Определение рН природных и питьевых вод

Цель работы: изучение методики и прибора для определения рН природных и питьевых вод.

Вопросы. Понятие рН водной среды. Факторы, обуславливающие кислотно-основной характер природных вод. Закисление водоемов. Группы природных вод в зависимости от рН. Потенциометрическое определение pH . Иономер рН-метр И-160М.

Теоретическая часть

1. Водородный показатель (рН) природных вод.

Содержание ионов водорода (гидроксония - H₃O⁺) в природных водах определяется в основном количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее ионов:

CO₂ + H₂0 Û H⁺ + HCO₃^-Û 2 H⁺ + CO₃^2- .

Для удобства выражения содержания водородных ионов была введена величина, представляющая собой логарифм их концентрации, взятый с обратным знаком:

pH = -lg[H+]. (18)

Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества диоксида углерода, характерна щелочная реакция. Изменения pH тесно связаны с процессами фотосинтеза (при потреблении CO₂ водной растительностью высвобождаются ионы ОН^-). Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов:

Fe²⁺ + 2H₂O Þ Fe(OH)₂ + 2H⁺.

Значение pH в речных водах обычно варьирует в пределах 6,5-8,5, в атмосферных осадках 4,6-6,1, в болотах 5,5-6,0, в морских водах 7,9-8,3. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина pH для большинства речных вод составляет 6,8-7,4, летом 7,4-8,2. Величина pH природных вод определяется в некоторой степени геологией водосборного бассейна.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения, величина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6,5-8,5.

Величина pH воды - один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Величина pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

В водоеме можно выделить несколько этапов процесса его закисления. На первом этапе рН практически не меняется (ионы бикарбоната успевают полностью нейтрализовать ионы Н⁺). Так продолжается до тех пор, пока общая щелочность в водоеме не упадет примерно в 10 раз до величины менее 0,1 моль/дм³.

На втором этапе закисления водоема рН воды обычно не поднимается выше 5,5 в течение всего года. О таких водоемах говорят как об умеренно кислых. На этом этапе закисления происходят значительные изменения в видовом составе живых организмов.

На третьем этапе закисления водоема рН стабилизируется на значениях рН<5 (обычно рН4,5), даже если атмосферные осадки имеют более высокие значения рН. Это связано с присутствием гумусовых веществ и соединений алюминия в водоеме и почвенном слое.

Природные воды в зависимости от рН рационально делить на семь групп (табл. 11).

Таблица 11.

Группы природных вод в зависимости от рН

Группа	рН	Примечание
Сильнокислые воды	<3	результат гидролиза солей тяжелых металлов (шахтные и рудничные воды)
Кислые воды	3-5	поступление в воду угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот в результате разложения органических веществ
Слабокислые воды	5-6,5	присутствие гумусовых кислот в почве и болотных водах (воды лесной зоны)
Нейтральные воды	6,5-7,5	наличие в водах Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂
Слабощелочные воды	7,5-8,5	наличие в водах Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂
Щелочные воды	8,5-9,5	Присутствие Na₂CO₃или NaHCO₃
Сильнощелочные воды	9,5	Присутствие Na₂CO₃или NaHCO₃

2. Потенциометрическое определение pH.

Принцип измерения pH состоит в следующем. Электродная система, состоящая из измерительного электрода и электрода сравнения, при погружении в исследуемый раствор, развивает ЭДС, линейно зависящую от активности ионов и температуры раствора. Соответствующий электрический сигнал поступает на электронный преобразователь, где автоматически преобразуется в пропорциональные сигналы измерительной информации. Электролитический контакт вспомогательного хлорсеребрян-ого электрода осуществляется с помощью пористой мембраны в торце электрода, обеспечивающей истечение насыщенного раствора KCl в контролируемый раствор. В качестве измерительного электрода используется стеклянный электрод, селективный к ионам водорода. При измерении pH результат автоматически рассчитывается преобразователем прибора по формуле (19)

(19)

где pH – выводимое на дисплей значение pH анализируемого раствора; Е – измеренная величина ЭДС электродной системы; E_i и pH_i – координаты изопотенциальной точки измерительного электрода (приводятся в паспорте на электрод); K_s – поправочный коэффициент, характеризующий конкрет-ный прибор; S ( t )_теор– крутизна электродной системы, зависящая от температуры.

Изопотенциальной называется точка, в которой ЭДС электродной системы не зависит от температуры.

Крутизна электродной системы автоматически рассчитывается преобразователем по формуле (20)

, (20)

где t – температура, измеренная посредством датчика термокомпенсатора или заданная вручную; z – заряд определяемого иона.

Экспериментальная часть

3. Иономер И-160М.

Иономер лабораторный И-160М предназначен для измерения температуры анализируемой среды, автоматического преобразования поступающих от первичных преобразователей электрических входных сигналов pX или окислительно-восстановитель-ного потенциала водных растворов, в пропорциональные сигналы измерительной информации, индицируемые на цифровом показывающем устройстве. Прибор может применяться для измерения водородного показателя (pH), показателя активности анионов и катионов (pX), окислительно-восстановительного потенциала (E_h), температуры T, а также концентрации ионов (cX) в водных растворах. Прибор состоит из измерительного преобразователя и комплекта принадлежностей для измерения. Внешний вид иономера И-160М схематически изображён на рис.18.

Рис.18. Установка для определения pH.

1 – преобразователь иономера И-160М; 2 – цифровой дисплей; 3 – кнопка ВВОД; 4 – кнопка РЕЖИМ; 5 – кнопки управления; 6 – электрод сравнения; 7 – стеклянный электрод для измерения pH ; 8 – термокомпенсатор; 9 – стакан с раствором; 10 – столик штатива; 11 – основание штатива; 12 – держатель электродов; 13 – провода; 14 – стойка штатива.

Измерительный электрод, электрод сравнения, а также датчик термокомпенсатора подсоединяются к разъёмам на задней панели преобразователя, изображённой на рис. 19.

Рис.19. Задняя панель преобразователя.

1 - разъем для измерительного или комбинированного электрода;

2 - гнездо для вспомогательного электрода; 3 - разъем для компьютера; 4 - разъем для исполнительных устройств (самопишущего потенциометра, блока автоматического титрования); 5 - разъем для подключения термокомпенсатора; 6 - шнур для подключения сети; 7 - сетевой предохранитель; 8 - выключатель сетевого питания.

4. Оборудование, реактивы, материалы.

1) Иономер И-160М с pH-измерительным электродом и вспомогательным хлорсеребряным электродом.

6) Сушильный шкаф.

7) Плоскодонные колбы, мерная посуда, химические стаканы, воронки.

8) Фильтры бумажные складчатые, фильтровальная бумага.

9) Стандартные буферные растворы.

5. Порядок выполнения работы.

Получить от преподавателя задание на выполнение измерений рН воды следующих проб: а)бидистиллированной воды; б)дистил-лированной воды; в)минеральной воды; г) водопроводной воды; д)речной воды; е)воды из пруда-накопителя; ж)дождевой воды; з)снежной воды; и)воды ливневого стока; к)родниковой воды.

Отбор проб и пробоподготовку произвести согласно методике, предоставленной преподавателем.

В случае исследования снега сначала снег оттаивают при комнатной температуре и получают талую воду.

1) Фильтрование исследуемой пробы воды проводят согласно лабораторной работе № 8 (раздел 5) .

2) Калибровка иономера И-160М по трем буферным растворам выполнена заранее преподавателем.

3) Измерения pH осуществляют в следующем порядке:

а) Собрать установку согласно рисунку 18, подключив измерительный электрод к разъёму 1 (рис. 19), электрод сравнения – к гнезду 2, а термокомпенсатор – к разъёму 5.

б) Включить иономер (кнопка 8 на рис. 19) и прогреть его в течение 30 мин.

в) Снять стакан с дистиллированной водой со штатива. Остатки воды с электродов и термокомпенсатора удалить фильтровальной бумагой. В чистый сухой стакан по метку налить исследуемой воды. Погрузить электродную систему в анализируемую воду не менее чем на 30 мм так, чтобы электроды и термокомпенсатор не касались стенок и дна стакана.

г) После включения прибора установить посредством кнопок 5 (рис.18) номер измерительного канала по указанию преподавателя. На дисплее появляется значение pH анализируемого образца. После стабилизации значений (1-3 мин) данные заносятся в лабораторный журнал.

д) При исследовании следующей пробы воды электроды споласкивают бидистиллированной водой и повторяют действия в) и г).

6. Результаты анализа.

Результаты проведённых измерений представляются в следующем виде:

№ пробы	Содержание мехпримесей, мг/л	рН воды	Группы воды в зависимости от рН
1
…….
n

РАБОТА № 8

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 411; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8910 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!