Определение массовой концентрации хлорид-ионов в пробах природных и очищенных сточных вод меркуриметрическим методом

Лабораторная работа № 10
Определение массовой концентрации хлорид-ионов в пробах природных и
очищенных сточных вод меркуриметрическим методом

Почти все природные воды, дождевая вода, сточные воды содержат хлорид-ионы. Их концентрации меняются в широких пределах от нескольких миллиграммов на литр до довольно высоких концентраций в морской воде. Присутствие хлоридов объясняется присутствием в породах наиболее распространенной на Земле соли – хлорида натрия. Повышенное содержание хлоридов объясняется загрязнением водоема сточными водами. ПДК для хлорида в питьевой воде составляет 350 мг/дм3, в воде водоемов, используемых для рыбохозяйственных целей – 300,0 мг/дм3, для морской воды – 11,9 г/дм3.

По содержанию в организме человека хлор (0,15%) относится к макроэлементам, являясь незаменимым элементом. В организме человека содержится около 100 г (2790 ммоль) хлора. Хлорид-ионы играют важную биологическую роль. Они активируют некоторые ферменты, создают благоприятную среду для действия протолитических ферментов желудочного сока, обеспечивают ионные потоки через клеточные мембраны, участвуют в поддержании осмотического равновесия. Хлорид-ион имеет оптимальный радиус для проникновения через мембрану клеток. Именно этим объясняется его совместное участие с ионами Na+ и K+ в создании определенного осмотического давления и регуляции водно-солевого обмена. Хлорид натрия NaCl необходим для выработки соляной кислоты в желудке. Помимо важной роли соляной кислоты в процессе пищеварения, она уничтожает различные болезнетворные бактерии (холеры, тифа). Суточная потребность в натрия хлориде составляет 5-10 г.

Основные пути поступления хлорид-ионов в организм человека – вода и продукты питания. Физиологически полноценной считается питьевая вода, содержащая 150-250 мг/дм3 хлорид-ионов.

В тоже время хлорид-ионы могут играть и отрицательную роль. Так, высокое содержание анионов в воде, в том числе и хлорид-ионов, приводи к увеличению электропроводность воды и, таким образом, приводит к ускорению коррозионных процессов. Хлорид-ионы, в частности, играют роль стимуляторов коррозии, замещая кислород в защитной оксидной пленке металлов, что приводит к образованию в ней пор и облегчает начало коррозии.

Метод определения массовой концентрации хлорид-ионов в пробах природных и очищенных сточных вод основан на образовании малорастворимого соединения HgCl2. В кислой среде при pH 2,5±0,2 избыток ионов Hg2+ образует с индикатором дифенилкарбазоном (ДФК) комплексное соединение фиолетового цвета. При появлении этой окраски раствора титрование прекращают. Резкость перехода окраски индикатора зависит от соблюдения необходимого значения pH раствора. Рекомендуется использовать смешанный индикатор и азотную кислоту.

Реактивы. Нитрат ртути(II) HgCl2, ~0,03000 моль/дм3 (1/2 HgCl2) раствор. Вода водопроводная. Азотная кислота HNO3, ~0,18 моль/дм3 раствор. Смешанный индикатор[1]. Нитрат серебра AgNO3, 0,001 моль/дм3 раствор.

Посуда. Колбы конические (100, 250 см3). Пипетка (100,0 см3). Бюретка (25 см3). Штатив для титрования. Стаканы (50, 100 см3). Пробирка (10 см3). Воронка. Фильтровальная бумага.

Ход определения.

Предварительное измерение.

Для правильного выбора аликвотной части перед началом анализа проводят качественное определение массовой концентрации хлорид-ионов.

Аликвотную часть анализируемой пробы объемом ~5 см3 помещают в пробирку вместимостью 10 см3, подкисляют 1-2 каплями раствора азотной кислоты, прибавляют 3-5 капель раствора азотнокислого серебра и взбалтывают. По количеству осадка устанавливают аликвотную часть пробы, необходимую для проведения анализа согласно таблице.

Основное измерение. Установите на штативе предварительно вымытую бюретку и ополосните ее 2-3 раза малыми порциями (3-5 см3) приготовленного раствора нитрата ртути(II). Заполните бюретку раствором нитрата ртути(II) в соответствии с указанными в Приложении правилами техники титрования.

Отмерив достаточный объем анализируемой воды, перенесите в коническую колбу для титрования, доведите, если необходимо, объем до 100 см3 дистиллированной водой, добавьте 0,3 см3 смешанного индикатора. Если после добавления смешанного индикатора анализируемая проба окрашивается в синий цвет, добавляйте по каплям (!!!) раствор азотной кислоты до изменения окраски раствора с синей на желтую, дополнительно прилейте 1 см3 раствора азотной кислоты (анализируемый раствор будет иметь рН = 2,5±0,2) и оттитруйте пробу раствором нитрата ртути(II) до фиолетового окрашивания.

Если анализируемая проба воды после добавления смешанного индикатора окрасилась в желтый цвет, то добавляйте к исследуемому раствору раствор гидроксида натрия до изменения окраски с желтой на синюю, после этого прилейте 1 см3 раствора азотной кислоты (анализируемый раствор будет иметь рН = 2,5±0,2) и оттитруйте пробу раствором нитрата ртути(II) до фиолетового окрашивания. Проведите два параллельных опыта до получения сходимых результатов.

Холостое измерение проведите со 100,0 см3 дистиллированной воды, проводя его через весь ход анализа.

После выполнения работы в рабочем журнале запишите проделанные вами операции. Все полученные данные занесите в таблицу. На основании полученных результатов сделайте вывод о величине массовой концентрации хлорид-ионов в воде и пригодности воды для употребления человеком.

Математическая обработка результатов измерений.

1. По полученным в результате титрования данным определите молярную концентрацию эквивалента хлорид-ионов в водопроводной воде:

,

где – молярная концентрация эквивалента хлорид-ионов в анализируемой пробе воды, моль/дм3; – молярная концентрация эквивалента раствора нитрата ртути(II), моль/дм3; – объем раствора нитрата ртути(II), пошедший на титрование анализируемой пробы, см3; Vал(водопроводной воды) – аликвотный объем анализируемой пробы воды, см3.

2. Содержание хлорид-ионов С(Cl–), мг/дм3, рассчитайте по формуле:

,

или

где – массовая концентрация хлорид-ионов в анализируемой пробе воды, мг/дм3; – молярная концентрация эквивалента раствора нитрата ртути(II), моль/дм3; – объем раствора нитрата ртути(II), пошедший на титрование анализируемой пробы, см3; – объем раствора нитрата ртути(II), пошедший на титрование холостой пробы, см3; – молярная масса эквивалента хлорид-ионов, г/моль; 1000 – поправочный коэффициент (перерасчет массовой концентрации на мг/дм3); Vал(водопроводной воды) – аликвотный объем анализируемой пробы воды, см3.

[1] Смешанный индикатор готовят из 0,5 г дифенилкарбазона и 0,05 г бромфенолового синего. Навески помещают в стакан, растворяют в 5-6 см3 96%-ного этилового спирта, переносят количественного в мерную колбу на 100 см3 и доводят до метки этиловым спиртом. Раствор хранят в склянке из темного стекла.