Analiza wody

	Celem ćwiczenia jest zbadanie przydatności wody do określonych celów - spełnienie wymagań norm wód powierzchniowych, pitnych w zakresie wybranych chemicznych wskaźników jakości wody. Należą do nich: pH, pozostałość po odparowaniu, twardość ogólna, twardość wapniowa, twardość magnezowa, twardość węglanowa, chlorki, siarczany, krzemionka, żelazo.  Wykonanie zadania: 1. Odczyn wody pH Stężenie jonów wodorowych w badanej wodzie oznaczamy za pomocą pehametru. Przed pomiarem pehametr należy wykalibrować przy użyciu dwóch wzorcowych roztworów buforowych. Po wykonaniu pomiarów elektrodę należy przemyć wodą destylowaną. 2. Oznaczanie suchej pozostałości Sucha pozostałość jest to masa osadu pozostałego po odparowaniu wody i wysuszonego w temperaturze 105^oC w przeliczeniu na 1 dm^3 wody. Parownicę wysuszyć w suszarce w temperaturze 105^oC. Umieścić parownicę w eksykatorze, a po ostudzeniu zważyć na wadze analitycznej z dokładnością do ±0.001 g. Badaną wodę odmierzyć do kolby miarowej o pojemności 200 lub 250 cm^3. Następnie stopniowo odparowywać wodę w parownicy umieszczonej na  łaźni wodnej. Badaną wodę dodawać z kolby miarowej w miarę ubywania roztworu z parownicy.  Po odparowaniu do sucha, zewnętrzną powierzchnię parownicy przetrzeć bibułką i wysuszyć do stałej masy w suszarce w temperaturze 105^oC. Wysuszoną parownicę umieścić w eksykatorze, a po ostudzeniu zważyć na wadze analitycznej z dokładnością do ±0.001 g. Suchą pozostałość badanej próbki (x) obliczyć ze wzoru: gdzie: m – masa parownicy [g] m1 –  masa parownicy z osadem [g] V – objętość próbki wody [cm^3] Wynik podać w [mg/dm^3]. 3. Oznaczanie twardości ogólnej (całkowitej) - to Do badania twardości ogólnej wody stosowana jest kompleksometryczna metoda wersenianowa. Oznaczana jest łączna zawartość jonów Ca^2+ i Mg^2+ poprzez miareczkowanie próbki mianowanym roztworem wersenianu disodowego (soli disodowej kwasu etylenodiaminotetraoctowego EDTA). Do kolby Erlenmayera odmierzyć pipetą jednomiarową 50 cm^3 badanej wody. Następnie dodać ok. 2 cm^3 buforu amoniakalnego, tak aby zapach amoniaku był wyczuwalny podczas całego miareczkowania. Miareczkować ok. 0.010 M roztworem EDTA w obecności czerni eriochromowej T do zmiany barwy z fioletowej na niebieską. Barwa nie powinna ulec zmianie w ciągu 2-3 minut. Odcień barwy w PK miareczkowania najlepiej porównać z próbą odniesienia (woda destylowana i wskaźnik). Za wynik końcowy przyjąć średnią arytmetyczną z co najmniej trzech oznaczeń. Wynik podać w [mmol/dm^3] i [^on]. 4. Oznaczanie twardości wapniowej - tCa Do badania twardości ogólnej wody stosowana jest kompleksometryczna metoda wersenianowa. Do kolby Erlenmayera odmierzyć pipetą jednomiarową 50 cm^3 badanej wody. Następnie dodać ok. 2 cm^3 4 M roztworu NaOH (pH 12-13). Miareczkować ok. 0.010 M roztworem EDTA w obecności mureksydu do zmiany barwy z różowej na fioletową. Barwa nie powinna ulec zmianie w ciągu 2-3 minut. Odcień barwy w PK miareczkowania najlepiej porównać z próbą odniesienia (woda destylowana i wskaźnik). Za wynik końcowy przyjąć średnią arytmetyczną z co najmniej trzech oznaczeń. Wynik podać w [mmol/dm^3] i [^on]. 5. Oznaczanie twardości magnezowa - tMg Należy ją wyliczyć z różnicy twardości ogólnej i wapniowej. Wynik podać w [mmol/dm^3] i [^on]. 6. Oznaczanie twardości węglanowej - tw Do kolby Erlenmayera odmierzyć pipetą jednomiarową 100 cm^3 badanej wody. Następnie dodać 2-3 krople fenoloftaleiny. Jeśli próba nie zabarwi się, należy dodać 2-3 krople oranżu metylowego i miareczkować ok. 0.100 M roztworem HCl do zmiany barwy roztworu z żółtej na pomarańczową. Jeśli próba zabarwiła się po dodaniu fenoloftaleiny, miareczkować ok. 0.100 M roztworem HCl do odbarwienia, odczytać zużytą ilość kwasu „p”, dodać oranżu metylowego i miareczkować do zmiany barwy roztworu z żółtej na pomarańczową. Odczytać końcową objętość zużytego kwasu „m”. Na podstawie wyników obliczyć zawartość jonów wodorowęglanowych. Za wynik końcowy przyjąć średnią arytmetyczną z co najmniej trzech oznaczeń. Wynik podać w [mmol/dm^3] i [^on].   Zależność zasadowości od składu wody Zależność między stężenia jonów [mmol/dm^3] „p” i „m” OH^- p = 0, m >0 0 2p < m 0 2p = m 0 2p > m 2p - m p = m m   p - liczba mmoli HCl z miareczkowania wobec fenoloftaleiny, odniesiona do 1 dm^3 wody m - liczba mmoli HCl z miareczkowania wobec oranżu metylowego, odniesiona do 1 dm^3 wody 7. Oznaczanie chlorków Do oznaczania jonów chlorkowych stosowana jest metoda argentometryczna Mohra. Polega ona na miareczkowaniu badanej próbki minowanym roztworem AgNO3 przy pH 6.5 – 10, wobec K2CrO4 jako wskaźnika. Do kolby Erlenmayera odmierzyć pipetą jednomiarową 100 cm^3 badanej wody. Następnie dodać ok. 1 cm^3 10% roztworu chromianu(VI) potasu. W przypadku kwaśnego odczynu miareczkowanej próby należy ją w pierwszej kolejności zobojętnić węglanem wapnia (dodawać porcjami w takiej ilości, aby ostatnia porcja nie uległa już rozpuszczeniu). Miareczkować ok. 0.1 M roztworem AgNO3 do intensywnie czerwonożółtej barwy. Za wynik końcowy przyjąć średnią arytmetyczną z co najmniej trzech oznaczeń. Wynik podać w [mmol/dm^3] i [mg/dm^3]. 8. Oznaczanie siarczanów Do oznaczania jonów siarczanowych(VI)  stosowana jest metoda wagowa. Oznaczenie polega na strącaniu siarczanów(VI) na gorąco, w roztworze kwaśnym (2M HCl), za pomocą chlorku baru. Wtrąca się trudnorozpuszczalny osad siarczanu(VI) baru Do wysokiej zlewki (250 cm^3) odmierzyć pipetą jednomiarową 100 cm^3 badanej wody, dodać 2-3 krople oranżu metylowego i zakwasić 2 M HCl do pojawienia się czerwonego zabarwienia. Próbę ogrzać do wrzenia na maszynce elektrycznej i dodawać powoli, ciągle mieszając, 5 - 10 cm^3 10% roztworu chlorku baru (Uwaga! trucizna). Roztwór z wytrąconym osadem BaSO4 umieścić na gorącej łaźni wodnej do czasu całkowitego opadnięcia osadu. Następnie (najlepiej na następnej pracowni) osad przenieść ilościowo na twardy sączek i przemyć na sączku gorącą wodą destylowaną do całkowitego odmycia jonów chlorkowych. Tygiel porcelanowy wyprażyć w piecu w temperaturze ok. 800^oC. Umieścić tygiel w eksykatorze, a po ostudzeniu zważyć na wadze analitycznej z dokładnością do ±0.001 g. Sączek z osadem złożyć i umieścić w zważonym porcelanowym tyglu. Następnie spalić sączek na maszynce elektrycznej przy dostępie powietrza pod dygestorium i wyprażyć do stałej masy w piecu w temperaturze ok. 800^0C. Po odparowaniu do sucha, zewnętrzną powierzchnię parownicy przetrzeć bibułką i wysuszyć do stałej masy w suszarce w temperaturze 105^oC. Wysuszoną parownicę umieścić w eksykatorze, a po ostudzeniu zważyć na wadze analitycznej z dokładnością do ±0.001 g. Mnożnik przeliczeniowy BaSO4 na SO4^2- wynosi 0.4114. Wynik podać w [mg SO4^2-/dm^3]. 9. Oznaczanie ChZT Oznaczanie ChZT przeprowadza się metodą dichromianową. Zasada oznaczenia polega na ogrzewaniu badanej próbki wody z w obecności nadmiaru K2Cr2O7, kwasu siarkowego(VI) i siarczanu(VI) srebra. Po ochłodzeniu roztwór nadmiar dichromianu(VI) potasu odmiareczkowywuje się roztworem soli żelaza(II). Reakcje chemiczne przebiegające podczas analizy można przedstawić za pomocą równań reakcji: zw.org. + Cr2O7^2- + 14H ^+ « 2Cr^3+ + CO2  + 7H2O 6Fe^2+ + Cr2O7^2- + 14H ^+ « 6Fe^3+ + 2Cr^3+ + 7H2O Siarczan(VI) srebra spełnia funkcję katalizatora. Obecność przeszkadzających jonów chlorkowych eliminuje się poprzez dodanie siarczanu(VI) rtęci(II). Zestaw do oznaczania ChZT składa się z kolby okrągłodennej ze szlifem o pojemności 250 cm^3, płaszcza grzejnego i chłodnicy zwrotnej. Nie należy smarować szlifu i dotykać go palcami ze względu na to, że nawet śladowe ilości związków organicznych powodują błąd oznaczenia. Z tego też powodu kolby reakcyjne należy myć tylko wodą destylowaną. Uwaga: W oznaczeniu stosowane są odczynniki szkodliwe - HgSO4, K2CrO4, H2SO4. Obowiązuje stosowanie okularów ochronnych i rękawic. Wykonanie oznaczenia  Do kolby okrągłodennej odmierzyć pipetą jednomiarową 10 cm^3 badanej wody, dodać 0.2 g siarczanu(VI) rtęci(II) i mieszać do rozpuszczenia się soli. Następnie do kolby wrzucić kilka kawałków porcelany, dodać 10 cm^3 0.004 M roztworu K2Cr2O7 oraz bardzo ostrożnie 27 cm^3 stężonego H2SO4 z dodatkiem Ag2SO4 i natychmiast połączyć kolbę z chłodnicą zwrotną. Roztwór ogrzać do wrzenia i utrzymywać w tym stanie przez 10 min. Następnie wyłączyć ogrzewanie, poczekać aż kolba ostygnie i spłukać chłodnicę zwrotną 10 cm^3 wody destylowanej (odmierzyć cylindrem). Zawartość kolby po ochłodzeniu miareczkować roztworem siarczanu(VI) żelaza(II) i amonu (sól Mohra) wobec siarczanu ferroiny jako wskaźnika, do zmiany barwy z zielononiebieskiej na czerwonobrunatną. Należy również wykonać równoległe oznaczenie dla próby 10 cm^3 wody destylowanej! Oznaczanie miana siarczanu(VI) żelaza(II) i amonu - Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O - (sól Mohra) Do kolby Erlenmayera odmierzyć pipetą jednomiarową 100 cm^3 wody destylowanej. Następnie dodać 30 cm^3 stężonego H2SO4 i roztwór ostudzić. Po ostudzeniu, do kolby odmierzyć pipetą 10 cm^3 0.004 M roztworu K2Cr2O7, dodać 2 krople ferroiny i miareczkować roztworem soli Mohra do zmiany barwy z zielononiebieskiej na czerwonobrunatną. Mianowanie należy przeprowadzać każdorazowo w dniu oznaczania ChZT! Obliczanie wyników ChZT (X) badanej próby obliczyć według. wzoru:                                gdzie: V3  - objętość roztworu siarczanu(VI) żelaza(II) i amonu zużytego na zmiareczkowanie próby wody destylowanej [cm^3] V4  - objętość roztworu siarczanu(VI) żelaza(II) i amonu zużytego na zmiareczkowanie badanej próby wody [cm^3] - stężenie molowe roztworu siarczanu(VI) żelaza(II) i amonu 8 - współczynnik przeliczeniowy wyniku na mg O2 Vp - objętość próby badanej wody [cm^3] Wynik podać w [mg O2/dm^3]. 10. Kolorymetryczne oznaczanie krzemionki Krzemionkę można oznaczyć kolorymetrycznie metodą redukcji do błękitu heteropolowego. Krzem znajdujący się w roztworze w postaci krzemionki zjonizowanej (lecz nie w postaci koloidalnej) tworzy, w roztworze silnie kwaśnym, z kwasem molibdenowym kwas molibdeno-krzemowy o wzorze H8(SiM2O7)8·28H2O. Związek ten ma zabarwienie zielonkawożółte. Dodawany w trakcie wykonywania analizy roztwór kwasu szczawiowego rozkłada barwny kwas molibdeno-fosforowy, powstający w obecności fosforanów. Chlorek cyny(II) redukuje zielonożółty kwas molibdeno-krzemowy do błękitu heteropolowego, oznaczanego kolorymetrycznie przy długości fali 812 nm. Odczynniki Roztwór molibdenianu amonu (90 g wody + 5 cm^3 kwasu siarkowego(VI) + 5 g molibdenianu amonu), 10% roztwór kwasu szczawiowego, roztwór chlorku cyny(II) (2.5 g chlorku cyny(II) rozpuścić w 100 cm^3gliceryny na łaźni wodnej). Wykonanie oznaczenia Uwaga: oznaczanie krzemionki w wodzie wymaga zazwyczaj jej wstępnego 20-50 krotnego rozcieńczenia. Do kolby miarowej o pojemności 100 cm^3 odmierzyć pipetą jednomiarową 2 cm^3 badanej wody i dodać wody destylowanej do ok. ¾ objętości kolby. Następnie dodać 1 cm^3 roztworu molibdenianu amonu i odstawić na 10 minut. Po 10 minutach dodać 1cm^3 10% roztworu kwasu szczawiowego, a po kolejnych 2 minutach dodać 1 cm^3 roztwór chlorku cyny(II). Kolby uzupełnić wodą destylowaną do kreski i dobrze wymieszać. Równolegle te same czynności wykonać dla wody destylowanej jako próby odniesienia. Zmierzyć absorbancję próbki przy długości fali 812 nm. Wynik podać w [mg SiO2/dm^3]. Metoda błękitu heteropolowego: długość fali - 812 nm, kiuweta 5 cm E = 1.513 * [SiO2]                   [mg/100 cm^3] 11. Kolorymetryczne oznaczanie żelaza W celu oznaczenia żelaza ogólnego stosuje się najczęściej metody spektrofotometryczne. Zasada oznaczania polega na wykorzystaniu reakcji kwasu sulfosalicylowego z solami żelaza(III) w środowisku alkalicznym z wytworzeniem żółtego kompleksu żelaza. W celu utlenienia żelaza do postaci Fe^3+ do roztworu dodaje się nadtlenodisiarczanu amonu. Oznaczanie wykonuje się przy długości fali 430 nm. Odczynniki 20% roztwór kwasu sulfosalicylowego, 25% roztwór amoniaku, nadtlenodisiarczan amonu. Wykonanie oznaczenia Do kolby miarowej o pojemności 100 cm^3 odmierzyć pipetą jednomiarową 50 cm^3 badanej wody. Następnie dodać 1 cm^3 roztworu kwasu sulfosalicylowego i 0.1 g nadtlenodisiarczanu amonu (lub 1 cm^3 świeżego 10% roztworu). Dokładnie wymieszać (do rozpuszczenia kryształów), następnie zalkalizować roztwór dodając 1 cm^3 25% wody amoniakalnej. Kolby uzupełnić wodą destylowaną do kreski i dobrze wymieszać. Równolegle te same czynności wykonać dla wody destylowanej jako próby odniesienia. Zmierzyć absorbancję próbki przy długości fali 430 nm. Uwaga: oznaczanie żelaza w wodzie wykonywać po upływie 15 minut od momentu zmieszania odczynników. Chcąc oznaczyć tylko sole żelaza(II), pominąć dodawanie utleniacza. Wynik podać w [mg Fe/dm^3]. Metoda kolorymetryczna: długość fali - 430 nm, kiuweta 5 cm E = 0.4395 * [Fe]         [mg/100 cm^3] 12. Opracowanie wyników Sprawozdanie powinno zawierać: Ø     kontrolkę z bezpośrednimi wynikami pomiarów i analiz wraz z odpowiednimi obliczeniami Ø     schemat wszystkich obliczeń Ø     bilans masy oraz ładunku oznaczanych składników Ø     zestawienie uzyskanych wyników oraz wartości dopuszczalnych wg. Norm Ø     wnioski Ø     orzeczenie o przydatności wody do określonego celu.