Перманганатный метод (метод Кубеля)

Сущность метода

Метод основан на окислении веществ, присутствующих в пробе воды 0, 1 н раствором перманганата калия в сернокислой среде при кипячении.

Перманганат-ион в сильнокислых средах окисляет присутствующие в воде восстановители, восстанавливаясь до двухвалентного марганца:

MnO + 8 H⁺ + 5e ® Mn²⁺ + 4 H₂O (16)

Избыток перманганата калия восстанавливается щавелевой кислотой:

2 MnO + 5 С₂О + 16 H⁺ + 5e ® Mn²⁺ + 4 H₂O (17)

Не вступившая в реакцию щавелевая кислота оттитровывается перманганатом калия по приведенному выше уравнению.

Условия применимости метода. Метод применим для определения окисляемости питьевых, поверхностных и малозагрязненных сточных вод. Без разбавления можно определять окисляемость до 10 мг кислорода на литр. Наивысшее допустимое разбавление проб - десятикратное. Пробы консервируют добавлением 2 мл разбавленной (1: 2) серной кислоты на каждые 100 мл воды. Пробы питьевых вод надо консервировать, если они не могут быть проанализированы в течение 48 часов после их отбора, пробы поверхностных вод надо консервировать, если анализ их будет проводиться позже, чем через 24 часа; пробы сточных вод и сильно загрязненных поверхностных вод можно не консервировать только в том случае, если их будут анализировать в тот же день, через несколько часов после отбора.

Реактивы и оборудование

– серная кислота, разбавленный раствор (Приложение 4);

– щавелевая кислота 0, 1 н. и 0, 01 н. растворы; основной раствор и рабочий (Приложение 4);

– перманганат калия, 0, 1 н. и 0, 01 н. растворы; основной и рабочий раствор (Приложение 4);

– плоскодонные колбы для кипячения емкостью от 250 до 300 мл, предназначенные только для определения окисляемости;

– стеклянные шарики или обожженная пемза.

Проведение анализа

Для определения окисляемости в воде неизвестного состава необходимо предварительно проделать качественное определение (ускоренный метод).

Качественное определение перманганатной окисляемости. В пробирку отбирают 10 мл воды, добавляют 0, 5 мл серной кислоты (1: 3) и 1 мл 0, 01 н раствора перманганата калия. Пробирку рассматривают под углом 40°. Приближенные данные получают через 40 мин при температуре 20 °С. Цвет пробы сравнивают со шкалой окраски, приведенной в табл. 3.1:

Таблица 3.1

Качественное определение окисляемости

Окраска в пробирке	Приближенная величина окисляемости, мг/л О2	Объем воды, необходимой для исследования, мл
Яркая лилово-розовая
Лилово-розовая
Слабая лилово-розовая
Слабая лиловато-розовая
Бледно-желтая
Розовато-желтая		25-50
Желтая

Количественное определение перманганатной окисляемости. В коническую термостойкую плоскодонную колбу емкостью 200...250 мл наливают 20 мл исследуемой и 80 мл дистиллированной воды, 5 мл разбавленной серной кислоты (1: 3 по объему) и 10 мл 0, 01 н. раствора перманганата.

В колбу вставляют небольшую воронку и кипятят жидкость в течение 10 мин (от начала кипячения). К горячей окрашенной жидкости добавляют из бюретки 10 мл 0, 01 н. раствора щавелевой кислоты и горячий обесцвеченный раствор титруют 0, 01 н. раствором перманганата до полного обесцвечивания.

Окисляемость х рассчитывают по формуле

х = , (18)

где V₁ - количество раствора KMnO₄, истраченного на титрование; V_д - объем KMnO₄, необходимый для окисления дистиллированной воды (10 мл); К - поправочный коэффициент нормальности перманганата калия; N - нормальность раствора перманганата калия; W - объем воды, взятой для анализа; 8 - эквивалентная масса кислорода, 1000 - пересчет объема на 1 л.

Если раствор при кипячении обесцветился или побурел, необходимо повторить определение с разбавленной пробой. Определение повторяют и тогда, когда перманганата расходуется более 60% добавленного количества. При титровании разбавленных проб не должно быть израсходовано менее 20% добавленного перманганата.

Для приведения перманганата калия точно к 0, 01 н. концентрации находят коэффициент поправки К. Для этого в колбу, содержащую оттитрованную до слабо розового цвета горячую жидкость прибавляют 10 мл 0, 01 н раствора щавелевой кислоты и оттитровывают перманганатом калия до розового оттенка. Коэффициент поправки равен отношению объема щавелевой кислоты к объему перманганата калия.

3.6. Растворенные газы (углекислый газ, сероводород, кислород)

Углекислый газ

Углекислый газ – источник углерода для растений, без которого не было бы жизни в воде. Однако слишком высокие концентрации его угнетают жизненные процессы. Углекислый газ оказывает существенное влияние на концентрацию водородных ионов. Кроме того, он является важным фактором круговорота углерода в природе. В реках и озерах концентрация углекислого газа редко превышает 20–30 мг/л. Максимум его бывает в конце зимы.

Присутствие в пресных водоемах растворенного СО₂ обусловлено биохимическими процессами окисления органических веществ, содержащихся в водоемах и в почве, а также дыханием водных организмов и выделением его при геохимических процессах.

Сущность метода

Содержание углекислоты определяют титрованием 0, 1 н раствором NaOH в присутствии фенолфталеина до появления розовой окраски раствора, соответствующей окраске стандартного раствора сравнения, рН которого по фенолфталеину равен 8, 4:

NaOH + CO₂ = NaHCO₃ (19)

Реактивы и оборудование

– коническая колба на 250 мл;

– дистиллированная вода;

– 10% раствор NаОН;

– 0, 1% раствор фенолфталеина.

Проведение анализа

Для приготовления раствора сравнения в колбу наливают 200 мл дистиллированной воды, прибавляют 0, 5 мл 10% раствора едкого натра и 0, 2 мл разбавленного (0, 1%) раствора фенолфталеина.

Концентрацию растворенного углекислого газа определяют по формуле

х = , (20)

где х - концентрация углекислого газа;
Vх - объем NaOH, пошедший на титрование, соответственно;
N - нормальность раствора NaOH;
V - объем исследуемой воды, взятой на титрование, мл.

Сероводород

Сероводород встречается в основном в подземных водоисточниках, образуясь в результате восстановления и разложения некоторых минеральных солей, в поверхностных водах он почти не встречается, так как легко окисляется. Появление его в поверхностных источниках является следствием протекания гнилостных процессов или сброса сточных вод.

Сущность метода

Содержание сероводорода определяют колориметрически, используя реакцию сероводорода с ацетатом или нитратом свинца, в результате которой образуется осадок черного цвета PbS. В щелочной среде осадок растворяется. Интенсивность окрашивания раствора сравнивают со шкалой.

Приблизительно содержание сероводорода определяют с реактивом Каро (Приложение 4). При добавлении реактива Каро окраска раствора изменяется от светло-зеленой до интенсивно синей, в зависимости от концентрации сероводорода.

Реактивы и оборудование

– щелочной раствор соли свинца (к 5% раствору нитрата или ацетата свинца добавить порциями 10% раствор щелочи до растворения образующегося осадка, затем ввести еще 25 мл);

– стандартный раствор сульфида натрия, содержащий 1 мг H₂S/мл, (растворить 0, 705 г кристаллического химически чистого сульфида натрия в 1 л дистиллированной воды), раствор нестойкий;

– шкала стандартных растворов. В пробирки добавляют 1, 2, 3, 4 и 5 мл стандартного раствора сульфида натрия. Затем доводят объем до 20 мл щелочным раствором соли свинца.

Проведение анализа

В пробирку наливают 10 мл исследуемой воды и прибавляют 3 мл реактива Каро. В зависимости от содержания сероводорода в воде окраска изменяется от светло-зеленой до интенсивно-синей. Параллельно к 10 мл дистиллированной воды прибавляют 3 мл реактива Каро и сравнивают полученную окраску с окраской исследуемой воды. Содержание сероводорода определяют по табл.3.2

Таблица 3.2

Приближенное определение сероводорода

Окраска раствора	Содержание сероводорода, мг/л
При рассматривании сверху отсутствует	0, 03
При рассматривании сверху светло-зеленая	0, 06
Через 2 минуты при рассматривании сбоку разницы с контрольной пробиркой нет, сверху зеленоватая	0, 1
Через 1 минуту при рассматривании сбоку – слабая светло-зеленая	0, 2
Через ½ мин – светло-зеленая	1, 0
Через ½ мин – зелено-синяя

3.6.3. Растворенный кислород (метод Винклера)

Содержащийся в воде растворенный кислород поступает из атмосферного воздуха, а также образуется в результате фотосинтеза водорослями органических веществ (углеводов) из неорганических (Н₂СО₃, H₂O). Содержание кислорода в воде уменьшается вследствие протекания процессов окисления органических веществ и потребления его живыми организмами при дыхании.

Определение растворенного в воде кислорода проводят йодометрическим титрованием в присутствии крахмала (метод Винклера). Метод Винклера применим для определения кислорода в природной воде при содержании в воде не более 0, 1 мг/л азота нитратов, не более 10 мг/л окисного железа, не более 0, 3 мг/л активного хлора и при окисляемости не более 15 мгO₂/л.

Сущность метода

Метод Винклера представляет собой йодометрическое титрование, когда о концентрации О₂ судят по количеству выделившегося йода.

В склянку с пробой вводят раствор сульфата или хлорида Мn (II) и щелочной раствор КI. Мn (II) реагирует с КОН, образуя гидроокись марганца (II) Mn(ОН)₂.

2 KOH + MnСl2 ® Мn(ОН)2 ¯ + 2KCl (21)

Это осадок белого цвета, неустойчивое соединение, которое легко окисляется растворенным в воде кислородом до гидроокиси марганца (III) бурого цвета

4 Мn(ОН)₂ ¯ + О₂ + 2 H₂O ® 4 Мn(ОН)₃¯ (22)

Осадок H₂МnО₃ растворяют в соляной или серной кислоте. При этом Мn (III) восстанавливается до Мn (II) и выделяется свободный йод, в количестве, эквивалентном количеству растворенного кислорода:

2 Мn(ОН)₃ + 3 H₂SO₄ ® Mn₂(SO₄)₃ + 3H₂O (23)

Mn₂(SO₄)₃ + 2 КI ® 2 MnSO₄ + K₂SO₄ + I₂ (24)

Суммарное уравнение (22) и (23):

2 Мn(ОН)₃ + 2 H₂SO₄ + 2 КI ® 2 MnSO₄ + K₂SO₄ + I₂ + 3H₂O (25)

Выделившийся йод оттитровывают раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала:

I₂ + 2 Na₂S₂O₃ ® 2 NaI + Na₂S₄O₆ (26)

Реактивы и оборудование

– 42, 5% раствор МnСl₂ 4H₂O;

– HCl или H₂SO₄, концентрированная;

– Na₂S₂O₃, 0, 01 н (фиксанал);

– крахмал, 1% раствор;

– щелочная смесь (70 г КОН и 15 г КI растворяют в дистиллированной воде и доводят общий объем раствора до 1000 мл).

Подготовка к проведению анализа

Калибровка склянок. Склянки взвешивают на технохимических весах сначала пустые, затем заполненные дистиллированной водой. Разность двух взвешиваний равна весу воды в склянке.

Заполнение склянки. Перед заполнением каждая склянка ополаскивается исследуемой пробой. Склянки заполняют доверху, переливая часть пробы. Заполнять осторожно, чтобы исключить попадание пузырьков воздуха. Попавшие в склянку пузырьки удаляют, оставив склянку открытой в течение 1 мин и постукивая по стенкам склянки. При заполнении склянки следует избегать попадания прямых солнечных лучей.

Консервирование пробы. Содержание растворенного кислорода в пробе фиксируют, добавляя в склянки поочередно: 1 мл MnCl₂ и 1 мл щелочного раствора KI. Пипетки при этом держат под самой поверхностью воды. Потерянные 2 мл пробы учитывают при последующем расчете. После фиксации склянку закрывают и переворачивают несколько раз.

После этого пробы помещают в темное место для отстаивания осадка. Законсервированная проба может храниться в течение суток.

Проведение анализа

Количество растворенного кислорода определяют в откалиброванных склянках емкостью 150…200 мл.

После добавления осадителей (MnCl₂ и KI) осадок отстаивают (см. консервирование пробы). После отстаивания пробы осадок растворяют, добавляя 1...3 мл концентрированной серной кислоты (кончик пипетки - под поверхностью раствора). Закрывают склянку пробкой и перемешивают пробу до полного растворения осадка. Затем отбирают аликвоту 25...100 мл в коническую колбу и титруют раствором тиосульфата натрия до соломенно-желтой окраски.

После этого добавляют 1...2 мл крахмала (появляется синяя окраска) и продолжают титровать тиосульфатом до полного обесцвечивания. Результат записывают. Повторяют определение 2...3 раза.

Концентрацию растворенного кислорода рассчитывают по формуле:

O₂ = , мг/л (27)

где n - количество тиосульфата, пошедшего на титрование;
N - нормальность тиосульфата;
K - поправка на нормальность тиосульфата;
8 - эквивалентная масса кислорода;
1000 - пересчет на 1л пробы;

V₁ - объем титрованной пробы;
V₂ - количество утерянной пробы, равное объему реактивов (раствор KI и МnSO₄), взятых для осаждения (при титровании всего объема склянки).

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: