Определение временной жесткости водопроводной воды

Метод нейтрализации может использоваться не только для определения кислот и щелочей. Его можно использовать для определения содержания, например, солей, которые количественно реагируют с кислотой или щелочью. Настоящая работа является примером такого использования.

Описание работы

Временная жесткость определяется титрованием определенного объема воды соляной кислотой известной концентрации в присутствии индикатора метилоранжа. При этом, гидрокарбонатный ион, находящийся в воде, взаимодействует с ионом водорода кислоты, т.е. происходит реакция

HCO₃^- + H⁺ ↔ H₂O + CO₂.

Из уравнения реакции следует, что один моль HCl затрачивается на взаимодействие с одним молем бикарбонатов. Зная концентрацию раствора HCl (N_к моль-экв/л) и его объем, затраченный на реакцию с гидрокарбонатами (V_к), можно вычислить суммарное содержание гидрокарбонатов кальция и магния (или ионов Ca²⁺ и Mg²⁺) в исследуемой воде.

Ход определения. Отмеряем большим цилиндром 100 мл водо - проводной воды и переносим ее в колбу на 250 мл. Добавляем две капли метилоранжа и титруем рабочим раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски индикатора в оранжевую. Титрование повторяем до сходимости. Результаты титрования рекомендуется записать в таблицу, аналогичную таблице 13.

Расчет. Жесткость (Ж) выражается количеством миллимоль эквива-лентов растворимых солей кальция и магния, содержащихся в 1 л анализи-руемой воды. Удобно вначале определить нормальность раствора (т.е. количество моль эквивалентов в 1 л воды N_в), а затем умножить ее на 1000

N_в = N_HCl´V_HCl / V_в (моль экв / л)

(это выражение соответствует соотношению (6), где N_щ и V_щ заменены на

N_в и V_в).

Число миллимолей будет в 1000 раз больше, чем число молей, поэто-му

Ж = N_в ´1000 (ммоль экв / л).

Полученное значение можно перевести в градусы (1 ммоль экв соответствует 2,8° «немецким» градусам жесткости). У всех студентов чаще всего получаются близкие результаты, если водопроводная вода не перепутана с дистиллированной, кислота - со щелочью, пипетка - с цилиндром или не использованы иные студенческие возможности.

Вопросы для обсуждения лабораторных работ по объемному анализу

1. Что такое титрование?

2. В каких единицах выражают концентрацию при проведении объемного анализа?

3. Сформулируйте закон эквивалентов в применении к реагирующим растворам. Что такое эквивалент?

4. Какие вещества могут быть индикаторами метода нейтрализации?

5.Что такое мениск?

Т е м а 4. ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

 

Цели изучения темы

Теоретические:

Изучить особенности окислительно– восстановительных реакций и их отличие от обменных процессов. Рассматривая различия этих реакций обращают внимание на следующее:

- величины скоростей протекания: обменные процессы практически мгновенны, окислительно-восстановительные могут быть и быстрыми и очень медленными;

- соотношения веществ в реакции: для окислительно-восстановительных реакций они определяются изменением степеней окисления;

- обратимость и направление процесса;

- применяемые катализаторы; химическая природа катализаторов окислительно-восстановительных реакций изменяется в широких пределах;

-энергетические эффекты окислительно-восстановительных процессов различаются на несколько порядков величин.

Рассмотреть особенности окислительно–восстановительных свойств элементов в зависимости:

– от их положения в периодической системе;

– от проявляемых степеней окисления.

Получить навыки в написании уравнений окислительно–восстановительных процессов на основе электронного баланса.

Практическая цель:

Освоить еще один метод объемного анализа – редоксиметрию, основанный на окислительно – восстановительных реакциях.

 

 

Консультационная часть

 

Литература: 1, гл. VI, с. 182 – 215.

Помним, что окислители – это вещества, принимающие электроны (захватчики, агрессоры). Восстановители – наоборот отдают электроны для пополнения бюджета окислителя. В отличие от реакций обмена, окислительно-восстановительные процессы энергетически гораздо более мощные, так как связаны с проникновением вглубь атомов. Энергия именно этих процессов обеспечивает жизнедеятельность. Человек, овладев огнем, провел первую управляемую окислительно-восстановительную реакцию. Таким образом, именно химические способности и возможности человека отличают его от животных.

 

 

4.3. Упражнения для самоподготовки

 

1. В таблице 14 проставьте (как это сделано в примере) степени окисления выделенных элементов в предложенных соединениях. В случае затруднений следует обращаться к графическому изображению соединения или к преподавателю. Используя полученное значение степени окисления и положение элемента в Периодической системе, укажите свойства этого элемента в данном веществе: окислительные - «О», восстановительные- «В» или те и другие «ОВ». Полагаем, что высшая.

Таблица 14

 

При-	Соединения	PH3	H3PO3	NH4OH	K2SO4	MnO2
мер	Степень окисления	-3	+3	-3	+6	+4
	Свойства	В	OВ	В	О	ОВ
	Соединения	NO	HNO3	H3PO4	CH2O	CuCl
	Степень окисления
	Свойства
	Соединения	H2S	Н2SeO3	Na2CrO4	SiO2	Fe
	Степень окисления
	Свойства
	Соединения	Al	NaCl	CH3OH	KNO2	H2S2O3
	Степень окисления
	Свойства
	Соединения	H2O2	NO2	НСООН	MnO	CH4
	Степень окисления
	Свойства
	Соединения	J2	KClO3	C6H12O6	НNO3	Na2S2O7
	Степень окисления
	Свойства
	Соединения	SO3	K2S4O6	COCl2	FeS2	H2MnO4
	Степень окисления
	Свойства

степень окисления приводит к проявлению только окислительных свойств; низшая степень окисления – к проявлению только восстановительных свойств, а промежуточная степень окисления дает возможность проявиться и окислительным восстановительным свойствам

 

2. Заполните пропуски в электронных уравнениях:

 

Zn^o – 2ē → S^-2 → S⁺⁴

Cu⁺² → Cu^o Fe⁺² – 1ē →

Mn⁺² → Mn⁺⁷ O₂ → 2O^-2

S^o +2ē → 2Cr⁺³ → 2Cr⁺⁶

S⁺⁴ +6ē → Cl^-1 –8ē →

 

Укажите процессы окисления и восстановления.

По образному определению академика Арцимовича каждый атом можно рассматривать как гостиницу отрицательных электронов. Покидая атом-гостиницу, отрицательный электрон освобождает «положительный» номер-«люкс», который готов для приема другого постояльца.

В электронных уравнениях, отражающих окислительные и восстановительные процессы, приходится оперировать с «отрицательными» частицами – электронами. В повседневном обиходе нам не приходится пользоваться какими-либо отрицательными объектами. В журнале «Квант» был описан оригинальный пример использования отрицательных материальных объектов французским физиком Дираком. Когда он учился в колледже, учащимся была предложена следующая экзаменационная задача. «Три рыбака отправились на озеро ловить рыбу. Каждый ловил со своей лодки. Клев был хороший. Рыбаки увлеклись и уже в сумерках заметили, что заплыли довольно далеко. Они решили заночевать на ближайшем острове, а утром разобраться с уловом и отправиться домой. Причалив к острову, они свалили всю рыбу в одну кучу, поужинали у костра и улеглись спать. Один рыбак никак не мог уснуть и решил потихоньку, не беспокоя товарищей, отправиться домой. Для того, чтобы взять свою треть улова, он пересчитал всю рыбу. Одна рыба оказалась лишней. Он выбросил ее в озеро, погрузил в лодку свою долю и отправился домой. Среди ночи просыпается второй рыбак. Он тоже решил, не тревожа товарищей (про отплытие первого рыбака он не знал), отделить свою долю и отправиться домой. Подсчет показал, что улов на три не делится. Одна рыба оказалась лишней и была отправлена в озеро. Второй рыбак отделил свою треть и уплыл. Под утро просыпается третий рыбак. Он был не менее деликатным и не обратил внимания на отсутствие товарищей. Подсчет снова показал наличие лишней рыбы. Ее судьба оказалась аналогичной, а треть оставшейся рыбы оказалась в лодке третьего рыбака». В задаче спрашивалось, какое минимальное количество рыб было в самом начале. Дирак дал ответ: рыб было -2. Когда первый рыбак выкинул одну рыбу, их стало -3. Треть составила -1. Таким образом, первый рыбак увез минус одну рыбу. После его отплытия рыб снова стало -2. Второй рыбак выкидывает одну рыбу, и их количество снова становится равным -3. Когда он увозит одну треть (-1 рыбу), рыб снова становится -2 и т.д. Входя в знаменитую плеяду физиков-теоретиков начала ХХ века, отмеченных нобелевскими премиями, Дирак и среди них отличался нестандартностью. Ему принадлежит математическое обоснование существования антипространства и антимира. Он выдвинул гипотезу существования элементарной единицы магнетизма и дал ей название «монополь». К сожалению, пока об использовании, например, бруска из монополей можно лишь фантазировать. Лодка с таким однополярным бруском на борту будет без энергетических затрат передвигаться к противоположному полюсу Земли. Для смены направления движения можно использовать брусок из противоположных монополей.

3. Для следующих процессов составьте электронные уравнения полуреакций, подберите коэффициенты и найдите эквиваленты окислителя и восстановителя:

C + H₂SO₄ → CO₂ + SO₂ + Н₂О

Al + HNO₃ ® Al(NO₃)₃ + N₂О + Н₂O

MnO₂ + HCl → MnCl₂ + Cl₂ +H₂O

Zn + HNO₃ ® Zn(NO₃)₂ + N₂ + H₂O

KMnO₄ + HCl → MnCl₂ + Cl₂ + KCl + H₂O,

K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + S + K₂SO₄ + H₂O.

 

4. Решите еще раз (без помощи имеющегося в вашей тетради готового решения) задачу из своей предсессионной контрольной работы, относящуюся к этой теме (интервал номеров 101-110).

 

При обсуждении домашнего задания по этой теме вам могут быть заданы один-два нижеследующих вопроса:

1. Дать определение понятию «степень окисления».

2. Перечислить основные правила, с помощью которых можно рассчитать степень окисления элемента в молекуле.

3. Как на основе строения атома определяются минимальная и максимальная возможные степени окисления элемента?

4. Какие реакции называются окислительно-восстановительными?

5. Какой процесс называется окислением, а какой восстановлением? Как изменяются степени окисления элементов в этих процессах?

6. Охарактеризовать изменение окислительной и восстановительной способности элементов при движении по группам и периодам периодической системы.

7. Как находят эквиваленты веществ в окислительно- восстановительных процессах?

 

4.4. Лабораторная работа №8

Применение окислительно-восстановительных реакций в количественном анализе.