ыпыв. Кугаевских Дмитрий ХХБ-902. Определение карбонатов и гидрокарбон. Определение карбонатов и гидрокарбонатов в воде и строительных материалах
 Скачать 47.58 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОмГУ им. Ф.М. Достоевского ХИМИЧЕСКИЙ факультет ОТЧЕТ по дисциплине «аналитическая химия» на тему: «Определение карбонатов и гидрокарбонатов в воде и строительных материалах» Выполнил студент группы ХХБ-902 Кугаевских Д.Н ________________________ (подпись) Эл.адрес: kugaevskih.dima@yandex.ru Проверил преподаватель: Антонова Т.В. Омск 2021 СодержаниеОбщая характеристика объекта определенияПочти все карбонаты — бесцветные вещества. За исключением карбонатов щелочных металлов, они неустойчивы к нагреванию — разлагаются ещё до плавления. Карбонаты двухвалентных ртути и меди, а также многих трёхвалентных металлов не существуют при нормальных условиях. Из средних карбонатов в воде растворимы только соли щелочных металлов, аммония и одновалентного таллия. Хуже всего растворимы карбонаты кальция, бария, стронция и свинца. Все гидрокарбонаты, наоборот, хорошо растворимы в воде. Как правило, карбонаты не образуют кристаллогидратов (исключение — карбонаты натрия и некоторых редких элементов). Поскольку угольная кислота относится к слабым кислотам, растворы её солей вследствие гидролиза имеют щелочную реакцию, более сильную у карбонатов и более слабую у гидрокарбонатов. Нормальные карбонаты широко распространены в природе, например: кальцит СаСО3, доломит CaMg(CO3)2, магнезит MgCO3, сидерит FeCO3, баритокальцит BaCa(CO3)2 и другие. Существуют и минералы, представляющие собой основные карбонаты, например, малахит CuCO3·Cu(ОН)2. Карбонаты кальция, магния, бария и др. применяют в строительном деле, в химической промышленности, оптике и др. Известно, что карбонатные добавки способствуют уплотнению микроструктуры, повышению прочности матрицы строительных материалов, а также положительно влияет на процессы затвердевания вяжущей композиции, однако содержание карбонатов и гидрокарбонатов в строительных материалах не нормируется. Поэтому в дальнейшем будут рассматриваться методы определения карбонатов и гидрокарбонатов только в воде. В технике, промышленности и быту широко применяется сода (Na2CO3 и NaHCO3): при производстве стекла, мыла, бумаги, как моющее средство, при заправке огнетушителей, в кондитерском деле. Кислые карбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь составной частью буферных систем крови, поддерживающих постоянство её рН. Природные карбонаты свинца, цинка, марганца — ценные руды, из которых получают металлы. Гидрокарбонаты, карбонаты, гидроксид-ион и ионы слабых органических и неорганических кислот появляются в природной воде естественным образом в процессе растворения в воде углекислого газа, минералов и вмещающих пород при контакте воды с почвой и при протекании в воде жизненных процессов дыхания всех водных организмов. Гидрокарбонаты натрия, кальция и магния встречаются в растворённом виде в минеральных водах, а также, в небольшой концентрации, во всех природных водах, кроме атмосферных осадков и ледников. Гидрокарбонаты кальция и магния обуславливают так называемую временную жёсткость воды. При сильном нагревании воды (выше +60 °C) гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются на углекислый газ и малорастворимые карбонаты, которые выпадают в осадок на нагревательных элементах, дне и стенках посуды, внутренних поверхностях баков, бойлеров, труб, запорной арматуры и так далее, образуя накипь. ЩелочностьЩелочность - параметр, отражающий концентрацию анионов слабых органических и неорганических кислот в воде, в основном — угольной. Данный параметр характеризует направленность гидро- и геохимических процессов, коррозионной агрессивности воды по отношению к бетону, стали, отопительным котлам, парогенераторам. Щелочность воды разной нормировки оценивают в лабораториях аналитической химии. [1] Типы щелочности
Карбонаты и гидрокарбонаты нормируются только в бутилированной воде. При употреблении воды с повышенной щелочностью неизбежны негативные последствия для организма: нарушение кислотно-щелочного равновесия; снижение щелочного резерва крови; снижение кислотности желудочных соков и т.д.. Предельно допустимая концентрация (ПДК) гидрокарбонатов в различных типах вод
Методы определения карбонатов и гидрокарбонатовКарбонат- и гидрокарбонат-ионы можно определять с помощью кислотно-основного и потенциометрического титрования.
ГОСТ 31957-2012 Настоящий стандарт распространяется на питьевую и природную (поверхностную и подземную) воду, в том числе воду источников питьевого водоснабжения, а также на сточную воду, и устанавливает следующие титриметрические методы определения щелочности, карбонатов и гидрокарбонатов с визуальным или потенциометрическим фиксированием конечной точки титрования: - метод А - определение свободной и общей щелочности питьевой воды, в том числе расфасованной в емкости (кроме газированной), воды источников питьевого водоснабжения, природной и сточной воды титрованием до значений pH 8,3 и 4,5, с использованием полученных значений щелочности для расчетов массовых концентраций карбонатов и гидрокарбонатов; - метод Б - определение карбонатной щелочности питьевой и природной воды, а также воды, контролируемой на стадиях технологических процессов водоподготовки и воды, используемой для технических целей, титрованием пробы до значения pH 5,4. Методы позволяют определять молярные концентрации щелочности от 0,1 до 100 ммоль/дм3. Метод А позволяет определять массовые концентрации карбонатов от 6 до 6000 мг/дм3 и гидрокарбонатов в диапазоне от 6,1 до 6100 мг/дм3. Пробы воды со значениями щелочности более 10 ммоль/дм3 перед анализом разбавляют. При визуальном титровании определению щелочности мешают: - интенсивная окраска воды, которую перед титрованием устраняют путем добавления гидроксида алюминия (или активированного угля) с последующим фильтрованием через бумажный фильтр «синяя лента» или стеклянный фильтр; - наличие суспензированных карбонатов, которые перед титрованием устраняют фильтрованием через бумажный фильтр «синяя лента» или стеклянный фильтр; - свободный хлор в концентрациях свыше 0,5 мг/дм3, затрудняющий фиксирование перехода окраски индикатора. Свободный хлор перед титрованием устраняют путем добавления раствора тиосульфата натрия молярной концентрации 0,1 моль/дм3 из расчета 0,1 см3 на 200 см3 пробы воды, что позволяет удалить до 1,8 мг/дм3 хлора в указанном объеме пробы воды. В случае если окраску или мутность пробы нельзя устранить вышеуказанными способами, пробу воды рекомендуется анализировать потенциометрическим титрованием. На потенциометрическое титрование не оказывают влияние окислители, хотя определению конечной точки титрования могут мешать присутствующие в пробе воды органические соединения. Поверхностно-активные вещества, жиры и т.п. могут покрывать пленкой поверхность электродов и замедлять проведение измерений. Поэтому необходимо дополнительное время между добавлением титранта, чтобы привести электроды в равновесие. Электроды следует регулярно очищать растворителями, указанными в инструкции по эксплуатации электродов или, в случае отсутствия указаний, этиловым спиртом. [3] При определении щелочности рекомендуется избегать контакта пробы воды с атмосферой. Средства измерений, вспомогательное оборудование, реактивы, материалы (с учетом приготовления всех реактивов) При выполнении измерений применяют следующие средства измерений и другие технические средства, реактивы и материалы: Весы лабораторные по ГОСТ 24104 высокого класса точности (II) с ценой деления (дискретностью отсчета) не более 0,1 мг и наибольшим пределом взвешивания 220 г. Государственный (межгосударственный) стандартный образец (ГСО) состава водного раствора гидрокарбонат-ионов с относительной погрешностью аттестованного значения при доверительной вероятности P = 0,95 не более ±1 %. pH-метр, иономер или автоматический титратор любого типа с совместимой системой электродов (стеклянный измерительный электрод и насыщенный хлорсеребряный электрод сравнения по ГОСТ 17792), обеспечивающий измерения pH в диапазоне от 3 до 10 единиц pH с допускаемой погрешностью ±0,05 единиц pH. Бюретки по ГОСТ 29251 Пипетки градуированные по ГОСТ 29227 Цилиндры мерные по ГОСТ 1770. Колбы мерные по ГОСТ 1770 Колбы конические или плоскодонные по ГОСТ 25336. Стаканы химические термостойкие по ГОСТ 25336. Эксикатор по ГОСТ 25336. Хлоркальциевая трубка по ГОСТ 25336. Емкости для осушения газов по ГОСТ 25336. Капельница по ГОСТ 25336, 2-50ХС. Часы с секундной стрелкой или секундомер. Шкаф сушильный любого типа. Магнитная мешалка любого типа с магнитным мешателем, покрытым пластиком. Холодильник любого типа, обеспечивающий температуру 4 °C - 8 °C. Фильтры мембранные с порами диаметром 0,45 мкм или бумажные обеззоленные «синяя лента». Микрокомпрессор для аквариумов любого типа. Плитка электрическая с закрытой спиралью по ГОСТ 14919. Вода дистиллированная по ГОСТ 6709 . Кислота соляная по ГОСТ 3118, плотностью 1,16 г/см3, х.ч. Кислота соляная стандарт-титр с молярной концентрацией с (HCl) = 0,1 моль/дм3. Натрий бромистый, ч. Натрий серноватистокислый 5-водный по ГОСТ 27068. Натрий серноватистокислый 5-водный стандарт-титр с молярной концентрацией с (Na2S2O3 · 5Н2O) = 0,1 моль/дм3. Натрий тетраборнокислый 10-водный по ГОСТ 4199, х.ч. Натрий тетраборнокислый 10-водный стандарт-титр с молярной концентрацией с(1/2Na2B4O7 · 10Н2О) = 0,1 моль/дм3. Натрий углекислый по ГОСТ 83, х.ч. Натрия гидроокись по ГОСТ 4328, х.ч. Поглотитель химический известковый ХП-И (натронная известь) по ГОСТ 6755. Спирт этиловый ректификованный по ГОСТ 18300 Стандарт-титры буферных растворов для pH-метрии с аттестованными значениями pH 4,01; 6,86; 9,18 при 25 °C по ГОСТ 8.135. Азот или другой инертный газ или воздух, очищенный от диоксида углерода. Бромкрезоловый зеленый (индикатор). Метиленовый голубой (индикатор). Метиловый красный (индикатор). Фенолфталеин (индикатор). РД 52.24.493-2006 Настоящий руководящий документ устанавливает методику выполнения измерений массовой концентрации гидрокарбонатов в диапазоне от 10 до 500 мг/дм3 и величины щелочности в диапазоне от 0,17 до 8,20 ммоль/дм3 количества вещества эквивалента (КВЭ) в пробах поверхностных вод суши и очищенных сточных вод титриметрическим методом. Предел обнаружения гидрокарбонатов потенциометрическим титрованием 2 мг/дм3, обратным титрованием - 4 мг/дм3. [3] Настоящий руководящий документ предназначен для использования в лабораториях, осуществляющих анализ поверхностных вод суши и очищенных сточных вод. Средства измерений, вспомогательное оборудование, реактивы, материалы (с учетом приготовления всех реактивов) При выполнении измерений применяют следующие средства измерений и другие технические средства, реактивы и материалы: Весы лабораторные высокого (II) класса точности по ГОСТ 24104-2001. Весы лабораторные среднего (III) класса точности по ГОСТ 24104-2001 с пределом взвешивания 200 г. pH-метр или иономер любого типа с точностью измерений не более 0,05 единиц pH со стеклянным измерительным и вспомогательным хлорсеребряным электродами. Термометр по ГОСТ 29224-91 с ценой деления не более 0,2 °C и диапазоном измеряемых температур от 0 °C до 100 °C. Колбы мерные ГОСТ 1770-74 вместимостью. Пипетки градуированные по ГОСТ 29227-91. Пипетки с одной отметкой по ГОСТ 29169-91. Бюретки по ГОСТ 29251-91. Цилиндры мерные по ГОСТ 1770-74. Колбы конические по ГОСТ 25336-82. Стаканы химические низкие по ГОСТ 25336-82. Стаканы В-1, ТХС по ГОСТ 25336-82. Стаканчики для взвешивания (бюксы) по ГОСТ 25336-82. Воронки лабораторные по ГОСТ 25336-82. Капельницы исполнения по ГОСТ 25336-82. Воронка фильтрующая с пористой пластиной (ПОР100-160) диаметром 30 - 40 мм по ГОСТ 25336-82 или воронка Бюхнера № 1 по ГОСТ 9147-80. Колба с тубусом (Бунзена) по ГОСТ 25336-82. Чашка выпарительная по ГОСТ 9147-80. Эксикатор по ГОСТ 25336-82. Склянка для промывания газов по ГОСТ 25336-82. Палочка стеклянная. Трубки хлоркальциевые ТХ-П, TX-U по ГОСТ 25336-82. Ступка по ГОСТ 9147-80. Трубки соединительные из силиконовой резины, полипропиленовые (тефлоновые, полихлорвиниловые), стеклянные с внутренним диаметром 5 - 6 мм. Капилляры стеклянные или полипропиленовые с изогнутым концом. Пробки резиновые. Шпатель. Посуда стеклянная, полиэтиленовая (полипропиленовая) для хранения проб и растворов реактивов. Мешалка магнитная любого типа с перемешивающими элементами. Электроплитки по ГОСТ 14919-83. Шкаф сушильный общелабораторного назначения. Холодильник бытовой. Устройство для фильтрования проб с использованием мембранных или бумажных фильтров. Натрий углекислый кислый по ГОСТ 4201-79, х.ч. Кислота соляная, стандарт-титр 0,1 моль/дм3 по ТУ 6-09-2540-87, или соляная кислота по ГОСТ 3118-77, х.ч. Кислота серная стандарт-титр 0,1 моль/дм3 КВЭ по ТУ 6-09-2540-87 или кислота серная по ГОСТ 4204-77, х.ч. Натрий тетраборнокислый, стандарт-титр 0,1 моль/дм3 по ТУ 6-09-2540-87 или по ТУ 2642-001-33813273-97 или натрий тетраборнокислый 10-водный Na2B4O7 · 10Н2О (тетраборат натрия, бура) по ГОСТ 4199-76, х.ч. или ч.д.а., перекристаллизованный из воды. Натрий серноватистокислый 5-водный по ГОСТ 27068-86, ч.д.а. Метиловый красный водорастворимый, индикатор по ТУ 6-09-4070-75, ч.д.а. Метиленовый голубой (синий), индикатор, ч.д.а. Фенолфталеин, индикатор, по ТУ 6-09-629-77, ч.д.а. Калий хлористый по ГОСТ 4234-77, х.ч. Натрий бромистый ч. Образцовые буферные растворы, имеющие значения pH 4,01; 6,86 и 9,18 при 25 °C. Натронная известь или аскарит, ч. по ТУ 6-09-4128-88. Спирт этиловый ректификованный по ГОСТ 18300-87. Фильтры бумажные обеззоленные «синяя лента» и «белая лента» по ТУ 6-09-1678-86. Фильтры мембранные «Владипор МФАС-ОС-2», 0,45 мкм, по ТУ 6-55-221-1-29-89 или другого типа, равноценные по характеристикам. Вата медицинская гигроскопическая по ГОСТ 5556-81. Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72. Выбранная методика для проведения анализаКоличественное определение карбонатов и гидрокарбонатов в воде Данная методика была выбрана в связи с простотой выполнения анализа, а также доступностью нужного оборудования и реактивов. Оборудование и реактивы: стаканы вместимостью 100 мл или 150 мл, пипетка Мора, магнитная мешалка, pH-метр, бюретка, раствор соляной кислоты 0,0500 моль/дм3 или 0,0200 моль/дм3 . Порядок выполнения работы: 1.В стаканы вместимостью 100 см3 или 150 см3 отбирают пипеткой аликвоту анализируемой пробы воды объемом 50 см3. Стакан с пробой помещают на магнитную мешалку, опускают в раствор перемешивающий элемент и электроды и измеряют исходное значение pH пробы. 2.При отсутствии в пробе гидроксидов и карбонатов (pH пробы не превышает 8,3) опускают наконечник бюретки в пробу и титруют при постоянном перемешивании раствором соляной (или серной) кислоты 0,0500 моль/дм3 из бюретки. До достижения pH около 5 раствор кислоты можно добавлять быстро, не дожидаясь установления постоянного значения pH. Далее проводят титрование медленно, добавляя раствор кислоты по каплям, до pH 4,50 ± 0,02. 3.Записывают объем раствора кислоты и продолжают титрование до pH 4,20 ± 0,02. Повторяют титрование с другой аликвотой пробы и, если расхождение между параллельными титрованиями не превышает 0,1 см3 при концентрации кислоты 0,02 моль/дм3 и 0,05 см3, за результат принимают среднее значение объемов раствора кислоты. В противном случае повторяют титрование до получения допустимого расхождения результатов. 4.Если pH пробы воды превышает 8,3, проводят титрование медленно, добавляя раствор кислоты по каплям, до достижения pH 8,30 - 8,34. Записывают объем раствора кислоты и продолжают титрование согласно пункту 1. 5. Если на титрование анализируемой пробы воды израсходовано более 10 см3 раствора соляной кислоты молярной концентрации 0,05 моль/дм3, то для титрования берут меньший объем анализируемой пробы, доводят до 50 см3 дистиллированной водой и повторяют титрование. Если на титрование израсходовано менее 2,0 см3 соляной кислоты молярной концентрации 0,05 моль/дм3, то титрование повторяют, используя раствор соляной кислоты молярной концентрации 0,02 моль/дм3, при необходимости увеличивая объем анализируемой пробы воды до 100 см3. 6.По результатам титрования рассчитываем свободную и общую щелочность. Рассчитываем концентрацию карбонат- и гидрокарбонат- ионов (примечание – обработка результатов измерений, расчет содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов). Литература1.https://www.msulab.ru/knowledge/water/alkalinity-gidrokarbonat-ion/ 2.https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293785/4293785986.htm#i32897 3.https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293837/4293837295.htm#i236808 4.http://www.anchem.ru/literature/books/muraviev/031.asp ПримечаниеОбработка результатов измерений 1.Свободную щелочность Ар, ммоль/дм3, рассчитывают по формуле  где с(HCl) - молярная концентрация раствора соляной кислоты, моль/дм3; V1 - объем анализируемой пробы воды, взятый для титрования по, см3; V2 - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование до pH 8,3, см3. 2.Общую щелочность Ат, ммоль/дм3, при определении рассчитывают по формуле  где c(HCl) - молярная концентрация раствора соляной кислоты, моль/дм3; V1 - объем анализируемой пробы воды, взятый для титрования, см3; V3 - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование до pH 4,5, см3. Расчет содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов 1.Для определения содержания (массовой концентрации) карбонат- и гидрокарбонат-ионов используют значения свободной щелочности Aр, ммоль/дм3, и общей щелочности Aт ммоль/дм3,, применяя соотношения между свободной и общей щелочностью, приведенные в таблице.
2.Массовую концентрацию гидрокарбонатов в анализируемой пробе воды  , мг/дм3, рассчитывают по формуле где Cг - молярная концентрация гидрокарбонатов, определенная в соответствии с таблицей, ммоль/дм3. 3.Массовую концентрацию карбонатов в анализируемой пробе воды  , мг/дм3, рассчитывают по формуле где Cк - молярная концентрация карбонатов, определенная в соответствии с таблицей, ммоль/дм3. |