16586

Определение органолептических свойств и жесткости воды

Лабораторная работа

Экология и защита окружающей среды

Лабораторная работа №4 Определение органолептических свойств и жесткости воды. 1.Понятие о жесткости воды. Жесткость воды зависит от присутствия в ней растворимых солей кальция в некоторых случаях – солей магния и железа. Жесткая вода при кипячении образует накип

Русский

2013-06-22

101.5 KB

16 чел.

Лабораторная работа №4

Определение органолептических свойств и жесткости воды.

1.Понятие о жесткости воды.

Жесткость воды зависит от присутствия в ней растворимых солей кальция, в некоторых случаях – солей магния и железа. Жесткая вода при кипячении образует накипь вследствие оседания карбонатов и оксикарбонатов кальция, магния и железа. Мыло в жесткой воде не мылится (не вспенивается), так как образуются нерастворимые в воде кальциевые и магниевые соли жирных кислот.

Жесткая вода не пригодна для питания паровых котлов и для применения в химической технологии. Очень жесткая вода вредна для здоровья, так как может вызывать увеличение содержания кальция в крови, усиление кальцификации организма и ослабление процессов регенерации. Человек потребляет в сутки 0,7-2 г кальция с пищей и питьевой водой. По данным токсикологов, кальций в дозе 3,5-5,2 мг/кг массы или концентрации в питьевой воде 100-150 мг/л увеличивает заболеваемость населения болезнями почек, артритами и полиартритами. Кальций – биогенный элемент. Он необходим для нормального течения многих жизненных процессов. Он участвует в образовании костей и зубов, в процессе свертывания крови, регулирует возбудимость нервно-мышечного аппарата, повышает тонус сердечной мышцы. Поэтому неблагоприятен как дефицит, так и его избыток в организме.

Различают жесткость воды временную (или устранимую) и постоянную. Временная жесткость воды обусловлена присутствием в воде бикарбонатов, дигидрокарбонатов Ca(HCO3)2, реже Mg(HCO3)2 и Fe(HCO3)2. Временную жесткость можно устранить кипячением воды.

При кипячении воды бикарбонаты разлагаются с образованием карбонатов, оксикарбонатов и гидроксидов:

Ca(HCO3)2=CaCO3     + H2O + CO2 

Mg(HCO3)2= MgCO3  + H2O + CO2  

2Mg(HCO3)2= Mg(OH)2CO3   + H2O + 3CO2  

Fe(HCO3)2=Fe(OH)2 + 2CO2 

Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в ней преимущественно сульфатов и хлоридов кальция и магния и не устраняется кипячением. Сумма временной (устранимой) и постоянной жесткости составляет общую жесткость воды.

Проявление жесткости воды.

На внутренних стенках паровых котлов и трубопроводов из жесткой

воды осаждаются нерастворимые соли в основном СаСО3 по реакции:

Са(НС03)2 =↓ СаСО3 + Н20 + С02.

Они снижают теплопроводность стенок, вызывая затем местный перегрев их и коррозию металла. Случайное отделение накипи от раскаленной стенки может вызвать быстрое испарение воды и взрыв котла. Жесткой водой нельзя пользоваться при проведении некоторых технологических процессов, например, крашение тканей.

При стирке в жесткой воде повышается расход моющих средств. Это обусловлено образованием солей органических кислот Са2+ и Mg2+.

2Na(Cl7H35COO) + Са(НС03)2 =↓ Ca(С17H35COO)2 +2NaHC03

Кроме того, при стирке в жесткой воде те же соли осаждаются на ткани, ухудшая ее свойства (белые ткани приобретают стойкий желтоватый цвет).

Синтетические моющие средства обеспечивают эффективный и экономичный процесс стирки в мягкой и жесткой воде, так как они не образуют нерастворимых солей.

В жесткой воде плохо развариваются овощи, особенно стручковые, так как содержащиеся в них пектины образуют на стенках клеток нерастворимые соединения с ионами кальция и магния.

Общее содержание кальция в организме человека в среднем составляет 1,9% от общей массы тела, при этом 99% всего количества приходится на долю скелета и лишь 1% содержится в остальных тканях и жидкостях организма. Суточная потребность в кальции для взрослого человека 0,45-1,2 г. Кальций участвует во всех жизненных процессах организма. Нормальная свертываемость крови происходит только в присутствии солей кальция. Кальций играет важную роль и в нервно-мышечной возбудимости организма.

При избытке кальция наблюдаются: болезни костной системы, мышечная слабость, затруднение координации движений, деформация костей позвоночника и ног, самопроизвольные переломы, болезни внутренних органов.

Недостаток кальция вызывает тахикардию, аритмию, побеление пальцев рук и ног, боли в мышцах, повышенную раздражительность, галлюцинации, потерю памяти, умственную отсталость. Волосы становятся грубыми и выпадают, ногти - ломкими, кожа утолщается и грубеет, на эмали зубов появляются ямки, хрусталик глаза теряет прозрачность.

Характеристика видов жесткости воды

Виды жест

кости воды

Соли, содержание которых обуславливает жесткость

Способы устранения

Временная (карбонатная)

Гидрокарбонаты Са(НСО3)2, Mg(HC03)2,

гидроксикарбонаты Са(ОНСО3)2, MgHC03)2,

Кипячение, реагентный

Постоянная (некарбонатная)

Хлориды СаС12, MgCl2, сульфаты CaS04, MgS04.

Реагентный, с помощью ионообменных смол, ионитов

Общая (является суммой временной и постоянной)

Гидрокарбонаты, гидроксикарбонаты, хлориды и сульфаты.

Смешанный

В природных условиях кальций и магний попадают в воду вследствие воздействия диоксида углерода на карбонатные минералы или в результате биохимических процессов, происходящих в увлажненных слоях почвы.

В природных водах европейской части России соединения кальция содержатся в среднем в концентрации 67,2 мг/л.

В поверхностные водоемы кальций может поступать со сточными водами предприятий по добыче и обработке извести, целлюлозно- бумажных, химических, нефтехимических, стекольных, химико- фармацевтических, кожевенных, лакокрасочных, машиностроительных, пивоваренных. В сточных водах нефтехимических предприятий содержится в среднем 1228 мг/л Са.

Жесткость воды выражается в миллиграмм-эквивалентах ионов Са на 1 л. 1 мэкв жесткости соответствует содержанию 40,08/2=20,04 мг Са2+

или 24,31/2=12,16 мг Mg в 1 литре воды, где 40,08 и 24,31-атомные массы Са и Mg.

По действующему ГОСТу на питьевую воду жесткость ее может быть не более 7 мэкв, т. е. Максимально допустимая концентрация кальция в питьевой воде равна 20,047*7=140,28 мг/л.

Временную жесткость воды определяют титрованием стандартным раствором НС1, общую жесткость - комплексонометрически.

Российская классификация воды по степени ее жесткости

Характерис

тика

Очень мягкая

мягкая

Средней жесткости

жесткая

Очень жесткая

Общая жесткость, мэкв/л

<1,5

1,5-3,0

3,0-6,0

6,0-9,0

>9,0

Интересно заметить, что общая жесткость воды рек и озер в тайге и тундре составляет 0,1-0,2 ммоль экв/л, морей, подземных вод - 80-100 мэкв/л. В поверхностных водах преобладает карбонатная жесткость, которая составляет 70-80% от общей жесткости. Максимальная жесткость природных вод обычно наблюдается в конце зимы, минимальная - в период паводка. Жесткость подземных вод практически постоянна и не изменяется с временами года.

Способы умягчения воды

Жесткость воды устраняют физическими и химическими методами. Временная жесткость устраняется кипячением воды. При этом гидрокарбонаты и гидроксикарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты:

Са(НС03)2=СаС03+С02↑+Н20

Химическое умягчение воды основано на введении в воду реагентов, обогащающих ее анионами СО3 и ОН-, в результате чего образуются малорастворимые СаСОз и Mg(OH)2. Для этого природную воду обрабатывают гашеной известью или кальцинированной содой:

CaS04 + Na2C03 = CaC03↓ +Na2S04

Ca(HC03)2 + Са(ОН)2 = 2 СаС03 + 2 Н20

Временная жесткость может быть устранена введением негашеной извести:

Са(НСО)2 + СаО= 2СаСО + Н 2 О

Для удаления ионов Са2+ и Mg2+ можно применять также фосфат натрия Na3P04, буру Na4B207, поташ К2СО3 и др.

Широкое распространение в технике получил метод устранения жесткости воды путем ионного обмена. В этом методе используется способность некоторых природных и искусственных высокомолекулярных соединений - ионитов - обменивать входящие в их состав радикалы на ионы, находящиеся в растворе.

По характеру обмениваемых ионов среди ионитов различают катеониты и аниониты. Катионитами являются алюмосиликаты типа цеолитов, например, Na2[Al2Si208]nH20, искусственно приготовленные гидратированные алюмосиликаты - пермутиты, ряд силикатов и другие. Происходящий между алюмосиликатом и жесткой водой обмен ионами можно схематически представить так:

Na2R + Ca(HC03)2 ↔  CaR + 2NaHC03

Na2R + CaSO ↔ CaR + Na2S04

где R - сложный алюмосиликатный анион.

Для умягчения воды применяют также различные искусственные органические высокомолекулярные вещества, называемые ионообменными смолами. Катионобменные смолы содержат активные группы -S03H,

- СООН, -ОН , в которых атом водорода способен замещаться на катионы по схеме:

2RH+Ca2+=R2Ca+2H+

В анионообменных смолах активными являются основные группы - NH2, =NH, =N. Обменными анионами служат ОН--группы, которые образуются на поверхности смолы в процессе ее гидратации.

Схема анионного обмена:

2ROH + SO 42- = R2S04 + 2ОН-,

где R - сложный органический радикал.

В некоторых случаях требуется удалить из воды не только катионы Са2+ и Mg2+, но и другие катионы и анионы. В таких случаях воду пропускают последовательно через катионит и анионит. В итоге вода освобождается и от катионов, и от анионов. Такая обработка воды называется обессоливанием.

Кроме того, жесткость можно устранить вымораживанием льда, перегонкой, но в последнем случае необходимо иметь специальную установку.

Контрольные вопросы

  1.  Вычислите общую, карбонатную и некарбонатную жесткость воды, если на титрование двух ее проб по 100 мл каждая израсходовано: на первую - 8,2 мл 0,05 н раствора трилона Б, на вторую - 2,8 мл 0,1 н НС1.
  2.  В 10 л воды содержится 0,41 г Са(НС03)2 и 0,91 г MgS04. определите карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды.
  3.  Насколько понизится жесткость воды (кальциевая), если к 3 m3 прибавить 477 г Na2C03?
  4.  Какую массу негашеной извести следует прибавить к 10 л воды для устранения временной жесткости, равной 5 мэкв/л? Напишите уравнение реакции.
  5.  Рассчитайте общую жесткость минеральной воды, содержащей 70 мг/дм3 Са2+ и 36 мг/дм3 Mg2+.
  6.  В 1 м воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды.

2.Методика определения временной (карбонатной) жесткости

воды.

Метод основан на титровании гидрокарбонат-ионов хлористоводородной кислотой в присутствии индикатора метилового оранжевого.

                                            CO2

HCO3+H+        H2CO3              

                                            H20

                                                                      CO2

Ca(HCO3)2+2HCl = CaCl2 +  H2CO3

                                                                      H2O

Реактивы и посуда:

Кислота хлороводородная ≈ 0,1 н раствор.

Индикатор метиловый оранжевый.

Колбы конические емкостью 250мл.

Цилиндр мерный.

Бюретка на 25 мл.

Ход анализа.

В три конические колбы емкостью 250 мл отбирают мерным цилиндром по 200 мл анализируемой воды, добавляют 2-3 капли индикатора метилового оранжевого и титруют 0,1 н раствором HCl до перехода окраски от желтой к оранжевой. Находят среднее арифметическое из 3 параллельных определений.

Жесткость исследуемой воды (Ж) определяется по формуле:

,где

Ж – жесткость воды (временная), мэкв/л;

V HCl   - средний объем из 3 определений, мл;

C HCl – точная концентрация раствора HCl, мэкв/л;

V H2O - средний объем анализируемой воды, мл.

3.Комплексонометрическое определение общей жесткости воды.

Общая жесткость воды обусловлена присутствием в ней гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов и других растворимых солей кальция и магния. Общую жесткость определяют в природных подземных и поверхностных водах, питьевой воде и сточных водах перед сбросом их в поверхностные воды.

Реактивы и посуда:

Аммиачный буферный раствор с рН 10.

Индикатор эриохром черный Т.

Комплексон III, ≈0,01 М раствор.

Сущность метода.

Метод основан на титровании анализируемой воды раствором двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (комплексона III, трилона Б) известной концентрации при рН 10 в присутствии индикатора эриохрома черного Т

Na2C10H12O8N22– + Ca 2+                         CaC10H12O3N22– + 2Na+

В водной среде этилендиаминтетраацетат натрия образует при рН 10 комплексные соединения сначала с ионами кальция, затем с ионами магния. Когда в анализируемую пробу вносят индикатор эриохром черный Т, он образует с ионами магния вишнево-красное комплексное соединение. В точке эквивалентности, когда все свободные ионы кальция и магния уже связаны с комплексоном III, последний взаимодействует с комплексом магния с индикатором, вытесняя свободный индикатор, который окрашивает раствор в синий цвет:

MgInd + Y 4-                   MgY 2- + Ind 2-

Ход анализа.

В три конические колбы емкостью 250-300 мл цилиндром приливают по 50 мл исследуемой воды, добавляют мерным цилиндром по 10 мл аммиачного буфера и индикатор эриохром черный Т (1 шпатель). Содержание каждой колбы титруют стандартным раствором комплексона III до перехода окраски от вишнево-красной до синей (переходная окраска фиолетовая).

Находят среднее арифметическое 3 параллельных титрований и записывают в тетрадь.

Общую жесткость воды рассчитывают по формуле:

, где

Ж – жесткость воды (общая), мэкв/л;

VК – объем израсходованного комплексона III, ммоль/л;

Vводы – объем анализируемой воды, мл;

2 – коэффициент перехода от молярной концентрации (моль/л) к нормальной концентрации (мэкв/л).

4.Органолептическая оценка воды.

Первичную (визуальную) оценку качества воды проводят, определяя ее органолептические характеристики. Эти характеристики воды определяются с помощью органов зрения (мутность, цветность) и обоняния (запах). Неудовлетворительные органолептические характеристики косвенно свидетельствуют о загрязнении воды. На правильность полученных результатов анализов влияет способ отбора проб воды и условия ее хранения.

4.1 Определение запаха воды.

  1.  Заполните колбу водой на треть объема и закройте пробкой (рукой).
  2.  Взболтайте содержимое колбы.
  3.  Откройте колбу и осторожно, неглубоко вдыхая воздух, сразу же определите характер и интенсивность запаха. Если запах не ощущается или запах неотчетливый, испытание можно повторить, нагрев воду в колбе до температуры 60 0С (подержав колбу в горячей воде). Интенсивность запаха определите по 5-балльной системе согласно таблице 1.

Таблица 1

Интенсивность запаха

Характер проявления запаха

Оценка интенсивности запаха

Нет

Запах не ощущается

1

Очень слабая

Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании (при нагревании воды)

2

Слабая

Запах замечается, если обратить на него внимание

3

Заметная

Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде

4

Отчетливая

Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья

Очень сильная

Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

5

Характер запаха определите по табл. 2.

Таблица 2

Запах «естественного»

происхождения

Запах «искусственного»

происхождения

Неотчетливый

(или отсутствует)

Неотчетливый

(или отсутствует)

Землистый

Нефтепродуктов (бензиновый)

Гнилостный

Хлорный

Торфяной

Уксусный

Травянистый

Другой (укажите, какой)

Другой (укажите, какой)

4.2.Определение цветности.

  1.  Заполните колбу на две трети части водой.
  2.  Определите цветность воды, рассматривая колбу сверху на белом фоне при достаточном освещении (дневном, искусственном).

Подчеркните наиболее подходящий оттенок либо заполните свободную строку в табл.3.

Таблица 3

Цветность воды

Слабо-желтоватая

Светло-желтоватая

Желтая

Интенсивно желтая

Коричневая

Красно-коричневая

Другая (укажите, какая)

4.3. Определение мутности.

1.Заполните колбу на две трети части водой.

  1.  Определите мутность воды, рассматривая колбу сверху на темном фоне при достаточном боковом освещении. Выберите нужное в табл. 4

Таблица 4

Мутность воды

Прозрачная

Слабомутная

Мутная

Очень мутная

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ

  1.  Занесите полученные результаты в таблицу 5.
  2.  Сделайте выводы об экологическом состоянии источника, из которого была взята проба.

Таблица 5

Характеристика

Вывод (словесное описание)

Запах

Цветность

мутность

Вывод.

Сравнить полученные результаты с величиной жесткости воды по ГОСТу и с Российской классификацией по степени жесткости.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20131. Понятие о векторной первичной погрешности 25.5 KB
  Векторные первичные погрешности ВПП погрешности характеризуемые некоторым направлением и некоторым числовым знем называемым модулем. ВПП могут возникнуть в плоскости движения механизма ПП эксцентриситета или плоского перекоса и не в плоскости движения ПП пространственного перекоса. ВПП образуются из ошибок в технических условиях на изготовление и сборку механизма. Эти погрешности: профиля элементов звеньев в высших парах; несоосность; радиальное и торцевое биение; Все ВПП можно свести к двум видам: 1.
20132. ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ЧИСЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРВИЧНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ 50 KB
  размера вала а по оси ординат плотность вероятности рассеяния этих погрешностей определяемые опытным путем. α и λ зависят только от вида закона распределения погрешностей Δq = α δ Δо σ[Δq] = λ δ На практике данные коэффиценты α и λ берутся из таблицы. Законы распределения технологических погрешностей.
20133. Способы уменьшения ожидаемой погрешности 23.5 KB
  Недостатки обоих способов : Невозможность воздя на систематическую составляющую суммарной погрешности. уменьшить в обоих случаях значение конечной погрешности.
20134. Основные понятия и определения теории надежности 26 KB
  К общим понятиям отнся: работоспть отказ наработка резервирование неисправность. Работоспть – это состояние изд. из работоспго состя в неработоспное. Безотказность – это свво изделия сохранять свою работоспть в течении заданного времени без вынужденных перерывов.
20135. Экономические показатели надежности 35 KB
  к длитти его эксплции. покль надежти Qи – стоимость изготя нового прибора Qэ – суммарные затраты на эксплцию и ремонт Тэ период целесообразной эксплции прибора. капиталовложений между сферой произва и сферой эксплции. Чем дешевле изделие тем больше затрат приходится на его эксплцию.
20136. Методика выбора основных показателей надежности 22.5 KB
  Выбор показателей надежности осуществляется исходя из характеристик изделия а также требований предъявляемых к изделию в процессе эксплуатации. Основными показателями надежности являются показатели полученные при оценке средней величины общего дохода изделия. Они характеризуют ожидаемый средний уровень надежности изделия и по ним осуществляют сравнение изделий по надежности. Они позволяют полнее охарактеризовать надежность изделия и определяют либо безотказность либо ремонтопригодность либо сохраняемость либо долговечность...
20137. Источники и причины отказов измерительных устройств 38.5 KB
  Силы кот. Механическая энергия может возникнуть как следствие затрат энергии кот. Воздух кот. Обратимые процессы –это часть процессов кот.
20138. Надежность, определяемая процессами, происходящими в элементах и узлах приборов 55 KB
  Такое деление соответствует трем явно выраженным периодам работы любого прибора или машины. Из кривой видно что в первый период – период приработки интенсивность отказов в начале высокая а затем быстро падает. Во второй период – период нормальной эксплуатации интенсивность отказов устанавливается на постоянном min уровне. В период износа – интенсивность отказа вновь возрастает.
20139. Общая схема изменения показателей работоспособности 123.5 KB
  1 по вертикали отложены показатели характеризующие точность выполнения прибором заданной функции инструментальная погрешность а по горизонтали – время работы прибора. Узлы прибора обладают некоторой геометрической неточностью и другими показателями которые определяют начальную погрешность прибора Δо. Когда прибор начинает работать так называемые быстро протекающие процессы приводят к рассеиванию показателей работоспособности в результате чего точность прибора уменьшается на величину Δ1. Эти процессы заканчиваются в пределах цикла работы...