Материал: полезная метода

§3. Лабораторная работа «Жесткость воды»

Опыт 1. Определение временной жесткости воды.

Пипеткой на 100 мл отберем в две чистые плоскодонные конические колбы (на 250 мл) по 100 мл водопроводной воды. В каждую из колб добавим по 3 капли раствора индикатора – метилового оранжевого (щелочной раствор имеет желтую окраску, а кислый – красную). В бюретку на 50 мл нальем до приблизительного 0 значения 0, 1н раствор соляной кислоты и запишем точное значение начального положения уровня кислоты (по нижнему уровню мениска). Поставим обе колбы на лист белой бумаги. Одну из них оставим в сторону, она будет служит контрольным образцом для сравнения цвета растворов. Во вторую по каплям, при непрерывном вращательном перемешивании прильем из бюретки 0, 1 н раствора соляной кислоты до перехода окраски раствора от желтой до оранжево – красной и сравним с цветом раствора, находящимся

впервой колбе.

Вмомент изменения окраски запишем значение положения уровня раствора кислоты (по нижнему краю мениска) в бюретке и вычислим израсходованный на титрование объем соляной кислоты. Процесс титрования повторим еще 2 раза с новыми порциями воды. Результаты титрования не должны отличаться. Если такое произойдет, то эксперимент придется повторить. При добавлении метилового оранжевого индикатора в воду она становится желтой, а при добавлении потом туда соляной кислоты цвет меняется на красный.

Уравнение реакции.

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 ↑ + H2O Ca(HCO3)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O + 2CO2 ↑

Проведение расчетов.

Рассчитаем среднее значение объема кислоты, пошедшей на титрование, и по нему вычислим временную жесткость воды.

V V V

VcpHCl 1 2 3

3

NBP NHCl VcpHCl 1000,ммоль экв/ л

VH2O

Вывод. По полученным данным о жесткости воды, можно утверждать, что вода очень мягкая, так как значение жесткости меньше 1, 5 единиц по ГОСТ.

Опыт 2. Определение общей жесткости воды. Ход эксперимента.

В бюретке (на 50 мл) заполним 0, 05н трилона Б до примерно нулевого деления и запишем точное положение уровня по нижнему краю

216

мениска. Пипеткой (на 100 мл) отберем в две чистые плоскодонные конические колбы (на 250 мл) по 100 мл водопроводной воды, добавим в них 5 мл буферного раствора и сухой соли эриохрома черного, и перемешаем.

Поставим обе колбы на лист белой бумаги, затем одну из колб будем использовать в качестве контрольного образца для сравнения цвета растворов. Во вторую, по каплям, при непрерывном вращательном перемешивании прильем из бюретки 0, 05 раствора трилона Б до перехода окраски от одной капли из винно – красной в фиолетовую. Подождем 1 – 2 минуты, перемешивая раствор. Если окраска не стала сине – голубой с зеленоватым оттенком, доведем ее до этого цвета, добавив еще несколько капель раствора трилона Б из бюретки. Сравним цвет рабочего раствора с окраской контрольного раствора в первой колбе. В момент изменения окраски запишем положение уровня раствора трилона Б в бюретки по нижнему мениску и вычислим израсходованный на титрование объем трилона Б.

Процесс титрования повторим еще 2 раза с новыми порциями воды. Результаты титрования не должны отличаться друг от друга. Если все же отличаются, опыт придется повторить. При добавлении эриохрома черного в раствор, цвет раствора становится розоватым. А при добавлении туда избытка раствора трилона Б цвет меняется на сине – голубой.

Рассчитаем среднее из близких результатов значение объема трилона Б, пошедшего на титрование, и по нему вычислим общую жесткость воды.

VcpТрилонБ V1 V2 V3

3

NBP NТрилонБ VcpТрилонБ 1000,ммоль экв / л

VH2O

Вывод. По полученному значению жесткости можно сделать вывод, что вода очень мягкая, так как значение жесткости меньше 1, 5 единиц по ГОСТ.

Опыт 3. Устранение некарбонатной жесткости. Ход эксперимента.

В чистую пробирку с помощью пипетки (на 5 мл) отмерим 5 мл раствора MgSO4. Добавим к нему 1 каплю 0, 2 н раствора Na2CO3 . При образовании осадка, перемешаем до его растворения. Добавляют раствор Na2CO3 до тех пор, пока осадок перестанет растворяться.

То же самое проделаем с растворами CaCl2 и CaSO4.

Результаты наблюдений и уравнения реакций запишите в таблицу 2.

217

Таблица 2. Результаты наблюдений и уравнения реакций

Вывод. Так как осадок при взаимодействии MgSO4 практически нерастворим, то его концентрация выше, чем у осадков CaCl2 и CaSO4, а следовательно этот реагент эффективней устраняет жесткость воды, чем CaSO4 и CaCl2, и следовательно, хуже всех устраняет жесткость CaSO4.

§4. Примеры решения задач

Пример 1. Вычислите временную жесткость воды, зная, что в 500 л ее содержится 202,5 г Ca(HCO3)2.

Решение Временная жесткость воды обусловлена наличием соли гидрокарбоната

воды:

.

Пример 2. Сколько граммов CaSO4 содержится в 1 м3 воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 ммоль/дм3? Решение

Молярная масса СаSO4 равна 136 г/моль; молярная масса эквивалента равна:

. Затем находим, сколько граммов сульфата кальция содержится в 1 м3 (1м3 = 1000 дм3) воды:

Пример 3. Какую массу соды надо добавить к 500 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 5 ммоль/дм3?

Решение

218

Находим количество моль эквивалентов солей, обусловливающих

жесткости воды – введение соды (Na2CO3). Согласно закону

титрование 100 см3 этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см3 0,08 н. раствора HCl.

Решение Карбонатную (временную) жесткость рассчитывают умножением объема

кислоты (V, мл), пошедшего на титрование на концентрацию кислоты:

§5. Задачи для самостоятельного решения

1.Какую массу Na3РО4 надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5 ммоль/дм3?

2.Какие соли обусловливают жесткость природной воды? Какую жесткость называют карбонатной, некарбонатной? Как можно устранить карбонатную, некарбонатную жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций. Чему равна жесткость воды, в 100 л которой содержится 14,632 г гидрокарбоната магния?

3.Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что для реакции с

гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 200 см3 воды, требуется 15 см3 0,08 н. раствора HCl.

4.В 1л воды содержится ионов магния 36,47 мг и ионов кальция 50,1 мг. Чему равна жесткость этой воды?

5.Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 400 л воды, чтобы устранить жесткость, равную 3 ммоль/дм3?

6.Вода, содержащая только сульфат магния, имеет жесткость 7 ммоль/дм3. Какая масса сульфата магния содержится в 300 л этой воды?

7.Вычислите жесткость воды, зная, что в 600 л ее содержится 65,7 г гидрокарбоната магния и 61,2 г сульфата кальция.

8.В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды?

219

9.Жесткость воды, в которой растворен только гидрокарбонат кальция, равна 4 ммоль/дм3. Какой объем 0,1 н. раствора HCl потребуется для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 75 см3 этой воды?

10.В 1м3 воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды.

220