Работа № 2 определение временной жесткости воды
Одним из показателей качества воды является жесткость. Жесткостьводы – содержание в ней солей кальция и магния. Различают временную и постоянную жесткость воды.Временная(карбонатная) жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, апостоянная– наличием сульфатов и хлоридов этих металлов. Суммарное содержание солей постоянной и временной жесткости определяет величинуобщейжесткости воды.
Жесткость (Н) – это эквивалентная концентрация солей кальция и магния, выраженная в ммоль экв/л:
(1)
Различают воду мягкую (общая жесткость до 2 ммоль экв/л), средней жесткости (2‑10 ммоль экв/л) и жесткую (более 10 ммоль экв/л).
Слишком жесткая вода непригодна для многих технических целей. Она образует накипь на стенках теплообменных аппаратов, усиливает коррозию стенок паровых котлов, в некоторых случаях вызывает коррозию цементного камня. Допустимое содержание солей жесткости в технологической воде регламентируется ГОСТами и техническими условиями.
Для устранения жесткости воды используют физические и химические методы.
Временную жесткость можно устранить кипячением воды. При нагревании гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты и выпадают в осадок:
Ca(HCO3)2→CaCO3+CO2+H2O
Термическоеумягчение воды связано со значительными затратами энергии и применяется в тех случаях, когда по условиям технологии вода должна подогреваться и не требуется ее глубокое умягчение.
Химическиеметоды умягчения основаны на использовании реагентов, образующих с ионамиCa2+иMg2+малорастворимые соединения. Для этого природную воду обрабатывают гашеной известью (Са(ОН)2) или содой (Na2CO3). Этот метод позволяет устранить как карбонатную, так и некарбонатную жесткость:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 →2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaCO3 + 2H2O
MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaSO4.
CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓ +Na2SO4
Широко распространенным методом устранения жесткости является ионныйобмен. В этом методе используется способность некоторых природных и искусственных высокомолекулярных соединений (ионитов) обменивать входящие в их состав радикалы на ионы, находящиеся в растворе. Удаление катионов (Ca2+,Mg2+) проводится на катионитах, анионов (Cl-,SO42-,HCO3-) – на анионитах.
Временную (карбонатную) жесткость можно определить кислотно-основным титрованием воды раствором соляной кислоты. Гидрокарбонаты количественно взаимодействуют с соляной кислотой:
Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2CO3 (2)
Титрование ведут в присутствии метилового оранжевого, фиксируется переход желтой окраски в оранжевую.
Расчет жесткости ведется по закону эквивалентов для реакции (2):
,
где Vв– объем анализируемой пробы воды.
Подставив в уравнение временную жесткость, выраженную по формуле (1), получим:
Выразив нормальную концентрацию через титр
и учтя, что объем пробы воды Vв= 100 мл, получаем окончательную формулу для расчета временной жесткости воды:
Порядок работы
1. Отмерить 100 мл водопроводной воды с помощью мерного цилиндра. Воду из цилиндра осторожно вылить в колбу, добавить 3-4 капли раствора метилоранжа.
2. Подготовить к работе бюретку с соляной кислотой: удалить воздух из носика бюретки, уровень раствора установить на нулевое деление (или на любое деление ниже нулевого). Записать показание бюретки в лабораторный журнал.
3. Воду титровать соляной кислотой до появления оранжевой окраски. Записать показания бюретки.
4. Определить объем кислоты, пошедший на титрование и вычислить временную жесткость воды.
Задачи
1. Временная жесткость воды равна 1 ммоль экв/л. Сколько кг извести необходимо ввести в 1000 м3воды для устранения временной жесткости?
2. Производительность парового котла 500 т пара в час. Сколько кг накипи выделится в течение 1 часа работы котла, если применять воду с жесткостью равной 1 ммоль экв/л без ее умягчения?
3. В 4 м3воды содержатсяCa(HCO3)2массой 648 г иCaCl2массой 1335 г. Определите общую, карбонатную и некарбонатную жесткость воды.