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 Na ₂ S ₂ O ₃ × 5 H ₂ 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 CO ₂, выделяющаяся при высоком содержании карбонатов. Поэтому при более точном определении щелочности предварительно вытесняют CO ₂, 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 / см ³помещают 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 / см ³вливаю 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)

где п - число миллилитров 0,1н. HCl (или H ₂ 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 Na ₂ B ₄ O ₇ × 10 H ₂ 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 / см ³, ч. д. а.

2. Серная кислота, пл.1,84 г / см ³, ч. д. а.

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

4. Нитрат ртути (II), 0,1 н. раствор. Растворяют 17,131 г Н g (NO ₃)₂ H ₂ 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 (NH ₄) ₂ S ₂ O ₈ч. д. а. в 80 мл дистиллированной воды.

6. Нитрат серебра, 0,1 н. раствор. Растворяют 16,9 8 74 г AgNO ₃ч. 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;

У ₁- объем раствора перед измерением оптической плотности, мл.