодиуксусная кислота. В настоящее время синтезировано и исследовано более 200 комплексонов. Рассмотрим некоторые комплексоны. CH2COOH NH CH2COOH
  • 30. комплексоны Комплексон I или нитрилотриуксусная кислота имеет следующее строение: CH2COOH HOOCH2C N CH2COOH Комплексон II или этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТУ) является известным представителем комплексонов: HOOCH2C CH2COOH N CH2 CH2 N HOOCH2C CH2COOH Комплексон III является ее двунатриевой солью и носит название этилендиаминтетраацетат натрия (ЭДТА). Данный комплексон известен так же под названием Трилон Б. .. NaOOCH2C .. CH2 COONa N .. CH2 CH2 .. N .. HOOCH2 C .. CH2COOH
  • 33. Буферные растворы Буферные растворы – растворы, способные сохранять постоянное значение pH при добавлении к ним сильных кислот и оснований, а также при разбавлении. Регулирующий механизм основан на смещении равновесия в системе. Буферные растворы состоят из смеси раствора слабой кислоты и ее соли сильного основания или, наоборот, — слабого основания и его соли сильной кислоты. Например: NH4OH+NHCl — аммиачный буфер. Если к буферному раствору добавить умеренное количество сильной кислоты или сильного основания, его pH изменится слабо. Если к аммиачному буферному раствору добавить кислоту, она прореагирует с аммиаком. В результате pH уменьшится. Если к аммиачному буферу добавить щелочь, она прореагирует с хлоридом аммония, выделится аммиак. В результате pH возрастет.
  • 34. Катионы металлов полностью Присутствуют Приближение к точке связаны в комплекс катионы жесткости эквивалента (точка эквивалента)
  • 35. V N 1000 Ж об . мг-экв/л, VH 2 O
  • 37. В природной воде всегда содержится растворенный оксид углерода (IV). При взаимодействии его с водой образуется слабая двухосновная угольная кислота (Н2СО3): СО2 + Н2О Н2СО3, которая диссоциирует ступенчато: 1 ступень: Н2СО3 НСО3 +Н+ гидрокарбонат-ион 2 ступень: НСО3 H++CO32- карбонат-ион
  • 38. Формы углекислоты в природной воде Гидрокарбонатная Карбонатная Свободная (НСО3) (СО3 ) (СО2 или Н2С03) Общая форма углекислоты Между различными формами углекислоты устанавливается динамическое равновесие (углекислотное равновесие): СО2 + Н2О Н2СО3 НСО3 +Н+ 2H++CO32-.
  • 39. Формы свободной углекислоты равновесная агрессивная Агрессивная вода Концентрация свободной ( [CO2]р < [CO2] нестабильность 1-го рода) углекислоты, необходимая для установления СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2; равновесия, является Са(ОН)2 +2СО2 = Са(НСО3)2. равновесной формой свободной углекислоты ([CO2]р). Нестабильная вода ( [CO2]р > [CO2] нестабильность 2-го рода)
  • 40. Стабилизация воды Агрессивную воду можно стабилизировать, используя вещества, повышающие щелочность. Например, гидроксид кальция (гашеная известь), гидроксид и карбонат натрия: Са(ОН)2+ 2СО2= Са( Н СО3)2; NaОН+ СО2=NаНСО3; Na2CО3+ СО2 +Н2О=2NаНСО3. Стабилизация нестабильных вод заключается в снижении ще- лочности. Этого можно добиться, используя фосфатирование воды: Na6P6O18 + 2CaCO3 = Na2Ca2P6O18 + 2Na2CO3; Или подкислением минеральными кислотами (серной, соляной): NаНСО3 + HC l= NaCl + H2O + CO2; CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O; Ca(HCO3)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O + 2CO2
  • 41. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОБОДНОЙ УГЛЕКИСЛОТЫ В ВОДЕ Принцип определения основан на титровании свободной углекислоты 0,01-0,05н раствором NaOH или Na2CO3 в присутствии фенолфталеина до по­лучения розовой окраски раствора, соответствующей окраске стандартного раствора, рН которого по фенолфталеину равен 8,3: NaOH + CO2 = NaHCO3. В склянку или коническую колбу емкостью 250-300 мл с рези­новой пробкой вливают при помощи резиновой трубки, опущенной до дна колбы, 100 мл испытуемой кислой воды, прибавляют 5-6 капель индикатора фенолфталеина. Заполняют бюретку рабочим раствором, устанавливают нулевую отметку и титруют 0,01н раствором гидроксида натрия до бледно-розовой окраски, равной по интенсивности окраске стандартного раствора. Титрование проводят не менее 2 раз, результаты заносят в таблицу. Количество растворенной углекислоты Х1 рассчитывают по формуле где V1 - объем раствора NaOH, израсходованного на титрование, мл; N - нормальность раствора гидроксида натрия; Э - миллиграмм-эквивалент CO2 (44 мг); V2 - объем исследуемого раствора, взятого для титрования, мл.
  • 42. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГИДРОКАРБОНАТ-ИОНОВ В ВОДЕ В коническую колбу емкостью 250-300 мл отмеряют мерным цилиндром 100 мл исследуемой воды и добавляют 2-3 капли раствора инди­катора метилового оранжевого. Заполняют бюретку рабочим раствором, устанавливают нулевую отметку и титруют 0,1н раствором соляной кислоты до розово-оранжевой окраски раствора. Титрование проводят не менее 2 раз, результаты заносят в таблицу. Количество гидрокарбонатной углекислоты X2 рассчитывают по формуле где V1 - объем раствора соляной кислоты, израсходованной на титрование, мл; N - нормальность раствора соляной кислоты, мг-экв/л ; Э - миллиграмм-эквивалент гидрокарбонат-иона (22 мг) в пересчете на свободную CO2 согласно уравнению; VH2O- объем исследуемой воды, мл.
  • 43. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АГРЕССИВНОЙ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА МЕТОДОМ РАСЧЕТА ПО ЛЕМАННУ И РЕУССУ Расчет основан на определении свободной двуокиси углерода, избыточ­ной по отношению к той ее части, которая находится в равновесии с гидро­карбонат- ионами (HCO3 ). Расчет. Содержание агрессивной двуокиси углерода по Леманну и Реуссу, мг/л, вычисляют по формуле X = g – X2 , где g - величина, найденная по таблице Леманна и Реусса, соответствующая отдельно вычисленной величине S; S - сумма свободной и гидрокарбонатной углекислоты; g - вычисленная сумма гидрокарбонатной и агрессивной углекислоты; X2 - содержание гидрокарбонатной углекислоты (точнее - общая щелоч­ность воды), мг/л. Вспомогательную величину для пользования таблицей Леманна и Реусса вычисляют по формуле S = X1 + X2, где Х1 - количество растворенной углекислоты (точнее общая кислотность воды), мг/л.
  • 44. Окисляемость воды Окисляемость воды - условная величина, характеризующая загрязнение воды легкоокисляющимися веществами. Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, необходимого для окисления примесей, содержащихся в 1 л воды. Мг О2/л
  • 45. Классификация окисляемости воды в зависимости от природы окислителя Окисляемость (общая) Химическая Биохимическая в качестве в качестве окислителей окислителей используют выступают химические аэробные реактивы бактерии Общая окисляемость – количество восстановителей органического происхождения, содержащихся в 1 литре сточной воды
  • 46. Биохимическая окисляемость воды (БПК) БПК – кислородный эквивалент степени загрязненности сточных вод биохимически окисляемыми органическими веществами. Позволяет оценить долю присутствия биохимически окисляемых примесей, т.е. примесей, которые могут быть окислены с помощью аэробных бактерий в биофильтрах. БПК БПК5 БПК полн Окисление примесей в Полное окисление примесей течение 5 суток (до 35 суток) Определяют на городских Для расчета очистных очистных станциях сооружений
  • 48. Химическая окисляемость воды в зависимости от используемого окислителя Химическая окисляемость воды Бихроматная Перманганатная Йодатная (дихроматная) окисляемость окисляемость окисляемость Окислитель KMnO4 Окислитель K2Cr2O7 Окислитель KIO3 Кислородный эквивалент Кислородный эквивалент трудноокисляемых примесей. легкоокисляемых примесей. Используется для анализа сточных вод. Применяется только для природной и водопроводной воды. Для анализа сточных вод не используется. Химическая потребность в кислороде (ХПК) – кислородный эквивалент общего количества в сточной воде органических веществ.
  • 51. Методы определения окисляемости воды Вид окисляемости Название метода определения Перманганатная окисляемость Метод Кубеля Основа для определения БПК Метод Винклера ХПК Экспериментально: Ускоренный метод определения дихроматной окисляемости Расчетным путем: по стехиометрическому уравнению окисления
  • 52. Определение окисляемости воды по методу Кубеля
  • 53. Цель работы Определить величину перманганатной окисляемости воды по методу Кубеля.
  • 54. Сущность метода Кубеля Относится к перманганатометрическим методам Метод объемного анализа, в котором используются растворы перманганата калия известной концентрации, называется перманганатометрией. Сущность метода состоит в окислении присутствующих в пробе органических веществ 0,01н. раствором перманганата калия при кипячении в сернокислой среде в течении 10 минут. В основе метода лежит реакция окисления вещества перманганатом калия: 2KMnO4 +5H2C2O4 +3H2SO4 = 2MnSO4 +K2SO4 + 10CO2+8H2O. 2 C2O42- - 2e 2CO2 5 Перманганат калия реагирует с присутствующими в воде восстановителями. Марганец изменяет при этом свою степень окисления с +7 до +2, т.е. восстанавливается.
  • 55. Ход работы 1. Мерным цилиндром отбирают 100 мл водопроводной воды в коническую колбу емкостью 250 мл. В эту же колбу добавляют 5 мл раствора серной кислоты (1:3) (отмерить мерным цилиндром) и из бюретки приливают точно 20,0 мл рабочего раствора перманганата калия (0,01н). 2. В колбу помещают 2-3 стеклянных шарика или осколка фарфоровой посуды и, накрыв колбу часовым стеклом, нагревают на газовой горелке жидкость до кипения, кипятят в течение 10 минут с момента закипания. Часть перманганата калия расходуется при кипячении на окисление органических примесей воды. Цвет раствора становится более светлым. 3. Затем колбу снимают с нагревательного прибора, вносят пипеткой в нее точно 20 мл 0,01н раствора щавелевой кислоты, которая вступает в реакцию с избытком перманганата калия, оставшимся после окисления органических примесей воды. 2KMnO4 +5H2C2O4 +3H2SO4 = 2MnSO4 +K2SO4 + 10CO2+8H2O. 2 C2O42- - 2e 2CO2 5 4. Обесцвеченную горячую смесь титруют 0,01н раствором перманганата калия до появления светло-розовой окраски.
  • 56. Расчет Общий объем раствора КMпО4, прибавленного в колбу и израсхо­дованного на окисление органических веществ, и раствора щавелевой кисло­ты составляет: Vобщ = V1 + V3, где V1 – объем добавленного раствора КMпО4; V3 – объем раствора КMпО4, израсходованного на титрование избытка Н2С2О4. Найдем объем раствора КMпО4 V4, эквивалентный добавленному количеству Н2С2О4 (щавелевой кислоте), мл: V N 2 2 V4 N1 где V2 – объем раствора добавленной Н2С2О4; N1 – концентрация КMпО4, г-экв/л; N2 – концентрация Н2С2О4, г-экв/л. Из общего объема раствора КMпО4 вычтем объем V4, эквивалентный объему Н2С2О4, и найдем объем перманганата калия V5, израсходованного на окисление органических примесей воды: V5 = Vобщ – V4. Рассчитаем окисляемость воды Х в миллиграммах кислорода, израсходо­ванного на окисление органических веществ в 1 л исследуемой воды: , мгO2/л, V5 N1 8 1000 X здесь 8 - эквивалент кислорода. VH 2O
  • 58. Определение растворенного в воде кислорода йодометрическим методом (метод Винклера)
  • 59. Цель работы Определить количество растворенного в воде кислорода по методу Винклера
  • 60. Сущность метода Метод Винклера является основой определения БПК. Количество растворенного кислорода определяют методом йодометрии. Сущность метода состоит в окислении растворенным кислородом ионов марганца, которые окисляют ионы йода. Выделившийся йод оттитровывают раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала. к исследуемой воде добавляют хлорид марганца и щелочь для получения легко окисляющегося осадка гидроксида марганца (II): МпСl2 +2КОН = Мп(OН)2 +2КСl; гидроксид марганца (II) окисляется растворенным в воде кислородом в гидроксид марганца (III): 4Мп(OН)2+O2+2Н2О = 4Мп(OН)3; 4Мп(OН)2+O2+4 ОН- = 2МпО(OН)2. Количество образующихся гидроксидов марганца определяется содержанием растворенного в воде кислорода. В результате вышепроведенных реакций количественно связывается в осадок весь растворенный в воде кислород. Затем переводят гидроксид марганца (III) в эквивалентное ему количество йода, легко и точно определяемое титрованием. Мп(ОН)3 + ЗНСl = МnСl3 + ЗН2О; 2МпСl3 =2МnСl2 +Сl2. Выделившийся хлор определяют иодометрически: к исследуемому раствору добавляют йодид калия, хлор окисляет йодид-ион до йода, который титруют раствором тиосульфата натрия с индикатором крахмалом: Сl2+2КI=I2+2КСl; I2 +2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6.
  • 61. Ход работы 1. В калиброванную склянку с пробкой отобрать пробу водопроводной воды до краев, чтобы под пробкой отсутствовали пузырьки воздуха. 2. Поместить склянку в фарфоровую чашку и вливать в нее из пипеток, погружая их концы почти до дна, 1 мл смеси гидроксида калия с йодидом калия и 1 мл хлорида марганца (II). 3. Закрыть склянку, взболтать и оставить стоять, пока осадок гидроксидов марганца не осядет на дно, а жидкость над осадком не станет прозрачной. 4. После этого прилить, погружая конец пипетки почти до дна склянки, 5 мл концентрированной соляной кислоты и, закрыв склянку пробкой, взболтать ее, пока осадок не растворится. 5. Перелить жидкость из склянки в большую коническую колбу и титровать выделившийся йод раство­ром тиосульфата натрия до лимонно-желтой окраски, а затем, прибавив две пипетки раствора крахмала, продолжить титрование до исчезновения синей окраски.
  • 62. Расчет При расчете необходимо из объема взятой пробы V1 вычесть суммарный объем V2 прибавленных реактивов (MnCl2, KOH+KI), вытеснивший соответствующий объем воды. Содержание кислорода вычисляется по формуле, мгO2/л, V N 8 1000 Х V1 V2 где Х - количество мг кислорода в 1 литре воды; V - количество мл раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование; 8 - эквивалент кислорода; N - эквивалентная концентрация раствора тиосульфата натрия, г-экв/л.