Учебно-методический комплекс дисциплины «химия объектов окружающей среды и редкометального сырья» для студентов специальности 5В060600

1. 
   Каково влияние марганца на живой организм?
   
2. 
   Каково предельно-допустимое содержание марганца в воде?
   
3. 
   В какой форме присутствует марганец в воде?
   



Вопросы для самоконтроля:

1. На чем основано определение марганца в сточных водах?

2. Напишите уравнение окисления ионов марганца до перманганат - ионов в кислой среде.

3. Дайте токсикологическую характеристику марганца. ПДК марганца в водных объектах?
Лабораторное занятие 2, 3 - Определение нитрат-иона колориметрическим методом

Цель занятия: количественное определение нитрат-ионов в сточных водах

Вопросы для допуска к лабораторной работе:

1. 
   Перечислите пути поступления нитрат-ионов в воду
   
2. 
   Какова ПДК для нитрат-ионов в воде?
   
3. 
   С чем связаны сезонные колебания содержания нитрат-ионов в воде?
   

Вопросы для самоконтроля:

1. На чем основано определение нитрат-ионов?

2. Напишите уравнение взаимодействия нитрат-ионов с салицилатом натрия.

3. Перечислите главные источники поступления в окружающую среду нитрат-ионов.
Лабораторное занятие 4, 5 - Определение содержания сульфатов в пробах природных и очищенных сточных вод титрованием солью свинца в присутствии дитизона

Цель занятия: количественное определение сульфат-ионов в сточных водах

Вопросы для допуска к лабораторной работе:

1. 
   На чем основано определение сульфат-ионов в сточных водах?
   
2. 
   Что является главным источником сульфатов в природных водах?
   
3. 
   Каковы особенности комплексонометрического определения сульфатов?
   

Повторяют титрование и при отсутствии расхождения в объемах титранта

более 0,02 см³ за результат титрования принимают среднее арифметическое.

Коэффициент определяют по формуле:

где m(K₂SO₄) – навеска сульфата калия, содержащаяся в 250 см³ раствора, г; M(1/zK₂SO₄) – молярная масса эквивалента сульфата калия, г/моль; V(K₂SO₄) – объем раствора K₂SO₄, взятый для определения коэффициента, см³; V(Pb(NO₃)₂) – объем раствора Pb(NO₃)₂, пошедший на титрование сульфата калия, см³; C(1/zPb(NO₃)₂) – молярная концентрация эквивалента Pb(NO₃)₂, моль/дм³.

где С_Х – массовая концентрация сульфатов в воде, мг/дм³; V(Pb(NO₃)₂) – объем раствора нитрата свинца, израсходованного на титрование, см³; V(пробы) – объем пробы, взятый для титрования после катионирования, см³; 0,02 – молярная концентрация эквивалента Pb(NO₃)₂, моль/дм³; 48,03 – молярная масса эквивалента сульфат-иона, г/моль; К – коэффициент молярности (поправочный коэффициент).

Вопросы для самоконтроля:

1. Сущность метода определения сульфат-ионов в сточных водах.

2. Напишите уравнение взаимодействия сульфат-ионов с хлоридом бария.

3. Какова роль сульфат-ионов?

1. 
   На чем основано фотометрическое определение железа в сточных водах?
   
2. 
   От чего зависит образование комплексов железа с сульфасалициловой кислотой?
   
3. 
   ПДК железа в сточных водах?
   

В мерные колбы на 100 мл вводят 1, 2, 4, 6, 8, 10 мл рабочего стандартного

раствора соли железа, доводят рН раствора до 6-8, добавляя 10% раствор

аммиака (контроль рН по универсальной индикаторной бумаге). Затем

приливают 2 мл 2М раствора хлорида аммония, 2 мл 20% раствора сульфосалициловой кислоты, 2 мл 10% раствора аммиака. После добавления каждого реактива содержимое колб перемешивают, затем доводят объем раствора до метки дистиллированной водой, перемешивают и через 15 мин фотометрируют при λ=400-430 нм в кюветах с толщиной оптического слоя 5 см по отношению к дистиллированной воде, обработанной как стандартные растворы. Калибровочный график строят в координатах: оптическая плотность (D) – содержание железа (C); мг/л.

Выполнение анализа. Из тщательно перемешанной пробы анализируемой воды отбирают 10-25 мл (содержание железа не более 1мг/л). Если содержание железа выше, пробу необходимо разбавить. Отобранный аликвотный объем переносят в мерную колбу на 100мл. Далее добавляют реактивы и проводят измерения как описано при построении калибровочного графика. По калибровочному графику находят содержание железа, соответствующее измеренной оптической плотности раствора.

Содержание железа (общего) в исследуемом растворе рассчитывают по

формуле:

где С(Fe_общ) – содержание железа (общего) в анализируемом растворе, мг/л; С_гр. – содержание железа, найденное по калибровочному графику, мг/л; V_пр. – объем раствора, взятый на фотометрирование, мл; V_кол. – объем мерной колбы при разбавлении.

К объему раствора в мерной колбе добавляют, если необходимо, раствор аммиака или соляной кислоты до рН=6 (контроль по универсальной индикаторной бумаге). Добавляют 0,2 мл раствора соляной кислоты, 5 мл 20% раствора сульфосалициловой кислоты, доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают и измеряют оптическую плотность. По калибровочному графику находят содержание железа (ІІІ) в фотометрируемом объеме. Содержание железа (ІІІ) в пробе рассчитывают по формуле (1).

Вопросы для самоконтроля:

1. Чем опасны соединений железа для биосферы?

2. На чем основано определение железа?

3. Напишите уравнение реакции взаимодействия хлорида железа с сульфосалициловой кислотой.

1. 
   Какова химическая активность хлора?
   
2. 
   Как хлор взаимодействует с примесями воды?
   
3. 
   Виды хлорсоединений в воде?
   



Вопросы для самоконтроля:

1. Дайте определение «активного хлора».

2. Какие соединения хлора встречаются в биосфере?

3. Напишите уравнение взаимодействия йода с тиосульфатом натрия.
Лабораторное занятие 9, 10 – Определение содержания хлоридов методом осадительного титрования

Цель занятия: определение содержания хлорид-ионов методом аргентометрии

Вопросы для допуска к лабораторной работе:

1. 
   Объясните, почему хлориды широко распространены в природных водах?
   
2. 
   Каким методом определяются хлорид-ионы в воде?
   
3. 
   Каково должно быть содержание хлоид-ионов по ГОСТУ?
   

0,01М раствора AgNО₃, взвесьте на технических весах. Навеску нитрата серебра растворите в 250 мл дистиллированной воды. Приготовленный раствор перелейте в склянку из темного стекла, так как на свету нитрат серебра разлагается с выделением свободного серебра.

раствора AgN0₃, мл:

V₁ =

V₂ =

V₃ =

_____________

V_ср(AgNO₃) =

По закону эквивалентов вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах. Для AgNO₃ и NaCl f_экв = 1, поэтому для этих веществ вместо молярных концентраций эквивалентов можно использовать молярные концентрации, моль/л:

где V(NaCl) - объем раствора хлорида натрия, V(NaCl) = 10 мл.

Получите у преподавателя исследуемый раствор в мерной колбе вместимостью 100 мл и доведите уровень раствора до метки дистиллированной водой.

В коническую колбу вместимостью 250 мл внесите мерной пипеткой 10 мл исследуемого раствора, мерным цилиндром - 90 мл дистиллированной воды и добавьте 5-7 капель индикатора - 5 %-ного раствора К₂СrO₄. Оттитруйте содержимое колбы раствором нитрата серебра до перехода лимонно-желтой окраски в оранжево-красную. Титрование повторите 3-4 раза.

На титрование 10 мл исследуемого раствора израсходовано раствора AgNO₃, мл:

V₁ =

V₂ =

V₃ =

_____________

V_ср(AgNO₃) =

Рассчитайте молярную концентрацию, моль/л, и массу, г, хлорид-ионов в исследуемом растворе по следующим формулам:

где V(Cl ) - объем раствора, взятого на титрование, V(Cl ) = 10 мл; М(С1 ) - молярная масса хлорид-иона, г/моль; V- объем исследуемого раствора, V= 0,1 л.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие другие методы определения хлорид-ионов вам известны?

2. Каковы условия определения хлорид-ионов?

3. В каких случаях применим метод осадительного титрования хлорид-ионов?

1. 
   Какова роль меди для флоры, фауны и человека?
   
2. 
   Перечислите источники поступления меди в окружающую среду
   
3. 
   Каково должно быть содержание меди в водопроводной воде согласно ГОСТУ?
   

Для K₂Cr₂О₇ f_э = 1/6, поэтому молярная масса эквивалента дихромата калия

М_э(К₂Сr₂O₇) = М(К₂Сr₂O₇)f_э =294,18^.1/6 = 49,03 г/моль.

Рассчитайте массу дихромата калия для приготовления 250 мл раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,02 моль/л, взвесьте на технических весах.

Навеску К₂Сr₂O₇ перенесите через воронку в мерную колбу вместимостью 250 мл. Небольшим количеством дистиллированной воды из промывалки ополосните бюкс и вылейте содержимое в колбу. Ополосните воронку из промывалки. Налейте в колбу приблизительно на 1/3 ее объема дистиллированной воды, снимите воронку и перемешайте раствор круговыми движениями колбы до полного растворения дихромата калия. Добавьте в колбу дистиллированной воды примерно на 0,5 см ниже метки, а затем доведите уровень до метки, прибавляя воду по каплям пипеткой, при этом нижний край мениска раствора должен совмещаться с меткой на горлышке колбы. Закройте колбу пробкой и перемешайте раствор, несколько раз

переворачивая колбу. Рассчитайте титр, г/мл, и молярную концентрацию эквивалента, моль/л, раствора с точностью до четырех значащих цифр:

Реакция между йодом и тиосульфатом натрия протекает по уравнению

2Na₂S₂O₃ + I₂ → 2NaI + Na₂S₄O₆

I₂ + 2e → 2I^-

2S₂O₃^2- -2e → S₄O₆^2-

Для тиосульфата натрия f_э = 1. Молярная масса эквивалента тиосульфата натрия

Рассчитайте массу Na₂S₂O₃^.5H₂O, необходимую для приготовления 500 мл 0,02 н раствора Na₂S₂O₃ (f_э=1), взвесьте на технических весах.

В колбу вместимостью 1 л налейте 500 мл дистиллированной воды, нагрейте до кипения и кипятите в течение 3-5 мин для предотвращения разложения тиосульфата натрия под действием кислорода воздуха и углекислого газа. Закройте колбу пробкой с хлоркальциевой трубкой и охладите.

Добавьте в колбу Na₂CO₃ (на кончике шпателя) для устойчивости титра и рассчитанного количество Na₂S₂O₃ • 5Н₂O, взвешенного на технических весах. Закройте колбу пробкой и перемешайте раствор круговыми движениями колбы до полного растворения солей.

Заполните бюретку через воронку раствором тиосульфата натрия так, чтобы мениск был выше нулевого деления. Заполните носик бюретки раствором, удалив из него пузырьки воздуха. Уберите воронку и установите уровень раствора в бюретке на нулевое деление по нижнему краю мениска. Мерную пипетку вместимостью 10 мл промойте раствором ди­

хромата калия и отмерьте 10 мл этого раствора в коническую колбу. Отмерьте цилиндром 2-2,5 мл раствора KI и 5-6 мл 2 н. раствора серной кислоты и добавьте к раствору дихромата калия. Накройте колбу часовым стеклом, чтобы предупредить потери от улетучивания йода, и выдержите в темноте 5 мин для завершения реакции. Затем снимите часовое стекло, ополосните его над колбой дистиллированной водой из промывалки и добавьте в колбу около 80 мл дистиллированной воды. Полученный раствор титруйте раствором тиосульфата натрия до соломенно-желтого цвета, после чего добавьте в колбу 2-2,5 мл раствора крахмала и продолжайте титровать до исчезновения синей окраски раствора. Запишите в лабораторный журнал объем раствора Na₂S₂О₃, израсходованный на титрование.

Титрование необходимо повторить не менее 3 раз, при этом расхождение между результатами не должно превышать 0,2 мл. На титрование 10 мл раствора К₂Сr₂O₇ было израсходовано Na₂S₂О₃, мл:

V₁ =

V₂ =

V₃ =

_____________

V_ср(Na₂S₂O₃) =

Концентрацию раствора тиосульфата натрия рассчитайте по формуле

где V(К₂Сr₂O₇) - объем раствора дихромата калия, V(К₂Сr₂O₇) = 10 мл.

В коническую колбу отберите 10 мл исследуемого раствора с помощью мерной пипетки, добавьте 5 мл 20 %-ного раствора KI. Закройте часовым стеклом и выдержите в темноте 5 мин, затем титруйте раствором тиосульфата натрия до бледно-желтого цвета. Добавьте 2-3 мл раствора крахмала и продолжайте титровать до исчезновения синей окраски раствора. Осадок CuI должен иметь цвет слоновой кости.

Уравнение протекающей реакции имеет вид

На титрование 10 мл исследуемого раствора соли меди (II) было израсходовано Na₂S₂O₃, мл:

V₁ =

V₂ =

V₃ =

_____________

V_ср(Na₂S₂O₃) =

Рассчитайте концентрацию раствора соли меди (II)

где V(Cu²⁺) - объем раствора, взятого на титрование, V(Cu²⁺) =10 мл.

Рассчитайте массу меди в 50 мл исследуемого раствора, г:

где Мэ (Сu) - молярная масса эквивалента меди, Мэ(Сu) = М(Сu) = 63,54 г/моль; V- объем исследуемого раствора, V= 0,05 л.

Вопросы для самоконтроля:

1. Объясните, почему используется косвенное титрование при определении меди?

2. Напишите уравнение реакции взаимодействия йодида калия с дихроматом калия в кислой среде

3. В каких случаях используется йодометрическое титрование?