Применение титриметрических методов анализа в мониторинге объектов окружающей среды. Курсовая работа Применение титриметрических методов анализа в мониторинге объектов окружающей среды Содержание Введение
 Скачать 1.11 Mb.
|
Размещено на http://www.allbest.ru/ Курсовая работа Применение титриметрических методов анализа в мониторинге объектов окружающей среды Содержание Введение Глава 1. Сущность титриметрического метода анализа 1.1 Общие положения титриметрического метода 1.2 Техника выполнения титрования "Индикаторы 1.3 Химический эквивалент и молярная концентрация эквивалента Глава 2. Количественный анализ вод 2.1 Экологическое нормирование 2.2 Определение массовой концентрации кальция в пробах природных и очищенных сточных вод титриметрическим методом с трилоном Б 2.3 Определение химического потребления кислорода в пробах природных и очищенных и сточных вод титриметрическим методом 2.4 Определение жесткости в пробах природных и очищенных сточных вод титриметрическим методом 2.5 Определение массовой концентрации растворенного кислорода в пробах природных и очищенных сточных вод йодометрическим методом Заключение Список использованных источников Введение Экологический мониторинг – это система контроля антропогенных загрязнений окружающей среды. Природные экологические системы тесно взаимосвязаны друг с другом. Это предопределяет сложность и необходимость учёта различных природных и химических факторов при контроле качества окружающей среды методами классической и современной аналитической химии. Экология, загрязнения окружающей среды, экологический мониторинг, экологическая химия – часто встречающиеся в наше время слова и сочетания, выражающие всеобщую озабоченность состоянием природной среды. Первопричина возникновения проблемы – обнаружение в экологических системах, прежде всего в биосфере, интенсивных и тревожных изменений, вызванных деятельностью человека, антропогенных изменений. Из большого числа вредных факторов отметим выброс в биосферу химически чуждых природе веществ, физически активных веществ, пыли, аэрозолей, повышение температуры биосферы, энергетическое загрязнение, биологическое и физическое воздействие на неё. Для оценки степени негативных изменений осуществляют экологический мониторинг – систему наблюдений и контроля за изменениями в составе и функциях различных экологических систем. Экологический мониторинг – это серьёзная и сложная проблема. Уровни её организации различны. Он может осуществляться в глобальном, национальном, региональном и локальном масштабах. Изучение и контроль состояния окружающей среды включают исследования таких природных ресурсов, как разнообразие воды, атмосферный воздух, почвы, совокупность этих систем с точки зрения определения в них загрязняющих химических веществ, нарушающих сложившееся экологическое равновесие в природе. Здесь чётко просматривается химическая сущность обсуждаемой проблемы: с этой точки зрения можно говорить и о химическом мониторинге. Без химического анализа здесь не обойтись. Поэтому в экологический мониторинг включают различные химические, физико-химические и биологические методы анализа. К химическим методам экологического мониторинга относят гравиметрию и титриметрию. Суть гравиметрического анализа состоит в определении массы и процентного содержания какого-либо элемента, иона или химического соединения, находящегося в испытуемой пробе (в экологии определяют сухой остаток, взвешенные вещества, сульфаты в воде и нефтепродукты в воде и почве и др.). Гравиметрический анализ является наиболее точным их химических методов анализа. Область применения его весьма широка, так как каждый элемент (за единичными исключениями) образуют те или иные малорастворимые соединения, в виде которых он может быть количественно определен гравиметрическим методом. Однако этот метод имеет и весьма крупный недостаток, заключающийся в длительности определений. Результаты анализа получаются в лучшем случае через несколько часов, чаще же анализ заканчивается лишь на следующий день. Титриметрический анализ в отношении скорости выполнения дает огромное преимущество по сравнению с гравиметрическим анализом. Ускорение определений достигается благодаря тому, что вместо взвешивания продукта реакции при титриметрическом анализе измеряют объем затрачиваемого на ее проведение раствора реагента, концентрация (или, как говорят, титр) которого всегда точно известна. Таким образом, в титриметрическом (объемном) анализе количественное определение химических веществ осуществляется чаще всего путем точного измерения объемов растворов двух веществ, вступающих между собой в реакцию. Данный метод является наиболее надежным и точным. Соответственно, актуальностью данной темы будет являться: применение титриметрического метода анализа как достаточно надежного и точного, и как показал анализ литературы, широко применяемого при определении содержания анализируемых веществ в мониторинге объектов окружающей среды. Объектом данной работы будут служить: теоретические аспекты титриметрического анализа. Предметом будет являться: применение титриметрических методов в анализе вод. Целью данной работы является: изучение особенностей применения титриметрических методов анализа в мониторинге объектов окружающей среды. Реализация данной цели подразумевает выполнение ряда задач: – Раскрыть общие положения титриметрического метода; – Рассмотреть технику выполнения титрования; – Ознакомиться с понятиями "химический эквивалент" и "молярная концентрация эквивалента"; – Раскрыть понятие "экологическое нормирование"; – Рассмотреть и проанализировать количественный анализ на определение: кальция в природных и сточных водах; химического потребления кислорода в природных и сточных водах; жесткости в природных и сточных водах; растворенного кислорода в природных и очищенных сточных водах. Глава 1. Сущность титриметрического метода анализа 1.1 Общие положения титриметрического метода В производственной, природоохранной, научной деятельности постоянно приходится выяснять состав того или иного продукта, сырья, природного или искусственного материала. Эти задачи решаются методами аналитической химии. При этом может осуществляться качественный анализ, когда достаточно установить наличие или отсутствие в анализируемой пробе определенных веществ, или количественный анализ, когда выясняют, какие вещества и в каком количестве входят в состав (в виде основного компонента или как примеси) анализируемой пробы. "Одним из наиболее распространенных и точных методов количественного химического анализа является титриметрический метод анализа. Такое название указывает, что при осуществлении метода производят процесс титрования, заключающийся в постепенном прибавлении одного раствора к определённому объему другого раствора. При этом используется то очевидное обстоятельство, что реакция между двумя веществами протекает до тех пор, пока одно из них не будет израсходовано. По уравнению реакции можно рассчитать количество одного из реагентов, если известно, сколько вступило в реакцию другого реагента".1 Титриметрический метод количественного анализа основан на точном измерении объемов растворов реагирующих веществ, концентрация одного из которых точно известна (растворы с известной концентрацией называются стандартными*). Определённый объем одного раствора титруют другим раствором. Титрование прекращают, когда вещество в титруемом растворе расходуется полностью в результате происходящей реакции. Этот момент называется точкой эквивалентности и соответствует тому, что количество вещества (число моль) в добавленном растворе (титранте) становится эквивалентным количеству вещества, содержавшемуся в титруемом растворе (момент достижения точки эквивалентности определяют по изменению окраски индикатора. химический проба кислород "Титриметрический анализ может быть основан на различных типах химических реакций: а) методы кислотно-основного титрования (в экологии, например, определяют карбонатную жесткость). В основу этих методов положены реакции нейтрализации. Точка эквивалентности фиксируется при помощи индикаторов, которые меняют свою окраску в зависимости от реакции среды (величины pH). Этими методами определяют концентрации кислот, щелочей и солей, гидролизующихся в водных растворах. В качестве рабочих растворов используют титрованные растворы кислот и сильных оснований. б) методы окислительно-восстановительного титрования (в экологии данным методом определяют содержание органических примесей в природной и питьевой воде (перманганатометрия) и в воде, загрязненной сточными водами (хроматометрия)). Эти методы основаны на окислительно-восстановительных реакциях, которые протекают между искомым веществом и веществом рабочего раствора (пермангана-тометрия, йодометрия, хроматометрия и др.). Их используют для обнаружения различных восстановителей (Ре 2+, С 20* | |||||||||||||||
| Индикатор | Цвет раствора | ||
| в кислой среде | переходная окраска | в щелочной среде | |
| Метиловый оранжевый | розовый | оранжевый | желтый |
| Фенолфталеин | бесцветный | красно-фиолетовый | красно-фиолетовый |
"Если титровать щелочной раствор кислотой в присутствии метилового оранжевого, то окраска титруемого будет оставаться желтой вплоть до полной нейтрализации щелочного компонента, что и означает достижение точки эквивалентности; при этом индикатор меняет окраску с желтой на оранжевую. Если добавить хотя бы одну каплю избыточной кислоты, окраска становится красно-розовой. В таком случае говорят, что "раствор перетитрован". При этом измеренный по бюретке объем титранта больше, чем объем, в действительности необходимый для нейтрализации; это вносит ошибку в последующие расчеты."4 В титриметрии, кроме метода нейтрализации, существуют и другие методы, в которых используются свои индикаторы, меняющие окраску в зависимости от присутствия каких-либо веществ в растворе.
1.3 Химический эквивалент и молярная концентрация эквивалента
Какие количества веществ являются эквивалентными друг другу, определяется уравнением реакции. Например, в реакции нейтрализации:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
реагируют без остатка 1 моль щелочи и 1 моль кислоты. Но при взаимодействии гидроксида натрия с серной кислотой:
NaOH + ½H2SO4= ½Na2SO4 + H2O
на нейтрализацию 1 моля щелочи достаточно ½ моля серной кислоты. Принято считать, что один моль HCl (как и один моль NaOH) представляет собой один химический эквивалент. В то же время ½ моля серной кислоты также представляет один химический эквивалент. Отсюда следует, что соотношение, при котором вещества прореагируют друг с другом без остатка, надо вычислять не по числу молей этих веществ, а по числу их молей эквивалентов. Таким образом, для выражения содержания веществ в растворах, используемых в титриметрии, удобно использовать концентрацию (см. раздел общей химии "Способы выражения концентраций растворов"), показывающую, сколько молей эквивалента вещества находится в единице объема (одном литре) раствора. Это так называемая молярная концентрация эквивалента (Сн, моль экв/л). Ранее для этой концентрации использовалось название "нормальная концентрация" (единица измерения мг-экв/л), которое в настоящее время исключено из нормативных документов: ГОСТов, методик и т.п. Однако это старое название продолжает широко употребляться в практической работе. Соответственно, характеризуя значение Сн, по-прежнему говорят, что раствор имеет определенную нормальность; например, раствор с концентрацией 2 моль экв/л называют двунормальным, 1 моль экв/л – нормальным, 0,1 моль экв/л – децинормальным и обозначают соответственно 2 н., 1 н., 0,1 н. и т.д. В данном учебном пособии такие термины и обозначения также используются. "Понятие химического эквивалента позволяет учесть, что одна молекула вещества может быть в реакции равноценна двум, трем и даже большему числу молекул другого вещества. Химическим эквивалентом вещества называется такое количество (число моль) или масса этого вещества, которая в химических реакциях эквивалентна (т.е. присоединяет, замещает, выделяет) 1 моль (или 1 г) ионов водорода Н+ или атомарного водорода Н. Для кислот и оснований величина молярной массы химического эквивалента Mэкв, рассчитывается из молярной массы M с учетом числа ионов водорода, отщепляемых молекулой кислоты или числа гидроксид-ионов, отщепляемых молекулой основания при диссоциации:
; 
".5 "Таким образом, показывают, какая масса из общей массы моля вещества эквивалентна в реакции одному молю однозарядных ионов. Аналогично, при нахождении молярной массы химического эквивалента отдельного иона, молярную (или атомную) массу иона делят на его заряд z, вычисляя, какая масса приходится на единичный заряд:
."6 "Расчет концентрации анализируемого раствора. Очевидно, что чем больший объем стандартного раствора титранта Vстанд потрачен на достижение точки эквивалентности и чем больше концентрация этого титранта Cстанд (здесь и далее речь идет только о нормальной концентрации, поэтому индекс "н" в обозначении Cн можно опустить), тем больше концентрация Cx анализируемого титруемого раствора, т.е. при расчете оказывается, что Cx Cстанд·Vстанд. В то же время, титранта надо затратить тем больше, чем больше взято исходного титруемого раствора; чтобы это учесть, при расчете Cx произведение объема и концентрации затраченного титранта следует отнести к объему титруемого раствора Vx:
."7