Лабораторная работа № 5. Определение общего железа
Цель работы: определить содержание общего железа в анализируемой пробе воды.
Приборы, посуда и реактивы:аммоний хлористый, аммиак водный кислота соляная, кислота азотная концентрированная, кислота серная, сульфосалициловая кислота.
Теоретическое обоснование
Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением.
В процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами образуются сложные комплексы соединений железа, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии.
Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.
С другой стороны, в природных водах протекают физико-химические и биохимические процессы, сопровождающиеся коагуляцией и выпадением железа в осадок в виде Fe(OH)3. Содержание железа в воде выше 1 мг/л значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду мало пригодной для использования в технических целях. На водозаборах г. Белгорода действует станция обезжелезивания, так как артезианские воды содержит достаточно высокие концентрации соединений железа.
|
|
|
Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме.
Объем пробы воды для определения массовой концентрации железа должен быть не менее 200 мл. Пробы, предназначенные для определения массовой концентрации общего железа, не консервируются. Наиболее распространены в анализе вод колориметрические методы, достаточно чувствительные и простые в исполнении.
Метод основан на образовании сульфосалициловой кислотой или ее натриевой солью с солями железа окрашенных комплексных соединений, причем в слабокислой среде сульфосалициловая кислота реагирует только с солями железа (3+) (красное окрашивание), а в слабощелочной среде – с солями железа (2+) и (3+) (желтое окрашивание). Область обнаружения метода 0,10-10,00 мг/дм3.
Порядок выполнения работы и обработка результатов
1. Построение калибровочного графика.
2. Проведение анализа. К отобранному объему пробы (не более 100 мл) добавляют 0,5 мл азотной кислоты (конц.) и упаривают раствор наполовину. Полученный раствор помещают в мерную колбу на 100 мл, нейтрализуют раствором аммиака до рН = 7–8 по индикаторной бумаге, приливают 2,0 мл аммония хлористого, 2,0 мл сульфосалициловой кислоты. Доводят до метки дистиллированной водой. Тщательно перемешивают и оставляют на 5 минут до полного развития окраски.
|
|
|
Оптическую плотность измеряют при длине волны 425 нм в кювете с длиной поглощающего слоя 50 или 10 мм по холостому раствору, проведенному таким же способом с дистиллированной водой. Массовую концентрацию общего железа находят по калибровочному графику.
Массовую концентрацию общего железа в мг/л вычисляют по формуле:
[Feобщ] = C 100/V, (4)
где С – концентрация железа по калибровочному графику, мг/л; V – объем пробы, взятый для определения, мл.
Лабораторная работа № 6. Определение перманганатного индекса природных вод
Цель работы: определить окисляемость природных вод методом перманганатного индекса.
Теоретическое обоснование
Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая. Наиболее высокая степень окисления достигается методами бихроматной и иодатной окисляемости воды.
|
|
|
Выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм3 воды.
Состав органических веществ в природных водах формируется под влиянием многих факторов. К числу важнейших относятся внутриводоемные биохимические процессы продуцирования и трансформации, поступления из других водных объектов, с поверхностным и подземным стоком, с атмосферными осадками, с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Образующиеся в водоеме и поступающие в него извне органические вещества весьма разнообразны по своей природе и химическим свойствам, в том числе по устойчивости к действию разных окислителей. Соотношение содержащихся в воде легко- и трудноокисляемых веществ в значительной мере влияет на окисляемость воды в условиях того или иного метода ее определения.
В поверхностных водах органические вещества находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях. Последние в рутинном анализе отдельно не учитываются, поэтому различают окисляемость фильтрованных (растворенное органическое вещество) и нефильтрованных (общее содержание органических веществ) проб.
|
|
|
Перманганатный индекс воды – общая концентрация кислорода, соответствующая количеству иона перманганата, потребляемому при обработке данным окислителем в определенных условиях определенной пробы воды. Перманганатный индекс является мерой загрязнения воды органическими и окисляемыми неорганическими веществами. Он в основном предназначен для оценки качества водопроводной и природных включая поверхностные воды. Более загрязненные воды можно анализировать после очистки и предварительного разбавления. Перманганатный индекс можно определять для вод, содержащих менее 500 мг/л хлорида. Восстанавливающие соединения, такие как соли железа (II) нитриты и сероводород, в определенной степени могут влиять на значение перманганатного индекса.
Перманганатный индекс нельзя рассматривать как меру теоретического потребления кислорода или общего содержания органических веществ, так как многие органические соединения в этом случае окисляются лишь частично.
Этот метод не рекомендуется для определения содержания органических веществ в сточных водах, для этой цели следует определить окисляемость по ИСО 6060. Метод определения перманганатного индекса достаточно эффективен при анализе большого количества проб воды. Стандартный метод определения перманганатного индекса воды устанавливает ИСО 8467. Метод в основном предназначен для исследования вод, пользуемых человеком в быту: питьевой воды, минеральной воды, из колодцев и источников, а также воды для плавательных бассейнов. Он применим для вод с концентрацией иона хлорида менее 300 мг/. Пробы с перманганатным индексом более 10 мг/л перед анализом необходимо разбавить. Нижний предел определения 0,5 мг/л.
Сущность метода заключается в окислении пробы известным: количеством перманганата калия в сернокислой среде в течение определенного промежутка времени (10 мин).
Величины окисляемости природных вод изменяются в пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов в литре в зависимости от общей биологической продуктивности водоемов, степени загрязненности органическими веществами и соединениями биогенных элементов, а также от влияния органических веществ естественного происхождения, поступающих из болот, торфяников и т.п. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли миллиграмма на 1 дм3), исключение представляют воды нефтяных месторождений и грунтовые воды, питающиеся за счет болот.
Горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2–3 мг О/дм3, реки равнинные – 5–12 мг О /дм3, реки с болотным питанием – десятки миллиграммов на 1 дм3.
Метод А
Реактивы, приборы и оборудование: в ходе определения используют реактивы только аналитического качества и дистиллированную воду или воду эквивалентной чистоты.
Воду, не содержащую восстановителей, можно готовить следующим образом: добавляют 10 мл серной кислоты (2 моль/л) и небольшой избыток основного раствора перманганата калия к 1 л дистиллированной воды. Дистиллируют воду в стеклянном аппарате и сливают первые 100 мл дистиллята. Хранят дистиллят в стеклянной бутыли со стеклянной пробкой. При холостом опыте расход раствора перманганата калия не должен превышать 0,1 мл, в противном случае следует повторить процедуру очистки или использовать воду с меньшим содержанием органики.
Серная кислота, с(Н2SО4) – 7,5 моль/л. Медленно добавляют при постоянном помешивании 420 мл концентрированной серной кислоты (р =1,84) приблизительно в 500 мл воды. Дают остыть, разбавляют водой до 1 л и перемешивают.
Серная кислота, с (Н2SО4) – 2 моль/л. Медленно добавляют при постоянном помешивании 110 мл концентрированной серной кислоты (р =1,84) приблизительно в 500 мл воды. Медленно добавляют стандартный раствор перманганата калия до стабилизации бледно-розового оттенка. Дают остыть, разбавляют водой до 1 л и перемешивают.
Оксалат натрия, основной раствор, с (Nа2С2О4) – 0,05 моль/л. Высушивают оксалат натрия при температуре 1200С в течение 2 ч. Растворяют 6,700 г высушенного вещества в воде в мерной колбе вместимостью 1 л. Доводят объем до метки водой и перемешивают. Этот раствор стабилен в течение 6 месяцев при хранении в темном месте.
Оксалат натрия, стандартный раствор, с (Nа2С2О4) – 5 ммоль/л. Вводят пипеткой 100±0,25 мл основного раствора оксалата натрия в мерную колбу вместимостью 1л, доводят водой до метки и перемешивают. Этот стандартный раствор стабилен в течение 2 недель. Допускается применение фиксаналов, имеющихся в продаже.
Перманганат калия, основной раствор, с(КМпО4) – 20 ммоль/л. Растворяют приблизительно 3,2 г перманганата калия в воде и доводят до 1л. Нагревают раствор до 90—95°С за 2 ч, охлаждают и оставляют на срок не менее 2 дней. Сливают чистый раствор и хранят в темной склянке.
Перманганат калия, стандартный раствор, с(КМпО4) – 2 ммоль/л. Пипеткой вводят 100 мл основного раствора в колбу вместимостью 1 л. Доводят до метки водой и перемешивают. Этот раствор сравнительно стабилен в течение нескольких месяцев, если хранится в темноте.
Используют обычное лабораторное оборудование и оборудование, указанное ниже. Водяная баня с устройством для крепления пробирок. Необходимо, чтобы температура во всех пробирках быстро достигала 96–98°С и поддерживалась на этом уровне как на исходном этапе нагревания, так и на всех стадиях реакции.
Пробирки длиной 150–200 мм, диаметром 25–35 мм и толщиной стенок от 0,5 до 1 мм. Они должны использоваться только для определения перманганатного индекса. Новые пробирки очищают путем кипячения с подкисленным раствором перманганата. Чистота проверяется холостыми определениями до тех пор, пока значения не будут достаточно низки и постоянны. Холостое значение Vо не должно превышать 0,3 мл.
Бюретка вместимостью 10 мл, градуированная делениями по 0,02мл.
Мерные колбы объемом 100 мл и 1 л; пипетки на 5,10, 25,50 и 100 мл.
Порядок выполнения работы и обработка результатов
1. Сразу после поступления проб в лабораторию добавляют 5мл серной кислоты (7,5 моль/ л) на 1 л пробы (если это не сделано при отборе проб). Кислоту добавляют независимо от того, будет ли проба храниться до анализа.
Пробу следует анализировать как можно скорее, но не позже чем через 2 дня после отбора, и хранить в темноте при 0–5°С, если время хранения превышает 6 ч. Перед взятием части пробы на анализ склянки с пробами встряхивают, чтобы содержимое перемешалось.
2. Все колбы и пробирки должны быть тщательно вымыты. Пробы с высоким перманганатным индексом разбавляют так, чтобы перманганатный индекс разбавленных проб был в диапазоне 0,5–10 мг/л. Пипеткой помещают 25,0 ± 0,25 мл исследуемой пробы в пробирку добавляют 5 ± 0,5 мл серной кислоты (2 моль/л) и осторожно перемешивают.
3. Пробирку помещают в кипящую водяную баню на 10±2 мин, добавляют 5 ± 0,05 мл стандартного раствора перманганата калия (2ммоль/л). Через 10 мин ± 15 с добавляют 5 ± 0,05 мл стандартного раствора оксалата натрия и ждут, пока раствор не станет бесцветным.
4. Титруют горячим стандартным раствором перманганата калия бледно-розового оттенка, сохраняющегося около 30 с. Параллельно с основным определением проводят холостое определение по той же методике, заменив анализируемую пробу 25 мл воды. Для титрования используют стандартный раствор перманганата калия.
5. К раствору перманганата, оставшемуся от холостого определения, добавляют 5 ± 0,05 мл стандартного раствора оксалата натрия (5 ммоль/л). Вновь нагревают раствор, если необходимо, до 80°С титруют раствором перманганата калия до появления розовой окраски сохраняющейся в течение 30 с (стандартизация раствора).
Стандартные растворы до их использования в следующем определении перманганатного индекса желательно оставлять в пробирках.
Перманганатный индекс (IMn) в пересчете на кислород, выражен в мг/л, вычисляют по формуле:
, (6)
где Vо – объем раствора перманганата калия, использованный при холостом титровании, мл; V1 – объем раствора перманганата калия, использованный при титровании исследуемой порции, мл; V2 – объем раствора перманганата калия, использованный при титровании для стандартизации, мл; f – фактор пересчета на кислород, учитывающий разбавление пробы, мг/л. Его рассчитывают по уравнению:
, (7)
где V4 – объем стандартного раствора оксалата натрия, используемого при стандартизации, мл; с (Na2C204) – массовая концентрация стандартного раствора оксалата натрия, ммоль/л; 1000 (в числителе) – фактор пересчета с(Nа2С2О4) из ммоль/л в ммоль/мл, мл/л; Мо – молярная масса для пересчета на кислород, мг кислорода/ммоль; V5 – использованный объем образца, мл (в нашем случае 25 мл); 1000 (знаменатель) – фактор пересчета измеренного объема к одному литру объема образца, мл/л,
Метод Б (метод Кубеля)
Для определения перманганатной окисляемости приводим метод Кубеля, сущность которого состоит в окислении присутствующих в пробе веществ раствором перманганата калия с концентрацией 0,01 моль/л экв. при кипячении в сернокислой среде в течение 10 мин. Данный метод получил широкое распространение в силу своей относительной простоты, и его процедуры вполне могут быть реализованы в условиях базового лагеря, производственных или мало оснащенных лабораторий. Метод Кубеля регламентирован международным стандартом ИСО 8467, который рекомендован к применению и в России. Метод применим для вод с концентрацией хлорид-аниона не более 300 мг/л.
Диапазон определяемых методом Кубеля значений перманганатной окисляемости – от 0,5 мгО/л до 10 мгО/л. Пробы с величиной окисляемости более 10 мгО/л перед анализом необходимо разбавлять. Максимально допустимая степень разбавления проб – десятикратное, т.е. метод не рекомендуется использовать для анализа вод, окисляемость которых более 100 мгО/л.
Ниже приводится методика, регламентированная указаниями к ГОСТу 2761, в варианте, адаптированном к объему пробы 50 мл.
Оборудование и реактивы:водяная баня (температура 96–98°С) с устройством для крепления колб; колбы плоскодонные для кипячения вместимостью 100–150 мл; стеклянные шарики-кипелки; бюретка или пипетка для титрования, пипетки мерные; защитные очки, перчатки; вода, не содержащая восстановителей; раствор перманганата калия (0,01 моль/л экв., титрованный); раствор серной кислоты (1:3); раствор серной кислоты (1:15); раствор щавелевой кислоты (0,01 моль/л экв.).
Примечание. Колбы плоскодонные для кипячения должны использоваться только для определения перманганатной окисляемости. Новые колбы перед анализом на перманганатную окисляемость необходимо очистить путем кипячения с подкисленным раствором перманганата. Чистота колб проверяется холостыми определениями до тех пор, пока они не будут постоянно низкими (холостое потребление раствора перманганата – не более 0,3 мл).
Подготовка к определению
При необходимости выполняют консервацию пробы. Независимо от того, будет ли проба храниться перед анализом, для закисления пробы и подавления деятельности микроорганизмов (предотвращения биохимического окисления органических соединений) к пробе добавляют 2,5 мл серной кислоты (1:3) на 50 мл пробы. Пробу следует анализировать как можно скорее, но не позже чем через 2 дня после отбора, и хранить в темноте при 0–5°С, если время хранения превышает 6 час.
Перед взятием части пробы на анализ склянки с пробами встряхивают для перемешивания. Все колбы и пробирки должны быть тщательно вымыты. Пробы с высоким значением перманганатной окисляемости разбавляют до значений, находящихся в диапазоне 0,5–10 мгО/л.
Порядок выполнения работы и обработка результатов
1. В колбу для кипячения помещают несколько стеклянных шариков-кипелок и 50 мл анализируемой пробы воды, в которую уже добавлен раствор серной кислоты (1:3) в количестве 2,5 мл. Туда же стеклянной пипеткой добавляют и 10 мл раствора перманганата 0,01 моль/л экв. Содержимое колбы перемешивают покачиваниями руки.
2. Колбу снабжают обратным холодильником и помещают в кипящую водяную баню на 10 мин.
3. По истечении 10 мин кипячения в колбу к горячему раствору пипеткой добавляют 10 мл 0,01 моль/л экв. стандартного раствора щавелевой кислоты и ожидают до обесцвечивания раствора.
Обесцвеченный раствор титруют горячим (лучше всего 80–90°С) рабочим раствором перманганата калия (0,01 моль/л экв.) до бледно-розового оттенка, сохраняющегося не менее 30 с. При титровании определяют израсходованное количество раствора перманганата с точностью до 0,05 мл.
V1 = V0 – VK
Примечание. Температура смеси при титровании не должна снижаться менее 80°С. Для этого колбу рекомендуется периодически опускать в горячую водяную баню. Если раствор при кипячении обесцветится или побуреет, определение необходимо повторить с разбавленной пробой. Определение повторяют и в том случае, если раствора перманганата расходуется более 60% от добавленного количества, т.е. более 6 мл на 50 мл пробы. При титровании разбавленных проб должно быть израсходовано не менее 20% от добавленного количества перманганата, т.е. не менее 2 мл.
4. Холостой опыт. Выполняют холостой опыт, повторяя операции 1–4, используя в качестве пробы 50 мл очищенной воды, не содержащей восстановителей. При титровании в холостом опыте аналогично определяют количество раствора перманганата (VX). Расход раствора перманганата не должен превышать 3 мл.
5. Значение перманганатной окисляемости по Кубелю (IMn) в мгО/л рассчитывают по формуле:
,
где V1 и VX – количество раствора перманганата с концентрацией 0,01 моль/л экв., израсходованное на титрование пробы и в холостом опыте соответственно, мл; К – поправочный коэффициент на концентрацию раствора перманганата (при 0,995 < К < 1,005 его принимают равным 1,00); V – объем пробы, взятой на анализ (50 мл).
Результат анализа округляют: при значениях перманганатной окисляемости менее 10 мгО/л – до 0,1 мгО/л; от 10 до 100 мгО/л – до 1,0 мгО/л.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1142; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!