Все лаборатарные работы

меди являются голубая полоса аммиаката меди после обработки раствором аммиака, черная полоска сульфида меди после обработки сульфидом натрия или две узкие полоски при обработке дифенилкарбазидом на концентрическом кольце, принадлежащем меди.

Следует иметь в виду, что в хроматографической бумаге и в подвижной фазе (HCl) содержатся следы железа, которые проявляются при обработке хроматограммы по ходу анализа растворами KSCN (розовое окрашивание), K4[Fe(CN)6] (синяя полоска), Na2S (черная полоска).

Опыт 1.6. Качественный анализ сточных вод

Прежде чем приступить к анализу раствора, необходимо внимательно рассмотреть его окраску, а затем определить рН. По окраске можно сделать предварительный вывод о присутствии некоторых ионов, имеющих окраску, например: Cu2+ (синий), Cr3+ (зеленый или фиолетовый), Ni2+ (зеленый), Co2+

(розовый), MnO −4 (фиолетовый), CrO 24− (желтый), Сr2O 72− (оранжевый), Fe3+

(желтый) и др.

В кислом растворе при рН меньше 7, помимо солей сильных кислот и сильных оснований, могут быть свободные кислоты, кислые соли, а также соли, образованные сильными кислотами и слабыми основаниями. Анионов слабых кислот, например, CO32− , SO32− , S2O32− , S2–, в таком растворе нет.

Щелочная реакция исследуемого раствора, т. е. рН больше 7, исключает возможность присутствия в растворе катионов слабых оснований,

образующих малорастворимые не амфотерные гидроксиды, например, Al3+, Co2+, Cr3+, Cu2+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Ni2+, Pb2+, Zn2+. Нейтральный раствор может

содержать соли, образованные одинаковыми по силе кислотами и основаниями, например, Na2SO4, KNO3, CH3COONH4 и др.

После проведения предварительных испытаний приступают к непосредственному обнаружению катионов и анионов. Предложенные студентам модельные образцы сточных вод содержат небольшое число ионов. Поэтому в целях экономии времени анализ лучше проводить дробным методом, используя для обнаружения приведенные ниже качественные реакции. Анализ проводится непосредственно в отдельных порциях анализируемого раствора в присутствии анионов и катионов других элементов. Порядок обнаружения отдельных ионов не имеет при этом значения.

Обнаружение иона Fe3+

1. Взаимодействие с роданидом аммония

Роданид аммония (NH4SCN) образует с ионами Fe3+ роданид железа Fe(SCN)3, представляющий собой растворимое в воде вещество кровавокрасного цвета:

140

Fe3+ + 3SCN– → Fe(SCN)3.

Это одна из важнейших и наиболее чувствительных реакций иона Fe3+. Обнаружению мешают сильные окислители (Н2О2, KMnO4 и др.), так как они разрушают роданид-ионы, а также фториды, соли фосфорной, щавелевой, винной, лимонной и некоторых других кислот, образующие с ионом Fe3+ малодиссоциирующие комплексные соединения.

Проведение опыта

Поместите в пробирку 1-2 мл исследуемого раствора, столько же HCl и по каплям добавляйте раствор роданида аммония. Появление кровавокрасного окрашивания является признаком присутствия в пробе ионов Fe3+.

2. Взаимодействие с гексацианоферратом (II) калия

Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль) в слабокислых растворах образует с ионами Fe3+ темно-синий осадок «берлинской лазури»:

4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4– → Fe4[Fe(CN)6]3↓.

Берлинская лазурь

Другие катионы не мешают проведению этой реакции.

Проведение опыта

К 1-2 мл пробы сточной воды добавьте 1 мл 2 М раствора HCl и по каплям прибавляйте раствор K4[Fe(CN)6]. Образование темно-синего осадка свидетельствует о присутствии ионов Fe3+.

Обнаружение иона Fe2+

Взаимодействие с гексацианоферратом (Ш) калия.

Гексацианоферрат (III) калия K3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль) в слабокислом растворе образует с ионами Fe2+ синий осадок «турнбулевой сини»:

3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3– → Fe3[Fe(CN)6]2↓

турнбулева синь

141

Осадок нерастворим в кислотах, но разлагается щелочами. Эта реакция наиболее характерна для ионов Fe2+. Обнаружению Fe2+ с помощью красной кровяной соли не мешают другие катионы.

Проведение опыта

К 1-2 мл исследуемой сточной воды добавьте равный объем соляной кислоты и по каплям прибавляйте раствор K3[Fe(CN)6]. Образование синего осадка турнбулевой сини является доказательством присутствия ионов Fe2+.

Обнаружение иона Co2+

Взаимодействие с роданидом аммония

В слабокислой среде ионы Со2+ образуют с NH4SCN комплексные ионы состава (NH4)2[Co(SCN)4]:

Co2+ + 2NH4+ + 4SCN– → (NH4)2[Co(SCN)4].

При этом раствор окрашивается в синий цвет. Если к полученному раствору прибавить амиловый спирт, то образовавшееся соединение извлекается спиртом и окрашивает его в синий цвет.

Проведение опыта

Эту реакцию можно провести капельным методом. На фильтровальную бумагу последовательно нанесите каплю анализируемого раствора и раствора NH4SCN. После этого бумагу аккуратно подсушите над плиткой или над пламенем спиртовки. При наличии ионов Со2+ пятно по мере высыхания окрашивается в синий цвет. При таком способе проведения реакции другие катионы не мешают обнаружению Со2+.

Обнаружение иона хрома (VI)

Если к раствору, содержащему хромат или бихромат-ионы, прибавить серную или азотную кислоту до рН 2-3, а затем пероксид водорода, то появляется синее окрашивание, обусловленное образованием пероксидного соединения хрома – надхромовой кислоты H2CrO6:

Cr2O 72− + 4H2O2 + 2H+ → H2CrO6 + 3H2O.

142

Надхромовая кислота в водной среде быстро разлагается. Поэтому рекомендуется прибавлять несколько капель органического растворителя, в котором надхромовая кислота более устойчива. Эта реакция позволяет обнаружить ионы хрома (VI) в присутствии любых других ионов.

Проведение опыта

К 1-2 мл исследуемого раствора, подкисленного азотной кислотой, прибавьте несколько капель изоамилового спирта, 1-2 мл Н2О2 и раствор взболтайте. Окрашивание всплывающего наверх слоя органического растворителя в ярко-синий цвет свидетельствует о присутствии в растворе ионов шестивалентного хрома.

Обнаружение иона Cr3+

Окисление Cr3+ в хром (VI).

Обнаружение иона Cr3+ основано на его окислении до хрома (VI) с последующим его определением по методике, приведенной в предыдущем опыте. Таким образом, обнаружение Cr3+ возможно только при отсутствии в растворе соединений хрома (VI). В щелочной среде в качестве окислителей могут быть использованы галогены: хлор, бром, а также пероксид водорода. В кислой среде – перманганат калия или персульфат аммония. Например, с перманганатом калия реакция протекает в соответствии с уравнением

10 Cr3+ + 6 MnO −4 + 11H2O → 5 Cr2O 72− + 6 Mn2+ + 22H+.

Проведение опыта

Налейте в пробирку 1-2 мл испытуемого раствора, столько же H2SO4 и 2-3 мл раствора KMnO4. Нагрейте реакционную смесь. Чтобы иметь уверенность в том, что перманганата калия хватило на окисление всех присутствующих в растворе восстановителей, в том числе и на окисление Cr3+, его нужно добавлять до тех пор, пока раствор (по окончании нагревания) не будет окрашен в малиново-фиолетовый цвет. При этом перманганат калия образует при взаимодействии с сульфатом марганца осадок диоксида марганца коричневого цвета

2MnO −4 + 3 Mn2+ + 6 H2O → 5 MnO2↓ + 4 H+.

Добившись появления малиново-фиолетового окрашивания раствора, осадок отфильтруйте, а раствор испытайте (после охлаждения) на присутствие ионов хрома (VI) реакцией образования надхромовой кислоты (см. предыдущий опыт).

Обнаружение ионов Cu2+

143

Взаимодействие с тиосульфатом натрия.

Тиосульфат натрия Na2S2O3 в кислой среде при нагревании образует с

ионами Cu2+ черный осадок сульфида меди (I) Cu2S:

2Cu2+ + 2S2O32– + 2H2O → Cu2S↓ + S + 2SO42– + 4H+.

Проведение опыта

Поместите в пробирку 1-2 мл исследуемого раствора, несколько капель 1М раствора H2SO4 и 2-3 кристаллика Na2S2O3. Полученную смесь нагрейте почти до кипения. Образование черного осадка свидетельствует о наличии в растворе ионов Cu2+.

Обнаружение ионов Ni2+

Избирательным и чувствительным реагентом для обнаружения ионов никеля является диметилглиоксим. В аммиачном растворе он образует с ионами Ni2+ осадок малинового цвета.

	CH3–C = NOH	CH3–C = NO	H	ON = C – CH3
			Ni
	Ni2+ + 2			+ 2H+.
	CH3–C = NOH	CH3–C = NO		ON = C – CH3

H

Диметилглиоксим Диметилглиоксимат никеля(II), осадок малинового цвета

Этот осадок растворяется в кислотах и едких щелочах. Обнаружению Ni2+ мешают ионы, дающие окрашенные гидроксиды, например, Cu2+ и Fe3+. В присутствии ионов Fe2+ возникает красное окрашивание, но не осадок.

Проведение опыта

Реакцию проводят капельным методом.

1. В отсутствие мешающих ионов

На фильтровальную бумагу последовательно нанесите по одной капле исследуемого раствора и диметилглиоксима, затем обработайте мокрое пятно парами аммиака (в течение 1-2 мин держите над склянкой с концентрированным раствором аммиака). При наличии в пробе ионов никеля пятно окрашивается в красный цвет.

2. В присутствии мешающих ионов

144

На полоску бумаги поместите каплю раствора Na2HPO4, после чего в центр получившегося влажного пятна нанесите каплю исследуемого раствора, затем еще каплю раствора Na2HPO4. После вторичной обработки раствором Na2HPO4 обведите пятно по периферии капилляром с раствором диметилглиоксима и обработайте парами аммиака. В присутствии Ni2+ образуется розовое пятно.

Роль Na2HPO4 заключается в том, что он образует с катионами, мешающими обнаружению, труднорастворимые фосфаты, например FePO4, которые остаются в центре пятна. Более растворимый фосфат никеля располагается по периферии пятна, где его и открывают.

Обнаружение аниона Cl–

Окисление хлорид-ионов и образование хлора

Сильные окислители (KMnO4, PbO2, KClO3 и др.) в кислой среде окисляют анион Cl– до свободного хлора, например:

10 Cl– + 2 MnO −4 + 16 H+ → 5 Cl2↑ + 2Mn2+ + 8 H2O.

Для обнаружения газообразного хлора можно использовать влажную йодкрахмальную бумагу, которая в присутствии хлора синеет в результате

реакции

2I– + Cl2 → I2 + 2Cl– ;

I2 + крахмал → синее окрашивание.

Проведение опыта

К нескольким каплям испытуемого раствора добавьте такой же объем раствора KMnO4, 2-3 капли концентрированной H2SO4 и нагрейте (под тягой!). Посинение влажной йодкрахмальной бумаги, поднесенной к выходу из пробирки, свидетельствует о наличии хлорид-ионов в анализируемом растворе. Раствор KMnO4 в ходе реакции обесцвечивается, а при избытке окислителя образуется коричнево-бурый диоксид марганца.

Обнаружение ионов SO 24−

Образование малорастворимого сульфата бария.

Наиболее характерным свойством SO 24− является образование

нерастворимого в кислотах осадка BaSO4. Это свойство отличает сульфатион от всех других анионов:

Ba2+ + SO 24− → BaSO4↓.

145

Реакция между SO 24− и Ba2+ становится еще более специфичной при

добавлении небольшого количества разбавленного раствора KMnO4. При этом образуются смешанные кристаллы красно-фиолетового цвета благодаря частичному захвату KMnO4 осаждающимся сульфатом бария. Окрашенные изоморфные кристаллы не обесцвечиваются при добавлении пероксида водорода, в то время как KMnO4, оставшийся в растворе, восстанавливается с образованием бесцветного Mn2+:

2MnO −4 + 5 H2O2 + 6 H+ → 2Mn2+ + 8 H2O + 5 O2.

Проведение опыта

К 2-3 каплям испытуемого раствора, подкисленного уксусной кислотой, добавьте 2-3 капли 0,01н раствора KMnO4 и 1-2 капли нитрата бария, а через некоторое время 1-2 капли H2O2. Образование окрашенного красно-фиолетового осадка, не обесцвечивающегося при добавлении H2O2, свидетельствует о присутствии в испытуемом растворе сульфат-ионов.

Обнаружение ионов NO3−

Взаимодействие с сульфатом железа (П). Реакция бурого пятна.

Сульфат железа (II) FeSO4 в присутствии серной кислоты образует с

NO3− комплексное соединение [Fe(NO)]SO4 бурого цвета: 6Fe2+ + 2NO3– + 8H+ → 6Fe3+ + 2NO + 4H2O,

Fe2+ + NO + SO 24− → [Fe(NO)]SO4.

Реакции мешают анионы Br– и I–, которые дают сходные по окраске

Br2 и I2.

Проведение опыта

В пробирку или на часовое стекло поместите 1-2 кристаллика FeSO4, добавьте 1-2 капли испытуемого раствора, а затем каплю концентрированной H2SO4. Образование вокруг кристаллов бурого кольца свидетельствует о присутствии нитрат-ионов.

Результаты опыта по качественному анализу сточной воды занесите в таблицу.

Определяе-	Уравнени	Условия	Ожидаемы	Наблюде-	Вывод
мый ион	е реакции	проведения	й эффект	ния
		реакции

146

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется качеством окружающей среды? Какие критерии качества окружающей среды Вы знаете?

2.Как устанавливаются ПДК?

3.Какие виды ПДК Вы знаете? Для каких случаев установлен каждый

из них?

4.Используя данные табл. 1 Приложения объясните, почему ПДКМ.Р и ПДКС.С для одних веществ равны, а для других отличаются?

5.В чем заключается эффект суммации? Когда необходимо учитывать эффект суммации?

6.Что характеризует минерализация воды? Почему непригодна для питья вода, имеющая как слишком большую, так и слишком низкую минерализацию?

7.От чего зависит жесткость воды? Какие виды жесткости воды Вы

знаете?

8.Почему необходимо контролировать содержание нитратов в овощах

ифруктах? Какие методы снижения содержания нитратов в продуктах растениеводства Вы знаете?

9.Что называется хроматографией? Как проводится анализ в бумажной хроматографии?

10.Какие принципы используются при выборе того или иного метода анализа объектов окружающей среды?

11.Какие параметры питьевой воды нормируются? Охарактеризуйте каждый из них.

12.Какие типы реакций используются при обнаружении катионов и

анионов?

13.Что называется мониторингом окружающей среды?

14.В чем отличие мониторинга от контроля качества окружающей

среды?

15.Какие виды мониторинга окружающей среды Вы знаете?

147

МИРХАНОВА Наиля Анваровна БЕЛОНОГОВ Валерий Александрович БЕЛЯЕВА Любовь Сергеевна МИНЧЕНКОВА Наиля Хатмулловна НЕВЬЯНЦЕВА Римма Рахимзяновна НУРИЕВА Розалия Хабибулловна ПОПОВ Владимир Иванович САЯПОВА Вилия Вильдановна САБУРОВ Игорь Сергеевич

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ЭКОЛОГИИ

Учебное издание

ЛР № 020258 от 08.01.98

Редактор З.Г. Кашаева Компьютерная верстка Р.С.Исламова

Подписано в печать 21.11.02. Формат 60х84 1/16

Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman.

Усл.печ.л. 11,7. Усл.кр.-отт. 11,7. Уч.-изд.л. 11,6. Тираж 800 экз. Заказ № С(42).

Уфимский государственный авиационный технический университет Редакционно-издательский комплекс УГАТУ 450000. Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12

148

2. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Очистка сточных вод является основой одного из жизненных циклов человечества.

Существуют промышленные и бытовые сточные воды. Бытовые сточные воды поддаются почти полному биологическому разрушению, так как все примеси, содержащиеся в воде, имеют органическую природу.

Обработка промышленных и бытовых сточных вод осуществляется раздельно.

2.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с видами промышленных сточных вод и методами их очистки.

2.2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.2.1. Виды сточных вод Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий,

по своему составу могут быть разделены на три вида:

1)производственные - использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых (угля, нефти, руд и т.п.);

2)бытовые - от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на территории промышленных предприятий;

3)атмосферные - дождевые и от таяния снега.

Производственные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые).

Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на три группы:

1) загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству минеральных удобрений, кислот, строительных материалов и др.);

2) загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, химической, микробиологической промышленности; заводы по производству пластмасс, каучука и др.);

3) загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству консервов, сахара, продуктов органического синтеза, бумаги, витаминов и др.).

149