Методичні вказівки до виконання л/р для 2 курсу СМВ

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Морехідний коледж технічного флоту

Одеської національної морської академії

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи:

Лабораторна робота № 2

Тема: Водоконтроль. Методи усунення твердості води.

(2 години)

Розробив викладач ________________

Мета роботи: Навчиться встановлювати дослідним шляхом робочий показник технічної води – твердість

Завдання: провести дослідження зразка води та встановити до якого типу вона віднесена.

Теоретична частина

Твердість води – це сукупність властивостей, зумовлених вмістом іонів кальцію та магнію у воді.

Якщо концентрація цих катіонів велика, то воду називають твердою, якщо мала – м’якою. Саме катіони надають природній воді специфічних властивостей.

 Під час прання білизни у твердій воді погіршується якість тканини і підвищуються затрати мила, що витрачається на зв’язування катіонів Ca²⁺  та   Mg²⁺:

2С₁₇Н₃₅СОО^- + Са²⁺ → (С₁₇Н₃₅СОО)₂Са ↓

2С₁₇Н₃₅СОО^- + Mg²⁺ → (С₁₇Н₃₅СОО)₂ Mg ↓

і піна утворюється лише після повторного осадження цих катіонів.

У твердій воді погано розварюються харчові продукти, дуже погано заварюється чай, і смак його втрачається. При високому вмісті катіонів магнію вода гіркувата на смак і виявляє послаблюючу дію.

Тверда вода непридатна для використання у парових котлах: розчинені у ній солі утворюють на стінках котлу накип, який погано проводить теплоту. Це призводить до перевитрат палива, передчасного зносу котлів, а іноді, внаслідок перегрівання, і до аварії. Твердість шкідлива для металевих конструкцій, трубопроводів. Кожухів охолоджувальних машин.

 Катіони кальцію зумовлюють кальцієву твердість, а магнію – магнієву твердість. Загальна твердість складається з кальцієвої та магнієвої , тобто із сумарної концентрації у воді катіонів кальцію і магнію.

 Відносно процесів зм’якшення розрізняють карбонатну (тимчасову) та некарбонатну ( постійну) твердість води.

Тимчасова твердість визначається вмістом гідрокарбонатів кальцію та магнію, її можна усунути за допомогою кип’ятіння води:

Са²⁺ + 2 НСО^-₃ → СаСО₃↓ + СО₂↑ + Н₂О

                     (t, ºC)

2 Mg²⁺ + 2 НСО^-₃ + 2ОН^- → (МgОН)₂СО₃↓ + СО₂↑ + Н₂О

                                         (t, ºC)

Постійна твердість визначається вмістом сульфатів і хлоридів кальцію і магнію.

Загальну твердість можна обчислити за формулою:

 , мекв/л.

де і - концентрація іонів кальцію і магнію, мг/л.

За значенням твердості природну воду поділяють на :

 - дуже м’яку Т< 1,5;

 - м’яку  Т= 1,5 – 4;

 - середньої твердості Т= 4 – 8;

 - тверду Т= 8 – 12;

 - дуже тверду Т > 12 мекв/л.

Дуже часто тверду воду перед використанням зм’якшують. Звичайно цього досягають обробкою води різними хімічними речовинами.

Так карбонатну твердість можна усунути додаванням гашеного вапна Са(ОН)₂;

Са²⁺ + 2НСО₃ ^- + Са²⁺ + 2ОН^- → 2СаСО₃↓ + 2Н₂О;

Mg²⁺ + 2 НСО^-₃ + 2ОН^- + Са²⁺ → Mg(ОН)₂↓ + 2СаСО₃↓ + 2Н₂О

При одночасному додаванні вапна і соди (Na₂CO₃)  можна позбутися карбонатної і некарбонатної твердості ( вапняно – содовий спосіб). Карбонатна твердість при цьому усувається вапном, а некарбонатна  - содою:

Са²⁺ +СО^2-₃ → СаСО₃↓ ; Mg²⁺ + СО^2-₃ → MgСО₃ ↓

І далі:

MgСО₃ ↓ + Са²⁺ + 2ОН^- → Mg(ОН)₂↓ +СаСО₃↓

Застосовують і інші методи усунення твердості води, серед яких один з найсучасніших ґрунтується на використанні катіонів ( катіонітний спосіб)  - речовин , що здатні обмінювати свої іони на іони металів. Для усунення твердості води застосовують катіоніти на основі іонообмінних смол та алюмосилікатів.

Катіоніти можна регенерувати, і регенерований катіоніт використовувати далі для усунення твердості води.

Визначення твердості води.

Визначення твердості води проводять за допомогою методу титриметрії.

Метод титриметрії заснований на вимірюванні об’єму речовин, які вступили у реакцію.

Метод полягає у додаванні речовини з відомою концентрацією до певного об’єму речовини з невідомою концентрацією. Розрахунки застосовані на законі еквіваленту:

C₁ × V₁ = C₂ × V₂

Де C₁ , C₂  - нормальні концентрації речовин;

V₁ , V₂  - об’єми речовин.

Звідси невідома концентрація :

,

де С₂ – невідома концентрація;

С₁ – відома концентрація;

V₁ – об’єм речовини з відомою концентрацією, який додали;

V₂  - об’єм речовини з невідомою концентрацією.

Кінець титрування фіксують за допомогою індикатору, який змінює свій колір та стає стабільним протягом 5 секунд.

Порядок виконання.

Прилади: бюретка, конічна колба, штатив.

Реактиви:  0,05 М розчин соляною кислоти, метиловий оранжевий.

1. у конічну колбу для титрування вносять 100 мл дослідного зразка води

2. додають у колбу 2 – 3 краплі індикатору (метилового оранжевого).

3. титрують розчином соляної кислоти із бюретки при постійному перемішуванні до переходу забарвлення з вихідного жовтого кольору в блідо – рожевий.

4. титрування проводять три рази і отримують три значення карбонатної твердості по формулі:

; г – екв Са²⁺/л.

5. знаходять середнє значення

6. Встановлюють до якого типу м’якості відноситься дослідний зразок.

Контрольні питання.

1. Чим обумовлена твердість води.

2. Які є методи усунення твердості.

3. У чому полягає механізм знесолення води крізь катіоніти.

4. До чого може призвести підвищена твердість води.

Література.

1. Справочник по элементарной химии. Пилипенко А.Т., Починок В.Я., Середа И.П.. Киев: «Наукова думка», 1985.С. 114-118.

2. Глинка «Общая химия».