Практическое занятие «Определение жесткости воды». Цель: определить общее содержание ионов кальция и магния методом комплексонометрии. Выполнить титрование 10 мл жесткой воды рабочим раствором трилона Б в присутствии аммиачного буферного раствора и индикатора эриохрома черного Т; повторить титрование трижды, написать уравнения реакций, записать результаты в таблицу и выполнить вычисления.

Примечание: фактические объёмы раствора трилона Б на фотографии отсутствуют, поэтому ниже приведены уравнения, форма отчёта и условный пример расчёта. Условные данные необходимо заменить результатами собственного титрования.

Принцип метода

Ионы кальция и магния образуют с трилоном Б малорастворимые или устойчивые комплексные соединения. При титровании в аммиачной буферной среде с индикатором эриохромом чёрным Т окраска раствора изменяется с винно-красной на синюю.

Ход выполнения

1. Взять мерную колбу с контрольным раствором жёсткой воды.
2. Пипеткой перенести в коническую колбу 10 мл воды.
3. Добавить 5–7 мл аммиачного буферного раствора. При необходимости добавить 25–30 мл дистиллированной воды.
4. Внести небольшое количество сухого индикатора эриохрома чёрного Т.
5. Титровать раствором трилона Б до перехода винно-красной окраски в синюю.
6. Повторить титрование три раза и получить близкие результаты.

Уравнения реакций

Для ионов кальция:

\(\mathrm{Ca^{2+}+H_2Y^{2-}\rightarrow CaY^{2-}+2H^+}\)

Для ионов магния:

\(\mathrm{Mg^{2+}+H_2Y^{2-}\rightarrow MgY^{2-}+2H^+}\)

Здесь \(\mathrm{H_2Y^{2-}}\) — ион трилона Б, а \(\mathrm{CaY^{2-}}\) и \(\mathrm{MgY^{2-}}\) — соответствующие комплексные соединения.

Таблица результатов

Расчёт общей жёсткости

Средний объём трилона Б:

\(V_{ср}=\dfrac{V_1+V_2+V_3}{3}\).

Так как 1 моль трилона Б реагирует с 1 молем ионов \(\mathrm{Ca^{2+}}\) или \(\mathrm{Mg^{2+}}\), общую жёсткость вычисляют по формуле:

\(Ж=\dfrac{C_{трилона}\cdot V_{ср}}{V_{воды}}\cdot1000\),

где \(Ж\) — общая жёсткость в ммоль/л; \(C_{трилона}\) — молярная концентрация трилона Б, моль/л; \(V_{ср}\) — средний объём титранта, мл; \(V_{воды}\) — объём исследуемой воды, мл.

Условный пример

Пусть концентрация трилона Б равна \(0.0100\) моль/л, а результаты титрования составили 8.20, 8.15 и 8.20 мл.

\(V_{ср}=\dfrac{8.20+8.15+8.20}{3}=8.18\) мл.

При объёме пробы 10.0 мл:

\(Ж=\dfrac{0.0100\cdot8.18}{10.0}\cdot1000=8.18\) ммоль/л.

Перевод в градусы жёсткости:

\(Ж_{°Ж}=\dfrac{8.18}{0.3566}\approx22.9\,°Ж\).

Следовательно, в условном примере общая жёсткость воды равна 8.18 ммоль/л, или примерно 22.9 °Ж. Это условный результат, а не фактический результат эксперимента.

Вывод: общую жёсткость воды определяют комплексонометрическим титрованием и рассчитывают по среднему объёму трилона Б, израсходованному на титрование 10 мл пробы. Для окончательного расчёта необходимы фактические объёмы трилона Б и его точная концентрация.