Определение общей жесткости воды

Теоретические основы.

Общую жесткость воды можно экспериментально определить титрованием органическим реагентом - трилоном Б (динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты). В качестве индикатора используется эриохром черный Т, который образует с ионами кальция и магния комплексную соль красного цвета. При добавлении к раствору трилона Б происходит ее разрушение и образование бесцветной комплексной соли металлов с трилоном Б. Когда количество добавленного трилона Б эквивалентно количеству ионов кальция и магния в воде, весь индикатор выделяется в свободном виде и окраска раствора меняется с красной на синюю. Реакция протекает в слабо щелочной среде, которую создают добавлением аммиачного буферного раствора (смеси водного раствора аммиака и раствора хлорида аммония).

Цель работы. Методом комплексонометрического титрования с трилоном Б определить общую жесткость воды. Зная значение временной жесткости, определить постоянную жесткость.

 

Порядок работы.

1. В коническую колбу отмерьте пипеткой точный объем жесткой воды (по указанию преподавателя), добавьте цилиндром 10 мл аммиачного буферного раствора, а затем несколько кристаллов индикатора - эриохрома черного Т.

2. Титруйте из бюретки раствором трилона Б до перехода красной окраски раствора в синюю.

3. Титрование проведите 3 раза.

 

Форма лабораторного отчета.

1. Название лабораторной работы.

2. Краткое описание, цель работы.

3. Номер варианта жесткой воды.......

4. Экспериментальные данные:

 

№ опыта
Объем трилона Б, V, мл

 

Объем жесткой воды V =.......

Концентрация раствора трилона Б С_{н (Тр.Б.)} =......

5. Расчеты:

а) средний объем раствора трилона Б:

V = =......

б) концентрация ионов кальция и магния в воде:

С_{н (солей)} = =.......

в) общая жесткость воды:

Ж_общ = С_{н (солей)} 1000 =........

6. Временная жесткость воды, определенная в работе 5,

Ж_врем =.......

7. Постоянная жесткость воды Ж_пост. =........

 

 

Типовые задачи и вопросы.

1. Можно ли постоянную жесткость воды устранить кипячением раствора? Напишите химические реакции устранения постоянной жесткости воды.

2. При определении общей жесткости воды на титрование 100 мл воды пошло 14,0 мл 0,0550 Н раствора трилона Б (ЭДТА). Найти постоянную жесткость, если временная жесткость равна 7,0 мэкв/л.

3. При определении общей жесткости воды на титрование 100 мл воды пошло 15,0 мл 0,0620 Н раствора трилона Б (ЭДТА). Найти постоянную жесткость, если временная жесткость равна 8,0 мэкв/л.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица 1.

Давление насыщенного водяного пара при различных температурах

 

t,^0C	h, мм рт ст	t,^0C	h, мм рт ст	t,^0C	h, мм рт ст
	4,58		17,54		42,18
	9,21		18,65		55,32
	9,84		19,83		71,88
	10,52		21,07		92,51
	11,23		22,38		118,0
	11,99		23,76		149,4
	12,79		25,21		187,5
	13,63		26,74		233,7
	14,53		28,35		355,1
	15,48		30,04		525,8
	16,48		31,82		760,0

 

 

Таблица 2.

Константы диссоциации некоторых слабых электролитов

 

Электролит	Kдис.	Электролит	Kдис.
К И С Л О Т Ы
HNO2	6.9 10^-^4	CH3COOH	1.7 10^-^5
H3BO3	7.1 10^-^10	H3PO4	K1 7.1 10^-^3
H2B4O7	K1 1.8 10^-^4	K2 6.2 10^-^8
K2 2.0 10^-^8	K3 5.0 10^-^13
HCOOH	1.8 10^-^4	HF	6.2 10^-^4
H2O2	2.0 10^-^12	H2CrO4	K1 1.6 10^-^1
H2SO4	K2 1.15 10^-^2	K2 3.2 10^-^7
H2SO3	K1 1.4 10^-^2	H2Cr2O7	K2 2.3 10^-^2
K2 6.2 10^-^8	HCN	5.0 10^-^10
H2S	K1 1.0 10^-^7	H2C2O4	K1 5.6 10^-^2
K2 2.5 10^-^13	K2 5.4 10^-^5
HSCN	1.4 10^-^1
H2CO3	K1 4.5 10^-^7
K2 4.8 10^-^11
О С Н О В А Н И Я
Al(OH)3	K3 1.38 10^-^9	Co(OH)2	K2 4 10^-^5
NH3 H2O	1.76 10^-^5	Cu(OH)2	K2 3.4 10^-^7
Ba(OH)2	K2 2.3 10^-^1	Ni(OH)2	K2 2.5 10^-^5
Fe(OH)2	K2 1.3 10^-^4	Pb(OH)2	K1 9.55 10^-^4
Fe(OH)3	K2 1.8 10^-^11	K2 3.0 10^-^8
K3 1.3 10^-^12	Cr(OH)3	K3 1.02 10^-^10
Ca(OH)2	K2 4.0 10^-^2	Zn(OH)2	K2 1.5 10^-^9

 

 

 

Таблица 3.

Произведения растворимости некоторых малорастворимых веществ

 

Соединение	Ks	Соединение	Ks
AgBr	4.90 10^-^13	Cu(OH)2	2.20 10^-^20
AgCl	1.78 10^-^10	CuI	1.10 10^-^12
AgI	9.98 10^-^17	CuCO3	2.34 10^-^10
Ag2SO4	5.02 10^-^5	CuS	6.31 10^-^36
Ag2S	6.31 10^-^50	Cr(OH)3	6.31 10^-^31
Ag2CrO4	1.44 10^-^12	Fe(OH)2	7.94 10^-^16
Al(OH)3	1.10 10^-^33	Fe(OH)3	3.72 10^-^40
BaCO3	5.93 10^-^9	Hg2Cl2	1.32 10^-^18
BaC2O4	1.49 10^-^7	Mg(OH)2	1.32 10^-^11
BaSO4	1.05 10^-^10	Ni(OH)2	3.16 10^-^16
BaCrO4	1.18 10^-^10	PbI2	1.34 10^-^8
CaCO3	3.26 10^-^9	PbCl2	6.02 10^-^5
CaC2O4	2.60 10^-^9	PbSO4	1.90 10^-^8
CaSO4	2.30 10^-^5	PbCrO4	1.18 10^-^14
CaCrO4	3.67 10^-^3	Zn(OH)2	1.20 10^-^17

 

Таблица 4.

Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы некоторых полуреакций

 

Элемент	Полуреакция	j^0, В
Br	Br2 + 2e ® 2Br ^-	+1.09
BrO3^-+ 3H2O + 6e ®Br ^-+ 6OH^-	+0.61
HBrO3 + 5H^++ 6e ®Br ^-+ 3H2O	+1.45
C	2CO2 + 2H^+® H2C2O4	+1.35
Cl	Cl2 + 2e ® 2Cl^-	+1.19
ClO4^-+ 2H^++ 2e®ClO3^- +H2O	+0.36
ClO4^- + H2O + 2e ®ClO3^-+ 2OH^-	+1.39
2ClO4^-+ 14H^++ 14e ® Cl2 + 8H2O	+1.47
2ClO3^-+ 12H^++ 10e ® Cl2 + 3H2O	+1.95
Co	Co^3+ + e ® Co^2+	+0.1
[Co(NH3)6]^3+ + e® [Co(NH3)6]^2+
Cr	Cr^3+ + 3e ® Cr	-0.74
Cr2O7^2^-+ 14H^++ 6e ® 2Cr^3++ 7H2O	+1.33
CrO4^2^-+ 4H2O + 3e ® Cr(OH)3 + 5OH^-	-0.13
Cu	Cu^2+ + e ® Cu^+	+0.16
Cu^2+ + 2e ® Cu	+0.34
Cu^2+ + I^- + e ® CuI	+0.86
Fe	Fe^2+ +2e ® Fe	-0.44
Fe^3+ + e ® Fe^2+	+0.77
Fe^3++ 3e ® Fe	-0.04
[Fe(CN)6]^3^-+ e ® [Fe(CN)6]^4^-	+0.36
H	2H^+ + 2e ® H2	±0.00
2H2O +2e ® H2 +2OH^-	-0.83
I	I2 + 2e ® 2I^- (I3 + 2e ® 3I^-)	+1.78
IO3^- + 6H^+ + 4e ® HIO + 3H2O	+0.88
IO3^- + 6H^+ + 6e ® I^- + 3H2O	+0.54
Mn	MnO4^- + 8H^+ + 5e ® Mn^2+ + 4H2O	+1.51
MnO4^- + 2H2O + 3e ® MnO2 + 4OH^-	+0.59
MnO4^- + e ® MnO4^2^-	+0.56
N	NO3^- + 4N^++ 3e ® NO + H2O	+0.96
NO3^- + 3H^+ + 2e ® HNO2 + H2O	+0.94
NO3^- + H2O +2e ® NO2^- +2OH^-	+0.01
NO3^- + 2H^++ e ® NO2 + H2O	+0.80
2NO2 + 8H^++ 8e ® N2 + 4H2O	+1.35
HNO2 + H^+ + e ® NO + H2O	+0.98
2HNO2 + 4H^+ + 4e ® N2O + 3H2O	+1.29
2HNO2 + 6H^++ 6e ® N2 + 4H2O	+1.44
O	H2O2 + 2H^+ +2e ® 2H2O	+1.16
HO2^- + H2O + 2e ® 3OH^-	+1.08
O2 + 4H^++ 4e ® 2H2O	+1.23
O2 + H2O + 4e ® 4OH^-	+0.40
O2 + 2H^++ 2e ® H2O2	+0.69
Pb	Pb^2++ 2e ® Pb	-0.13
PbO2 + 4H^++ 2e ® Pb^2++ 2H2O	+1.46
S	S + 2e ® S^2^-	-0.48
	S + 2H^+ + 2e ® H2S	+0.14
	SO4^2^-+ 4H^++2e ® H2SO4 + H2O	+0.17
	SO4^2^-+ 8H^+ + 6e ® S + 4H2O	+0.36
	SO4^2^-+ H2O + 2e ® SO3^2^- + 2OH^-	-0.93
	SO4^2^-+ 10H^++ 8e ® H2S + 4H2O	+0.30
	S2O8^2^- + 2e ® 2SO4^2^-	+2.01
	S4O6^2^- + 2e ® 2S2O3^2^-	+0.22
	H2SO3 + 4H^++ 4e® S + 3H2O	+0.45
Sn	Sn^4+ + 2e ® Sn^2+	+0.15

 

Таблица 5.

Константы нестойкости некоторых комплексных ионов

 

Ион	Комплексный ион	Kнест.	Ион	Комплексный ион	Kнест.
Ag^+	[Ag(NH3)2]^+	6.1 10^-^8	Cu^2+	CuCl4^2^-	6.60 10^-^6
[Ag(SCN)4]^3^-	6.6 10^-^12	[Cu(NH3)4]^2+	9.35 10^-^13
[Ag(S2O3)3]^5^-	7.1 10^-^15	[Cu(SCN)4]^2^-	3.02 10^-^7
[Ag(CN)4]^3^-	3.8 10^-^20	[Cu(S2O3)3]^5^-	1.45 10^-^14
[Ag(EDTA)]^3^-	4.7 10^-^8	[Cu(EDTA)]^2^-	1.58 10^-^19
Al^3+	[Al(OH)4]^-	1.00 10^-^33	Fe^2+	[Fe(CN)6]^4^-	1.00 10^-^24
[AlF6]^3^-	2.1 10^-^21	[Fe(EDTA)]^2^-	4.67 10^-^15
[Al(EDTA)]^-	7.4 10^-^17	Fe^3+	[Fe(SCN)6]^3^-	5.88 10^-^4
Ba^2+	[Ba(EDTA)]^2^-	1.6 10^-^8	[FeF6]^3^-	7.94 10^-^17
Ca^2+	[Ca(EDTA)]^2^-	2.69 10^-^11	[Fe(CN)6]^3^-	1.00 10^-^31
Co^2+	[Co(NH3)6]^2+	4.08 10^-^5	[Fe(EDTA)]^-	7.94 10^-^26
[Co(SCN)4]^2^-	6.29 10^-^3	Mg^2+	[Mg(EDTA)]^2^-	2.04 10^-^9
[Co(EDTA)]^2^-	6.17 10^-^17	Mn^2+	[Mn(EDTA)]^2^-	9.09 10^-^15
Co^3+	[Co(NH3)6]^3+	2.19 10^-^34	Pb^2+	[Pb(OH)3]^-	5.00 10^-^12
[Co(NO2)6]^3^-	1.00 10^-^22	[Pb(EDTA)]^2^-	9.09 10^-^19
[Co(EDTA)]^-	1.00 10^-^36	Sn^2+	[Sn(OH)3]^-	7.41 10^-^26
Cr^3+	[Cr(OH)4]^-	1.26 10^-^30	[SnCl4]^2^-	3.31 10^-^2
[Cr(SCN)6]^3^-	1.59 10^-^4	Zn^2+	[Zn(NH3)4]^2+	3.98 10^-^10
[Cr(EDTA)]^-	1.00 10^-^24	[Zn(OH)4]^2^-	2.19 10^-^15
		[Zn(EDTA)]^2^-	3.16 10^-^17

 

Таблица 6.

 

Плотности растворов соляной кислоты различных концентраций

 

r, г / мл	w, %	r, г / мл	w, %	r, г / мл	w, %
1,010	2,14	1,065	13,19	1,120	23,82
1,015	3,12	1,070	14,17	1,125	24,78
1,020	4,13	1,075	15,16	1,130	25,75
1,025	5,15	1,080	16,15	1,135	26,70
1,030	6,15	1,085	17,13	1,140	27,66
1,035	7,15	1,090	18,11	1,145	28,61
1,040	8,16	1,095	19,06	1,150	29,57
1,045	9,16	1,100	20,01	1,160	31,52
1,050	10,17	1,105	20,97	1,165	32,49
1,055	11,19	1,110	21,92	1,175	34,42
1,060	12,18	1,115	22,86	1,200	39,11

 

Пример интерполяции

Пусть требуется найти массовую долю (w_х) раствора соляной кислоты плотностью r_х = 1,142 г/мл. В табл. 6 такого значения плотности нет, но есть близкие к нему значения:

r_min = 1,140 г/мл w_min = 27,66 %

r_max = 1,145 г/мл w_max = 28,61 %

Значение w_х, соответствующее плотности r_х = 1,142 г/мл, можно рассчитать по следующей формуле:

w_х = w_min + =

= 27,66 % + = 28,04%

 

Таблица 7.

Растворимость некоторых оснований и кислот в воде

	NH4^+	Na^+	K^+	Mg^2+	Ca^2+	Ba^2+	Al^3+	Cr^3+	Zn^2+	Mn^2+
OH	р	р	р	м	м	р	н	н	н	н
F	р	р	р	н	н	м	м	н	м	м
Cl	р	р	р	р	р	р	р	р	р	р
Br	р	р	р	р	р	р	р	р	р	р
I	р	р	р	р	р	р	р	р	р	р
S^2	р	р	р	р	м	р	-	-	н	н
SO3^2	р	р	р	н	н	н	-	-	н	н
SO4^2	р	р	р	р	м	н	р	р	р	р
NO3	р	р	р	р	р	р	р	р	р	р
PO4^3	р	р	р	н	н	н	н	н	н	н
CO3^2	р	р	р	н	н	н	-	-	н	н
SiO3^2	-	р	р	н	н	н	н	н	р	н
CH3COO	р	р	р	р	р	р	м	р	р	р
	Co^2+	Ni^2+	Fe^2+	Fe^3+	Cd^2+	Hg^2+	Cu^2+	Ag^+	Sn^2+	Pb^2+
OH	н	н	н	н	н	-	н	-	н	н
F	р	р	н	н	р	-	н	р	р	н
Cl	р	р	р	р	р	р	р	н	р	м
Br	р	р	р	р	р	м	р	н	р	м
I	р	р	р	р	р	н	р	н	р	н
S^2	н	н	н	-	н	н	н	н	н	н
SO3^2	н	н	н	-	н	н	н	н	-	н
SO4^2	р	р	р	р	р	р	р	м	р	р
NO3	р	р	р	р	р	р	р	р	-	р
PO4^3	н	н	н	н	н	н	н	н	н	н
CO3^2	н	н	н	н	н	н	н	н	-	н
SiO3^2	н	н	н	н	н	-	н	н	-	н
CH3COO	р	р	р	р	р	р	р	р	р	р

р - растворимое вещество (растворимость свыше 1 г в 100 г воды); м - малорастворимое вещество (растворимость от 0,1 до 1 г в 100 г воды); н - практически не растворимое вещество (растворимость меньше 0,1 г в 100 г воды); прочерк означает, что вещество не существует или разлагается водой.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Рекомендации к выполнению лабораторных работ......
Семинар 1. Основные классы неорганических соединений …..
Лабораторная работа 1. Определение молярной массы эквивалента металла...................................................…	6
Лабораторная работа 2. Определение теплового эффекта реакции нейтрализации ……..............………...	10
Лабораторная работа 3. Скорость химической реакции….........................................……………….……….	15
Семинар 2. Строение атома. Периодический закон и периодическая система элементов. Химическая связь ……..
Лабораторная работа 4. Ионные равновесия в растворах	21
Лабораторная работа 5. Буферные растворы ……………..	28
Лабораторная работа 6. Гетерогенные равновесия в растворах с осадком ……………………………………………..	32
Лабораторная работа 7. Гидролиз солей …………………...	36
Лабораторная работа 8. Коллоидные растворы …………..	41
Лабораторная работа 9. Окислительно-восстановитель-ные реакции ………………………………………………………	48
Лабораторная работа 10. Комплексные соединения ……..	54
Лабораторная работа 11. Качественный анализ катионов и анионов ………………………………………………………….	59
Лабораторная работа 12. Качественный анализ смеси ионов ………………………………………………………………	70
Лабораторная работа 13. Приготовление раствора кислоты заданной концентрации ……………………….	77
Лабораторная работа 14. Стандартизация раствора соляной кислоты ………………………………………………...	80
Лабораторная работа 15. Определение гидрокарбонатной жесткости воды …………………………………………………	83
Лабораторная работа 16. Определение общей жесткости воды ……………………………………………….……………….	86
ПРИЛОЖЕНИЯ ……………………………………………	88