Определение общей жесткости воды

Авторская разработка Качалова Ивана Юрьевича, к.б.н.
«Определение общей жесткости воды»
Предмет: Аналитическая химия.
Тема: Определение общей жесткости воды методом комплексонометрии.
Место учебного занятия: для специальности
«Охрана окружающей среды и
рациональное использование природных ресурсов»: раздел «Титриметрический анализ»,
Кружок по экологической химии в системе дополнительного образования.
Тип учебного занятия: лабораторная работа.
Цели учебного занятия:
Образовательные:
научить определять общую жесткость воды комплексонометрическим методом;
закрепить навыки работы с лабораторным оборудованием.
Развивающие:
развивать вычислительные навыки;
формирование основ на примерах показывающих связь изученного материала с
жизнью, а именно показать применение комплексонометрии в своей специальности.
Воспитательные:
способствовать воспитанию любви к родной природе, чувства гражданской
ответственности за охрану и рациональное использование, сохранность природных
богатств родины;
воспитывать чувство ответственности и дисциплинированности при выполнении
лабораторной работы.
Задачи учебного занятия:
Научиться определять жесткость воды комплексонометрическим методом;
закрепить навыки титрования.
Продолжительность занятия: 90 мин.
Материалы и оборудование: конические колбы , мерные колбы на 100 мл, бюретки для
титрования на 25 мл, реактивы: трилон Б 0,05 н., индикатор эриохром черный Т,
водопроводная вода, аммиачно-буферная смесь; таблицы, карты - инструкции
Ход учебного занятия
I. Организационный момент
II. Актуализация знаний учащихся
Сегодня мы с Вами будем говорить о воде.
Что говорили о ней знаменитые люди:
Фалес Вода есть первопричина всего сущего
Антуан де Сент Экзюпери Нельзя сказать, что вода необходима для жизни, она и есть
жизнь
Луи Пастер Человек выпивает 90% своих болезней
Вода является универсальным растворителем на планете Земля. Как в загородных
домах, так и в городе в квартирах с централизованным водопроводом существует
проблема жесткой воды. Жесткость воды зависит от наличия в ней солей кальция и
магния. Жесткость воды является характеристикой конкретного источника водоснабжения
и не изменяется в процессе подготовки питьевой воды к централизованному
водоснабжению. Как определить степень жесткости воды?
1. Одинакова ли питьевая вода по своим свойствам? (нет)
2.Чем она отличается? (содержанием различных веществ, жесткостью)
Так ли правильно с точки зрения химика аналитика называть воду водой?
Ответ: Конечно не правильно.
Растворы, но не вода.
Воды в природе нет в природе есть растворы.
А что же о воде всё говорят?
Так это ж разговоры.
Абсолютно чистой воды в природе не существует. Она всегда содержит различные
примеси как в растворенном, так и во взвешенном состоянии. От концентрации и природы
этих примесей зависит пригодность воды для бытовых и промышленных нужд.
Общая жесткость является одним из показателей качества воды.
3.Что такое жесткость воды?
Жесткость воды определяется содержанием в ней растворимых солей магния,
кальция, гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов.
4. Какие виды жесткости воды Вы знаете?
Жесткость временная (карбонатная) обусловлена содержанием гидрокарбонатов
кальция и магния.
Жесткость постоянная (некарбонатная) обусловлена присутствием в воде хлоридов,
сульфатов и других солей магния и кальция.
Общая жесткость воды представляет сумму жесткости карбонатной и
некарбонатной.
5. Почему нежелательно использовать жесткую воду в быту?
Жесткая вода образует, плотные слои накипи на внутренних стенках паровых
котлов и кипятильников, в ней плохо развариваются пищевые продукты, при стирке белья
в жесткой воде расходуется больше мыла.
III. Проверка знаний
Тема лабораторной работы: "Определение общей жесткости воды
комплексонометрическим методом". Запишите ее в тетрадь.
Попробуйте сформулировать задачу занятия сами.
Задача: Научиться практическим путем определять общую жесткость воды,
используя титриметрический анализ, в частности комплексонометрический метод.
Вспомним основы комплексонометрического метода анализа.
1. В чем состоит сущность комплексонометрического метода?
Сущность комплексонометрического метода состоит в образовании комплексных
соединений анализируемых катионов с органическими реагентами - комплексонами.
2.Что такое титрование?
Титрование - постепенное добавление раствора известной концентрации к раствору
с неизвестной концентрацией до достижения точки эквивалентности.
3. Что такое точка эквивалентности?
Точка эквивалентности - момент окончания реакции, т.к. вещества реагируют
между собой в эквивалентных количествах.
4. С помощью чего устанавливают точку эквивалентности в комплексонометрии?
(индикатора)
5. Что такое индикатор в комплексонометрии?
Индикаторы - вещества, при помощи которых устанавливают момент
эквивалентности между взаимодействующими растворами.
6. Что такое стандартный (рабочий) раствор?
Стандартный раствор - раствор с точно установленной концентрацией,
используемый для титриметрических измерений.
7. Какие правила техники безопасности необходимо соблюдать при выполнении
практической работы?
Правила техники безопасности при работе со стеклянной посудой; жидкостями и
сыпучими, а также ядовитыми веществами.
III. Изучение нового материала
Для определения общей жесткости применяют метод комплексонометрии. В
основе этого метода лежит титрование воды в присутствии аммиачного буферного
раствора (рН 10,0) и индикатора (эриохром черный Т) раствором комплексона III
(этилендиаминтетрацетат натрия, Na2ЭДТА или трилон Б) до перехода розовой окраски в
голубую. при этом эриохром черный Т вытесняется из комплекса с ионами кальция и
магния более сильным комплексоном III с образованием прочного комплексного
соединения комплексона III с ионами кальция и магния. Эриохром черный Т представляет собой азокраситель, обладающий сопряженной системой двойных связей. С
ионами кальция и магния это соединение образует комплекс розово-фиолетового цвета.
Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА, трилон Б, или комплексон III) наиболее сильный из известных в настоящее время комплексонов. Количество ионов
кальция и магния, находящихся в связанном состоянии, определяют титрованием раствора
комплекса раствором ЭДТА (трилона Б) известной концентрации. Поскольку ЭДТА
является более сильным комплексоном по сравнению с эриохромом черным Т, то
последний вытесняется из комплекса с металлами, и в точке эквивалентности розовая
окраска комплекса исчезает, появляется голубое окрашивание, соответствующее раствору
свободного эриохрома черного Т.
Ввиду того, что солями жесткости являются соли разных катионов, имеющие
разную молекулярную массу, концентрация солей жесткости, или жесткость воды,
измеряется в единицах эквивалентной (молярной) концентрации – количеством моль/л
или ммоль/л. Такая единица называется градусом жесткости (ºЖ).
В России согласно ГОСТ Р 52029-2003 "Вода. Единицы жесткости" единица
измерения жесткости - "градус жесткости (0Ж)", величина которого соответствует 1 мгэкв./л.
Допустимая величина общей жесткости для питьевой воды и источников
централизованного водоснабжения составляет не более 7 ºЖ (в отдельных случаях – до 10
ºЖ).
IV. Выполнение лабораторной работы
Работа выполняется по парам. На столах имеются карты - инструкции.
В тетради:
Цель работы: определить общую жесткость воды методом комплексонометрии.
Оборудование: конические колбы , мерные колбы на 100 мл, бюретки для титрования на
25 мл, реактивы: трилон Б 0,05 н., индикатор эриохром черный Т, водопроводная вода,
аммиачно-буферная смесь, карты - инструкции.
Ход работы
1. Мерной колбой отмерить 100 мл исследуемой Н2О и перелить ее в коническую
колбу.
2. Добавить к воде 5 мл аммиачно-буферной смеси, затем 7-8 капель спиртового
раствора индикатора эриохром черного Т или щепотку его смеси с NaCl или KCl (сухую).
3. Тщательно перемешать, раствор окрасится в винно-красный цвет.
4. Смесь оттитровать 0,05н раствором Трилона Б. К концу титрования раствор
Трилона Б добавлять по каплям, встряхивая смесь в колбе после добавления каждой
капли.
5.Титрование можно считать законченным, если после добавления очередной
капли окраска раствора приобретает синий цвет с зеленоватым оттенком и с добавлением
лишней капли раствора комплексона не изменяется.
6. Определить объем трилона Б, израсходованного на титрование.
7.Титрование повторить 2-3 раза и для расчета взять среднее значение. Первое
титрование – примерное, чтобы понять в каком месте титрования находится точка
эквивалентности.
8. Произвести расчет общей жесткости воды.
Расчет:
Общую жесткость воды (мг-экв/л) вычисляют по формуле:
с 1000 𝑉
𝑉1
V - объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование пробы, мл;
с – нормальность раствора трилона Б - 0,05н;
1000- коэффициент пересчёта в л;
V1 - объем пробы воды взятой для титрования, мл (100 мл).
9. Заполните таблицу.
Жо =
№
п/п
Объём раствора
трилона Б, V
Нормальность
раствора
трилона Б, н
Объем пробы воды,
Жёсткость общая,
взятой для титрования,
Жо, мг-экв/л
мл, V1
1
2
3
10. Сделайте вывод о типе воды, пользуясь данными значениями жесткости воды.
Типы воды (по жесткости):
Жесткость
< 1.5
1,5-3.0
3,0-5,4
5,4-10,7
> 10,7
Группа воды
Очень мягкая
Мягкая
Средней жесткости
Жесткая
Очень жесткая
V. Закрепление материала и подведение итогов работы
Контрольные вопросы и задачи.
1. Какие способы устранения жесткости Вы знаете?
Способы устранения жесткости воды:
Карбонатная (временная) жесткость - кипячение; добавление известкового молока
или соды.
Некарбонатная (постоянная) жесткость - добавление соды.
Общая жесткость - путем ионообменных смол.
2. Что такое общая жесткость?
3. В каких единицах измеряется жесткость воды?
4.Объяснить изменение цвета раствора при титровании пробы воды раствором
ЭДТА.
5. Как определяют общую жесткость воды?
Задачи:
1. На титрование 200 мл Н2О израсходовано 8 мл 0,1 н. раствора комплексона III.
Вычислите общую жесткость воды. Ответ: 2 ммоль/л.
2. Определите карбонатную жесткость, если на титрование 200 мл Н2О
израсходовано 8 мл 0,05 н. раствора НС1. Ответ: 1 ммоль/л.
3. Вычислите общую, карбонатную и некарбонатную жесткость воды, если:
а) на титрование 200 мл Н2О израсходовано 7,6 мл 0,05 н. комплексона III;
б) на титрование 100 мл Н2О - 1,5 мл 0,1 н. НС1. Ответ: 0,95; 0,75;0,2 ммоль/л
Сегодня на уроке мы практическим путем определили общую жесткость воды.
Водопроводная вода, которую мы используем, является жесткой.