Практикум по специальностям 020804 - ''Геоэкология'' и 020802 - ''Природопользование''. Ч.1

Ф Е Д Е РАЛ Ь Н О Е АГ Е Н Т С Т В О П О О БРАЗО В АН И Ю РО С С И Й С К О Й Ф Е Д Е РАЦ И И В О РО Н Е Ж С КИ Й Г О С У Д АРС Т В Е Н Н ЫЙ У Н И В Е РС И Т Е Т

П Р АК Т И К У М по спец иальностям «020804- геоэкология» и «020802»- природ опользование ш иф р С Д .05 , С Д .01 ( часть1 )

В О РО Н Е Ж 2006

2 У тверж д ено научно-метод ическим советом ф акультета географ ии и геоэкологии (22 д екабря 2005 г., протокол№ 12)

П рограмма ф акультета географ ии и геоэкологии В Г У «У чебникстуд енту»

С оставитель П рож орина Т .И .

П рактикум по курсу «Э кологическая гид рох имия» (часть1) под готовлен на каф ед ре геоэкологии и мониторинга окруж аю щ ей сред ы ф акультета географ ии и геоэкологии В оронеж ского госуд арственного университета. Рекоменд уется д ля студ ентов 3 курса спец иальностей «020804- геоэкология» и «020802-природ опользование» д невного отд еления ф акультета географ ии и геоэкологии.

3 П р едис л ов ие И нтенсивноеразвитиепромы ш ленности во многих развиты х странах мира, котороенаблю д алосьв послед ниед есятилетия, укрупнениегород ов, интенсиф икац ия сельского х озяйства и его х имизац ия, расш ирениеполивны х площ ад ей, увеличение вы бросов тепла промы ш ленны ми и энергетическими пред приятиями – всеэто привело к значительному загрязнению вод ны х ресурсов, к д еф иц иту пресны х вод . О бщ ееколичество вод ы на Землепрактически неизменилось, норезко ух уд ш илосьеекачество. В связи с этим, од ним из главны х направлений в гид рох имии является опред елениех имического состава природ ны х вод , закономерностей его ф ормирования и изменений во времени и пространстве под возд ействием естественны х и антропогенны х ф акторов. В настоящ еевремя сущ ествует ш ирокий вы бор метод ик по х имическому анализу вод ны х обьектов. О чевид ны тенд енц ии к ускорению проц ед урной части исслед ований с применением экспресс-метод ов и современны х ф изикох имических метод ов анализа. О д нако обы чны е гид рох имические метод ики анализа природ ны х вод , несмотря на труд оемкость, всеещ еостаю тся важ ны ми при санитарно-гид робиологических и их тиологических исслед ованиях вод ны х сред . О сновной зад ачей д анного лабораторного практикума по гид рох имии является ознакомление студ ентов, спец иализирую щ их ся в области ох раны окруж аю щ ей сред ы , с метод ами объемного и колориметрического анализов по опред елению основного ионного состава вод ы , некоторы х биогенны х вещ еств и растворенны х в нейгазов, перманганатнойокисляемости и щ елочности. П ред лагаемое метод ическое пособие помож ет студ ентам закрепить теоритический материал по курсу "Э кологическая гид рох имия" и освоить тех нику провед ения гид рох имических исслед ованийприрод ны х вод . Х им ичес кий с ос тав пр ир одны х в од Г ид рох имия изучаетх имический состав вод разнообразны х природ ны х и искусственны х объектов: атмосф ерны х осад ков, рек, озер, морей, соляны х озер, пруд ов, вод ох ранилищ , под земны х вод оносны х горизонтов и тд . П рирод ны евод ы отличаю тся отвод ны х растворов спец иф ичностью качественного и количественного состава, од новременны м присутствием в растворах ионов, газов, коллоид ов, наличием органических и биогенны х вещ еств и микроэлементов. К числу главны х ионов, сод ерж ащ их ся в природ ны х вод ах , относятся ионы Cl , SO4-2, HCO3- (анионны й состав) и Na+, Mg+2, Ca+2, K+ (катионны й состав), которы еобразую тосновную частьих минерального состава. Г лавны е ионы , иначе макрокомпоненты , опред еляю т х имический тип вод ны х объектов. Т ак, например, по преоблад аю щ ему аниону все природ ны е вод ы д елятся на три класса: 1) класс гид рокарбонатны х вод (HCO3-); 2) класс сульф атны х вод (SO4-2); 3) класс х лорид ны х вод (Cl-). К гид рокарбонатному

4 классу относится больш ая часть маломинерализованны х вод рек, озер и некоторы х под земны х вод . К классу х лорид ны х вод относятся преимущ ественно вы сокоминерализованны е вод ы океана, морей, соляны х озер, под земны е вод ы закры ты х структур и д р. В од ы сульф атного класса по распространению и минерализац ии являю тся промеж уточны ми меж д у гид рокарбонатны ми и х лорид ны ми вод ами. Г енетически они связаны с различны ми осад очны ми пород ами. Каж д ы йиз перечисленны х классов в свою очеред ьд елится по преоблад аю щ ему катиону на три группы вод : кальц иевую (Ca+2), магниевую (Mg+2) и натриевую (Na+). О тнесение ионов K+ к числу главны х является спорны м. В под земны х и поверх ностны х вод ах эти ионы , как правило, занимаю т второстепенное полож ение. Т олько в атмосф ерны х осад ках ионы K+ могутигратьглавную роль. С уммарное сод ерж ание всех найд енны х при х имическом анализе вод ы минеральны х вещ еств х арактеризуетминерализац ию природ ны х вод . Классиф икац ия вод ны х объектов по минерализац ии (в г/л) имеет след ую щ иепред елы : 1 - слабоминерализованны е 1–2 2 - малойминерализац ии 2–5 3 - сред нейминерализац ии 5 – 15 4 - вы сокойминерализац ии 15 – 30 5 - рассольны е 35 – 150 6 - крепкорассольны е 150 и более М инерализац ию пресны х вод принято вы раж ать в мг/л или г/л, солены х вод и рассолов в г/лили 0/00. В се природ ны е вод ы пред ставляю т газовы е растворы . Н аиболее ш ироко распространены в поверх ностны х вод ах кислород (O2) и д вуокись углерод а (С О 2), а в под земны х - серовод ород (Н 2S) и метан (CH4). К роме того, во всех природ ны х вод ах постоянно присутствуетазот(N2). Биох имические и биологические проц ессы , происх од ящ ие в вод оемах , связаны с биогенны ми элементами, к которы м относятся соед инения ф осф ора, азота, ж елеза и кремния. Азотприсутствуетв природ ны х вод ах в вид еразнообразны х неорганических и органических соед инений. К числу неорганичесих соед инений относятся аммонийны е (NH4+), нитритны е (NO2-) и нитратны е (NO3-) ионы . В органических соед инениях азотвх од итв состав аминокислоти белков тканей организма и прод уктов их распад а. В послед ние год ы возник повы ш енны й интерес к изучению повед ения соед инений азота, в связи с тем, что они служ ат од ним из показателей загрязнения вод и, кроме того, эти компоненты облад аю ттоксичностью . Растворенны йф осф ор в природ ны х вод ах присутствует в вид е неорганических (H2PO4- и HPO4-2) и органических соед инений (органический ф осф ор). П остоянны м компонентом состава природ ны х вод является кремний – второй (после кислород а) элемент, сод ерж ание которого в земной коресоставляет26 %.

5 Н аряд у с вы ш еперечисленны ми компонентами вод ны е объекты почти всегд а сод ерж ат в себе то или иное количество органического вещ ества, состоящ его на 98,5 % из углерод а, кислород а, вод ород а. В малы х количествах в нем присутствуетазот, ф осф ор, сера, калий, кальц ий и д р. О рганическое вещ ество мож етнах од иться в растворев коллоид ном состоянии в вид емолекул и во взвеш енном состоянии. В густо населенны х и инд устриально развиты х районах основны м источником поступления органического вещ ества являю тся промы ш ленны е и бы товы есточны евод ы . В природ ны х вод ах такж е сод ерж атся микроэлементы , д оля которы х не привы ш ает 10 мг/л. К ним относятся бром, йод , ф тор, литий, рубид ий, стронц ий, барий, мы ш ьяк, молибд ен, мед ь, кобальт, никель, рад иоактивны е элементы , золото и д р. И зучениемикрокомпонентов в вод ах пред ставляетинтерес д ля реш ения многих практических зад ач, таккакнесмотря на их малоесод ерж ание, рольмикроэлементов в ж изненны х проц ессах оченьвелика. Больш ое разнообразие природ ны х вод по минерализац ии и х имическому составу зависит от геох имических особенностей д анного района, от х арактера почв и д еятельности человека на вод осборной площ ад и, отбиологических проц ессов в вод оемеи отклиматических условийв местенах ож д ения вод оема. О пред еление х имического состава природ ны х вод позволяет не только опред елить сод ерж ание основны х ионов, величину объекта, оц енить качество природ ны х вод , но и вы явитьналичиев них загрязняю щ их вещ еств в результатеантропогенноговозд ействия на окруж аю щ ую сред у. Р абота № 1. О пр едел ение физичес ких с в ойс тв в оды П р озр ачнос ть В зависимости отстепени прозрачности условно различаю твод ы : 1) прозрачны е; 2) слабоопалесц ирую щ ие; 3) опалесц ирую щ ие; 4) слегка мутны е; 5) мутны е; 6) сильно мутны е. С тепеньпрозрачности вы раж ается вы сотой столба ж ид кости (в см), через которы й отчетливо вид ен спец иальны й ш риф т (вы сота букв составляет2 мм, а толщ ина линийбукв – 0,5 мм). Количественноеопред елениепрозрачности производ ятв град уированном ц илинд ре с плоским д ном. И сслед уемую вод у перед опред елением х орош о взбалты ваю ти наливаю тв ц илинд р (100 мл), под клад ы ваю тна расстоянии 4 см от д на ш риф т. С ливаю т вод у д о тех пор, пока сверх у через слой мож но буд ет отчетливо прочестьэтотш риф т. В ы соту столба оставш ейся вод ы измеряю тлинейкой. О пред елениепроизвод ятпри х орош ем д невном рассеянном освещ ении на расстоянии 1 м отокна, нена прямом свету. В од ы , под аваемы ед ля питьевого вод оснабж ения без осветления, д олж ны облад атьпрозрачностью неменее30 см. Речны евод ы , кромегорны х вод , могут иметь прозрачность 2-5 см. У меньш ение прозрачности природ ны х вод свид етельствуетоб их загрязнении.

6 О с адок иизм енение в оды пр и с тояниипр обы П ри стоянии пробы мож ет образоваться осад ок. О сад ок по количеству мож ет бы ть незначительны й, заметны й, больш ой. П о качеству различаю т осад ок кристаллический, х лопьевид ны й, илисты й, песчаны й и д р., указы ваю ттакж еегоц вет: буры й, ж елты й, черны йи т.д . О тмечаю т изменение вод ы при стоянии: вы пад ение осад ка, образование кристаллов на внутреннейповерх ности буты лок, образованиемути, осветление. Ц в етнос ть О пред еление ц ветности производ ят в прозрачной вод е. Е сли вод а непрозрачна, ееф ильтрую т. П робирку наполняю тисслед уемой вод ой почти д оверх у, ставятна белую бумагу и, гляд я сверх у, опред еляю тц ветность. Ц ветностьвод ы х арактеризуется след ую щ им образом: бесц ветная, зеленоватая, ж елтая, бурая и т.п. Количественное опред еление ц ветности вод ы производ ят путем сравнения (на белом ф оне) исслед уемой вод ы , налитой в ц илинд р из бесц ветного стекла емкостью 100 мл и вы сотой20 см, с х ромово-кобальтовойш калойц ветности. Раствор № 1. 0,0875 гК 2С r2O7 и 2,000 гCoSO4.7H2O растворяю тв 1 л д истиллированнойвод ы , под кисленной1 мл конц ентрированнойH2SO4. Раствор № 2. К 1 л вод ы прибавляю т1 мл конц ентрированнойH2SO4. С меш ением растворов № 1 и № 2 в соотнош ениях , привед енны х в таблиц е 1, получаю т эталоны ш калы ц ветности. Ш калу след ует х ранить в темноте. Ч ерез 2-3 месяц а еенеобх од имо возобновить. Т аблиц а 1 - Х ромово – кобальтовая ш кала ц ветности О бъемы расО бъемы расО бъемы расГ ратворов, мл Г рад усы творов, мл Г рад усы творов, мл д усы № 1 № 2 № 1 № 2 № 1 № 2 5 1 99 25 5 95 60 12 88 10 2 98 30 6 94 70 14 86 15 3 97 40 8 92 80 16 84 20 4 96 50 10 90 Запах Запах вод ы вы зы ваю тлетучиепах нущ иевещ ества, поступаю щ иев нее в проц ессе ж изнед еятельности вод ны х организмов, при биох имическом разлож ении органических вещ еств, а такж есо сточны ми вод ами. Запах вод ы опред еляю тпри нагревании еед о температуры 50-60 оС . Запах вод ы опред еляется после опред еления вкуса и х арактеризуется как болотисты й, затх лы й, гнилой и т.п. Более д етальны е х арактеристики запах а и его интенсивности привод ятся в таблиц ах 2 и 3. П ри оц енкезапах а вод ы необх од имо прид ерж иваться тех ж етемпературны х условий, что и при опред елении вкуса.

7 Т аблиц а 2 – В ид ы запах а К лассиф икац ия запах а

П римеры или возмож ны е источники происх ож д ения запах а Ароматны йили пряны й К амф ора, гвозд ика, лаванд а, лимон О гуречны й Synura Бальзамический или ц ве- Г ерань, ирис, ваниль точны й С лад коваты й Coelosphaerium Ф иалковы й Mallomonas Х имический П ромы ш ленны есточны евод ы или х имич. обработка Х лорны й С вобод ны йх лор У глевод ород ны й С токи неф теочистительны х завод ов Л екарственны й Ф енол и йод оф орм С ернисты й С еровод ород Ры бны й Dinobryon Н авозны й Fnabaena Г нилостны й Застоявш иеся сточны евод ы Землисты й С ы рая земля Т орф яной Т орф Т равянисты й Л еж алая трава Затх лы й П рею щ ая солома П лесневы й С ы ройпод вал О вощ ной К орни овощ ей

Т аблиц а 3 - О пред елениеинтенсивности запах а вод ы И нтенсивность запах а, балл 0 I

Х арактеристика Н икакогозапах а О ченьслабы й

II

С лабы й

III

Заметны й

IV

О тчетливы й

V

О ченьсильны й

П оявлениезапах а О тсутствиеощ утимого запах а Запах не замечаемы й потребителем, но обнаруж иваемы йспец иалистом Запах , обнаруж иваемы й потребителем, если обратитьвниманиена это Запах , легко обнаруж иваемы й; мож ет бы ть причиной того, что вод а неприятна д ля питья Запах , обращ аю щ ий на себя внимание; мож ет заставитьвозд ерж аться отпитья Запах , настолько сильны й, что д елает вод у не пригод нойд ля питья

Вку с В кус сы рой вод ы опред еляю т при отсутствии под озрений на загрязненностьеетоксическими вещ ествами. Д ля опред еления вкуса вод у под огреваю т примерно д о 30°С , набираю т в ротприблизительно 15 мл и д ерж атво рту несколько секунд ; проглаты ватьво-

8 д у неслед ует. Различаю т солены й, горький, слад кий и кислы й вкус. О стальны е вид ы вкусовы х ощ ущ ений назы ваю т привкусами. Качественная х арактеристика привкуса опред еляется по соответствую щ им признакам: х лорны й, ры бны й, металлическийи д р. И нтенсивность вкуса и привкуса опред еляю т по пятибалльной системе так ж е, как и запах (см. табл. 3). В од а, необлад аю щ ая какими-либо вкусовы ми особенностями, х арактеризуется словом «пресная». П л относ ть О риентировочное опред еление уд ельного веса производ ят ареометром, точноеопред еление– пикнометром. О пред ел ениеа рео м ет ро м О пред еление уд ельного веса ареометром производ ят в солены х вод ах . В од у вливаю т в чисты й, сполоснуты й этой ж е вод ой ц илинд р и осторож но опускаю т в него ареометр. Н еобх од имо след ить за тем, чтобы ареометр не касался стеноксосуд а. О тмечаю тпоказания на ш калеареометра в точке, соприкасаю щ ейся с поверх ностью вод ы в ц илинд ре. О д новременно измеряю ттемпературу вод ы . О пред ел ениепикно м ет ро м П икнометр, х орош о вы мы ты й д истиллированной вод ой, а затем сполоснуты й спиртом, вы суш иваю т в термостате, ох лаж д аю т в эксикаторе и взвеш иваю тна точны х аналитических весах . Затем пикнометр наполняю тд истиллированной вод ой несколько вы ш е метки и вы д ерж иваю т 20 – 25 мин. в стакане с вод ой, температура которой д олж на бы ть постоянной. О бразовавш иеся на стенках пикнометра пузы рьки возд ух а уд аляю т осторож ны м встрях иванием, после чего, не вы нимая пикнометра из стакана с вод ой, д овод ят вод у в пикнометред оотметки, отбирая избы токееж гутиками из ф ильтрованнойбумаги. П икнометр вы нимаю т из стакана, закры ваю т пробкой, тщ ательно обтираю т снаруж и ф ильтровальной бумагой, помещ аю т в ф утляр весов и через 20 мин. взвеш иваю т. Э тот ж е пикнометр после уд аления из него д истиллированной вод ы споласкиваю т несколько раз испы туемой вод ой и наполняю т ею при той ж е температуре, при которой его наполняли д истиллированной вод ой. Затем вы полняю т все описанны е вы ш е операц ии д ля установления веса исслед уемойвод ы . О собенностьпикнометрического опред еления уд ельного веса конц ентрированны х рассолов состоитв том, что уд аление послед них капель с горла пикнометра над мениском лучш е производ ить с помощ ью слегка влаж ной ф ильтровальной бумаги, так как сух ая ф ильтровальная бумага не впиты вает конц ентрированны х рассолов. Р ас чет у дел ьного в ес а ис с л едуем ой в оды , измеренного при 18°С , производ ится по ф ормуле: d 18° (a –c) = , 18° (b –c)

9 гд еа – вес пикнометра с исслед уемойвод ойпри18°С , г; с – вес пустого пикнометра, г; b – вес пикнометра с д истиллированнойвод ойпри 18°С , г. Р абота № 2. О пр едел ение кал ьция Значение опр едел ения ипр инцип тр ил оном етр ичес кого м етода Кальц ий – д овольно распространенны й ион природ ны х вод , а в пресны х вод ах – главнейш ийнаряд у с гид рокарбонат- ионом. В солены х вод ах кальц ийвстречается преимущ ественно в вид есульф атов и х лорид ов. Т рилонометрический метод опред еления иона кальц ия в послед неевремя получил ш ирокоеприменение, особенно в полевы х условиях . П ринц ип трилонометрического метод а опред еления кальц ия основан на применении трилона Б в присутствии инд икатора мурексид а. М урексид пред ставляет собой од нозамещ енную аммониевую соль пурпурнойкислоты (C8H4O6N5 ·NH4 ·H2O). В од ны й раствор мурексид а в сильнощ елочной сред е, ( рН > 10 ) имеет лиловы йц вет, обусловленны йокраскойанионов пурпурнойкислоты : NH4+ ·П =NH4+ + П - , лиловы йц вет гд еП - рад икал пурпурнойкислоты (C8H4O6N5). В присутствии ионов кальц ия раствор мурексид а окраш ивается в красны й ц вет за счет образую щ егося пурпурата кальц ия - Ca (C8H4O6N5)2. С ионами магния пурпурная кислота нереагирует. Ca2+ + 2П - = CaП 2 лиловы й красны й ц вет ц вет П урпурат кальц ия - соед инение нестойкое. П ри титровании такого раствора трилоном Б образуется прочноесоед инениекальц ия с трилоном Б, а ионы пурпурной кислоты освобож д аю тся и окраш иваю т раствор в лиловы й ц вет. Раствор титрую т д о появления четко вы раж енной лиловой окраски от первой капли раствора трилона Б ( эквивалентная точка ). П ри д альнейш ем д обавлении трилона Б в пробу окраска раствора неменяется. П роц есс образования соед инения кальц ия с трилоном Б мож но изобразитьслед ую щ ейсх емой: CaП 2- + Na2 H2R красны йц вет

Na2CaR + 2П - + 2H+ лиловы йц вет

Ч увствительность метод а 1 мг/л ( 0,06 мг- экв / л ), точность (д опустимы е расх ож д ения ) 3 мг/л, если сод ерж аниеCa+2 не привы ш ает100 мг/л; при более вы соких конц ентрац иях - 9 % относительны х .

10 П р ибор ы ипос у да: 1 - бю ретка - 1 ш т.; 2 - пипетки 15 - 20 мл- 1 ш т.; 100 мл- 1 ш т.; 3 - мерны йц илинд р 10 мл- 2 ш т. ( или коническая пробирка 5 мл- 2 ш т.); 4 - капельниц а - 2 ш т.; 5 - колба коническая 250 мл- 2 ш т.; Р еактив ы : 1 – 0,05 н раствор трилона Б; 2 – 0,05 н раствор MgSO4 ; 3 - аммиачны йбуф ерны йраствор ( NH4OH + NH4Cl ); 4 - вод ны йраствор мурексид а ( инд икатор ); 5 - х ромоген черны й( инд икатор ); 6 - 10 % - ны йраствор щ елочи NaOH Х одопр едел ения 1. О пр едел ение нор м ал ьнос ти тр ил она Б. П оправочны й коэф ф иц иент к нормальности трилона Б (~ 0,05н.) нах од ят по точному 0,05 н раствору MgSO4 при рН ~ 10 (созд ается аммиачны м буф ерны м раствором) в присутствии инд икатора х ромогена черного(Е Т - 00). В коническую колбу отмеряю т пипеткой 15 мл 0,05 н раствора MgSO4, д обавляю т85 мл д истиллированной вод ы (д о 100 мл мерны м ц илинд ром), приливаю т5 мл аммиачного буф ерного раствора и 5 капельинд икатора х ромогена черного, послечегопровод яттитрованиераствором трилона Б ( ~ 0,05 н.). П робу титрую т д о появления голубой окраски от од ной прилитой капли трилона Б. Д альнейш ее прибавление трилона Б не изменяет голубой окраски раствора, поэтому титрование след ует провод ить аккуратно, внимательно наблю д ая за постепенны м изменением окраски от винно-красной через перех од ны еокраски ( ф иолетовую , грязно-синю ю ) д о голубой. Т итрование провод ят д важ д ы , расх ож д ение результатов не д олж но превы ш ать0,05 мл, в противном случаетитрованиеповторяю тещ ераз, и результаты опред еления усред няю т. П оправочны й коэф ф иц иент к нормальности трилона Б рассчиты ваю т по ф ормуле: n (м л ) MgSO4 К= n (м л ) тр ил он Б 2. О пр едел ение иона кал ьция в пр обе. В коническую колбу емкостью 250 мл отмеряю тпипеткой 100 мл исслед уемой пробы . П риливаю т5 мл 10 % ного раствора NaOH и 20 капельвод ного раствора мурексид а. Раствор при этом окраш ивается в красны й ц вет. П робу титрую т трилоном Б при энергичном перемеш ивании д о появления лиловой окраски, устойчивой в течение 3 - 5 мин. П ри д альнейш ем прибавлении трилона Б окраска неменяется. В качестве"свид етеля" мож но использовать перетитрованную пробу, но след ует помнить, что оттитрованная проба сох раняетустойчивую лиловую окраску сравнительно не-

11 д олго. П оэтому необх од имо приготовить новы й "свид етель", если наблю д ается изменениеокраски ранееприготовленного. 3. Вы чис л ение с одер жания ионов кал ьция в исслед уемой пробепроизвод итсяпослед ую щ ейф ормуле: n * N * K * 1000 2+ ______________________ Са = ( м г-экв /л ) , V гд еn – количествотрилона Б, израсх од ованногона титрование, в мл.; N – нормальностьраствора трилона Б ( 0,05 н.); К – поправочны йкоэф ф иц иенткнормальности трилона Б; V – объем пробы , в мл. П ересчет сод ерж ания кальц ия из м г-экв /л в м г/л производ ят умнож ением на эквивалентны йвес кальц ия, равны й20,04. Р абота № 3. О пр едел ение иона м агния (по р азнос ти) Д ля опред еления количества магния в исслед уемой вод е необх од имо знать величину общ ей ж есткости и кальц иевой ж есткости, вы раж енны х в мг-экв/л . П о разности этих величин узнаю т количество мг-экв/л, соответствую щ ее сод ерж анию Mg2+, или вы числяю тпо ф ормуле: Mg2+ = ( Нобщ –С а 2+ )

(м г-экв /л ) ,

гд еН общ – общ ая ж есткостьв мг-экв/л; С а 2+ – количествоС а2+ в мг-экв/л. П ересчетсод ерж ания магния из м г-экв /л в м г/л производ ятумнож ением на эквивалентны йвес магния, равны й12,16. О П Р ЕД ЕЛ ЕНИ Е О БЩ ЕЙ Ж ЕС Т КО С Т И Значение опр едел ения О бщ ая ж есткость – свойство вод ы , обусловленное наличием в ней д вух валентны х катионов (главны м образом кальц ия и магния). Ж есткость является важ ной тех нической х арактеристикой вод ы , так как опред еляетпригод ность ее д ля различны х ц елей: д ля промы ш ленности, сельского х озяйства, х озяйственно - бы товы х нуж д . В настоящ ее время ж есткость вы раж ается в миллиграмм-эквивалентах . Различаю тслед ую щ иевид ы ж есткости: 1. О бщ ая ж есткость(Н общ ) - суммарноесод ерж аниеионов кальц ия и магния. 2. У странимая, или временная, (Н вр) и карбонатная (Н к) ж есткости обусловлены наличием бикарбонатов (и карбонатов) кальц ия и магния. 3. Н еустранимая, постоянная (Н пост) и некарбонатная (Н нк) ж есткости обусловлены х лористы ми, сернокислы ми и д ругими некарбонатны ми солями кальц ия и магния.

12 Д ля опред еления общ ей ж есткости пользую тся объемны м трилонометрическим метод ом, которы й относится к числу комплексометрических . О сновны м рабочим раствором является трилон Б - д вунатриевая соль этиленд иаминтетрауксуснойкислоты : С Н2 - N - CH2 - COONa С H2 - COOH CH2 - N - С H2 - COOH CH2 –COONa О пред еление суммарного сод ерж ания ионов кальц ия и магния основано на способности трилона Б образовы вать прочны е комплексны е соед инения в щ елочной сред ес этими ионами, замещ ая свобод ны еионы вод ород а на д вух валентны е катионы Ca и Mg. С х ематически взаимод ействие трилона Б с ионами Ca и Mg мож етбы тьпред ставленослед ую щ им уравнением: Ca2++ Na2H2R Na2CaR + 2H+ , гд еR - рад икал этиленд иаминтетрауксуснойкислоты . В качествеинд икатора используется х ромоген черны й (Е Т - 00), д аю щ ий с магнием соед инение винно - красного ц вета, при исчезновении ионов магния он приобретает голубую окраску. Реакц ия ид ет при рН ~ 10, что д остигается д обавлением в пробу аммиачногобуф ерногораствора (NH4OH + NH4Cl). П ри титровании пробы вод ы , сод ерж ащ ей ионы кальц ия и магния, трилоном Б в первую очеред ьсвязы ваю тся ионы кальц ия, а затем магния. П ри исчезновении ионов магния окраска раствора меняется на голубую , что свид етельствуетоб окончании титрования (эквивалентная точка). Ч увствительность трилонометрического метод а составляет 0,2 мг-экв/л, д опустимы е расх ож д ения (точность) 0,2 мг-экв/л при общ ей ж есткости д о 10 мг-экв/л. П р ибор ы ипос у да: 1 - бю ретка - 1 ш т.; 2 - пипетки: 15 мл- 1 ш т.; 100 мл - 1 ш т.; 3 - колба коническая 250 мл- 1 ш т.; 4- капельниц а - 1ш т.; 5 - мерны йц илинд р 100 мл- 1 ш т.; Р еактив ы : 1 - раствор трилона Б ~ 0,05 н.; 2 - раствор MgSO4 0,05 н.; 3 - аммиачны йбуф ерны йраствор ( NH4OH + NH4Cl ); 4 - инд икатор х ромоген черны й( Е Т - 00 );

13 Х одопр едел ения 1. О пр едел ение нор м ал ьнос ти тр ил она Б производ ится по станд артному 0,05 н раствору сернокислогомагния MgSO4 (смотреть работу № 2). 2. О пр едел ение общ ей жес ткос типр обы . П ипеткой М ора отмеряю т100 мл испы туемой вод ы в коническую колбу, д обавляю т5 мл аммиачного буф ерного раствора и 5 капельинд икатора х ромогена черного, послечего провод яттитрование раствором трилона Б ( ~ 0,05 н.). Т итрование след ует провод ить аккуратно, внимательно наблю д ая за постепенны м изменением окраски от виннокрасной через перех од ны е окраски ( ф иолетовую , грязно-синю ю ) д о голубой. П ри д альнейш ем прибавлении трилона Б окраска неменяется. О пред елениеповторяю ти берутсред нийрезультат. 3. Вы чис л ение общ ей жес ткос типроизвод ятпо ф ормуле: n ·N ·K ·1000 Нобщ =

(м г-экв /л ) ,

V гд е n – количество трилона Б, израсх од ованного на титрование, в мл.; N – нормальностьраствора трилона Б ( 0,05 н.); К – поправочны йкоэф ф иц иенткнормальности трилона Б; V – объем пробы , в мл. Р абота № 4. О пр едел ение с у л ьфатов С оли серной кислоты (H2SO4) в природ ной сред е встречаю тся в небольш их количествах (д о 20 - 30 мгSO4-2/л.). Значительное увеличение количества сульф атов зависитпреж д евсегоотпопад ания в вод оем х озяйственно - бы товы х и промы ш ленны х сточны х вод . С ульф ат-ионы не оказы ваю т вред ного влияния на вод ны х ж ивотны х и растения, если д аж еконц ентрац ия SO4-2 в вод ед остигает 1 г/л, а д ля некоторы х ры б (караси) д аж е 10 г/л. О тмечено, что малы е конц ентрац ии сульф атов влияю т стимулирую щ е на ж изненны е проц ессы гид робионтов. С ульф аты играю т немаловаж ную роль в возникновении серовод ород а в вод е в результате восстановления сернокислы х солей. П оэтому, если вод оем богаторганическими остатками и сульф атами, то это мож етпривести к стойкому зараж ению вод оема серовод ород ом. С амы м просты м и стары м метод ом опред еления сульф атов в лабораторны х условиях является весовой, но он требует более слож ной аппаратуры по сравнению с объемны м. П ослед ний более д оступен, но менее чувствителен. В послед неевремя стали применятьтрилонометрическийметод . О бъем ны й м етод П ри массовы х анализах вод ы в полевы х условиях применим болеелегкий иод ометрическийспособ опред еления сульф атов.

14 П ринц ип метод а заклю чается в след ую щ ем: вод а, при прибавлении х ромовокислого бария, вы д еляет х ромовую кислоту в эквивалентном количестве сульф ат-иону, которы йсод ерж ится в исслед уемойвод е, BaCrO4 + K2SO4 = BaSO4 + K2CrO4 О бразовавш ую ся х ромовую кислоту опред еляю т иод ометрически, оттитровы вая вы д еливш ийся йод гипосульф итом. 2K2CrO4 + 16HCl + 6KJ = 10KCl + 2CrCl3 + 8H2O + 3J2 3J2 + 6Na2S2O3 = 6NaJ + 3Na2S4O6 гд е SO42-соответствует CrO4 → 3J → 3Na2S2O3 или 96 г SO4-2 соответствует трем нормальностям Na2S2O3 или 32 гSO4-2 соответствуетод ной нормальности Na2S2O3. Р еактив ы : 1 - С оляная кислота: раствор 2,5 н. Берут20,8 мл конц . HCl (уд . вес 1,19 ) и д овод ятд о100 млд истиллированнойвод ой. 2 - Раствор х ромовокислого бария. 19,44 гх имически чистого K2CrO4 и 24,44 гх имически чистого BaCl2 * 2H2O. Растворяю ткаж д ы йиз них в 1 л д истиллированной вод ы , затем нагреваю т д о кипения и сливаю т оба раствора в мерную колбу на 3 л. О бе литровы е колбы необх од имо ополоснуть д истиллированной вод ой и вы лить в трех литровую колбу. Д аю т некоторое время постоять, чтобы ж ид кость над осад ком х ромовокислого бария посветлела, и затем её сливаю т. О ставш ийся осад ок промы ваю т 3 - 5 раз д истиллированной вод ой. О сад ок переносятв литровую колбу и д овод ятзатем д о литра д истиллированнойвод ой. 5 мл этой суспензии осаж д аю т96 мгсульф ат-иона. М ож но пользоваться и сух им х имически чисты м х ромовокислы м барием. Т огд а берут0, 5 гBaCrO4 на 200 мл исслед уемойвод ы . 3 - 10 %- ны й раствор йод истого калия. Раствор необх од имо х ранить в темноте. 4 - 5 %- ны й раствор аммиака. Берут 20 мл 25 %- ного раствора аммиака и д овод ятд о100 млд истиллированнойвод ой. 5 - 0,05 н раствор гипосульф ита (серноватистокислого натрия). Растворяю т 6,2 гNa2S2O3 ⋅ 5H2O д истиллированнойвод ойв мернойколбена 1 л. Х одопр едел ения Количество исслед уемой вод ы д ля опред еления SO4-2 необх од имо брать на основекачественного испы тания анализируемого раствора. Д ля опред еления сульф атов берутв коническую колбу на 300 – 400 мл200 мл исслед уемойвод ы , если ж е берут не 200 мл, а менее (в случае повы ш енного сод ерж ания сульф атов), то д о 200 мл д овод ят д истиллированной вод ой. Н агреваю т ж ид кость д о кипения, а затем прибавляю т осторож но понемногу, 5 мл взболтанной суспензии (BaCrO4) и 1 мл 2,5 н раствора соляной кислоты . О ставляю т кипеть ж ид костьещ ё минуты 3 – 4. В это время появляется ж елто-красная или бурая окраска ж ид кости.

15 Затем, сняв колбу с нагрева, нейтрализую т горячую ж ид кость 5 %ны м аммиаком по каплям д о перех од а окраски в лимонно-ж елты й ц вет. П ары аммиака, скапливаю щ иеся в колбе, прод уваю т груш ей и проверяю т по лакмусовой бумаге ж ид кость на слабощ елочную реакц ию . Т ак нейтральная или слабощ елочная смесь, осты вш ая д о комнатной температуры , переносится в мерную колбу на 250 мл. Т уд а ж е сливаю т смы вны е вод ы , которы ми и д овод ят мерную колбу д о метки. П осле взбалты вания, ф ильтрую т сод ерж имое 250 миллилитровой колбы через сух ой склад чаты й ф ильтр, отбрасы вая первы епорц ии ф ильтрата, а из остальной части ф ильтрата готовят2 параллельны епробы . В д веконическиеколбы с притерты ми пробками (объемом 200 мл) отмеряю тпо100 млф ильтрата, за тем д обавляю тпо10 мл 10 %- ного раствора йод истого калия (мож но1 гсух ого KJ) и по 10 мл 2,5н раствора соляной кислоты и оставляю тстоять в темноте, в прох лад ном месте ( в х олод ной вод е ), плотно прикры ты е пробками, на 15–20 мин. П ослеэтого вы д еливш ийся йод титрую т0,05н раствором гипосульф ита д о слабо-ж елтого ц вета, а затем прибавляю т 1 мл 2 %- ного раствора крах мала и д отитровы ваю т д о исчезновения синего оттенка. Количество 0,05 н раствора гипосульф ита, пош ед ш еена титрование, эквивалентноионам сульф ата. П оправку на нормальность серноватистокислого натрия устанавливаю т, как обы чно, по д вух ромовокислому калию . Э тот метод применим к вод ам, гд е сод ерж аниесульф атов вы ш е10 мг/л. Р ас чет. С од ерж ание сульф атов в вод е рассчиты ваю т след ую щ им образом: 1мл 1н. раствора Na2S2O3 соответствует 32 мгSO42-, а 1 мл 0,05н. Na2S2O3 соответствует1,6 мг. Д ля титрования взято 200 мл исслед уемой вод ы , которую обрабаты вали и затем развели д о 250 мл. И з этого количества взято 100 мл и на титрованиеих прош лоnсред мл0,05н. раствора Na2S2O3, а на всю пробу 2,5 nсред . 2,5 ⋅ nс р ед⋅ 1,6 ⋅ 1000 SO4-2 = м г/л , V гд е nсред – количество 0,05 н раствора серноватисокислого натра, пош ед ш еена титрование, в мл ( посред нему результату д вух проб); 1,6 – пересчетны й коэф ф иц иент из 0,05 н. раствора гипосульф ита на сульф ат– ион; V – объем исслед уемой вод ы , взятой д ля опред еления сульф атов (в наш ем случае200 мл); 1000 – пересчетна литр. В привед енном случаерасчетмож етбы тьупрощ ен и произвед ен по ф ормуле: SO4-2 = 20 ⋅ n с р ед м г/л (если Na2S2O3 0,05 н , проба вод ы – 200 мл, разбавлена д о 250 мл, д ля титрования взято100 мл).

Р абота № 5. О пр едел ение хл ор идов

16 Х лор-ион – важ нейш ий показатель минерализац ии генезиса природ ны х вод . О н сод ерж ится во всех типах природ ны х вод , начиная с атмосф ерны х осад ков, в которы х его конц ентрац ия составляет от д есяты х д олей д о ц елы х мг/л. С од ерж ание солей х лористовод ород ной кислоты (HCl) в пресны х вод оемах обы чно превы ш ает 40 мг Cl-/л, но мож ет бы ть значительно больш е (источником являю тся в таком случае сточны е вод ы ). В х лорид но-натриевы х , кальц иевы х и магниевы х рассолах сод ерж ание Cl- иона д ох од ит д о 200 – 300 г/л. Х лорид ы могут бы ть как минерального (засоленны е почвы ), так и органического происх ож д ения. Количественное опред еление х лорид ов необх од имо д ля оц енки вод ы в санитарном отнош ении. С ущ ествует несколько метод ов опред еления х лорид ов: весовой, потенц иометрический, турбид иметрический, объемны е: аргентометрический, меркуриметрическийи д р. Н аиболее точны м метод ом опред еления больш их количеств х лор-иона при его сод ерж ании отд есятков мг/л д о более вы соких конц ентрац ий является весовой метод . В полне уд овлетворительны е результаты д ает объемны й аргентометрический метод с х роматом калия в качестве инд икатора, особенно д ля вод , сод ерж ащ их неболее2 – 3 гх лор-иона в 1 л. В кислы х и серовод ород ны х вод ах опред елениеCl- провод ится род анид ны м метод ом. М алы е количества CI(д о 10 мг/л) след ует опред елять турбид иметрическим метод ом. Х орош ие результаты д ает и меркуриметрический метод , не уступаю щ ий по точности аргентометрическим метод ам. О бъем ное ар гентом етр ичес кое опр едел ение с хр ом атом кал ия (объем ны й м етодМ ор а) Э тотметод основан на образовании малорастворимого осад ка х лористого серебра, получаемого при реакц ии Cl- с раствором азотистогосеребра: NaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl↓ Д ля опред еления конц а этой реакц ии д обавляю т K2CrO4 в качестве инд икатора. П ри наличии в вод е х лорид ов происх од ит вы пад ение в осад ок х лористого серебра, когд а все ионы х лора буд ут связаны . И оны серебра вступаю т в реакц ию с ионами х ромовой кислоты и образую ткрасно-буры й осад ок х ромовокислого серебра: K2CrO4 + 2AgNO3 = Ag2CrO4↓ + 2KNO3 Растворимость осад ка AgCl значительно меньш е растворимости осад ка Ag2CrO4, которы й при наличии свобод ны х ионов х лора неустойчив, он растворяется и серебро прочно связы вается с х лором. Т олько после полной реакц ии серебра со всеми ионами х лора образуется устойчивы й осад ок Ag2CrO4.П оявлениекрасно-бурого осад ка Ag2CrO4 указы ваетна конец титрования. Р еактив ы :

17 1. Калий х ромовокислы й, 10%-ны й раствор. 2. С еребро азотнокислое, 0,1 н раствор. (17 гAgNO3 растворяю т в 1л д истиллированной вод ы . Н ормальность раствора устанавливаю тпо ф иксаналу х лористого натрия с инд икатором х ромовокислы м калием). П роизвод ятд ва опред еления: ориентировочноеи точное. Е сли по д анны м ориентировочного опред еления вод а сод ерж ит больш ое количество Cl- - иона, то д ля точного опред еления ее разбавляю т д истиллированной вод ой. О бъем разбавленнойвод ы д ля точного опред еления отбираю тс таким расчетом, чтобы на од ноопред елениерасх од овалось5 – 10 мл0,1 н раствора AgNO3. Х одопр едел ения О р иентир ов ачное опр едел ение. В пробирку отмеряю тпипеткой 1мл исслед уемой вод ы и прибавляю т 1 каплю 10%-ного раствора K2CrO4. Затем при постоянном помеш ивании прибавляю т из бю ретки по каплям 0,1 н раствора AgNO3 д о появления неисчезаю щ ейбурой окраски. (1 капля соответствуетобъему равному 0,1 мл). С од ерж аниех лор-иона рассчиты ваю тпо ф ормуле: CI- = V ·N ·К ·35,5 ·1000 м г/л , гд е V – объем раствора азотнокислого серебра, израсх од ованного на опред елениех лор – иона в 1 мл вод ы , мл; N– нормальностьраствора азотнокислого серебра; К – поправочны йкоэф ф иц иентктитру азотнокислого серебра. Т очное опр едел ение. Е сли при ориентировочном опред елении найд енное сод ерж ание х лор – иона не превы ш ает 400 мг/л, точное опред еление производ ятв 50 мл вод ы (при болеевы соком сод ерж ании Cl- отбираю тсоответственно меньш ееколичество вод ы ). К исслед уемой вод еприбавляю т0,5 мл 10% - ного раствора K2CrO4 и при постоянном помеш ивании титрую т 0,1 н раствором AgNO3 д опоявления неисчезаю щ ейбуройокраски ж ид кости. С од ерж аниех лор – иона рассчиты ваю тпо ф ормуле: V1 ·N · K· 35,46 ·1000 Cl- = м г/л , V гд еV1 – объем раствора азотнокислого серебра, израсх од ованного на опред еление, мл; N – нормальностьраствора азотнокислогосеребра; К – поправочны йкоэф ф иц иентктитру азотнокислогосеребра; V – объем исслед уемойвод ы , мл; 35, 46 – эквивалентны йвес Cl- ; 1000 – перевод в литр. О пр едел ение попр ав очного коэффициента к титр у AgNO3. В коническую колбу на 200 мл вносят10 мл 0,1 н р-ра NaCI и 90 млд истиллированнойвод ы ,

18 прибавляю т 3 капли 10% р-ра К 2С rО 4. С од ерж имоеколбы титрую т0,1 н раствором AgNO3 д о перех од а лимонно-ж елтой окраски мутного раствора в оранж ево-красную , неисчезаю щ ую в течение15-20 сек. П оправочны й коэф ф иц иент рассчиты ваю тпорезультатам д вух титрований: 20 K = , V1 + V2 гд еV1, V2 – количество AgNO3 , пош ед ш еена каж д оетитрование, мл. О бъем ное ар гентом етр ичес кое опр едел ение с р оданидом О саж д ениех лор-иона производ ятв азотнокислойсред еизбы тком нитрата серебра. П ослед ний оттитровы ваю т род анисты м аммонием или калием в присутствии инд икатора – ж елезоаммонийны х квасц ов: Cl- + Ag+ = AgCl Ag+ + CNS- = AgCNS Как только заканчивается осаж д ение серебра, род анид аммония образует с ж елезоаммонийны ми квасц ами род анид ж елеза, окраш иваю щ ий раствор в красны йц вет. Э то опред еление д ает точны е результаты только при соблю д ении условий, исклю чаю щ их ош ибку, связанную с несколько больш ей растворимостью х лорид а серебра посравнению с род анид ом серебра. П ри обратном титровании избы тка ионов серебра род анид ом аммония возмож на реакц ия Ag Cl + CNSAgCNS + ClЧ тобы избеж атьэтого, над оотд елитьосад окх лорид а серебра отраствора, сод ерж ащ его ионы серебра, или прибавитькраствору растворитель, не смеш иваю щ ийся с вод ой (нитробензол, четы рех х лористы й углерод , х лороф орм). П ри взбалты вании раствора х лорид серебра сбивается в комки на границ е обеих ж ид костей; органический растворитель защ ищ ает осад ок от вод ного раствора, что пониж ает скорость растворения х лоид а серебра, а след овательно, и скоростьегореакц ии с род анид ом. Р еактив ы : 1 - Кислота азотная (1:2). 2 - М арганц евокислы йкалий, 0, 1 н раствор. 3 - Н итробензол, прод аж ны йреактив. 4 - Род анисты й аммоний или род анисты й калий. 0,1 н раствор. (8 гNH4CNS или 10 гKCNS растворяю тв 1 л д истиллированной вод ы и устанавливаю тнормальностьс помощ ью 0,1 н раствора AgNO3 ). 5 - Раствор ж елезоаммонийны х квасц ов. К насы щ енному раствору квасц ов (около 14 гна 100 мл) прибавляю тконц ентрированную азотную кислоту д о исчезновения буройокраски и затем ещ енебольш оеколичествоее.

19 Х одопр едел ения Е сли в вод е присутствую т серовод ород или органические вещ ества, восстанавливаю щ ие соли серебра, к отмеренному объему вод ы , сод ерж ащ ему не более10 – 20 мгCl- , прибавляю т1 мл HNO3 (1:2) и 0,1 н раствор КMnO4 д о розовой окраски, не исчезаю щ ей в течение 5-10 мин. Затем к вод е прибавляю т 1 мл нитробензола, 10 мл 0, 1 н раствора AgNO3 и взбалты ваю т д о тех пор, пока осад ок не соберется в крупны е х лопья. Д алее прибавляю т 1 мл раствора ж елезоаммонийны х квасц ов и оттитровы ваю т избы ток серебра 0, 1 н раствором NH4CNS д о появления неисчезаю щ ейоколо 1 мин красно-коричневойокраски. Е сли окраска появится от первы х капель NH4CNS, опред еление повторяю т с меньш им объемом вод ы . С од ерж аниех лор-иона рассчиты ваю тпо ф ормуле: (V1N1 - V2N2) · 35,46 ·1000 Cl = м г/л , V гд е V– объем исслед уемойвод ы , мл; V1– объем прибавленногораствора азотнокислогосеребра, мл; N1 – нормальностьраствора азотнокислого серебра; V2 – объем раствора род анид а аммония, израсх од ованного на обратное титрование, мл; N2 - нормальностьраствора род анид а аммония; 35, 46- эквивалентны йвес Cl- . Р абота № 6. О пр едел ение кар бонатов Карбонаты могут нах од иться в вод ах , имею щ их щ елочную реакц ию (рН > 8,37). Т аких природ ны х вод немного. О д нако, в период «ц ветения» вод ы в результате ф отосинтеза исчезает свобод ная С О 2 и соотнош ение меж д у разны ми ф ормами угольной кислоты сд вигается в щ елочную сторону образования карбонатов. Э тотпроц есс наблю д ается почти во всех стоячих вод оемах в сред них и ю ж ны х ш иротах наш ейстраны . П р инцип м етода Е сли исслед уемая вод а д аетрозовы й ц ветс ф енолф талеином, то в ней мож но опред елить карбонаты путем титрования пробы кислотой д о момента обесц вечивания инд икатора, т.е. рН = 8,3. Реакц ия протекаетпосх еме: Na2 CO3 + HCI = NaHCO3 + NaCI т.е. на од ну молекулу карбоната ид ет од на молекула кислоты . Ф енолф талеин меняет свой ц вет при таком рН , при котором конц ентрац ия карбоната д остигает97,5% отвозмож ного. В соответствии с граф иком таким титрованием мы оставляем 2,5% карбонатов (отисх од ного количества) неразлож енны ми, т.е. неоттитрованны ми.

20 Р еактив ы : 1. 0,1 н (или 0,05 н) р-р Н CI 2. 1% -ны йспиртовы йр-р ф енолф талеина Х одопр едел ения В колбу емкостью 200 мл наливаю т100 мл исслед уемой вод ы , прибавляю т 3 капли ф енолф талеина и титрую т 0,1 н HCI д о обесц вечивания инд икатора. П од конец титрования над о по каплям прибавлять кислоту и пробу осторож но перемеш ивать круговы ми д виж ениями. В противном случае С О 2 из возд ух а буд етрастворяться в пробеи окаж етвлияниена конец титрования. Л учш етитрование пробы производ ить в колбе с пробкой и после прибавления кислоты , колбу закры ть пробкой и осторож но перемеш ать пробу. Н ельзя еерезко встрях ивать. Рекоменд уется в качествесвид етеля ряд ом ставитьколбу с д истиллированной вод ой, а, если исслед уемая вод а имеет ц ветность, то с исслед уемой вод ойили немногоперетитрованную пробу. Р ас чет: n ·F ·2,2 ·1000 A = м гС О 2 /л , V гд е n - количество 0,1 н HCI, пош ед ш ейна тированиеобъема пробы , мл; F- поправка на 0,1 н Н CI (метод ика опред еления F привед ена в работе№ 7). 2,2 – коэф ф иц иент, соответствую щ ий количеству С О 2 при д обавке 1 мл 0,1 н раствора кислоты . Т ак как реакц ия нед аетсвобод ной С О 2 , а она образуется только послеприбавления второймолекулы HCI : NaHCO3 + HCI = NaCI + CO2 + H2O , то и берется половина отС О 2 (44:2=22, а д ля 0,1 н раствора буд ет2,2); 1000 – перевод в литр. Р абота № 7. О пр едел ение бикар бонатов Н аибольш ее количество солей в пресной вод е нах од ится в ф орме бикарбонатов. Н екоторы е исслед ователи считаю т, что количество бикарбонатов является главной х арактеристикой солености пресны х вод так ж е, как д ля морских – количествох лора. Э то справед ливо д ля больш инства пресны х вод . В некоторы х случаях (вы х од под земны х вод , залегание вод оема сред и солончаков, сброс в вод оем сильно минерализованны х промы ш ленны х сточны х вод ) количество бикарбонатов меньш ед ругих ионов (обы чно х лора, сульф ата). О д нако таких вод значительно меньш е, чем вод с преоблад анием бикарбонатов. О пред еления бикарбонатов мож но произвести путем титрования пробы кислотой, д о полного разлож ения бикарбонатов по сх еме: Ca(HCO3)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2С O3 2H2O + 2CO2

21 Конец реакц ии опред еляется по изменению ц вета инд икатора метилоранж а из ж елтого в розоваты й (pH около 4,5). В случае больш ого количества бикарбонатов в вод е вы д еляю щ ую CO2 уд аляю т из сф еры реакц ии путем прод увания возд ух а из груш и через пробу. Как вид но из уравнения, каж д ая молекула HCl вы тесняетод ну молекулу CO2 , т.е. 1н. HCl соответствует44 гCO2. Р еактив ы : 1 - 0,1н (или 0,05 н) раствор HCl. И ногд а использую тся 0,01н раствором. 2 - И нд икатор метилоранж , 0,1% – ны й раствор. 3 - С в идетел ь. Ч тобы всегд а д отитровы вать д о опред еленного ц вета инд икатора рекоменд уется приготовить свид етель. Д ля этого в колбочку (такую ж е как и при титровании) наливаю т 100 мл х орош ей д истиллированной вод ы (лучш е брать бид истиллят), 3 капли метилоранж а и насы щ аю твод у CO2 д ы х анием (прод увать через стеклянную трубочку, с влож енной ватой со стороны рта). В од а имеет pH = 4,47.О на буд ет служ ить эталоном, д о какого ц вета над о д отитровы вать. 4 – 0,1 н раствор буры . Х одопр едел ения 1.О пр едел ение бикар бонатов в пр обе. В колбу емкостью 200 мл наливаю т 100 мл исслед уемой вод ы , прибавляю т 3 капли метилоранж а и титрую т кислотой 0,1 н р-ром Н С I д о появления у инд икатора ц вета аналогичногоц вету свид етеля. П ри таком способе титрования получаю т х орош ую сх од имость результатов. П ри навы ке в работе мож но получать х орош ие результаты , если брать д аж е меньш ее количество исслед уемой вод ы : 50,25 и д аж е10 мл. В послед нем случаетитрованиенад о вести в ш ироких пробирках , чтобы легчеразличатьоттенки ц ветов, а кислоту брать0,01 н. 2. О пр едел ение нор м ал ьнос ти НС I. Д ля опред еления поправочного коэф ф иц иента к нормальности Н С I ( 0,1 н) пользую тся точны м 0,1 н раствором тетрабората натрия ( Na2 B4 O7 • 10 Н 2О ) назы ваемы м такж ебурой. Раствор буры весьма устойчив, мож етбы тьприготовлен д остаточно точно и х орош о титруется с метилоранж ем. В коническую колбу на 250 мл отмеряю тпипеткой 15 мл 0,1 н раствора буры и д обавляю тц илинд ром 85 мл д истиллированной вод ы . Затем д обавляю т23 капли метилоранж а. Т итруемы й раствор д олж ен бы ть окраш ен не очень интенсивно, иначе это затруд няет наблю д ение за перех од ом окраски. П робу титрую т д о слабо-оранж евой окраски с розовы м оттенком. П оявивш аяся окраска не д олж на исчезать в течение 2-3 минут. П ри д альнейш ем д обавлении Н С I к титруемому раствору интенсивностьрозовойокраски нарастает. Т итрование повторяю т2 - 3 раза, расх ож д ение меж д у параллельны ми опред елениями нед олж но превы ш ать0,5 мл. Берутсред неариф метическоезначение опред еления и поправочны йкоэф ф иц иентрассчиты ваю тпо ф ормуле: n(м л ) Na2B4O2 K = n(м л )HCl

22 Вы чис л ение р езу л ьтатов провод ятпо ф ормуле:

3.

n ·F ·4,4 ·1000 A

=

м гС О 2 /л (бикар бонатов ),

V гд е n – количество0,1 н кислоты , пош ед ш ейна титрованиепробы V мл; F – поправка на 0,1 н кислоту; 4,4 – коэф ф иц иент1 мл 0,1 н. кислоты освобож д ает4,4 мгCO2 из бикарбоната (д ля 0,05 н. он буд етравен 2,2, а д ля 0,01 н. – 0,44); 1000 – перевод на литр. Д ля перерасчета в мг-экв пользую тся уравнением А * 0,0227 = мг-экв. Э та метод ика проста, и д ля больш инства количества вод она вполнеприменима. О д нако необх од имо иметь в вид у, что д ля некоторы х вод она д аетповы ш енную ош ибку. Е сли в вод е имею тся д ругиеионы слабы х кислот(ф осф атны е, гуминовы е, кремневая и д р.), то соляная кислота буд етвступатьв реакц ии с ними, а этопривед еткзавы ш енны м результатам. Е сли вод а имела pH > 8,37, то в ней сод ерж ались карбонаты . Ч асть кислоты пош ла на разлож ениекарбонатов посх еме: CaCО 3 + 2HCl = CaCl2 + H2С O3 H2O + CO2 след овательно, присутствиекарбонатов в вод етакж епривод иткзавы ш енны м результатам. Ч тобы избеж атьэтого, необх од имовы честьиз количества бикарбонатов количествокарбонатов. У казанная метод ика, несмотря на всю еепростоту, д аетх орош иерезультаты д ля под авляю щ егобольш инства пресны х вод . О ш ибка опред елений обы чнонепревы ш ает0,5 %, если присутствуетбольш оеколичествобикарбонатов. Р абота № 8. О пр едел ение общ его с одер жания ионов Na+ иК+ р ас четны м с пос обом И он натрия, так ж екаки ионы кальц ия и магния, присутствую тво всех припод ны х вод ах . Е го количество колеблется от нескольких мг/л (ультрапресны е вод ы ) д о д есятков и д аж е 100 мг/л и более (некоторы е типы рассолов). С од ерж ание иона калия в природ ны х вод ах обы чно значительно меньш е, что объясняется повы ш енной сорбц ией К + поглощ аю щ им комплексом почв и пород и расх од ом егона питаниерастений. С ущ ествуетмного метод ов как совместного, так и разд ельного опред еления ионов натрия и калия. Н аиболеепросты м является расчетны й метод совместного опред еления ионов (Na+ + К +). О д нако этотметод д аетуд овлетворительны е

23 результаты в тех случаях , когд а опред еление остальны х катионов и анионов вы полнены с необх од имойточностью . В правильновы полненном анализевод ы сумма эквивалентов катионов равна суммеэквивалентов анионов. Зная сод ерж аниевсех основны х анионов (HCO3– , CO32– , SO42–, CI– ) и всех катионов ( С а2+, М g2+ ), за исклю чением Na+ и К +, по разности получаю т сумму их миллиграмм-эквивалентов.Результаты анализа вод ы д ля расчета сод ерж ания суммы Nа+ + К + занести в таблиц у 4. Т аблиц а 4 - С од ерж ание макрокомпонентов в результатех имического анализа вод ы . О сновны еионы

С од ерж аниеионов в мг/л

С од ерж ание ионов в мг-экв/л

Катионы : С а2+ М g2+ И того: А нионы : Н С О 3– С О 32SO42CIИ того:

Т ак как сод ерж ание иона К + в природ ны х вод ах бы вает, как правило, очень мало, то условно считаю тполученную разностьэквивалентов соответствую щ ей иону Nа+. Д ля вы числения сод ерж ания натрия в мг/л умнож аю тполученноеколичество мг-экв/лна эквивалентны йвес натрия, равны й23. Н апример: С умма всех анионов равна 30,14 мг-экв/л. С умма всех катионов равна 12,80 мг-экв/л. С умма ионов (Nа+ + К + ) равна 17,34 мг-экв/л. Т огд а сод ерж аниеNа+ = 17,34 ·23 = 399 мг/л Р абота № 9. О пр едел ение в зв еш енны х в ещ ес тв Д ля опред еления взвеш енны х вещ еств х орош о взбалты ваю тисслед уемую пробу, отбираю тиз нее100 мл вод ы и ф ильтрую теечерез склад чаты й ф ильтр. П олученны йна ф ильтреосад оквы суш иваю тв суш ильном ш каф у при темпера-

24 туре 105 С д о постоянного веса, затем ох лаж д аю т до комнатной температуры . К оличество взвеш енны х вещ еств провод ятпоф ормуле: о

(A1 - A2 ) ·1000 X

=

, м г/л

V гд еА1 – вес ф ильтра с вы суш енны м послеф ильтрования осад ком, мг; А0 – вес чистого ф ильтра, мг; V – объем пробы , взятойд ля исслед ования, мл

Л итер ату р а 1. Н иканоров А. М . Г ид рох имия / А. М . Н иканоров, Е .В . П осох ов - Л .: Г ид рометеоизд ат, 1985. – 232 с. 2. Ц ы ц арин Г . В В вед ениев гид рох имию / Г . В . Ц ы ц арин - М .: И зд - во М оск. ун-та, 1988. – 104 с. 3. Резников А. А. М етод ы анализа природ ны х вод / А. А. Резников, Е .П . М умековская, И .Ю . С околов - М .: Н ед ра, 1970. – 488 с. 4. Ц ы ц арин Г . В . Г ид рох имический практикум / Г . В . Ц ы ц арин, Н .А. Ш мид еберг– М .: И зд -воМ оск. ун-та, 1972. – 128 с. 5. С троганов Н . С . П рактическое руковод ство по гид рох имии / Н . С . С троганов, Н .С . Бузинова – М .: И зд -во М оск. ун-та, 1980. – 257 с.

25 П рилож ение Т аблиц а 5 - П оказатели и сод ерж аниевред ны х вещ еств (наиболеечасто встречаю щ их ся в природ ны х вод ах на территории РоссийскойФ ед ерац ии) П оказатели

Запах при 200С ,баллы , неболее В кус и привкус при 200С ,баллы ,неболее Ц ветность, град усы , неболее М утностьпостанд .ш кале,мг/л,неболее В од ород ны йпоказатель(рН ) О бщ ая минерализац ия (сух ойостаток), мг/л Ж есткостьобщ ая, мг-экв/л, неболее О кисляемостьперманганатная, мг/л Растворенны йкислород , мг/л Х П К , мгО /л, невы ш е Б П К 5 , мгО 2/л, неболее Н еф тепрод укты , (суммарно) мг/л, неболее С П А В , (анионоактивны е)мг/л , неболее Ф осф аты , мг/л, неболее NH4+ (по азоту), мг/л, неболее NO2- (по азоту), мг/л,неболее NO2- ( поNO2-) ,мг/л, неболее NO3- ( поазоту) , мг/л, неболее NO3- ( поNO3-) ,мг/л, неболее С ульф аты (SO42– ) ,мг/л, неболее Х лорид ы (С I-) ,мг/л, неболее Ф торид ы (F-), мг/л, неболее Г ид рокарбонаты (Н С О 3-),мг/л,более Ц ианид ы (С N-) ,мг/л, неболее Кальц ий( С а2+) ,мг/л М агний( М g2+) ,мг/л Н атрий( N+), мг/л Калий( К +) ,мг/л Ж елезо (Fe ,суммарно) ,мг/л, неболее Кад мий(Cd,суммарно), мг/л, неболее Активированная кремнекислота (по Si), мг/л, М арганец (М n,суммарно), мг/л, неболее М ед ь( С u,суммарно),мг/л, неболее Н икель(Ni ,суммарно) ,мг/л, неболее Ртуть(Hg,суммарно) ,мг/л, неболее Ц инк(Zn2+), мг/л,неболее

Н ормативы П Д К д ля вод х озяйственно- д ля вод ры питьевого назначения бох озяйственного назначения 2 2 20 (35) 1,5 (2,0) 6,0 – 9,0 6,5 – 8,5 невы ш е1000(1500) 1000 7 (10) 7 5,0 нениж е4 нениж е6 15 30 3 2 0,1 0,05 0,5 0,1 3,5 0,6 2 0,5 1,0 0,02 3,3 0,08 10,2 9,1 45 40 500 100 350 300 1,5 0,75 500 д о400-500 0,1 0,05 200 180 40 200 120 50 0,3 ( 1,0) 0,1 0,001 0,0005 10,0 20,0 0,1 (0,5) 0,01 1,0 0,001 0,1 0,01 0,0005 0,0001 5,0 0,01

26 С одер жание П ред исловие… … … .. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .3 Х имическийсостав природ ны х вод … … … … … … … … … … … … … … ..3 Работа№ 1. О пред елениеф изических свойств вод ы … … … … … … … … 5 Работа№ 2. О пред елениекальц ия… … … … … … … … … … … … … … … ...9. Работа№ 3. О пред елениемагния (по разности)… … … … … … … … … … 11 Работа№ 4. О пред елениесульф атов… … … … … … … … … … … … … … ..13 Работа№ 5. О пред елениех лорид ов… … … … … … … … … … … … … … … .16 Работа № 6 О пред елениекарбонатов… … … … … … … … … … … … … … .19 Работа№ 7. О пред елениебикарбонатов… … … … … … … … … … … … … ..20 Работа№ 8. О пред елениеобщ его сод ерж ания ионов Na+ и К + расчетны м способом … … … … … … … … … … … … 22 Работа № 9. О пред елениевзвеш енны х вещ еств… … … … … … … … … … .23 Л итература… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..24 П рилож ение… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .25

27

С оставитель Ред актор

П рож орина Т атьяна И вановна Бунина Т . Д .

28