close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
Часть I
В процессе своего круговорота вода соприкасается с большим количеством различных
минералов, органических соединений и газов. В силу этого природные воды представляют
собой сложные растворы различных веществ, и под химическим составом природных вод
подразумевается весь набор растворенных газов, минеральных солей и органических
соединений.
Компоненты химического состава природных вод делятся на шесть групп.
1. Главные ионы (макрокомпоненты), к которым относятся К+, Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO4, HCO3-, СO32-.
2. Растворенные газы O2, N2, H2S, CH4 и др. Концентрация газов в воде определяется их
парциальным давлением и константой Генри.
3. Биогенные вещества, главным образом соединения азота и фосфора (концентрация
их изменяется от следов до 10 мг/л), а также соединения кремния, находящегося в воде в
виде коллоидных или истинно растворенных форм кремниевой и поликремниевой кислот, и
железа, находящегося в основном в форме микроколлоидного гидроксида или в виде
фульватных комплексов.
4. Микроэлементы. В эту группу входят все металлы, кроме главных ионов и железа,
(Cu2+, Mn2+, другие ионы переходных металлов), а также анионы (Вr-, F-, I- и др.).
5. Растворенные органические вещества (РОВ) представляют собой органические
формы биогенных элементов. Эта группа веществ включает различные органические
соединения: органические кислоты, спирты, альдегиды и кет они, гуминовые вещества,
азотсодержащие соединения (белки, аминокислоты, амины и др.). Ввиду сложности
определения индивидуальных органических веществ для количественной характеристики
РОВ используют косвенные показатели: общее содержание С орг, Nорг, Рорг, перманганатовую
или бихроматную окисляемость воды (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БЗЖ).
6. Токсические
загрязняющие
вещества,
нефтепродукты,
хлор-м.)ганические
соединения, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), фенолы и т.д.
Природная вода – принципиально негомогенная среда из-за присутствия в ней
большого числа взвешенных частиц и микропузырьков газа.
Перед использованием воды для питья или технических целей ее подвергают физикохимическому,
санитарно-бактериологическому
и
технологическому
анализам.
При
химическом анализе определяются виды и концентрация веществ, содержащихся в воде; при
2
санитарно-бактериологическом анализе определяются виды и количество микробов,
содержащихся в одном миллилитре воды; при технологическом анализе устанавливают
технологические свойства воды: скорость осаждения взвешенных веществ, фильтруемость,
коагулируемость, обезжелезиваемость, коррозионность и другие свойства. Анализ воды
позволяет определить пригодность ее для питья или технических целей путем сопоставления
ее состава с требованиями, предъявляемыми к воде. Так, к питьевой воде предъявляются
требования в соответствии с ГОСТ 2874-82; нормативы для источников хозяйственнопитьевого водоснабжения определяются по ГОСТ 2761-84. Если концентрация того или
иного вещества в воде окажется выше допустимой по ГОСТ или ТУ на воду для данного
производства, то устанавливается степень и способ очистки воды.
Стабильность и агрессивность воды
Под стабильностью воды понимается ее свойство не растворять и не выделять карбонат
кальция. Стабильность воды обусловливается равновесием:
CaCO3 + CO2 + H2O



Ca(HCO3)2



Ca2+ + 2HCO3-
[Ca 2 ][HCO3- ]2
Кр 
 3,43  10 5
[CO 2 ]
По константе равновесия вычисляют значение равновесной концентрации углекислоты
[CO2]p. Если содержание CO2 в исходной воде выше, чем значение равновесной [CO2]p, то
такая вода будет агрессивной по отношению к бетону и цементу. Если [CO2] < [CO2]p, то
такая вода называется нестабильной, в ней будет происходить выделение CaCO3.
Концентрация ионов в уравнении Кр должны быть выражены в молях на литр.
Пример. Определить стабильность воды, если установлено, что в воде содержится
[CO2] = 44 мг/л, [HCO3-] = 122 мг/л, [Cа2+] = 80 мг/л.
Решение. Выражаем концентрации ионов в моль/л, зная мольную массу ионов: [СO2] =
(44/44)∙10-3 = 1∙10-3 моль/л; [HСO3-] = (122/61)∙10-3 = 2∙10-3 моль/л; [Сa2+] = (80/40)∙10-3 = 2∙10-3
моль/л.
Кр 
[Ca 2 ][HCO3- ]2
 3,43 10 5
[CO 2 ]
Отсюда равновесная концентрация СO2:
[Ca 2 ][HCO3- ]2 2 10 3 (2 10 3 ) 2
8 10 9
[СО 2 ]р 


 2,3 10 4 моль/л
-5
5
5
3,43 10
3,43 10
3,43 10
3
Таким образом, равновесной является [СО2]р = 2,3∙10-4 моль/л, а всего углекислоты в
данной воде 1∙10-3 моль/л; значит, вода агрессивна по отношению к бетону.
Окисляемость воды
Окисляемость природных и сточных вод вызывается присутствием в природных и
сточных водах различного рода восстановителей как органического, так и минерального
(неорганического) происхождения, К неорганическим восстановителям, находящимся в
водах, относятся сероводород, соединения железа (П), сульфиты нитриты и др.
Окисляемость выражается количеством миллиграммов О2 в 1 л воды. Окисляемость является
важным показателем при санитарно-гигиенической оценке качества воды. Загрязненные
воды характеризуются большой окисляемостью ( > 12 мг О2/л). Окисляемость может быть
определена перманганатным (с использованием КМnО4) и бихроматным (с использованием
K2Сr2О7) методами. Реакции протекают по уравнениям:
5H2C2O4 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 10CO2 + 8H2O
K2Cr2O7 + 6HCl + 4H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Cl2 + 7H2O
Окисляемость рассчитывается по формуле, мг/л:
О KMnO4 
N KMnO4  VKMnO4  1000
VH 2О
8,
где NKMnO4 и VKMnO4 – соответственно нормальность и объем пошедшего на титрование
KMnO4, мл;
VH2O
– объем пробы воды, взятой для титрования, мл;
8
– миллиэквивалентная масса О2, мг.
Пример. Окисляемость исследуемой воды равна 4 мг/л О2. Определить объем 0,02н
раствора KMnO4, пошедшего на титрование 100 мл этой воды.
Решение. Из формулы определения окисляемости находим V KMnO4, мл:
VKMnO4 
Окисляемость  VH 2О
N KMnO4  1000  8

4  100
 2,5 мл .
0,02  1000  8
Определение содержания кислорода в природных и сточных водах
Растворимые в воде газы, в том числе кислород, обладают коррозионной активностью
но отношению к металлу и бетону. Кислород попадает в воду из воздуха, а также может
образоваться в результате жизнедеятельности зеленых растений, населяющих близкие к
поверхности слои воды. Концентрация кислорода в воде зависит также от температуры и
4
загрязненности вода. Максимально возможная концентрация кислорода в воде при
растворении в ной воздуха при температуре 0°С 14,56 мг/л.
Наличие в воде восстановителей (аммиака, железа (П), нитритов, легко окисляющихся
органических веществ) нарушает равновесие, обусловливающее растворимость кислорода из
воздуха и снижает его концентрацию.
Решение задач, связанных с определением концентрации кислорода, основано на законе
эквивалентов: все вещества реагируют в количествах, пропорциональных их эквивалентам.
Следовательно, определив количество эквивалентов одного вещества, можно легко
рассчитать массу другого вещества, прореагировавшего с первым.
Задача. Рассчитать концентрацию О2, мг/л, в воде, если на обескислороживание 50м3
пошло 3950г Na2SО3, окисление которого происходит до Na2SO4.
В задачах, связанных с процессами окисления-восстановления, при вычислении
эквивалентных
масс
соединений
используют
их
окислительно-восстановительный
эквивалент, г/моль:
Э Na 2SO3 / Na 2SO4 
М Na 2SO3
n
,
где n – число электронов, участвующих в процессе.
Степень окисленности серы в Na2SO3 равна +4, а образующемся Na2SO4 равна +6, т.е. n
= 2.
Э Na 2SO3 / Na 2SO4 
Количество эквивалентов в 3950г:
46  32  48
 53 г/моль .
2
3950 г
 74,53 ,
53 г/моль
т.е. количество эквивалентов Na2SO3, которое пошло на обескислороживание 50м3, равно
74,53; на обескислороживание 1м3 пошло 74,53/50 =1,5 экв/м3; или, что одно и то же, 1,5
мэкв/л. По закону эквивалентов кислорода в каждом литре воды также было 1,5 мэкв/л, что
составляет: 8∙1,5 = 12 мг/л, где 8 – миллиэквивалентная масса О2.
Для процессов перехода:
Na2S2О3 в Na2SО3: Э Na 2S2O3 
Na2S2О3 в Na2SО4:
Э Na 2S2O3 
M Na 2S2O3
4
M Na 2S2O3
8
, г/моль;
, г/моль;
5
Na2S2О3 в Na2S4О6:
M Na 2S2O3
Э Na 2S2O3 
2
, г/моль;
Пример. Определить понижение концентрации О2 в речной воде, обусловленное
расходом его на окисление глицерину C3H8О3 в сточной воде с концентрацией 18,4 мг/л.
Окисление глицерина происходит до СО2, а сточные воды разбавляются в 10 раз.
Решение.
Необходимо
определить
окислительно-восстановительный
эквивалент
глицерина С3Н8О3 при окислении его до СО2: суммарная степень окисления 3 атомов
углерода в глицерине равна (-2), 3 углеродных атомов в 3 молекулах СО2 равна (+12), значит
число отданных одной молекулой глицерина электронов равно 14. Тогда:
Э С3H8O3/3CO2 
M С3H8O3
14
 6,57 г/моль;
Так как в воде, по условию содержится 18,4 мг/л глицерина, то это составляет 18,4/6,57
= 2,8 мэкв/л. Соответственно по закону эквивалентов понижение концентрации кислорода
также составит 2,8 мэкв/л или 8∙2,8 = 22,4 мг/л, а с учетом разбавления сточных вод в 10 раз
понижение концентрации кислорода составит 22,4/10 = 2,24 мг/л.
Жесткость воды
Данный показатель обусловливается наличием в воде растворенных солей кальция и
магния. Общая жесткость определяется суммарной концентрацией ионов Са2+ и Мg2+,
выраженной в мэкв/л:
Ж О  [Ca 2 ]  [Mg2 ] 
m Ca2
20

m Mg 2
12
где [Са2+] и [Мg2+] – концентрации ионов Са2+ и Мg2+, мэкв/л;
m Ca2 и m Mg 2 – концентрации ионов Са2+ и Мg2+, мг/л.
В зависимости от того, с какими анионами сочетаются ионы Са 2+ и Мg2+, различают
жесткость карбонатную (или временную), обусловленную присутствием HCO3--ионов, и
некарбонатную, или постоянную. Общая жесткость воды может быть выражена как сумма
карбонатной и постоянной жесткостей вода:
ЖО = ЖК + ЖНК
Анализируя жесткую воду экспериментально, определяют общую концентрацию ионов
кальция и магния, а также концентрацию ионов НСО3-. По сумме концентраций ионов Са2+ и
Мg2+ находят общую жесткость воды, а о величине карбонатной и постоянной жесткостей
6
судят по сопоставлению величины общей жесткости и концентрации ионов НСО3- в
анализируемой воде.
Пример 1. Определить все виды жесткости воды, если [Са2+] = 40 мг/л, [Мg2+] = 6 мг/л,
[HСО3-] = 366 мг/л.
Решение. ЖО = [Са2+] + [Mg2+] = 40/20 + 6/12 = 2,5 мэкв/л. [НСО3-] = 366/61 = 6 мэкв/л;
ЖК = 2,5 мэкв/л, т.к. карбонатную жесткость определяют только те ионы НСО3-, которые
связаны с Са2+ и Мg2+. Тогда ЖНК = ЖО - ЖК = 0.
Пример 2. Определить жесткость, нормальность и молярность 2%-ного раствора СаСl2
(d = 1,03 г/см3).
Решение. По определению процентной концентрации в 100 г раствора соли содержится
2 г CaCl2. Для вычисления молярности необходимо знать количество молей соли в 1 литре
раствора. Масса 1 л раствора в соответствии с плотностью равна 1030 г, количество соли в
этой массе раствора: (2∙1030)/100 = = 20,6 г СаСl2 или 20,6/110 = 0,19 моль/л, где 110 мольная масса СаСl2. Молярность и нормальность раствора CaCl2 связаны соотношением: Э
= М/2, т.е. 1M раствор соответствует 2 н раствору соли, и, следовательно, нормальность 0,19
М раствора равна 0,38 н. Жесткость, измеряемая в мэкв/л, в 1000 раз больше нормальности,
измеряемой в Э/л; таким образом, жесткость определяемого раствора равна 380 мэкв/л.
Варианты контрольного задания № 1
4
5
6
7
8
[CO2] = 2∙10-2моль/л
[HCO3-] = 122 мг/л
[Ca2+] = 2∙10 моль/л
8мл 0,01н
раствора KMnO4
VH2O = 20м3
mNa2SO3 = 1260г
CXHYOZ = C6H12O6
∆С(О2) = 2,4мг/л
n = 10
[Ca2+] = 30 мг/л
[Mg2+] = 2,5 мэкв/л
[HCO3-] = 205 мг/л
V = 10 л
m = 190 г
MgCl2
[CO2] = 88 мг/л
[HCO3-] = 2∙10-3 мг/л
[Ca2+] = 40 мг/л
20мл 0,02н
раствора KMnO4
VH2O = 100м3
mNa2SO3 = 3250г
CXHYOZ = C3H8O3
∆С(О2) = 2,4мг/л
n = 10
[Ca2+] = 20 мг/л
[Mg2+] = 3 мэкв/л
[HCO3-] = 2 мэкв/л
V = 200 л
m = 324 г
Ca(HCO3)2
[CO2] = 88 мг/л
[HCO3-] = 2∙10-3 мг/л
[Ca2+] = 40 мг/л
30мл 0,01н
раствора KMnO4
VH2O = 50м3
mNa2SO3 = 1625г
CXHYOZ = C6H6
∆С(О2) = 3,2мг/л
n=6
[Ca2+] = 4 мэкв/л
[Mg2+] = 24 мг/л
[HCO3-] = 3 мэкв/л
V=2л
m = 1460 мг
Mg(HCO3)2
10мл 0,02н
раствора KMnO4
VH2O = 50м3
mNa2SO3 = 1975г,
окисление
происходит до
Na2SO3
CXHYOZ = C6H12О6
∆С(О2) = 2,4мг/л
n=5
[Ca2+] = 30 мг/л
[Mg2+] = 18 мг/л
[HCO3-] = 305 мг/л
V=2л
m = 500 мг
Са(HCO3)2
Определить равновесную
концентрацию углекислоты в
природной воде (Кр = 3,43∙105
), если
Рассчитать
концентрацию
О2, мг/л, в воде,
если на
обескислорожи
вание воды
объемом VH2O
израсходовано
m (в граммах)
восстановителя
Номер варианта
Определить
окисляемость
исследуемой
воды, если на
титрование
пробы воды
объемом 200 мл
израсходовано
Определить
концентрацию
органического
соединения
CXHYOZ, которое
окисляется до СО2,
если при выпуске
сточных вод
концентрация О2
понизилась на ∆С,
мг/л, а сточные
воды разбавляются
в n раз
Определить,
стабильна,
нестабильна или
агрессивна
природная вода (Кр
= 3,43∙10-5), если
1
2
3
-
1
2
3
4
[HCO3 ] =
61 мг/л
[Ca2+] =
40 мг/л
[HCO3-] =
122 мг/л
[Ca2+] =
20 мг/л
[HCO3-] =
183 мг/л
[Ca2+] =
3∙10-3
моль/л
[HCO3-] =
244 мг/л
[Ca2+] =
4∙10-3
моль/л
[CO2] = 44 мг/л
[HCO3-] = 10-4 моль/л
[Ca2+] = 80 мг/л
Определить все
виды жесткости
воды, если в ней
содержится
Определить
жесткость,
нормальност
ьи
молярность
раствора
объемом V,
содержащего
m (г, мг) соли
8
1
2
3
5
[HCO3-] =
10-4
моль/л
[Ca2+] =
10-3
моль/л
6
[HCO3-] =
244 мг/л
[Ca2+] =
80 мг/л
[CO2] = 88 мг/л
[HCO3-] = 10-5 моль/л
[Ca2+] = 10-3 моль/л
10мл 0,02н
раствора KMnO4
7
[HCO3-] =
122 мг/л
[Ca2+] =
80 мг/л
[CO2] = 10-5 моль/л
[HCO3-] = 10-3 моль/л
[Ca2+] = 80 мг/л
5мл 0,02н
раствора KMnO4
8
[HCO3-] =
10-4
моль/л
[Ca2+] =
80 мг/л
9
[HCO3-] =
2∙10-3
моль/л
[Ca2+] =
120 мг/л
10
[HCO3-] =
6,1 мг/л
[Ca2+] =
40 мг/л
[CO2] = 88 мг/л
[HCO3-] = 244 мг/л
[Ca2+] = 10-5 моль/л
[CO2] = 132 мг/л
[HCO3-] = 183 мг/л
[Ca2+] = 10-5 моль/л
[CO2] = 2∙10-4 моль/л
[HCO3-] = 204 мг/л
[Ca2+] = 2∙10-3 моль/л
4
5
6
7
8
8мл 0,01н
раствора KMnO4
VH2O = 10м3
mNa2SO3 = 630г,
окисление
происходит до
Na2SO4
CXHYOZ = C6H12О6
∆С(О2) = 2,4мг/л
n=6
[Ca2+] = 60 мг/л
[Mg2+] = 6 мг/л
[HCO3-] = 366 мг/л
V = 20 л
m = 380 г
MgCl2
CXHYOZ = C3H8О3
∆С(О2) = 0,5мг/л
n=5
[Ca2+] = 3 мэкв/л
[Mg2+] = 0,5 мэкв/л
[HCO3-] = 305 мг/л
V = 50 л
m = 555 г
СаCl2
CXHYOZ = C6H6
∆С(О2) = 3,2мг/л
n=4
[Ca2+] = 30 мг/л
[Mg2+] = 18 мг/л
[HCO3-] = 2 мэкв/л
V = 10 л
m = 190 г
MgCl2
15мл 0,01н
раствора KMnO4
VH2O = 50м3
mNa2SO3 = 7900г,
окисление
происходит до
Na2SO3
CXHYOZ = C6H12О6
∆С(О2) = 1,6мг/л
n = 10
[Ca2+] = 4 мэкв/л
[Mg2+] = 36 мэкв/л
[HCO3-] = 366 мг/л
V = 25 л
m = 405 г
Ca(HCO3)2
6мл 0,025н
раствора KMnO4
VH2O = 100м3
mNa2SO3 = 630г,
окисление
происходит до
Na2SO4
CXHYOZ = C3H8О3
∆С(О2) = 4мг/л
n=5
[Ca2+] = 50 мг/л
[Mg2+] = 24 мг/л
[HCO3-] = 4 моль/л
V = 12 л
m = 285 г
MgCl2
10мл 0,01н
раствора KMnO4
VH2O = 50м3
mNa2SO3 = 3950г,
окисление
происходит до
Na2SO4
CXHYOZ = C6H12О6
∆С(О2) = 2,4мг/л
n = 10
[Ca2+] = 40 мг/л
[Mg2+] = 36 мг/л
[HCO3-] = 366 мг/л
V = 40 л
m = 1100 мг
CaCl2
-3
[CO2] = 3∙10 моль/л
[HCO3-] = 3∙10-5 мг/л
[Ca2+] = 0,8 мг/л
VH2O = 100м3
mNa2SO3 = 3950г,
окисление
происходит до
Na2SO4
VH2O = 10м3
mNa2SO3 = 630г,
окисление
происходит до
Na2S4O6
9
1
2
11
[HCO3-] =
24,4 мг/л
[Ca2+] =
60 мг/л
12
[HCO3-] =
10-4
моль/л
[Ca2+] =
10-3
моль/л
13
[HCO3-] =
0,183 г/л
[Ca2+] =
40 мг/л
14
[HCO3-] =
10-2
моль/л
[Ca2+] =
10-4
моль/л
15
[HCO3-] =
122 мг/л
[Ca2+] =
80 мг/л
3
4
5
6
7
8
10мл 0,01н
раствора KMnO4
VH2O = 50м
mNa2SO3 = 1975г,
окисление
происходит до
Na2SO3
CXHYOZ = C6H6
∆С(О2) = 3,2мг/л
n = 10
[Ca2+] = 4 мг/л
[Mg2+] = 36 мг/л
[HCO3-] = 305 мг/л
V=2л
m = 50 г
Ca(HCO3)2
6мл 0,015н
раствора KMnO4
VH2O = 100м3
mNa2SO3 = 1625г,
окисление
происходит до
Na2SO4
CXHYOZ = C3H8О3
∆С(О2) = 0,4мэкв/л
n=6
[Ca2+] = 2,5 мэкв/л
[Mg2+] = 1,5 мэкв/л
[HCO3-] = 2 мэкв/л
V=5л
m = 7,3 г
Mg(HCO3)2
8мл 0,02н
раствора KMnO4
VH2O = 20м3
mNa2SO3 = 3250г,
окисление
происходит до
Na2SO4
CXHYOZ = C6H12О6
∆С(О2) = 2,4мг/л
n=5
[Ca2+] = 60 мг/л
[Mg2+] = 60 мг/л
[HCO3-] = 366 мг/л
V = 300 л
m = 4860 г
Ca(HCO3)2
8мл 0,015н
раствора KMnO4
VH2O = 50м3
mNa2SO3 = 1975г,
окисление
происходит до
Na2SO4
CXHYOZ = C3H8О3
∆С(О2) = 1,6мэкв/л
n = 10
[Ca2+] = 4 мэкв/л
[Mg2+] = 0,5 мэкв/л
[HCO3-] = 3 мэкв/л
V = 100 л
m = 16,2 г
Са(HCO3)2
5мл 0,02н
раствора KMnO4
VH2O = 25м3
mNa2SO3 = 987,5г,
окисление
происходит до
Na2SO4
CXHYOZ = C6H6
∆С(О2) = 4мг/л
n=4
[Ca2+] = 80 мг/л
[Mg2+] = 24 мг/л
[HCO3-] = 6 мэкв/л
V = 20 л
m = 1460 г
Mg(HCO3)2
3
[CO2] = 22 мг/л
[HCO3-] = 10-2 моль/л
[Ca2+] = 10-5 моль/л
[CO2] = 4,4 мг/л
[HCO3-] = 61 мг/л
[Ca2+] = 80 мг/л
[CO2] = 88 мг/л
[HCO3-] = 18,3 мг/л
[Ca2+] = 10-2 моль/л
-2
[CO2] = 10 моль/л
[HCO3-] = 61 мг/л
[Ca2+] = 10-4 моль/л
-4
[CO2] = 10 моль/л
[HCO3-] = 10-2 моль/л
[Ca2+] = 10-5 моль/л
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа