Количественное определение сульфатов

Цель работы: методом иодометрии определить количественное содержание сульфатов в воде.

Сульфаты содержатся почти во всех природных водах, нередко преобладая среди анионов. Концентрация их колеблется от нескольких десятков до тысячи миллиграммов на литр. Ионы SO₄^2- попадают в природные воды при растворении гипсовых пород (CaS0₄ ∙ nH₂0), мирабилита (Na₂SO₄ ∙ 10H₂O), в результате окисления сероводорода, самородной серы. Их источником могут быть и промышленные стоки. В реках и пресных озерах содержание сульфатного иона не превышает 100мг/л. Содержание сульфатов в питьевой воде по ГОСТу не должно превышать 500мг/л.

Большее их количество в воде не желательно, так как ухудшаются органолептические показатели, нарушается деятельность желудочно-кишечного тракта. Сульфаты кальция, магния придают воде постоянную жесткость, возникает сульфатная коррозия бетона, проявляющаяся в образовании соединений большего объема, чем составные части бетона.

Содержание сульфат-ионов определяется гравиметрическим, физико- химическим и объемными методами: осаждением, трилонометрически и иодометрически. В данном руководстве рассматривается объемный метод - иодометрия.

Сущность метода заключается в том, что содержащиеся в воде сульфаты связывают избытком хромата бария в кислой среде (для увеличения растворимости хромата бария) в трудно растворимый сульфат, а хромовую кислоту, образующуюся в количестве, эквивалентном содержанию сульфатов определяют иодометрическим методом. При этом происходят следующие реакции:

2S0₄^2- + 2ВаCrO₄ + 2H⁺ = 2BaS0₄ + Cr₂O₇^2- + H₂0.

Осадок сульфата бария и избыток хромата бария отделяют от раствора фильтрованием. Предварительно создают слабо-щелочную среду, добавляя NH₄OH, чтобы уменьшить растворимость хромата бария. При этом бихроматы (оранжевая окраска) переходят в хромоты (желтая окраска):

Cr₂O₇^2- + H₂O = 2СrO₄^2- + 2H⁺

После добавления кислоты хромоты вновь переходят в бихроматы, которые взаимодействуют с иодидом калия по реакции:

Cr₂O₇^2- + 6J^- + 14Н⁺ = 2Сr³⁺ + 3J₂ + 7H₂O

Свободный иод, количество которого эквивалентно содержанию сульфатов, определяют, титруя тиосульфатом натрия в присутствии крахмала:

2S₂O₇^2- + J₂ = 2J^- + S₄O₆^2-

Ход определения

1. Определение примерного содержания сульфат-иона.

Содержание сульфат-ионов в пробе должно быть не менее 50 и не более 250мг/л. Если же содержание сульфатов более высокое, пробу воды нужно разбавить дистиллированной водой в мерной колбе. Если же содержание сульфатов более низкое пробу следует упарить. Чтобы выяснить, производить разбавление или нет, надо выполнить качественную реакцию на сульфат-ион. К 5мл исследуемой воды прибавить 1-2 капли 10%-ного раствора НСl, 3-5 капель 5%-ного раствора ВаСl₂ и нагреть. В присутствии сульфат-иона SO4^2- выпадает белый мелкокристаллический осадок или появляется муть. Примерно содержание сульфатов определяют по осадку или помутнению, согласно таблице:

2. Определение точного содержания сульфат-иона.

В коническую колбу на 250мл отмерить пипеткой 100мл исследуемой воды. Прибавить 1мл HCl и 5мл водной суспензии ВаСrO₄. Кипятить 5 минут. Не прекращая нагревания, прибавить по каплям концентрированного аммиака до перехода оранжевой окраски в желтую. После охлаждения удалить избыток аммиака, продувая воздух резиновой грушей. Проверить реакцию среды лакмусовой бумажкой (среда должна быть нейтральной или слабощелочная).

Раствор с осадком перенести в мерную колбу на 250мл, туда же слить воду, использованную для ополаскивания колбы, в которой велось осаждение Довести объем дистиллированной воды до метки. Содержимое колбы хорошо перемешать и отфильтровать через сухой плотный фильтр. Первые порции фильтрата, если они не прозрачны, отбросить. Из полученного прозрачного фильтрата отобрать пипеткой 100мл в коническую колбу для титрования. Прибавить 5 мл НСl и 10мл KJ. Колбу накрыть часовым стеклом и оставить на 5 мин в темном месте для полного выделения йода. Оттитровать раствором тиосульфата натрия Na₂S₂0₃ известной концентрации в присутствии 1мл 1% раствора крахмала до исчезновения синей окраски.

Расчет. Содержание SO₄^2- в исследуемой пробе воды вычислить по

формуле:

2,5 · V(Na₂S₂O₂) · Cн(Na₂S₂0₃) · Мэ/SO₄^2-) · 1000

X(S0₄^2-)= -------------------------------------------------------------------------------

V(H₂O)

где X(S0₄^2-) - содержание сульфатов, мг/л; V(Na₂S₂O₂) - объем рабочего раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование, мл; Сн(Na₂S2O3) - нормальность тиосульфата натрия, моль/л; Mэ(SO₄^2-) – 32,02 г/моль - молярная масса эквивалента сульфата иона. Она равна этому числу, так как один SO₄^2- ион соответствует трем атомам йода, т.е. молярная масса эквивалента SO₄^2- равна 1/3 ионного веса (Mэ(SO₄^2-) = 96,06/3 = 32,02 г/моль); V_H2О - объем пробы воды (100мл); 2,5 - степень разбавления пробы воды.

Вопросы и задачи:

1. Раскройте пути попадания ионов SO₄^2- в воду. Каково ПДК сульфат-ионов в питьевой воде? К чему приводит повышенное содержание сульфатов в воде?

2. Охарактеризуйте сущность иодометрического определения сульфатов. Напишите уравнения реакций в молекулярном, ионном и электронно-ионном видах.

3.При какой концентрации SO₄^2- и Hg⁺ начнет осадок H₂SO₄ в водоеме, в котором рН=7,87, если ПP(Hg₂SO₄) = 6,2 10^-7.

4. При анализе воды было обнаружено ионов серебра 0,005 мг/л, ионов свинца 0,01 мг/л. Определите, выпадут ли осадки Ag₂SO₄, PbSO₄, если в воду попадут стоки, содержащие 0,2мг/л SO₄^2-? ПP(Ag₂SO₄) = l,2 · 10^-5, ПP(PbSO⁴)=l,7·10^-8.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Жесткость воды.

Цель работы: Методом комплексонометрии определить общую жесткость воды; методом нейтрализации определить карбонатную, временную и постоянную жесткость.

Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворимых солей кальция, магния. Жесткостью называется количество мг-экв ионов Са²⁺, Mg²⁺, содержащихся в 1л воды. 1 мг-экв (русский градус жесткости) соответствует 40,08/2=20,04 мг/л Са²⁺ или 24,3/2=12,15 мг/л Mg²⁺.

Различают общую, карбонатную, временную и постоянную и некарбонатную жесткость.

Общей жесткостью называется суммарная концентрация ионов Са²⁺, Mg²⁺ или солей кальция, магния.

Временной жесткостью называется часть общей жесткости, удаляющаяся кипячением воды при атмосферном давлении Она равна разности между общей и постоянной жесткостью. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов калия и магния, которые при кипячении разлагаются:

Ca(HCO₃)₂ = CaС0₃ + СO₂ + Н₂O

Mg(HCO₃)₂ = Mg(OH)₂ + 2СО₂

Постоянной жесткостью называется часть общей жесткости, остающаяся после кипячения воды при атмосферном давлении. Она обусловлена наличием кальциевых и магниевых солей серной, соляной, азотной, фосфорной и кремниевой кислот, которые при кипячении воды остаются в растворе.

Карбонатной жесткостью называется часть общей жесткости, эквивалентная концентрации карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния.

Некарбонатной жесткостью называется часть общей жесткости, она равна разности между общей и карбонатной жесткостью.

По жесткости воду разделяют на: очень мягкую (0-1,5мг-экв/л солей), мягкую (1,5-3), средней жесткости (6-10) и очень жесткую (свыше 10).

По ГОСТ 1974-82 допустимая жесткость воды для хозяйственно- питьевого водоснабжения должна составлять не более 7мг-экв/л. Соли, обусловливающие жесткость воды, не являются вредными для живых организмов, однако наличие их в воде в больших количествах нежелательно, поскольку вода становится непригодной для хозяйственно-бытовых нужд.

Процесс, приводящий к снижению жесткости воды, называется умягчением. Умягчение сводится к уменьшению концентрации солей кальция и магния. Существующие способы умягчения воды можно разделить на три группы: реагентные методы: содово-известковый, щелочью, солями бария, фосфатами; метод ионного обмена с использованием ионитов; термический метод.

Определяют жесткость объемным методом - комплексонометрическим и нейтрализации.