Определение жесткости и умягчение воды

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Цель работы: проведение анализа воды на жесткость и умягчение воды

методом катионирования.

Жесткость – один из технологических показателей, принятых для характеристики состава и качества природных вод.

Жесткой называют воду с повышенным содержанием ионов Ca²⁺ и Mg²⁺. Сумма концентраций ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ является количественной мерой жесткости воды:

Ж= С Ca²⁺ + С Mg²⁺.

Измеряют жесткость числом миллимолей ионов жесткости (Ca²⁺ и Mg²⁺) в 1 кг воды (ммоль/кг). В связи с тем, что плотность воды близка к единице, жесткость можно измерять в ммоль/дм³ или ммоль/л.

Различают жесткость воды общую Ж ₀, карбонатную Ж _к и некарбонатную

Ж _нк.

В связи с тем, что в воздухе достаточно велико содержание СО₂, в природной воде есть растворенный диоксид углерода. Протекает взаимодействие СО₂ с Н₂О:

СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃ = Н⁺ + НСО^-₃ ,

результатом которого является образование гидрокарбонат-иона. Концентрация ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ в воде, эквивалентная содержанию иона НСО₃^-, определяет карбонатную жесткость воды, а концентрация ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ , эквивалентная всем прочим анионам (SO₄^2-, Cl^- и т.д.), - некарбонатную. Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости составляет общую жесткость воды. Использование природной воды в технике требует ее предварительной очистки, в том числе умягчения (снижения жесткости до определенной нормы).

Карбонатная жесткость устраняется при кипячении воды по реакции:

t

Са(НСО₃)₂ ® СаСО₃ + СО₂­ + Н₂О

Ионы кальция и магния выпадают в виде нерастворимых карбонатов и вода становится мягкой.

Некарбонатная жесткость не устраняется при кипячении воды. Устранить ее можно дистилляцией, добавлением химических реагентов или методом ионного обмена (катионирования). При химическом методе осаждения чаще всего в качестве осадителя используют известь или соду. При этом в осадок (в виде СаСО₃ и Mg(OH)₂) переводятся все соли кальция и магния.

Для устранения жесткости методом ионного обмена или катионирования воду пропускают через слой катионита – высокомолекулярные нерастворимые соли или кислоты. При этом катионы Ca²⁺ и Mg²⁺, находящиеся в воде, обмениваются на катионы Н⁺ или Na⁺, содержащиеся в применяемом катионите:

2R^- Na⁺ + Ca²⁺ = R₂Ca²⁺ + 2Na⁺.

В некоторых случаях требуется удалить из воды не только катионы Ca²⁺ и Mg²⁺, но и другие катионы и анионы. В таких случаях воду пропускают последовательно через катионит, содержащий в обменной форме водородные ионы (Н- катионит), и анионит, содержащий гидроксид ионы (ОН- анионит). В итоге вода освобождается как от катионов, так и от анионов солей. Такая обработка воды назывется обессоливанием.

При контроле качества воды определяют ее жесткость. Для определения общей жесткости применяют метод комплексонометрии. В основе этого метода лежит титрование воды в присутствии аммиачного буферного раствора (рН = 10,0) и индикатора раствором комплексона III до перехода розовой окраски в голубую.

При анализе применяют один из индикаторов: кислотный хром синий К или эриохром черный Т. В присутствии ионов жесткости Са²⁺ и Мg²⁺ эти индикаторы окрашиваются в розовый цвет, в отсутствие – в голубой.

Комплексон – двузамещенная натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА, трилон Б):

NaOOCCH₂ CH₂COONa

N-CH₂-CH₂-N

HOOCCH₂ CH₂COOH

При титровании жесткой воды раствором комплексона III образуется внутрикомплексное соединение: -2

ООССН₂ СН₂СОО

N-CH₂-CH₂-N

ООССН₂ СН₂СОО

Са,

т.е. связываются ионы Са²⁺ и Mg²⁺. Поэтому в конце титрования индикатор изменяет окраску, раствор становится голубым.

Определение карбонатной жесткости воды Ж_к сводится к измерению концентрации гидрокарбонат-иона НСО₃^- и тем самым эквивалентной этим ионам концентрации ионов жесткости Са²⁺ и Mg²⁺. Анализ проводят методом нейтрализации. В основе этого метода лежит титрование воды в присутствии метилового оранжевого раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски индикатора в оранжевую.

Метиловый оранжевый - кислотно-основной индикатор, изменяющий свою окраску от красной при рН < 3,1 до желтой при рН > 4,4. В точке перехода метиловый оранжевый имеет оранжевую окраску.

Анион НСО₃^- в воде гидролизуется:

НСО₃^- + Н₂О = Н₂СО₃ + ОН^-

Поэтому при условии Ж_к > 0 вода имеет щелочную реакцию среды и метиловый оранжевый в ней окрашен в желтый цвет. При титровании раствором НС1 такой воды протекает реакция нейтрализации:

ОН^- + Н⁺ ® Н₂О

Ионы Н⁺ нейтрализуют количество ионов ОН^-, эквивалентное концентрации иона НСО₃^-.

Анализ воды на жесткость предполагает обычно:

а) определение общей жесткости Ж₀;

б) определение карбонатной жесткости Ж_к;

в) вычисление некарбонатной жесткости Ж_нк = Ж₀ – Ж_к.

Дата добавления: 2015-10-02