Определение жесткости воды

Величина	Проба воды (питьевая, техническая, родниковая, минеральная	Объем исследуемой воды мл	С_{эк.(Трилона.Б)} Моль/л	u_{(Трилона Б)}	u_(тр.Б_l₎средний мл	Ж_общ. моль/л	u₍_HCl₎средний Мл
1-е титро-вание	2-е титрование	3-е титрование
Значение		100 мл	0,05

Математическая обработка результатов

1.Вычислите среднее значение объема раствора трилона Б, пошедшего на титрование 100мл исследуемой воды по результатам, полученным всеми студентами группы.

2.Вычислите среднее значение общей жесткости воды, полученной всеми студентами группы.

3.Приняв, это значение за истинное (Ж_ср.), рассчитайте абсолютную погрешность:

4.Рассчитайте относительную погрешность:

5.Рассчитайте средние квадратичные погрешности, оцените точность анализа.

Комплексонометрия

Задачи

1.Вычислите общую жесткость воды, если на титрование 100 мл ее пошло 6,8 мл 0,05н расвора трилона Б.

2.Расчитайте молярную концентрацию эквивалента комплексона III, если на титрование 100 мл воды пошло 16,4 мл его, а общая жесткость воды составляет 8,2 ммоль/л.

3.Анализом установлено, что в 1 литре исследуемой воды содержится 24 мг Mg²⁺ и 80 мг Ca²⁺. Какой объем 0,05н раствора комплексона III должно быть израсходовано на титрование 100мл этой воды?

4.Вычислите постоянную жесткость воды, если на титрование 100 мл ее идет 3,5 мл 0,1 н раствора соляной кислоты и 9,6 мл 0,05 н раствора трилона Б. Какой вид жесткости этой воды является преобладающим?

5.Сколько граммов трилона Б (кристаллогидрат с двумя молями воды) потребуется для приготовления 250 мл 0,05 н раствора?

6.Сколько граммов сульфата магния содержится в 1 л раствора, если на титрование 20 мл раствора идет в среднем 17,2 мл 0,05 н раствора трилона Б.

Приведите уравнение реакции, лежащее в основе определения.

7.Какова жесткость воды, если на титрование 100мл ее в присутствии хромогена черного затрачено в среднем 13 мл 0,1 н раствора трилона Б.

Оцените качество воды. Предложите способ улучшения ее. Составьте необходимые уравнения реакций.

8.Сделайте вывод о качестве воды, если на титрование 100 мл ее потребовалось в среднем 6 мл 0,1 н раствора трилона Б.

9.На титрование 10 мл раствора сульфата кальция неизвестной концентрации затрачивается в среднем 12,4 мл 0,05 н раствора трилона Б.

Определите молярную концентрацию эквивалента этого раствора. Сколько граммов соли содержится в 1 л этого раствора?

10.Какой из двух образцов воды имеет меньшую жесткость, если на титрование 100 мл первого образца расходуется в среднем 12 мл 0,05 н раствора трилона Б, а на титрование 50 мл второго образца воды – 8,5 0,12 н раствора трилона Б?

Окислительно-восстановительное титрование

(редоксиметрия)

Сущность метода

В основе окислительно-восстановительного титрования лежит окислительно-восстановительная реакция. В результате окислительно-восстановительной реакции изменяется степень окисления как окислителя, так и восстановителя за счет перехода электронов от одних атомов к другим. Это в свою очередь влияет на массовые соотношения реагирующих веществ. Поэтому при вычислении молярной массы эквивалента окислителя или восстановителя необходимо учитывать число электронов, принятых или отданных молекулой окислителя или восстановителя.

Для вычисления молярной массы эквивалента (М_Эк) окислителя или восстановителя необходимо разделить молярную массу вещества на число электронов (n) принятых или отданных одной молекулой данного вещества в ходе окислительно-восстановительной реакции:

М_Эк = , г/моль

Пример:

2КМпО₄ + 5КNО₂+ 3Н₂SО₄ = 2МпSО₄+ 5 КNО₃ + К₂SО₄+ 3Н₂О

Мп⁷⁺ + 5е ® Мп²⁺ 2 восстановление

N³⁺ - 2е ® N⁵⁺5 окисление

или

МпО₄^-^`+ 5е + 8 Н⁺= Мп²⁺ + 4 Н₂О 2

NО₂^- - 2е + 2ОН^-= NО₃^- + Н₂О 5

Молярная масса эквивалента окислителя КмпО₄находится делением его молярной массы на 5, так как Мп⁷⁺ в составе молекулы окислителя принимает 5 электронов:

М_Эк (КмпО₄) =

Молярная масса эквивалента восстановителя КNО₂ находится делением его молекулярной массы на 2, так как N³⁺ в составе молекулы восстановителя отдает 2 электрона:

М_Эк (КNО₂) =

В ходе редоксиметрического титрования изменяется окислительно-восстановительный потенциал титруемого раствора, подобно тому, как при титровании методом нейтрализации изменяется рН раствора. Окислительно-восстановительный потенциал системы определяется уравнением Нернста:

Е = Е_о + , где

Е_о – стандартный окислительно-восстановительный потенциал, В;

R – универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/моль×К);

F – число Фарадея, равное 96500 кл;

[Окисл.] - концентрация (или активность) окисленной формы вещества;

[Восст.] - концентрация (или активность) восстановленной формы вещества;

n – число электронов, приобретаемых окисленной формой или теряемых вос становленной формой

Подставляя в уравнение Нернста численные значения известных констант и переходя от натурального логарифма к десятичному, получим:

Е= Е_о +

Значения окислительно-восстановительных потенциалов зависят и от концентрации водородных ионов (в кислой среде):

Е = Е_о + , где

[Н⁺] - концентрация водородных ионов;

m – стехиометрический коэффициент при водородном ионе в уравнении реакции.

Если значения окислительно-восстановительных потенциалов, соответствующие различным моментам титрования, наносить на график, то получаются кривые титрования, аналогичные кривым, получаемым по методу кислотно-основного титрования.

В качестве примера рассмотрим построение кривой титрования сульфата железа (П) перманганатом калия в кислой среде. В основе данного титрования лежит реакция:

2КМnО₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄+ 8Н₂O

Мn⁷⁺ +5е ® Мn²⁺ 2

2Fe²⁺ - 2e ® 2Fe²⁺ 5

или

МnO₄^- + 5e + 8H⁺ = Mn²⁺+ 4H₂O 2

2Fe²⁺ - 2e = 2Fe³⁺5

Для вычисления окислительно-восстановительного потенциала в данном случае используют уравнения для двух окислительно-восстановительных пар:

Е = 0,77 + (1), где

Е_о= 0.77 В

Е = 1,51 + (2), где

Е_о= 1,51 В

Оба эти уравнения дают одинаковые результаты, но до достижения точки эквивалентности удобнее пользоваться уравнением (1). В этом случае легче определить концентрации ионов Fe³⁺и Fe²⁺После достижения точки эквивалентности лучше использовать уравнение (2), так как теперь легче вычислить концентрации ионов MnO₄^- и Mn²⁺.

В точке эквивалентности для получения окислительно-восстановительного потенциала используют уравнение:

Е_Эк = , где

Е₁⁰ и Е₂⁰ – стандартные окислительно-восстановительные потенциалы соответствующих окислительно-восстановительных пар;

n₁ и n₂- количества электронов, соответствующие окислительно-восстановительным превращениям.

Расчеты значений окислительно-восстановительного потенциала для различных моментов титрования приведены в таблице 18.

Рис. 6.

Кривая титрования раствора FeSO₄ раствором КМnО₄

Величина скачка потенциала зависит от разности стандартных окислительно-восстановительных потенциалов обеих пар: чем больше эта разность, тем больше скачок на кривой титрования. С помощью этого скачка фиксируют точку эквивалентности с использованием специальных индикаторов.

Таблица 18.

Изменение значения окислительно-восстановительного потенциала при титровании 10 мл раствора FeSO₄ раствором КМпО₄ одинаковой концентрации (при [Н⁺] = 1 моль/л)

Прибавлено КМпО₄, мл	Избыток, мл	[Fe³⁺] [Fe²⁺]	[MnO₄^-] [Mn²⁺]	Вычисления	О-В потенциал Е,В
FeSO₄	KMnO₄
		-	5: 5 = 1	-	Е = 0,77 + 0,059 lg 1	0,770
9,1	0,9	-	9,1: 0,9» 10	-	Е = 0,77 + 0,059 lg 10	0,829
9,9	0,1	-	9,99: 0,1» 100	-	Е = 0,77 + 0,059 lg 100	0,888
	-	-	-	-	Е = 0,77 + 0,059 lg 1000	0,947
Точка эквивалентности	-	-	-	-	Е =	1,387
10,01	-	0,01	-	0,01:10=0,001	Е = 1,51 +	1,475
10,1	-		-	0,1: 10 = 0,01	Е = 1,51 +	1,486
	-		-	1: 10 = 0,1	Е = 1,51 +	1,498
	-		-	10: 10 = 1	Е = 1,51 +	1,510