Материал: Очистка и рекуперация промышленных выбросов методические указания к выполнению лабораторных работ

0,1 н раствором серной (соляной) кислоты до окраски раствора, совпадающей с окраской свидетеля. Расход кислоты на титрование соответствует общей щелочности пробы. Индикатором служит метиловый оранжевый или смешанный индикатор.

Например, в колбу для титрования вливают 100 мл анализируемой воды, 2…3 капли фенолфталеина и титруют 0,1 н раствором серной (соляной) кислоты до обесцвечивания раствора. При низкой щелочности пробы титрование проводят 0,01 н раствором кислоты. Измеряют количество кислоты, пошедшее на титрование, оно соответствует щелочности по фенолфталеину или щелочному числу. Затем к бесцветному раствору добавляют 3 капли смешанного индикатора или метилового оранжевого и продолжают титровать кислотой до появления окраски, совпадающей с окраской свидетеля. Измеряют расход кислоты от начала титрования, он соответствует общей щелочности.

Расчет. Общую щелочность Х0 и щелочность воды по фенолфталеину Хф (щелочное число) выражают в миллиграмм-эквивалентах на 1 л воды (мг-экв/л), 1 мл 1 н раствора содержит 1 мг-экв.

При титровании 100 мл пробы 0,1 н раствором кислоты формулы для вычисления щелочности имеют следующий вид:

где а – объем 0,1 н раствора кислоты, пошедший на титрование с метиловым оранжевым, мл; b – объем 0,1 н раствора кислоты, пошедший на титрование с фенолфталеином, мл.

Щелочность определяют с точностью ±0,05 мг-экв.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОКИСЛЯЕМОСТИ ПЕРМАНГАНАТНОЙ (МЕТОД КУБЕЛЯ)

Метод предназначен для быстрого определения количества кислорода, необходимого для химического окисления легкоокисляемых веществ, содержащихся в анализируемой воде. Этот метод рекомендован Международным стандартом на воду для оценки загрязненности воды. Он используется почти во всех странах. В отличие от ХПК (химически потребляемый кислород) результаты анализа, полученные этим методом, называют окисляемостью перманганатной. Метод основан на реакции окисления органических и неорганических веществ, содержащихся в анализируемой воде, кислородом, который выделяется в результате разложения перманганата калия в кислой среде при кипячении в присутствии восстановителей:

4KMnO4+6H2SO4 → 2K2SO4+4MnSO4+6H2O +5O2 .

11

После окончания окисления определяют количество перманганата калия, которое не вступило в реакцию, титруя его щавелевой кислотой.

2MnО4–+5С2О42– + 16Н+ ↔ 2Mn+++8H2O +10СO2 .

По разности между взятым и найденным количеством перманганата калия вычисляют количество перманганата калия, израсходованное на окисление веществ, содержащихся в пробе. Окисляемость выражают в миллиграммах перманганата калия или в миллиграммах кислорода на 1 л воды.

Мешающие вещества: хлор при концентрации выше 300 мг/л; сернистый водород, соли закиси железа, нитриты и другие минеральные вещества, которые окисляются перманганатом калия на холоду.

Аппаратура: установка для титрования.

Реактивы и их приготовление: 0,1 н и 0,01 н растворы перманганата калия; 0,01 н раствор щавелевой кислоты; серная кислота. Приготовление: к 30 мл дистиллированной воды осторожно, маленькими порциями, при постоянном помешивании добавляют 10 мл серной кислоты плотностью 1,84 г/см3 и несколько капель 0,01 н раствора перманганата калия до появления устойчивой розовой окраски. Раствор кипятят 30 мин. Если он обесцветится, то прибавляют еще перманганата калия до бледно-розовой окраски раствора.

Подготовка проб. Анализируемую воду разбавляют дистиллированной водой в зависимости от ее окисляемости. Воду, поступающую на очистку, разбавляют в 5 раз, очищенную воду разбавляют в 2 раза.

Ход анализа. В коническую колбу вместимостью 250 мл вливают 75 мл дистиллированной воды, 5 мл раствора серной кислоты, 10 мл 0,01 н раствора перманганата калия и 10 мл разбавленной пробы. Для равномерности кипения в реагирующую жидкость кладут кусочек пористого стекла, колбу закрывают маленькой воронкой, ставят на включенную электроплитку и замечают время появления первых пузырьков (начало кипения). Содержимое колбы кипятят 10 мин (песочные часы). После окончания окисления колбу снимают с электроплитки, вливают в нее 10 мл 0,01 н раствора щавелевой кислоты и горячую жидкость титруют 0,01 н раствором перманганата калия до появления розовой окраски, не исчезающей в течение 1 мин.

Затем определяют окисляемость дистиллированной воды, которую употребляют для разбавления пробы и для анализа. Параллельно проводят холостой опыт, в котором вместо 10 мл разбавленной анализируемой воды к реактивам прибавляют 10 мл дистиллированной воды, кроме 75 мл. После окончания холостого опыта, не выливая реакционной жидкости, проводят проверку титра 0,01 н КМnО4 по щавелевой кислоте следующим образом. В колбу с горячей реакционной жидкостью вливают 10 мл 0,01 н раствора щавелевой кислоты и оттитровывают ее 0,01 н раствором перманганата калия до розового окрашивания, не исчезающего в течение 1 мин.

12

На основании полученных данных вычисляют поправочный коэффициент для пересчета концентрации рабочего раствора КМnO4 в точно 0,01 н раствор К=10/а, где а – количество мл раствора перманганата калия, пошедшее на титрование. Если анализируемая вода содержит много минеральных веществ, которые окисляются перманганатом калия на холоду, то их определяют отдельно. Анализ проводят, как описано выше, но без нагревания.

Расчет. Окисляемость анализируемой воды выражают количеством кислорода или перманганата калия, которое расходуется на окисление веществ, содержащихся в 1 л пробы, и вычисляют по формуле

где Х – окисляемость анализируемой воды, мг/л; А – объем 0,01 н. КМnО4, прибавленный к реагирующей жидкости в начале анализа и при титровании избытка щавелевой кислоты, мл; а – объем 0,01 н. КМnО4, пошедшей на титрование щавелевой кислоты, мл; б – объем 0,01 н. КМnО4, необходимый для окисления веществ, содержащихся в дистиллированной воде, взятой для анализа (75 мл) и прибавленной к реагирующей жидкости с разбавленной пробой, мл; К – 0,32 мг перманганата калия или 0,08 мг кислорода; g – объем неразбавленной пробы, взятый для титрования, мл.

Предостережения

1.0,01 н раствор перманганата калия неустойчив, поэтому его надо готовить через каждые 1…2 дня разведением 0,1 н раствора и проверять его титр по 0,01 н раствору щавелевой кислоты, раствор которой надо готовить ежемесячно. Хранят раствор перманганата калия в склянке из темного стекла.

2.Реакционную колбу (коническую вместимостью 250 мл) перед анализом надо обрабатывать раствором перманганата калия, затем дистиллированной водой и употреблять только для определения окисляемости перманганатным методом.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИ ПОТРЕБЛЯЕМОГО КИСЛОРОДА (ХПК) БИХРОМАТНЫМ МЕТОДОМ

Метод предназначен для определения количества кислорода, которое нужно истратить на окисление органических и неорганических веществ, присутствующих в анализируемой воде. Химически потребляемый кислород называют ХПК и выражают в миллиграммах кислорода на 1 л испы-

13

туемой воды (мг/л). Этот показатель характеризует загрязненность воды всеми видами веществ, которые можно окислить.

Величина ХПК зависит от природы окисляемых веществ, от силы окислителя и от условий окисления. В качестве окислителей применяют бихромат калия в кислой среде, йодат калия в кислой среде и перманганат калия в кислой или щелочной среде. Наибольшее количество веществ окисляется бихроматом калия в присутствии катализатора – сернокислого серебра при длительном кипячении (2 ч). В этих условиях многие органические вещества окисляются полностью до углекислого газа, воды и элементарного азота. Алифатические углеводороды, спирты и кислоты с неразветвленной цепью атомов углерода окисляются на 85…95 % только в присутствии катализатора. Ароматические углеводороды и пиридин совершенно не окисляются даже при катализаторе.

Определение ХПК бихроматным методом признано наиболее точным, поэтому результат анализа называют ХПК полное. Во многих странах этот метод является стандартным. Метод основан на реакции окисления органических и неорганических веществ, находящихся в анализируемой воде, бихроматом калия в кислой среде в присутствии катализатора. Шестивалентный хром восстанавливается при этом до трехвалентного:

Cr2O72– + 14Н++6е → 2Сг3– +7Н2О .

Количество восстановленного хрома, которое пропорционально количеству кислорода, израсходованного на окисление веществ, содержащихся в испытуемой воде, находят по разности между количествами бихромата калия, взятого на анализ и оставшегося после реакции. Концентрацию бихромата калия определяют титрованием раствором соли Мора.

Мешающие вещества: хлориды.

Аппаратура: установки для кипячения с обратным холодильником и для титрования.

Реактивы и их приготовление

1.Двухромовокислый калий (К2Сr2О7), 0,25 н раствор.

2.Серная кислота плотностью 1,84 г/см3 х. ч.

3.Сернокислое серебро кристаллическое.

4.Железистосернокислый аммоний (соль Мора), 0,25 н раствор. При-

готовление. В дистиллированной воде растворяют 98 г Fe(NH4)2 · (SO4)2 6H2O, прибавляют 20 мл концентрированной серной кислоты, охлаждают и объем раствора доводят до 1 л в мерной колбе. Раcтвор соли Мора неустойчив, поэтому его титр проверяют ежедневно по 0,25 н раствору дву-

хромовокислого калия. В коническую колбу вливают 25 мл 0,25 н К2Сr2О7, 250 мл дистиллированной воды, 20 мл концентрированной серной кислоты, смесь охлаждают до комнатной температуры, прибавляют 3…4 капли рас-

14

твора Ферроина (или другой индикатор) и титруют раствором соли Мора. Нормальность раствора соли Мора находят по формуле

где а — объем раствора соли Мора, пошедший на титрование, мл.

5. Индикатор – один из следующих: а. Кислота н-фенилантраниловая. Приготовление: 0,25 г кислоты растворяют в 12 мл 0,1 н раствора едкого натра и разбавляют водой до 250 мл. б. Раствор Ферроина. Приготовление: 1,485 г 1,10-фенантралина (одноводного) и 0,695 г сернокислого закисного железа (FeSО47H2О) растворяют в воде и объем доводят до 100 мл в мерной колбе. в. Дифениламин 1 %-й раствор в концентрированной серной кислоте.

Подготовка проб. В пробе определяют ХПК экспрессным методом и вычисляют необходимое разведение анализируемой воды перед анализом. Разведение должно быть таким, чтобы 50 мл разбавленной пробы восстанавливало не более 20 мл 0,25 н раствора двухромовокислого калия.

Взвешенные вещества, содержащиеся в пробе, не отделяют. Если проба содержит легкоосаждающиеся вещества, то перед разбавлением ее тщательно перемешивают в закрытой склянке, заполненной пробой до пробки. В пробе определяют хлориды или удаляют их одним из следующих способов.

1.Ионы хлора осаждают, прибавляя сульфат серебра, выпавший осадок отделяют на центрифуге (фильтровать нельзя!).

2.В реакционную смесь добавляют повышенное (по сравнению с вычисленным) количество катализатора – сернокислого серебра, чтобы связать хлориды.

3.Анализ проводят без катализатора, хлориды при этом окисляются полностью. Определив их количество отдельно, вводят поправку при вычислении ХПК в пробе.

Ход анализа. В плоскодонную колбу вместимостью 500 мл вливают 50

мл разбавленной пробы, 25 мл 0,25 н раствора двухромового калия (К2Сr2О7), вносят 1 г сернокислого серебра (если нет хлоридов) и осторожно, маленькими порциями, при постоянном перемешивании вливают 75 мл серной кислоты плотностью 1,84 г/см3. Содержимое колбы тщательно перемешивают, добавляют кусочек пемзы для равномерного кипения, колбу закрывают пробкой, в которую вставлен обратный холодильник, и ставят на включенную электроплитку. Замечают время начала кипения реакционной смеси и кипятят еѐ в течение 2 ч.

Затем убирают плитку, охлаждают колбу с реакционной жидкостью, холодильник промывают дистиллированной водой (200 мл), собирая ее в ту же колбу, отсоединяют колбу, добавляют в нее 3…4 капли раствора Фер-

15