Wydział: Górnictwa i Geologia Legnica 14 I 2013 r.

II rok 1 semestr

Politechnika Wrocławska

ZOD Legnica

GRUPA I

CHEMIA

Sprawozdanie z ćwiczenia pt.

„Badanie właściwości wód użytkowych”

Prowadząca:

1. Wprowadzenie

„Twardość wody powodują rozpuszczone w niej sole wapnia, magnezu i metali wielowartościowych. Rozróżnia się następujące rodzaje twardości wody:

-twardość węglanowa (Tw)

-twardość niewęglanowa zwana stałą (Ts)

-twardość ogólna lub całkowita (To)

Twardość węglanowa (Tw) zwana też przemijającą spowodowana jest obecnością kwaśnych węglanów wapnia i magnezu. Twardość tę można usunąć przez zagotowanie wody.

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + H₂O + CO₂

Mg(HCO₃)₂ → MgCO₃ + H₂O + CO₂

Twardość niewęglanowa (Ts) spowodowana jest zawartością w wodzie chlorków, azotanów, siarczanów, krzemianów i innych rozpuszczalnych soli wapnia i magnezu.

Twardość ogólna (To) jest sumą twardości węglanowej i niewęglanowej

(To) = (Tw) + (Ts)

Twardość wody wyraża się w następujących jednostkach;

-w stopniach twardości niemieckich (^on)

-w stopniach francuskich (^of)

Jeden stopień twardości niemiecki (^on) oznacza ilość jonów wapnia i magnezu równoważną zawartości 10 mg CaO w 1 dm³ wody.

Jeden stopień twardości francuski (^of) odpowiada ilości jonów wapnia i magnezu równoważnej zawartości 10 mg CaCO₃ w 1 dm³ wody.

Za pomocą miligramorównoważników wapnia i magnezu w 1000 cm³ wody: mval/dm³ lub val/m³

Twardość wód naturalnych, w zależności od ich pochodzenia, zawiera się w granicach od 8 do 30 stopni niemieckich.

Nadmierna twardość wody jest zjawiskiem niepożądanym zarówno w procesach przemysłowych (kotły parowe, układy chłodnicze, przemysł włókienniczy), jak i dla celów konsumpcyjnych. Podczas ogrzewania na ściankach garnków, kotłów itp. powstaje kamień kotłowy, który pogarsza przewodnictwo cieplne, co w konsekwencji powoduje straty energetyczne, jak również może być przyczyną poważnych awarii.”

(Twardość wody, 2012)

2. Część doświadczalna

a) Metodyka

I. Oznaczanie pH wody

Do czystej zlewki wlano niewielką ilość badanej wody. Następnie na dwie sekundy zanurzono papierek wskaźnikowy. Po jego wyjęciu porównano barwę wilgotnej części papierka ze skalą barw.

II. Oznaczenie zasadowości wody oraz twardości węglanowej

Twardość węglanową oznacza się metodą acydymetryczną, miareczkując próbkę wody kwasem solnym wobec wskaźnika - oranżu metylowego. Podczas oznaczania twardości tą metodą zachodzą następujące reakcje:

Ca(HCO₃)₂ + 2HCl
CaCl₂ + 2H₂O + CO₂

Mg(HCO₃)₂ + 2HCl
MgCl₂ + 2H₂O + CO₂

Do kolby stożkowej odmierzono 100 cm³ badanej wody a następnie dodano kilka kropel oranżu metylowego, po czym badana próbka zabarwiła się na żółto. Badaną próbkę miareczkowano 0,01 mol/dm³ kwasem solnym do zmiany zabarwienia z żółtej na różową. Badanie przeprowadzono dwukrotnie i obliczono średnią ilość zużytego kwasu solnego.

III. Oznaczanie twardości ogólnej

Twardość ogólną oznacza się metodą kompleksometryczną, miareczkując próbkę wody buforem amoniakalnym (EDTA) wobec wskaźnika - czerni eriochromowej.

Do kolby stożkowej odmierzono 100 cm³ badanej wody, a następnie dodano około 2 cm³ buforu amonowego , którego pH = 10 oraz szczyptę czerni eriochromowej. Badaną próbkę miareczkowano roztworem wersenianu disodowego (EDTA) o stężeniu 0,05 mol/dm³ do zmiany barwy roztworu z karminowej na niebieską.

IV. Wykrywanie obecności w wodzie anionów chlorkowych I siarczanowych(VI)

Doświadczalne wykrywanie anionów Cl^- oraz SO₄^2- polegało na

wlaniu do probówki kilku cm³ badanej wody i dodaniu kilku kropli roztworu Ba(NO₃₎₂ a następnie obserwowano czy wytrąci się osad, bądź badany roztwór zmętniał.

b) Obserwacje

I. Papierek lakmusowy zanurzony w badanej wodzie zabarwił się na kolor pomarańczowy.

II. Na miareczkowanie zużyto w pierwszej próbie 3,7 cm³ HCl a w drugiej próbie 2,6 cm³ HCl. Jako wartość średnią przyjęto do obliczeń 3,15 cm³ = 0,00315 dm³.

Objętość próbki wody użytej do miareczkowania wynosi 100 ml = 0,1 dm³

III. Na miareczkowanie zużyto w pierwszej próbie 7 cm³ EDTA, w drugiej próbie 2 cm³.

Jako wartość średnią przyjęto do obliczeń 4,5 cm³ EDTA.

IV. Po dodaniu niewielkiej ilości Ba(NO₃₎₂ w badanej próbce pojawił się biały, trwały osad.

c) Interpretacja

I. Według skali - pH cieczy jest równe 5,5.

II. Przy obliczeniu zasadowości badanej wody wykorzystano wzór:

gdzie:

V - objętość (dm³) kwasu zużytego do miareczkowania badanej próbki wody (0,00315 dm³)

c - stężenie kwasu solnego równe 0,1 mol/dm³

V₁ - objętość próbki wody użytej do miareczkowania (0,1 dm³)

Zasadowość badanej próbki wynosi 3,15 mol/m³.

Twardość węglanową obliczono ze wzoru:

Twardość węglanowa (T_w) wynosi 8,82^on.

III. Stężenie jonów wapnia i magnezu obliczono ze wzoru:

gdzie :

c - sumaryczne stężenie jonów wapnia i magnezu(mol/dm³)

V_EDTA - objętość w dm³ zużytego wersenianu sodowego (4,5 dm³)

c_EDTA - stężenie wersenianu sodu (0,05 mol/dm³)

V_r - objętość wody pobranej do miareczkowania (0,1 dm³)

Sumaryczne stężenie jonów wapnia i magnezu wynosi 2,25 mol/dm³.

Twardość ogólną obliczono ze wzoru:

Twardość ogólna badanej próbki wody wynosi12,6 ^on

Po porównaniu ze skalą twardości wody określono że badana próbka jest dość twarda

(12-18 ^on).

Mając obliczona twardość ogólną oraz węglanową można obliczyć twardość niewęglanową.

T_O - T_W = T_NW

12,6 - 8,82 = 3,78 ^on

IV. Po dodaniu niewielkiej ilości Ba(NO₃₎₂ w badanej próbce pojawił się biały, trwały osad.

Oznacza to że w badanej próbce znajdował się SO₄.

Reakcja która zaszła podczas badania:

SO₄^2- + Ba² = BaSO₄ ↑

d) Wnioski

W laboratorium zbadano odczyn pH, zasadowość, twardość oraz obecność jonów SO₄^2- w próbce badanej wody. Uzyskane wyniki badań wskazują, że badana woda jest dość twarda.

3. Literatura

- Twardość wody http://www.chemia.dami.pl/liceum/liceum15/przemysl4.htm, stan na dzień 12.12.2012r

- „Badanie właściwości wód użytkowych. Instrukcje do ćwiczeń z chemii”, Politechnika Wrocławska, 2012

---