6118
.pdf1
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.Л. Васильев, О.В. Кащенко, Е.В. Воробьева, С.В. Кулемина
ХИМИЯ ВОДЫ
Учебно-методическое пособие
по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине «Химия воды и микробиология»
по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение
Нижний Новгород
2022
2
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.Л. Васильев, О.В. Кащенко, Е.В. Воробьева, С.В. Кулемина
ХИМИЯ ВОДЫ
Учебно-методическое пособие
по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине «Химия воды и микробиология»
по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение
Нижний Новгород ННГАСУ
2022
3
УДК 628.16
Васильев А.Л. / Химия воды: учебно-методическое пособие / А.Л. Васильев, О.В. Кащенко, Е.В. Воробьева, С.В. Кулемина; Нижегородский государственный архитектурностроительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 49 с. – Текст: электронный.
В пособии даются рекомендации к проведению лабораторных работ и рассматриваются вопросы по технике безопасности при их выполнении. Описываются основные физико-химические показатели качества воды и методики их определения.
Предназначено для обучающихся в ННГАСУ для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Химия воды и микробиология» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение.
© А.Л. Васильев, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, С.В. Кулемина, 2022
© ННГАСУ, 2022
4
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
Стр. |
Введение……………………………………………………………………. |
5 |
Правила работы и техника безопасности в лаборатории……………….. |
6 |
Растворы. Способы выражения концентраций растворов.……………… |
9 |
Лабораторная работа 1.
Определение физических показателей качества воды…………………... 11
Лабораторная работа 2. |
|
Определение жесткости воды………………………………..……............ |
15 |
Лабораторная работа 3. |
|
Определение активной реакции воды (рН)……………………………… |
18 |
Лабораторная работа 4. |
|
Определение кислотности воды…………………………………………... |
21 |
Лабораторная работа 5. |
|
Определение щелочности воды………………………………………….. |
23 |
Лабораторная работа 6. |
|
Определение перманганатной окисляемости воды (ПО)……….............. |
25 |
Лабораторная работа 7. |
|
Определение бихроматнойй окисляемости воды (ХПК)……………….. |
27 |
Лабраторная работа 8. |
|
Определение свободной углекислоты в воде …………………………… |
32 |
Лабораторная работа 9. |
|
Определение растворенного кислорода в воде …………………………. |
35 |
Лабораторная работа 10. |
|
Определение сульфатов в воде…………………………………………… |
37 |
Лабораторная работа 11. |
|
Определение хлоридов в воде……………………………………………. |
39 |
Лабораторная работа 12. |
|
Определение азотсодержащих веществ в воде………………………….. |
40 |
Лабораторная работа 13. |
|
Определение железа в воде………………………………………………. |
43 |
Список литературы………………………………………………………… |
48 |
5
ВВЕДЕНИЕ
Под химическим составом воды понимают весь сложный комплекс веществ, присутствующих в воде в истинно растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. В ее состав входят растворенные газы, различные минеральные и органические вещества, а также микроорганизмы.
Состав воды природных поверхностных источников непостоянен. В них непрерывно происходят процессы окисления, восстановления, а также биохимические процессы. Очень сильно состав природных поверхностных вод зависит от сезона года, от количества выпавших атмосферных осадков, а также от попадания в источники сточных вод. Подземные природные воды подвержены значительно меньшим колебаниям.
Изучение химического состава воды является важной задачей при проектировании и эксплуатации водопроводных очистных сооружений и выборе основных технологических процессов водоподготовки. Перечень контролируемых показателей качества воды определяется требованиями потребителя.
Особые требования предъявляются к качеству питьевой воды, которое регламентируются СаНПиН 2.1.3685-21.
Качество воды оценивается по физическим, химическим и микробиологическим показателям.
К физическим показателям относятся температура, вкус, запах, мутность, цветность, взвешенные вещества.
При химическом анализе воды определяют ее активную реакцию, растворенные в воде газы, катионы, анионы, металлы, органические соединения, жесткость, кислотность, щелочность, перманганатную (ПО) и бихроматную (ХПК) окисляемости.
Микробиологический анализ включает определение общего микробного числа(ОМЧ), наличие термотолерантных колиформных бактерий (ТКБ), общих колиформных бактерий (ОКБ) и колифагов.
Для получения достоверных результатов необходимо соблюдать изложенные в нормативных документах требования к проведению анализа и к качеству применяемых реактивов.
6
ПРАВИЛА РАБОТЫ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В ЛАБОРАТОРИИ
При выполнении лабораторных работ необходимо строго соблюдать все указания преподавателя, помнить, что неаккуратность, невнимательность, незнание свойств веществ, с которыми ведется работа, могут повлечь за собой несчастный случай. При работе с реактивами следует всегда помнить, что химические вещества в большинстве своем ядовиты.
Поэтому каждому студенту, работающему в химической лаборатории, необходимо знать и соблюдать следующие правила:
1.К лабораторной работе разрешается приступать только в присутствии преподавателя или сотрудника лаборатории.
2.Рабочее место содержать в чистоте, не загромождать его лишней посудой и посторонними предметами.
3.Приступая к работе, следует ознакомиться с методикой, осмыслить этапы ее выполнения, проверить наличие необходимой посуды и реактивов. На каждой емкости с реактивом должна быть наклеена этикетка с указанием его названия и концентрации. Посуда должна быть чистой, без сколов и трещин.
4.Работу проводить в точном соответствии с ее описанием. Реактивы брать в количествах, указанных в руководстве, и строго придерживаться очередности их добавления.
5.Избыток отобранного реактива не следует возвращать назад в емкость, чтобы не испортить реактив.
6.Следует соблюдать осторожность при открывании емкостей с реактивами. Нельзя ее открывать, держа в руках. Следует поставить емкость на стол и только после этого открыть. После отбора реактива емкость сразу закрыть пробкой и поставить на место.
7.Для отмеривания жидких реактивов используют мерную посуду: пипетки, бюретки, мензурки, цилиндры.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ засасывать растворы в пипетки ртом. Для этого следует применять резиновую грушу.
8.Сухие реактивы брать с помощью лопаток, пластиковых или металлических шпателей.
9.Важным требованием является сохранение чистоты реактивов. Не загрязнять реактивы пипетками и шпателями, которые использовались при работе с другими реактивами. Нельзя путать пробки от банок с реактивами, собирать просыпанный реактив и ссыпать его обратно в банку.
10.При работе с кислотами и щелочами следить за тем, чтобы они не попадали на лицо, руки и одежду. Это вещества повышенной опасности и способны вызвать химические ожоги и отравления.
7
11. Кислоты осторожно тонкой струйкой приливают к воде при
непрерывном перемешивании. |
|
|
|
|
Приливать воду к кислоте ЗАПРЕЩАЕТСЯ. |
|
|
||
12. При использовании |
сухой щелочи |
ее следует |
добавлять в воду |
|
пинцетом или шпателем |
небольшими |
порциями |
при |
непрерывном |
перемешивании. |
|
|
|
|
13. При смешивании веществ, которое сопровождается |
выделением |
|||
тепла, а так же в опытах с нагревом пользоваться термостойкой |
посудой. |
14.При нагревании нельзя заглядывать сверху в нагреваемый сосуд во избежание возможного поражения при выбросе горячей массы.
15.При переносе сосуда с горячей жидкостью следует держать его двумя
руками за дно и горловину, используя |
термоизоляционный материал |
(резиновую прихватку) или полотенце. |
|
16.Горячий сосуд нельзя закрывать притертой пробкой, пока не остынет.
17.Все опыты с неприятно пахнущими веществами проводить в вытяжном шкафу. Запах определяют, осторожно направляя на себя пары или газы легким движением руки
18.Работы с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ) и горючими жидкостями (ГЖ) осуществлять в вытяжном шкафу при включенной вентиляции и отключенных электронагревательных приборах.
19.Никакие вещества нельзя пробовать на вкус.
20.Отработанные реактивы следует сливать в специальные емкости для сливов, а не в канализацию.
21.В случае разлива реактива поставить в известность преподавателя или сотрудника лаборатории.
22.По окончании работы привести в порядок рабочее место, помыть посуду, протереть поверхность рабочего лабораторного стола, выключить приборы, закрыть водопроводные краны
Оказание первой помощи при несчастных случаях
В лабораториях бывают случаи, требующие неотложной медицинской помощи - порезы, ожоги термические, ожоги кислотами и щелочами, отравления газообразными веществами и парами некоторых химикатов.
1. При ранениях стеклом необходимо удалить его осколки из раны, обработать рану 3%-ным раствором перекиси водорода, смазать рану йодом и завязать стерильным бинтом. При обильном кровотечении наложить жгут и обратиться к врачу.
2. При термических ожогах I-ой(покраснение) и II-ой (появление пузырьков) степени обожженное место присыпать содой. Хорошо помогают примочки с 2%-ным раствором соды или 3-5%-ным раствором марганцово-
8
кислого калия. Лучшее средство - спиртовые примочки. При более тяжелых
ожогах (III степени) следует немедленно обратиться к врачу. |
|
|
3. При попадании кислоты на кожу или одежду |
смыть ее большим |
|
количеством воды, а затем обработать пораженный |
участок 3-5%-ным |
|
раствором питьевой соды или разбавленным раствором |
аммиака. При ожоге |
|
II-ой степени наложить стерильную повязку со стрептоцидовой |
или |
|
синтомициновой эмульсией. |
|
|
4.При ожогах щелочью пораженный участок кожи сначала обильно промыть водой, а затем 2-3%-ным раствором борной, лимонной или уксусной кислоты.
5.При ожогах серной кислотой или негашеной известью воду для промывания пораженного участка применять нельзя. Следует обработать пораженный участок кожи каким-либо маслом или вазелином.
6.При попадании кислоты или щелочи в глаза необходимо немедленно промыть глаза большим количеством воды в течение 10-30 минут. Затем: в случае ожога кислотой промыть глаза 2-3%-ным раствором питьевой соды; в случае ожога щелочью- 2%-ным раствором борной кислоты.
7.При попадании в полость рта щелочи рот прополоскать 3%-ным раствором уксусной кислоты или 2%-ным раствором борной кислоты.
При попадании кислоты прополоскать полость рта 8%-ным раствором питьевой соды.
8. При любых случаях отравления химикатами немедленно вызвать врача. До приезда врача оказать экстренную помощь пострадавшему:
-при отравлении щелочью дать пострадавшему молоко или 2%-ный раствор уксусной или лимонной кислоты;
-при отравлении кислотой напоить пострадавшего водой со льдом или 1%- ным раствором питьевой соды.
-при отравлении парами вывести пострадавшего на свежий воздух, дать противоядие (молоко).
-при отравлении через пищевод дать пострадавшему большое количество 2%-ного раствора марганцовокислого калия, вызвать рвоту, дать молоко.
9
РАСТВОРЫ. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ
1.По количеству вещества, переходящего в раствор, различают растворы насыщенные, ненасыщенные и перенасыщенные.
Насыщенный раствор - раствор с максимально возможным количеством растворенного вещества в данных условиях (температура, растворитель). Это устойчивая равновесная система, в которой раствор находится в динамическом равновесии с растворенным веществом.
Ненасыщенный раствор - содержание растворенного вещества меньше, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе.
Перенасыщенный раствор - содержание растворенного вещества больше, чем максимально возможно в данных условиях в насыщенном растворе. Это неустойчивая неравновесная система, в которой наблюдается самопроизвольный переход в равновесное состояние за счет кристаллизации избытка растворенного вещества до тех пор, пока не образуется насыщенный раствор.
2.Разбавленные и концентрированные растворы дают качественную характеристику растворам.
3.Количественная характеристика растворов определяется их концентрацией.
Концентрация раствора – число, показывающее, сколько растворенного вещества содержится в весовой или объемной единице раствора.
Существует несколько способов выражения концентрации растворов. Они отличаются друг от друга только выбором единиц, в которых измеряются количества растворенного вещества, раствора и растворителя.
Растворенное вещество может измеряться в граммах, молях, граммэквивалентах.
Грамм-молекула (г-моль) - это количество граммов вещества, численно равное его молекулярной массе(М ).
Число молей (nM) вещества, содержащееся в каком-то его количестве m(г),
составляет: |
nM= m/М |
Химический эквивалент |
вещества (Э) – это такое его количество, |
которое соединяется с 1 молем атома водорода, |
либо замещает такое же |
|
количество в химическом соединении. |
|
|
Грамм-эквивалент (г-экв) - такое количество граммов вещества, которое |
||
численно равно его химическому эквиваленту(Э). |
|
|
Число грамм-эквивалентов |
вещества (nЭ), содержащихся в каком-то его |
|
количестве m(г) ), составляет: |
nЭ= m/Э |
|
Эквиваленты веществ находят отдельно для каждой конкретной реакции. |
||
Эквивалент элемента |
равен его атомной |
массе, деленной на его |
10
валентность в данном соединении.
Для обменных реакций, протекающих без изменения степени окисления элементов, эквивалент определяют следующим образом:
-эквивалент кислоты равен ее молекулярной массе, деленной на основность кислоты или на число атомов водорода в ее молекуле, замещенных металлом в реакции;
-эквивалент основания равен его молекулярной массе, деленной на число гидроксильных групп в молекуле или на число гидроксильных групп, замещенных кислотными остатками в реакции;
-эквивалент соли равен ее молекулярной массе, деленной на
суммарный заряд металла или кислотного остатка. |
|
|
|||
В окислительно-восстановительных |
реакциях |
происходит |
изменение |
||
степени окисления элементов, образующих вещества. |
|
||||
Для |
определения |
эквивалентов |
веществ в окислительно-восстано- |
||
вительных |
реакциях |
молекулярную |
массу |
веществ делят |
на число |
отданных для восстановителя) или принятых (для окислителя) электронов. 4. Основные способы выражения концентраций:
Процентная концентрация (С%) показывает содержание основного вещества (г) в 100г раствора.
Пример: 5% водный раствор состоит из 5г основного вещества и 95 г воды.
Молярная концентрация (СМ) соответствует числу молей растворенного вещества, содержащихся в 1л (дм3) раствора, моль/л.
Растворы, содержащие1; 0,1; 0,01; 0,001 и т.д. молей растворенного вещества, называются одно-, деци-, санти-, миллимолярными растворами
Моляльная концентрация (Сm) соответствует |
числу молей |
|
растворенного вещества, содержащихся в 1000г растворителя, моль/кг. |
||
Нормальная концентрация или молярная концентрация эквивалента |
||
(СН,N) показывает |
количество грамм-эквивалентов вещества, |
содержащихся в |
1л (дм3) раствора |
(или количество мг-эквивалентов в 1 |
мл), г-экв/дм3, |
мг-экв/см3.
Растворы, содержащие1;0,1;0,01;0,001 и т.д. г-экв растворенного вещества, называются одно-, деци-, санти-, миллинормальными растворами.
Этот вид выражения концентраций является наиболее часто применяемым в аналитической химии, особенно в титриметрическом анализе, так как химические вещества взаимодействуют в эквивалентных отношениях. То есть растворы одинаковой нормальности реагируют одинаковыми объемами.
Титр раствора (Т) - количество граммов растворенного вещества, содержащихся в 1 мл раствора, г/мл (г/см3).