Щелочность (общая, бикарбонатная, карбонатная и гидратная)

Щелочностью называют содержание в воде веществ , реагирующих с сильными кислотами .

К веществам , обусловливающим щелочность воды , относятся :

сильные основания , полностью диссоциирующие в разбавленных растворах с образованием гидроксил - ионов : едкий натрий , едкое кали и др. ;

слабые основания , такие как аммиак ;

анионы слабых кислот : и т.д. ;

анионы гуминовых кислот HS , S^-2и т . д ., которые гидролизируются с образованием гидрокси л- ионов .

Общая щелочность определяется титрованием воды титрованным раствором сильной кислоты в присутствии индикатора , метилоранжа ( до значений рН « 4 ) и выражается в мг - экв кислоты , необходимой для нейтрализации воды .

Для раздельного определения гидратов , карбонатов и бикарбонатов в воде применяется последовательное титрование с двумя индикаторами : фенолфталеином , дающим переход окраски при рН =8,2- I 0, и метилоранжем , меняющим окраску при рН = 3 ,0-4,4.

С фенолфталеиновой кислотой титруются гидраты и карбонаты ( до бикарбонатов ), реакции (9,7) и (9,8).

С метилоранжем титруются бикарбонаты, реакция (9,9; в серо - водородных водах вместе с титруются гидросульфиды Н^- .

NaOH + HCl = NaCl + H₂O; (9.7)

Na₂CO₃ + HCl = NaHCO₃ + NaCl; (9.8)

NaHCO₃ + HCl = NaCl + H₂O + CO₂. (9.9)

Щелочность следует определять тотчас после взятие пробы. Если это невозможно , то отбирают полную бутыль и определяют щелочность не позже чем через 24 ч .

При визуальном титровании определению может мешать интенсивная окраска пробы . Ее устраняют либо разбавлением пробы дистиллированной водой, либо прибавлением активированного угля и фильтрованием пробы перед анализом . Мутные пробы фильтруют через бумажный или стеклянный фильтр .

Мешает определению также свободный хлор , так как он обесцвечивает индикатор . Хлор удаляют прибавлением эквивалентного количества 0,1 н . раствора тиосульфата натрия (2,5 г Na₂ S₂ O₃ × 5 H₂ O растворяют в дистиллированной воде и разбавляют до 100 мл ).

Перечисленные мешающие влияния не сказываются при электрометрическом титровании .

Высокие концентрации свободной С О₂мешают правильному определению перехода окраски при титровании так же , как и CO₂ , выделяющаяся при высоком содержании карбонатов . Поэтому при более точном определении щелочности предварительно вытесняют CO₂ , продувая воздух через воду .

Реактивы.

1. Фенолфталеин, 0,1 % - ный раствор (1 г на 1 л 60 % - ного этилового спирта).

2. Метилоранж, 0,1 % - ный раствор (1 г в 1 л воды).

3. Соляная кислота , 0,1н . раствор . Готовят из фиксаналов или из концентрированной соляной кислоты . Для этого 8,2 мл химически чистой соляной кислоты плотностью 1,19 г / см³помещают в мерную колбу объемом 1 л и доводят до метки дистиллированной водой .

Соляная кислота может быть заменена серной. Для приготовления 0,1 н . раствора серной кислоты 2,8 мл химически чистой серной кислоты плотностью 1,84 г / см³вливаю т в мерную колбу объемом 1 л с дистиллированной водой и доливают водой до метки . Поправочный коэффициент 0,1н . растворов кислот устанавливают по буре .

В мерной колбе в небольшом количестве дистиллированной воды растворяют 1,9072 г дважды перекристаллизованной и высушенной буры и доводят объем до 100 мл . Затем беру т пипеткой 25 мл раствора буры , добавляют две - три капли метилоранжа и титруют 0,1н. раствором соляной ( серной ) кислоты до перехода окраски из желтой в бледно - розовую .

(9.10)

гдеп - число миллилитров 0,1н. HCl (или H₂ S 0₄),пошедшей на титрование раствора буры.

Перекристаллизация буры

Кристаллическую буру растворяют в дистиллированной воде при температуре не выше 60°С до получения насыщенного раствора. В 100 мл воды растворяют следующее количество буры: при 0°С - 1,4 г, при 15°С - 6 г, при 50°С - 27 г. Следовательно, при охлаждении 100мл насыщенного раствора буры должно выкристаллизоваться около 20 г Na₂ B₄ O₇ × 10 H₂ O . Горячий раствор фильтруют через бумажный складчатый фильтр, поместив под воронкой небольшую фарфоровую чашку,охлаждаемую холодной водой или снегом.Во время фильтрации раствор в чашке непрерывно перемешивают стеклянной палочкой. Выкристаллизовавшийся тетраборат натрия отфильтровывают , отжимают между листами чистой фильтровальной бумаги , рассыпают на фильтровальной бумаге и высушивают на воздухе в течение двух - трех дней .

Ход определения .

В коническую колбу емкостью 250 мл переносят пипеткой 100 мл исследуемой профильтрованной воды, добавляют 5 капель индикатора фенолфталеина и пробу титруют 0,1 н . раствором соляной кислоты до обесцвечивания малиновой окраски. Затем в ту же пробу добавляют две - три капли индикатора метилоранжа и продолжают титровать 0,1 н . раствором соляной кислоты до перехода окраски из желтой в золотисто - оранжевую . Записывают объем 0,1н . соляной кислоты , пошедшей на титрование с фенолфталеином , и общий объем 0,1 н . соляной кислоты, пошедшей на титрование с фенолфталеином и метилоранжем .

Примечание . При анализе проб с высокой щелочностью необходимый объем пробы помещают в коническую колбу для титрования и доводят объем до 100 мл дистиллированной водой . Если при титровании исследуемой воды с небольшой щелочностью расход 0,1 н . раствора соляной кислоты окажется менее 0,4 мл , то отбирают новую порцию анализируемой воды и титрование повторяют , используя при этом 0,01 н . раствор соляной кислоты .

Допустимое расхождение между результатами двух параллельных определений составляет 0,1 мг - экв / л .

Расчет .

Общую щелочность определяют по формуле

или (9.11)

(9.12)

где Т - общий объем раствора соляной кислоты , пошедшей на титрование по фенолфталеину и метилоранжу , в мл;

H - нормальность раствора ;

К - поправочный коэффициент для приведения раствора серной или соляной кислот к данной нормальности ;

У - объем исследуемой воды , взятой для анализа , в мл;

40 - эквивалентная масса щелочи ( NaOH ).

Для расчета гидратной , карбонатной и бикарбонатной щелоч ности воды целесообразно пользоваться табл .9.3.

Таблица 9 . 3

Показатели	Гидраты	Карбонаты	Бикарбонаты
Р = 0	Нет	Нет	Т
Р < 1/2Т	Нет	2Р	Т - 2Р
Р = 1/2Т	Нет	2Р	Нет
Р> 1/2Т	2Р - Т	2(Т - Р)	Нет
Р = Т	Т	Нет	He т

Р - объем 0,1н. соляной кислоты, пошедшей на титрование по фенолфталеину, в мл.

Т - объем 0,1н. соляной кислоты, пошедшей на титрование по фенолфталеину и метилоранжу, в мл.

Пример расчета.

При титровании 100 мл пробы израсходовано по фенолфталеину 2,0 мл 0,1н. НС l , по метилоранжу - 3,5 мл 0,1н. H С l , т. e . Р = 2 мл, Т = 5,5 мл или Р < 1/2 Т.

Из таблицы находим, что гидратов в анализируемой воде нет, содержание карбонатов

содержание бикарбонатов

Общая щелочность

Марганец

Определение основано на количественном окислении ионов марганца ( II ) до перманганат - ионов в азотнокислой среде действием персульфата аммония в присутствии катализатора - ионов серебра .

Метод дает возможность определять марганец в концентрациях от 0,05 до 5 мг / л . При большей или меньшей концентрации марганца в пробе ее соответственно разбавляю т или концентрируют упариванием .

Мешают определению хлорид - ионы , большие количества органических веществ и железо, если его концентрация превышает 5 мг / л .

Для устранения мешающего влияния хлорид - ионов , если концентрация их не превышае т 300 мг / л, рекомендуется вводить 0,1 н . раствор нитрата ртути ( II ) в эквивалентном содержанию хлорид - ионов количестве и сверх того еще 2 мл . При более высоком содержании хлорид - ионов , а также при большом количестве органических веществ в пробе ( ХПК больше 16 мг / л ) следует прибавить в пробу по 5 мл концентрированной серной кислоты и концентрированной азотной кислоты , выпарить в фарфоровой чашке до появления паров серной кислоты и по охлаждении растворить остаток в 5 мл азотной кислоты , добавляя дистиллированную воду до 100 мл .

При меньшем содержании органических веществ, чем указано выше , можно ограничиться кипячением пробы в течение 5-10 мин ., добавив 10 мл концентрированной азотной кислоты на 100 мл пробы .

Мешающее влияние железа устраняется добавлением в пробу 1 мл концентрированной фосфорной кислоты до окисления персульфатом .

Воду , содержащую марганец , консервируют добавлением 5 мл концентрированной азотной кислоты на 1 л пробы .

Реактивы .

1. Азотная кислота , пл . 1,4 г / см³ , ч . д . а .

2. Серная кислота , пл .1,84 г / см³ , ч . д . а .

3. Фосфорная кислота , пл. 1,7 г / см³ , ч . д . а.

4. Нитрат ртути ( II ), 0,1 н . раствор . Растворяют 17,131 г Н g ( NO₃ )₂ H₂ O в дистиллированной воде , смочив сначала 1 мл концентрированной азотной кислоты , и разбавляют до 1 л . 1 мл полученного раствора эквивалентен 3,54 мг хлорид - ионов .

5. Персульфат аммония , раствор . Растворяют 20 г персульфата аммония ( NH₄ )₂ S₂ O₈ч . д . а . в 80 мл дистиллированной воды .

6. Нитрат серебра , 0,1 н . раствор . Растворяют 16,9 8 74 г AgNO₃ч . д . а . в дистиллированной воде и разбавляют до 1 л .

7. Перманганат калия , 0,1 н . раствор .

8. Перманганат калия , стандартный раствор . Приготовляют непосредственно перед употреблением . В мерную колбу вместимостью 1 л наливают , пользуясь бюреткой , 9,1 мл 0,1 н . раствора перманганата , разбавляют до метки дважды дистиллированной ( с добавлением K М n О₄ ) водой и перемешивают . 1 мл полученного раствора содержит 0,01 мг (10 мкг ) марганца в виде перманганат - ионов .

Построение градуировочного графика .

В мерные колбы вместимостью 100 мл отмеривают 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; ... 50 мл стандартного раствора перманганата , разбавляют дважды перегнанной дистиллированной водой до меток и перемешивают .

Концентрации полученных растворов будут равны соответственно 0,05; 0,10; 0,20 ; . .. 5,0 мг / л марганца . Оптическую плотность полученных растворов измеряют в кювете с толщиной слоя 5 см при λ = 530 нм по отношению к дистиллированной воде и строят график в координатах; концентрация марганца - оптическая плотность .

Ход определения .

К 100 мл пробы, если надо предварительно разбавленной или упаренной , приливают 3 мл концентрированной азотной кислоты и такой объем 0,1н . раствора нитрата ртути ( II ), чтобы он был эк вивалентен содержанию хлорид - ионов во взятой пробе , и сверх того еще 2 мл. Добавляют , если надо ( см . выше ), фосфорную кис лоту , нагревают до кипения , прибавляют 5 мл раствора персу л ьфата аммония , 2 капли раствора нитрата серебра и кипятят 5 мин.

По охлаждении раствора его переносят в мерную колбу вместимостью 100-200 мл ( в зависимости от объема раствора после кипячения ), разбавляют дважды перегнанной дистиллированной водой до метки и перемешивают.

Оптическую плотность полученного раствора измеряют в кювете с толщиной слоя 5 см при λ =530 нм по отношению к дистиллированной воде и рассчитывают концентрацию марганца по градуировочному графику .

Расчет .

Содержание марганца ( X ) в мг / л находят по формуле :

(9.13)

где С - концентрация марганца в конечном растворе, найденная по градуировочному графику , мг / л ;

У - объем пробы, взятой для анализа , приведенный к 100 мл ;

У₁- объем раствора перед измерением оптической плотности , мл .