Определение растворенного кислорода

Цель работы: методом иодометрии определить содержание растворенного кислорода в исследуемой воде.

Кислород попадает в воду как из воздуха так и из зеленых растений, населяющих близкие к поверхности слои воды. Растворимость чистого кислорода, выделяемого растениями, в 5 раз больше, чем растворимость кислорода из воздуха, в котором содержание этого газа составляет 21%.

Концентрация кислорода в воде зависит от:

1. Парциального давления кислорода. Эта зависимость выражается законом Генри: С = К * Р,

где С - масса газа, растворяющаяся в объеме воды, мг/л; Р - парциальное давление; К - коэффициент пропорциональности или константа Генри.

2. Температуры. Количественная растворимость газа и температуры выражается уравнением Клайперона-Клаузиуса:

C₂

∆ H 1 1

L_n = - ( - )

С₁ R T₁ T₂

где С - растворимость кислорода при температурах T₁ и Т₂; Н - мольная теплота растворения, кДж/моль; R - универсальная газовая постоянная, R-8,31 Дж/моль К.

Максимально возможная концентрация кислорода в воде при растворении в ней воздуха при Т=0°С и Р= 101,31 кПа составляет 14,56мг/л, при 10°С -11,2 5мг/л, при 20°С -9,09мг/л, при 30°С -7,25 мг/л.

3. Загрязнения воды. Наличие восстановителей (аммиака, железа, нитритов, и других неорганических веществ), наличие микроорганизмов нарушает равновесие, обуславливающее растворимость кислорода и снижает его концентрацию.

Разность между содержанием кислорода в чистой воде и фактической концентрацией его в воде при данной температуре называют дефицитом кислорода. Резкое снижение концентрации кислорода в воде по сравнению с нормальным содержанием свидетельствует о загрязнении воды

Растворенный в воде кислород непосредственно не определяют. Для его определения используется иодометрический метод, который основан на легкой окисляемости свежеосажденного Мn(ОН)₂ в щелочной среде кислородом, растворенным в воде:

2Mn(OH)₂+O₂ +Н₂0= 2Мn(ОН)₄

По окончании реакции окисления в склянку приливают серную кислоту и иодид калия. При этом иоднд калия вступает во взаимодействие с Мп(ОН)₄: Мn(ОH)₄+2KJ+2H₂S0₄= MnS0₄ +K₂S0₄+J₂+4H₂0

Количество образовавшегося иода эквивалентно количеству гидроксида марганца (IV) и, следовательно, количеству растворенного в воде кислорода Количество иода определяют титрованием раствором тиосульфата натрия известной концентрации:

J₂+2Na₂S₂O₃= Na₂S₄0₆+2NaJ

Ход определения:

В чистую откалиброванную склянку емкостью 200-250 мл при помощи воронки с резиновой трубкой, опущенной на дно, налить доверху исследуемую воду. Затем пипеткой на 1 мл внести раствор МпС1₂ (погрузив пипетку на дно склянки), другой пипеткой в воду прилить З мл щелочной смеси (KJ+KOH) Закрыть склянку пробкой, взболтать и поставить для отстаивания образовавшегося осадка. Прозрачный раствор над осадком сифонируют. Бурый осадок растворить, прибавляя раствор H₂S0₄ (1:4). Раствор перемешать и перелить в чистую коническую колбу Оттитровать выделившийся иод 0,01н Na₂S₂0₃ до соломенно - желтого цвета, после чего добавить около 1мл раствора крахмала и продолжать титровать до полного обесцвечивания раствора. Записать объем тиосульфата, пошедший на титрование пробы воды.

Расчет. Количество растворенного в воде кислорода вычисляют по

формуле:

Сн(Na₂S₂O₃) × V(Na₂S₂O₃) 8 × 1000

Х(О₂)=

V(H₂O) -V

где X(O₂) - количество растворенного кислорода, мг/л; C_H(Na₂S₂0₃) - нормальная концентрация рабочего раствора, моль/л; V(Na₂S₂O₃) - объем рабочего раствора Na₂S₂O₃ , пошедший на титрование; 8 - молярная масса эквивалента кислорода, г/моль; V(H₂0) - объем пробы воды, мл; V - объем прибавленных реактивов MnCl₂, щелочная смесь KJ, мл.

Вопросы и задачи:

1. От каких факторов зависит растворимость газов в воде?

2. Как влияет давление, температура на растворимость газов?

3. Со сточными водами в реку попали ионы Fe²⁺, Fe³⁺, S0₄^2-,SO₃^2-,J^-, Zn²⁺ Какие из них понизят содержание кислорода в воде? Почему? Записать уравнения идущих процессов, если рН воды равно 5,5.

4. Каким методом можно определить содержание в воде растворенного кислорода?

5. Что называется БПК? Что характеризует БПК? Какие виды БПК вы знаете?

6. Через 2,5 * 10^-3 м³ воды продувают сухой воздух при температуре 283К и давлении 1,01*10* Па. Определите концентрации азота и кислорода (мг/л) в воде по достижении равновесия, считая раствор идеальным. Коэффициент Генри при Т=283К равен для азота 677,14*10⁷, для кислорода 331 * 10⁷

7. Мочевина CO(NH₂)₂ является конечным продуктом метаболизма белков в организме позвоночных. Допустим, что аэробные бактерии могут разлагать се следующим образом:

CO(NH₂)_{2 водн} + 4O_2водн = Н₂O_ж + СО_{2 водн}, + 2Н⁺_водн + 2NO_{3 водн} Определить БПК воды объемом 3,0* 10⁶ л при попадании в нее 30г мочевины.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Окисляемость воды.

Цель работы: Методами Кубеля, Шульца-Пягиш определить частичную окисляемость воды. . Сделать вывод о степени загрязнения воды и возможности ее использования.

Окисляемость воды - это условная величина, характеризующая степень загрязнения воды различными легкоокисляющими веществами, главным образом органического происхождения, а также некоторыми легкоокисляющимися неорганическими примесями (H₂S, SO₃^2- , Fe²⁺ , N0₂, и др.)

Окисляемостьюназывается общее содержание в воде восстановителей (органических и неорганических), реагирующих с сильными окислителями. Из-за сложности анализа непосредственно концентрацию органических веществ в воде не определяют. О содержании их судят по количеству кислорода, расходуемого на окисление в определенных условиях. Окисляемость воды выражают числом миллиграммов кислорода, идущего на окисление примесей, содержащихся в 1л воды (мг O₂/л).

Наименьшей величиной окисляемости (около 2 мг О₂/л) характеризуются артезианские воды. Окисляемость грунтовых вод зависит от глубины их залегания. Чем глубже залегает вода, тем меньше её окисляемость. Окисляемость чистых речных вод порядка 1-8 мг О2 /л, грязных колеблется до 60 мг О₂/л, болот - до 400 мг О₂/л. это связано с присутствием гуминовых соединений (Гуминовые соединения - это органические высокомолекулярные вещества извлекаемые водой из торфа, бурового угля, каменного угля и др. и окрашенный в темный цвет. Химическая природа и строение не выяснены. Признается, что состоят они в основном из конденсированных ароматических ядер). Вода считается пригодной для хозяйственно-питьевых нужд если окисляемость её не превышает З мг О₂ /л. Внезапное повышение окисляемости воды, как правило, является следствием загрязнения её бытовыми стоками. Поэтому величина окисляемости важная гигиеническая характеристика воды.

Различают общую и частичную окисляемость. Общую окисляемость называют иногда ХПК, что означает химическое потребление кислорода. Определение ХПК ведется в приборе, изображенном на рис 1.

Разность между общей и частичной окисляемостью показывает содержание вводе стойких органических веществ.

Общую окисляемость определяют иодатным и дихроматными методами в кислой среде, в которой окисляются как органические, так и неорганические вещества, содержащиеся в воде: углерод - до СО₂, азот - до NO₃^-, фосфор - до Н₃РО₄ (Е°_JO3^-_/J2 = В, Е°_Сг207^2- _/Сг3+ = 1,33В).

Окисление иодатом калия в сернокислотной среде протекает по уравнению:

2JO₃^- + 12H⁺ + 10e = J₂ + 6H₂O

Окисление бихроматом калия в сернокислой среде протекает по уравнению:

Сr О₇^2- + 14H⁺ + 6e = 2Cr³⁺+7H₂O

определение этим методом гораздо проще, чем иодатным и бихроматным, поэтому на практике анализа воды им чаще пользуются.

В зависимости от концентрации хлоридов окисляемость определяют либо в кислой среде ( метод Кубеля - содержание хлоридов не превышает 100 мг/л либо в щелочной среде (метод Шульца - содержание хлоридов больше 100 мг/л), методом парманганатометрии.

Метод Кубеля.

Метод основан на окислении веществ, присутствующих в пробе воды, 0,01 н растворм ире мангала та калия в сернокислой среде при кипячении (E⁰ МnО₄/ /МnO₄=1,51В). Реакция протекает по уравнению:

Mn0₄^- + 8H⁺ + 5e = Mn²+ + 4H₂O

Избыток преманганата калия связывают щавелевой кислотой. Процесс идет по уравнению:

2КМn0₄ + 5H₂C₂0₄ + 3H₂S0₄ = 2MnS0₄+ K₂S0₄+ 10СO₂+ 8H₂O

2Mn0₄^- + 5H₂C₂0₄ + 6H⁺ = 2МП²⁺ + 10CO₂ + 8H₂O

Щавелевую кислоту, не вступившую в реакцию оттитровывают перманганатом калия.

Ход определения.

1.Определение нормальности перманганата калия.

В коническую колбу пипеткой прилить 10мл 0,01н щавелевой кислоты, Змл разбавленной серной кислоты, закрыть часовым стеклом и нагреть приблизительно до 70-80°С. Горячий раствор оттитровать раствором перманганата калия до появления слабо - розовой окраски, не исчезающей в течении 1-2 мин Первые порции перманганата калия приливать медленно по каплям. Следующую каплю не приливать, пока не обесцветится предыдущая.

Опыт повторить до сходимости результатов Для расчета брать средний объем перманганата калия, пошедший на титрование

Расчет. Нормальность раствора определяют по формуле

C_H(H₂C₂0₄) V(H₂C₂0₄)

Сн(КМn0₄) =

V(KMn0₄)

где Сн(КМп0₄) - нормальность раствора перманганата калия, моль/л; V(H₂C₂0₄) - объем раствора щавелевой кислоты,мл; V(KMn0₄) - средний объем раствора перманганата калия, мл.

2. Определение окисляемости исследуемой воды.

В коническую колбу на 250мл поместить несколько стеклянных шариков или фарфоровых осколков, налить пипеткой 100мл исследуемой воды или меньшее количество, доведенное до 100мл дистиллированной воды, прилить 5мл разбавленной серной кислоты и 10 мл 0,01н раствора перманганата калия. В колбу вставить маленькую воронку, нагреть до кипения (это время должно быть не более 5 мин) и с этого момента кипятить 10 мин. Часть прибавленного раствора перманганата калия

раствор при кипячении обесцветился или побуреет, определение нужно провести с разбавленной пробой.

Снять колбу с огня, влить в нее 10мл 0,01н раствора щавелевой кислоты и обесцвеченную жидкость титровать раствором перманганата калия до устойчивого слабо-розового окрашивания. Температура смеси при титровании не должна падать ниже 80 градусов по Цельсию. Таким образом, раствор перманганата калия прибавляют к исследуемой воде два раза - в начале и в конце опыта. Общее количество раствора перманганата калия (V₁) расходуется на окисление примесей воды и на окисление 10мл 0,01 н раствора щавелевой кислоты.

Если определение производится с разбавлением пробы, то параллельно с окисляемостью анализируемой воды таким же образом определяется окисляемосгь дистиллированной воды, которая была использована для разбавления.

Расчет. Перманганатную окисляемость определяют по формуле:

(V₁-V) Сн 8 1000

Х =

V_H20

где X - окисляемость воды, мг O₂ /л; V₁- общий объем раствора перманганата калия, мл; V - объем раствора перманганата калия, израсходованный на окисление 10мл 0,01н раствора щавелевой кислоты, мл; Сн - нормальность раствора перманганата калия, моль/л; 8 - молярная масса эквивалента кислорода, г/моль; V_H20 - объем исследуемой воды.

Расчет окисляемости воды в случае разбавления пробы.

[V₁ – (V + V₂)] Сн 8 1000

Х=

V_H20

где V₂ - объем раствора перманганата калия требуемого для окисления того количества дистиллированной воды, которое было израсходовано для разбавления пробы, мл