ВИЗНАЧЕННЯ ЗАГАЛЬНОЇ ЛУЖНОСТІ І КАРБОНАТНОЇ ТВЕРДОСТІ ВОДИ

Теоретичний вступ

Лужність води може бути обумовлена наявністю розчинних основ, середніх і кислих солей, утворених сильними основами і слабкими кислотами (карбонати, гідрогенкарбонати, гідроген-силікати, гідрогенсульфіди тощо).

 Активна лужність характеризується показником рОН.

Лужність визначається нейтралізацією води сильними кислотами.

Звичайно лужність природних вод обумовлена наявністю гідрогенкарбонатів лужних і лужноземельних металів, і значення рН таких вод не перевищує 8,3. Визначення загальної лужності проводиться нейтралізацією проби води сильною кислотою до рН = 4,5 в присутності індикатора метилового оранжевого (інтервал переходу рН 3,1-4,4).

Якщо рН>8,3, то визначають вільну лужність. Вона характеризується кількістю сильної кислоти (ммоль-екв/л), необхідної для зниження рН до цього значення (індикатор – фенолфталеїн, інтервал переходу рН складає 8,2-10,7). Вільна лужність обумовлена наявністю вільних лугів і розчинних солей – карбонатів, силікатів, сульфідів. Якщо рН<8,3, то вільна лужність дорівнює нулю.

Загальна лужність більшості природних вод обумовлена присутністю тільки гідрогенкарбонатів (йонів НСО₃^-).

Для переважної більшості природних вод йони НСО₃^- зв’язані тільки з йонами Са²⁺ і  Mg²⁺.

Саме тому, коли лужність за фенолфталеїном дорівнює нулю, можна вважати, що загальна лужність води дорівнює її карбонатній твердості.

Твердість води зумовлена присутністю в ній розчинних кальцієвих та магнієвих солей різних кислот – карбонатної, сульфатної, хлоридної, нітратної, фосфатної та силікатної.

Твердість води поділяють на карбонатну та некарбонатну. Карбонатна твердість зумовлена присутністю у воді гідрогенкарбонатів кальцію і магнію. Її називають тимчасовою тому, що її майже повністю можна усунути кип’ятінням води. Гідрогенкарбонати при цьому розкладаються з утворенням кальцій карбонату і магній гідроксиду, які випадають в осад:

Некарбонатна твердість зумовлена присутністю кальцієвих і магнієвих солей сульфатної, хлоридної, нітратної, фосфатної та силікатної кислот, які при кип'ятінні залишаються в розчині.

Твердість води виражають сумою ммоль-екв. йонів кальцію і магнію, які містяться в 1л води. Один ммоль-екв твердості відповідає вмісту 20,04 мг/л Са²⁺ або 12,16 мг/л Mg²⁺.

Існує така класифікація природних вод за твердістю (О.Алєкін):

- дуже м’яка (від 0 до 1,5 ммоль-екв/л);

- м’яка (від 1,5 до 3 ммоль-екв/л);

- середньої твердості (від 3 до 5,4 ммоль-екв/л);

- тверда (від 5,4 до 10,7 ммоль-екв/л);

- дуже тверда (більше за 10,7 ммоль-екв/л).

Найбільш м’які води – це води атмосферних опадів, які мають твердість 70-100 мікро-екв/л. Твердість підземних вод визначається складом контактуючих з ними порід. Так, ґрунтові води Донбасу, які формуються під дією крейдяних та доломітових порід, є дуже твердими: Т = 18-20 ммоль-екв/л.

Твердість річкових вод залежить від кліматичних умов і характеру живлення річок, а також від пори року. Найменша вона під час паводку. Наприклад, твердість води в Дніпрі 5,135 ммоль-екв/л.

Твердість вод морів значно вища. Так, вода Чорного моря має загальну твердість 65,5 ммоль-екв/л. Середнє значення твердості світового океану 130,5 ммоль-екв/л.

Для господарсько-питного водопостачання допустимою вважається твердість не більше 7 ммоль-екв/л (ДСанПіН 383).

Присутність у воді значної кількості солей кальцію і магнію робить воду непридатною для господарсько-побутових потреб.

У твердій воді погано розварюються овочі, збільшуються витрати мила. Така вода є непридатна для використання у парових котлах.

Для усунення твердості води застосовують методи осадження та йонного обміну. Методи осадження поділяються на термічний (нагрівання води до t = 95-98⁰С) та реагентний (застосування вапна або соди як осаджувачів). Термічним методом усувається карбонатна твердість, а реагентним методом переводяться в осад усі солі кальцію і магнію у вигляді CaCO₃ і Mg(OH)₂.

Для усунення твердості методом йонного обміну воду пропускають через катіоніти. При цьому катіони Са²⁺, Mg²⁺, які знаходяться у воді, обмінюються на катіони Na⁺ або H⁺ , які містяться в катіоніті:

(H₂R застосовують, якщо Т<1 ммоль-екв/л).

 

Експериментальна частина

До 100 мл досліджуваної води, відміряної мірною колбою в конічну колбу на 250 мл, додати 2-3 краплі розчину фенолфталеїну. Якщо з’явиться рожеве забарвлення, то воду слід титрувати 0,1н. розчином хлоридної кислоти до знебарвлення. Потім у ту ж пробу додати 2-3 краплі розчину метилоранжу і продовжувати титрування 0,1н. розчином хлоридної кислоти до переходу забарвлення з жовтого в рожеве. Записати об’єм 0,1н. розчину хлоридної кислоти, який витрачений на титрування за фенолфталеїном і загальний об’єм 0,1н. розчину хлоридної кислоти, який витрачений на все титрування.

Загальну лужність (Л_З) води (ммоль-екв/л) розраховують за формулою:

 (ммоль-екв/л),

де V – загальний об’єм розчину хлоридної кислоти, витрачений на титрування взятого об’єму досліджуваної води, мл;  - об’єм води, взятої для дослідження, мл; С_Н – молярна концентрація еквівалента розчину хлоридної кислоти.

Для розрахунку карбонатної твердості визначають лужність досліджуваної води за фенолфталеїном (Л_Ф), яку розраховують за формулою:

 (ммоль-екв/л),

де V – об’єм розчину хлоридної кислоти, витраченої на титрування за фенолфталеїном, мл.

Тоді Т_КАРБ. = Л_З – Л_Ф. Якщо лужність за фенолфталеїном дорівнює нулю, то можна вважати, що загальна лужність води дорівнює її карбонатній твердості.

Титрування повторюють три рази. Розходження в об’ємі кислоти, витраченої на титрування, не повинно перевищувати 0,05 мл. В зазначену формулу підставляють середні значення. Результати дослідів представляють у вигляді таблиці 18:

Таблиця 18

Результати визначення Л_З, Л_Ф і Т_КАРБ.

№ з.п.	, мл	СН НС1, моль-екв./л	VH Cl ф-фт, мл	ЛФ, ммоль-екв./л	VH Cl ф-фт + м-ор, мл	ЛЗ, ммоль-екв./л	ТКАРБ., ммоль-екв./л
1
2
3
Сер.

 

Контрольні завдання

1. Розрахувати постійну твердість води, якщо для видалення кальцій-катіонів, які містились в 50 л цієї води, витрачено 21,6 г безводної бури.

2. Яку масу Са(ОН)₂ необхідно додати до 1000 л води, щоб усунути тимчасову твердість 2,86 ммекв/л?

3. Розрахувати тимчасову твердість води, знаючи, що на реакцію з гідрогенкарбонатом, який міститься в 50 мл цієї води, витрачено 2,5 мл 0,1н. розчину НС1.

4. Розрахуйте загальну твердість води, якщо в 0,15 л води міститься 16,20 мг кальцій гідрогенкарбонату, 2,92 мг магній гідрогенкарбонату, 11,10 мг кальцій хлориду і 9,50 мг магній хлориду.

5. Знайдіть тимчасову твердість води, якщо на титрування 0,1 л зразку води, яка містить магній гідрогенкарбонат, витрачено 7,2 ^.  10^-3 л 0,14 н. НС1.

6. Для усунення загальної твердості вапняно-содовим методом до 50 л води було додано 7,4 г Са(ОН)₂ і 5,3 г Na₂CO₃. Розрахувати тимчасову і постійну твердість води.

7. Чому дорівнює постійна твердість води, якщо для її усунення до 25 л води було додано 21,6 г бури Na₂B₄O₇ ^. 10H₂О?

8. Некарбонатна твердість води дорівнює 3,18 ммекв/л. Яку масу Na₃PO₄ треба взяти, щоб пом’якшити 1м³ води?

9. Загальна твердість Рівненської водопровідної води дорівнює 8,52 ммекв/л, а тимчасова 6,95 ммекв/л. Яку масу Са(ОН)₂ і Na₂CO₃ треба взяти, щоб усунути твердість 5 л води?

10. Твердість деякого зразку води обумовлена тільки кальцій нітратом. При обробці 0,25 л зразку води натрій карбонатом в осад випало 37,8 мг СаСО₃. Чому дорівнює твердість води?

11. Для пом’якшення 100 л води витратили 12,72 г Na₂CO₃. Чому дорівнює твердість води?

12. Яку масу гашеного вапна треба додати до 2,5 л води, щоб усунути її тимчасову твердість 4,43 ммекв/л?

13. При визначенні тимчасової твердості на титрування 0,1 л води витрачено 5,25 ^. 10^-3 л 0,101н. НС1. Чому дорівнює твердість води?

14. Твердість деякого зразку води обумовлена тільки ферум(ІІ) гідрогенкарбонатом. При кип’ятінні 0,25 л води в осад випадає 4 мг FeCO₃. Чому дорівнює твердість води?

15. Яка тимчасова твердість води, в 1 л якої міститься 0,146 г магній гідрогенкарбонату?

16. Визначити загальну твердість води, якщо в 1 л цієї води міститься 120 мг Са²⁺ і 24 мг Mg²⁺. Чи можна цю воду застосовувати для зрошення?

17. Твердість води, що містить кальцій гідрогенкарбонат, дорівнює 3 ммоль-екв/л. Визначити масу гідрогенкарбонату в 1 л такої води.

18. Яку масу натрій карбонату необхідно додати до 2 л води, щоб усунути загальну твердість, що дорівнює 6,2 ммоль-екв/л.

19. Визначити тимчасову твердість води, якщо на реакцію з гідрогенкарбонатом, що міститься в 100 мл цієї води, використано 6 мл 0,1н розчину НС1.

20. Яку масу натрій карбонату потрібно додати до 5л води, щоб усунути загальну твердість води, що дорівнює 4,6 ммоль-екв/л?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 10

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: