Введение
Вода "из-под крана" используется нами повсеместно. По данным лаборатории питьевого водоснабжения НИИ экологии человека и окружающей среды РАМН, 90% водопроводных сетей подают в дома воду, не отвечающую санитарным нормам. Главная причина наличия в водопроводной воде вредных для здоровья нитратов, пестицидов, нефтепродуктов и солей тяжелых металлов - это катастрофическое состояние водопроводных и канализационных систем. Соединение канализационных вод с выбросами предприятий дает добавочный эффект: к перечисленным выше химическим составляющим питьевой воды добавляются и бактерии - кишечные палочки, патогенные микроорганизмы, холерный вибрион и т.д. Поэтому актуальность данной проблемы очень высока.
Объект исследования
Объектом исследования является обычная водопроводная вода, взятая из централизованного источника водоснабжения МОУ лицей №22, которая не подвергалась никакой предварительной обработке и фильтрации, чтобы была возможность составить объективную картину состояния воды, используемой в быту.
Гипотеза
Если вода почти прозрачна, не имеет достаточно выраженных вкуса и запаха, а также если содержание хлора, водородный показатель и жесткость воды удовлетворяют ПДК, то вода централизованного источника водоснабжения пригодна к применению.
Цель исследования
В соответствие с гипотезой, целью исследования является проверить, удовлетворяет ли водопроводная вода некоторым требованиям ГОСТа.
Обзор литературы
Был проведен обзор литературы по изучению влияния качества питьевой воды на здоровье, нормативов качества питьевой воды и образования мутагенов в результате хлорирования воды.
Методика "СОСТАВ И КАЧЕСТВО ВОДЫ"
Суточный обмен воды в организме человека составляет 2,5 л, поэтому от её качества сильно зависит состояние человека, его здоровье и работоспособность. Различные вещества, присутствующие в воде, придают ей запах, делают её то сладковатой, то солёной, а то и горькой. Существует 5-балльная шкала оценки интенсивности запаха и привкуса питьевой воды. При сомнении в качестве питьевой воды для очистки её от примесей следует использовать специальные фильтры.
Метод физического изучения воды включает:
Данные показатели определяются по специальным методикам, описанным в различных источниках литературы (например, С.В.Дружинин "Исследование воды и водоемов в условиях школы", 2008).
Метод химического анализа включает определение:
Определение ионов
Большинство известных элементов, входящих в состав вод в сравнительно больших количествах, существуют в виде ионов. Для доказательства наличия этих ионов в воде использовалась методика качественного химического полумикроанализа. Качественный анализ пробы воды проводился на наличие в воде: катионов магния, железа(II,III), кальция, свинца, меди; анионов брома, йода, хлора, сульфата.
Жесткость воды.
Жесткость воды обуславливается присутствием в ней солей кальция и магния. Это общая жесткость. Она складывается из карбонатной (временной, обусловленной присутствием гидрокарбонатов кальция и магния) и некарбонатной (постоянной, обусловленной присутствием хлоридов кальция, Mg 2+ и Fe 2+). Оставшиеся в растворе после кипячения соли обуславливают постоянную жесткость воды. Общая жесткость воды определяется следующим образом. В коническую колбу на 250 мл вносят 100 мл исследуемой воды, прибавляют 5 мл аммиачного буферного раствора(NH4OH+NH4Cl) для установления щелочной реакции, а затем 7-8 капель индикатора (эриохрома черного). Проба окрашивается в интенсивный вишнево-красный цвет. Раствор перемешивают и медленно титруют 0,05 нормальным раствором трилона "Б" до изменения окраски пробы от вишневой до синей. Это происходит из-за того, что трилон "Б" в щелочной среде взаимодействует с ионами кальция и магния, образуя комплексное неокрашенное соединение и вытесняя индикатор в свободном виде. Расчет общей жесткости производят по формуле:
где: V - объем раствора трилона "Б", израсходованного на титрование, мл.
N - нормальность раствора трилона "Б", мг экв/л (0.05)
V 1 - объем исследуемого раствора, взятого для титрования, мл.(100 мл)
Водородный показатель.
Вода тестируется различными индикаторами (лакмус, универсальная индикаторная бумага, метил оранжевый) и по изменению их окраски формулируются соответствующие выводы.
Результаты см. в таблице №1.
Сравнительный анализ данных, полученных в ходе исследования.
Он приведен в таблице "Соответствие физико-химических показателей пробы воды требованиям ГОСТ".
| Параметр | Единица измерения | Полученное значение | Предельно допустимая норма
по ГОСТу 2874-82 |
| Прозрачность воды | 5-балльная шкала | 1 | 1.5 |
| Присутствие взвешенных частиц | 1 | 2 | |
| Вкус воды | 1 | 2 | |
| Запах воды при t=20 o C Запах воды при t=60 o C |
1 | 2 | |
| Водородный показатель | рН | ~6.5 | 6.0 - 9.0 |
| Жесткость | моль/м 3 | ~4.5 | 7.0 |
Выводы.
В ходе проведенного исследования было установлено:
Таким образом, можно сделать вывод о том, что проба воды, взятая из централизованного источника водоснабжения МОУ лицей №22, соответствует требованиям ГОСТ согласно тем критериям, по которым проводилось исследование, а, значит, наша гипотеза подтвердилась.
Список литературы.
Обнаружение хлорид – ионов. К 5 мл пробы воды прибавили 1 каплю азотной кислоты и 0,5 мл раствора нитрата серебра. Помутнения не было. Значит, хлор в воде отсутствует. Концентрацию хлорид - ионов определили по таблице равной 1 мг/л. Норма.
Обнаружение сульфат - ионов. К 5 мл пробы воды прибавил 1 каплю соляной кислоты и прилили 0,5 мл раствора хлорида бария. Наблюдали небольшое помутнение. Концентрацию хлорид-ионов определил по таблице равной менее 10 мг/л. Допустимая концентрация.
Обнаружение катионов свинца . В пробирку налили 5 мл воды, прибавили 1 мл раствора реагента - бихромата калия. Изменений окраски не наблюдалось. Вывод: катионов свинца в воде нет.
Определение содержания общего железа. В пробирку налили 5 мл исследуемой воды, добавили 1 каплю концентрированной НNO 3 и 1 мл 20%-ного раствора роданида аммония. Наблюдал слабо желтовато-розовую окраску, определяли и приблизительную концентрацию железа в соответствии с таблицей, она равна 0,25 мг/л (близко к предельно допустимому) (Таблица 1).
Таблица 1
Основные компоненты минерального состава воды и их допустимые концентрации
| Компонент минерального состава воды | Предельно допустимая концентрация (ПДК) |
| Натрий (Na+) | 200 мг/л |
| Кальций (Ca 2 +) | 200 мг/л |
| Магний (Mg 2 +) | 100 мг/л |
| Железо общее (Fe 3 +) | 0,3 мг/л |
| Марганец (Mn 2 +) | 0,1 мг/л |
| Гидрокарбонат (HCO 3 –) | 1000 мг/л |
| Сульфат (SO 4 2–) | 500 мг/л |
| Хлорид (Cl –) | 350 мг/л |
| Карбонат (CO 3 2–) | 100 мг/л |
| Нитрат (NO 3 1–) | 45 мг/л |
| Фтор (F –) | 0,7 - 1,5 мг/л |
Таблица 2
Результаты исследования приблизительной
концентрации ионов хлора, сульфат-ионов, железа и свинца в исследуемой питьевой воде
| Проведение опыта на Cl - , | Концентрация ионов хлора | Наблюдения |
| 5 мл пробы+0,5 мл (5г нитрата серебра растворили в 95 г воды)+ 1 капля азотной кислота (1:4) | более 100 мг\л. | Белый осадок |
| более 10 мг\л | Помутнение раствора | |
| более 1 мг\л. | Опалесценция | |
| Проведение опыта SO 4 2- , | Концентрация ионов сульфат | Наблюдения |
| 5 мл пробы+1 капля (16 мл соляной кислоты плотн 1,19 растворили в 100 мл воды) +0,5 мл (10г хлорида бария растворили в 90 г воды) | более 10 мг\л. | Белый осадок |
| более 1 мг\л. | Опалесценция | |
| менее 1 мг\л. | Нет изменений | |
| Проведение опыта Fe 3 + | Концентрация ионов железа | Наблюдения |
| 5 мл пробы+1 капля к.азотной кислоты +1 мл 20% раствора роданида аммония | до 0,25 мг\л. | Слабо желтовато-розовая окраска |
| до 1 мг\л | Желтовато-розовое | |
| более 2 мг\л. | Желтовато-красное | |
| Проведение опыта Pb 2+ | Концентрация ионов свинца | Наблюдения |
| 5 мл пробы+1 мл (10 г бихромата калия растворить в 90 мл воды) | 100 мг\л. | Жёлтый осадок |
| 20 мг\л | Помутнение раствора | |
| 0,1 мг\л. | Опалесценция | |
| Менее 0,1 мг/л | Нет изменений |
Анализ воды проводился также в лаборатории АО Пигмент и ООО «Независимой лаборатории ИНВИТРО». Результаты исследований прилагаются. Таблица № 3.
Таблица 3
Заключение по анализу пробы воды из реки Ворона от 27.08.13.
| № п/п | Наименование показателя | Норма | Результаты анализа |
| Водородный показатель, pH | 6,0-9,0 | 6,4 | |
| Жесткость общая, мг×экв/л, | 7,0 | 5,6 | |
| Массовая доля железа (Fe), мг/л, не более | 0,3 | 0,15 | |
| Массовая доля сульфатов (), мг/л, не более | 500 | 42,8 | |
| Электропроводность, mS/см | ‑* | 624 | |
| Массовая доля хлоридов (), мг/л, не более | 350 | 11 |
* ‑ дистиллированная вода н/б 5 mS/см, для артезианской воды показатель не нормируется (фактически 600-900 mS/см )
Начальник аналитической лаборатории ЦЛ И.П. Ботова
Исследовательская работа «Сравнительный химический анализ воды с.Тукаево и г.Тарко-Сале»
Руководитель: Насырова Альбина ГалиулловнаПричиной написания данной работы стала поездка в г.Тарко-Сале. В ходе пребывания в этом городе меня удивил тот факт, что на стенках чайника у них не остается накипь. Из курса химии мне известно, что накипь, является последствием использования жесткой воды.
Вода прямым образом влияет на здоровье человека, и мы решили ответить на вопросы: что за вода течет из нашего крана? Какие вещества содержатся в ней? Чем отличается вода с.Тукаево от воды г.Тарко-Сале? С чем это может быть связано?
Исходя из вышесказанного была поставлена цель исследовательской работы:
провести сравнительный химический анализ воды с.Тукаево и г.Тарко-Сале в условиях школьной лаборатории и сравнить результаты.
Объект исследования:
- вода с.Тукаево
- вода г.Тарко-Сале
Методы исследования:
- Обзор литературы
- Физический и химический анализ воды
- Сравнение
Практическая значимость
данной работы заключается в создании презентации, выпуске брошюры, газеты просветительского содержания.
Химические компоненты воды
Химические компоненты природных вод условно делят на 5 групп: 1)Главные ионы; 2)растворённые газы; 3)биогенные вещества; 4)микроэлементы; 5) органические вещества
Сравнительный химический анализ воды с.Тукаево и г.Тарко-Сале
I Органолептические показатели воды
1. Цвет (окраска)
Диагностика цвета – один из показателей состояния воды.
Для определения цветности воды мы взяли стеклянный сосуд и лист белой бумаги. В сосуд набрали воду и на белом фоне бумаги определили цвет воды (бесцветный, зелёный, серый, жёлтый, коричневый) – показатель определённого вида загрязнения.
При анализе обоих проб вода была бесцветной, значит, вода пригодна к употреблению.
2.Прозрачность
Для определения прозрачности воды мы использовали прозрачный мерный цилиндр с плоским дном, в который налили воду, затем подкладывали под цилиндр на расстоянии 4 см от его дна шрифт, высота букв которого 2 мм, толщина линий букв – 0,5 мм, и сливали воду до тех пор, пока сверху через слой воды не стал виден этот шрифт. Измерили высоту столба оставшейся воды линейкой и выразили степень прозрачности в сантиметрах. При прозрачности воды менее 3 см водопотребление ограничивается.
В питьевой воде обоих проб прозрачность воды 10 см
3.Запах
Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в неё естественным путём и со сточными водами. Запах воды не должен превышать 2 баллов. Интенсивность запаха определяли по таблице:
Балл Интенсивность запаха Качественная характеристика
0 - Отсутствие ощутимого запаха
1 Очень слабая Запах, не поддающийся обнаружению потребителем, но обнаруживаемый в лаборатории опытным исследованием
2 Слабая Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый, если на него обратить внимание
3 Заметная Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде с неодобрением
4 Отчётливая Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодным для питья
5 Очень сильная Запах настолько сильный, что вода становится непригодной для питья
Запах воды определяли в помещении, в котором не было постороннего запаха. В питьевой воде обоих проб запах отсутствует, значит, она пригодна для питья.
II Химический анализ воды
1.Водородный показатель (рН)
Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7).
Значение рН определили следующим образом. В пробирку налили 5 мл исследуемой воды, 0,1 мл универсального индикатора, перемешали и по окраске раствора определили рН: раствор воды с.Тукаево окрасился в светло-желтый цвет – нейтральная среда, а вода г.Тарко-Сале в розово-оранжевый – щелочная среда.
Розово-оранжевая – рН около 6;
Светло-жёлтая – 7;
Зеленовато-голубая – 8.
2. Определение хлорид-ионов
Концентрация хлоридов допускается до 350 мг/л.
В пробирку налили 5 мл исследуемой воды с.Тукаево и г.Тарко-Сале и добавили 3 капли 10-% раствора нитрата серебра. Приблизительное содержание хлоридов определили по осадку или помутнению.
Определение содержания хлоридов
Осадок или помутнение Концентрация хлоридов, мг/л
Слабая муть 1-10
Сильная муть 10-50
Образуются хлопья, но осаждаются не сразу 50-100
Белый объёмистый осадок Более 100
В питьевой воде с.Тукаево выпадал белый объёмистый осадок (более 100 мг/л).
Во второй пробе питьевой воды с г.Тарко-Сале наблюдалась слабая муть (1-10 мг/л).
3.Определение сульфатов.
В пробирку внесли 10 мл исследуемых вод, 0,5 мл соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5 %-ного раствора хлорида бария, перемешивают. По характеру выпавшего осадка определили ориентировочное содержание сульфатов. При отсутствии мути концентрация сульфат-ионов менее 5 мг/л; при слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько минут, - 5-10мг/л; при слабой мути, появляющейся сразу после добавления хлорида бария, - 10-100 мг/л; сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат-ионов (более 100 мг/л).
В первой пробе воды г.Тарко-Сале наблюдалась слабая муть, появляющаяся не сразу (5-10 мг/л).
Во второй пробе воды с.Тукаево - слабая муть, появляющаяся сразу (10-100 мг/л).
В обеих пробах воды допустимая норма сульфат-ионов.
5. Обнаружение железа
Предельно допустимая концентрация общего железа в воде составляет 0,3 мг/л.
В пробирку поместили 10 мл исследуемых проб воды г. Тарко-Сале и с.Тукаево, прибавили 1 каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. При содержании 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком – красное.
При анализе питьевой воды с.Тукаево не было розового окрашивания, значит концентрация менее 0,1 мг/л, что соответствует допустимой норме железа в воде, а вода из г.Тарко-Сале окрасилась в красный цвет, значит количество железа в воде выше чем ПДК.
6. Обнаружение ионов кальция
Для определения наличия ионов кальция в воде г.Тарко-Сале и с.Тукаево мы использовали углекислый газ, который пропустили через воду. В результате эксперимента вода г.Тарко-Сале не изменилась, а при пропускании через воду с.Тукаево образовался осадок карбоната кальция.
Вывод: По СанПиНу содержание кальция в питьевой воде не нормируется, но по его количеству мы судим о жесткости воды, значит в воде г.Тарко-Сале кальция содержится небольшое количество, а в воде с.Тукаево большое количество.
Выводы и прогнозы
При проведении органолептических исследований воды получили следующие показатели:
Вода
Цвет (окраска) бесцветный бесцветный
Прозрачность 10 см 10 см
Запах Отсутствует (0) Отсутствует (0)
Вывод: Питьевая вода с.Тукаево и г.Тарко-Сале из водопровода пригодна для питья
При проведении химического анализа воды получили следующие показатели:
Вода
Показатели Питьевая вода с.Тукаево Питьевая вода г.Тарко-Сале
Водородный показатель Нейтральная Щелочная
Хлориды
Белый объёмистый осадок (более 100 мг/л) Слабая муть (1-10мг/л)
Сульфаты
Слабая муть, появляющаяся сразу (10-100 мг/л) Слабая муть, появляющаяся не сразу (5-10 мг/л)
Катионы железа Нет розового окрашивания, значит концентрация менее 0,1 мг/л Красное окрашивание, значит концентрация больше 0,3 мг/л
Катионы кальция обнаружили Не обнаружили
По данным химического анализа водопроводная вода пригодна для питья
В настоящее время учителю химии приходиться рассматривать самые различные экологические проблемы, одна из которых - проблема чистой воды. Оценивая воду на содержание минеральных солей, отдельно выделяют концентрацию в ней солей кальция и магния, говоря о степени жесткости воды.
Мыло в жесткой воде не мылится, овощи плохо развариваются, а при использовании такой воды в паровых котлах образуется накипь, которая снижает эффективность их работы и может привести к взрыву. Жесткую воду перед употреблением целесообразно умягчить, удалив катионы кальция и магния.
Однако для жизнедеятельности организма кальций и магний необходимы, так как играют важную роль в процессах формирования костей, свертываемости крови, сокращении сердечной мышцы, передачи нервных импульсов. Установлено, что в местностях с пониженным содержанием кальция в питьевой воде сердечные заболевания более распространенны. В тоже время, употребление жесткой воды увеличивает опасность заболевания мочекаменной болезнью, неблагоприятно влияет на формирование сосудов. Избыток ионов кальция в организме приводит к отложению солей в шейном, грудном, поясничном отделах позвоночника, суставах конечностей. Отсюда следует, что важно вести контроль за содержанием солей кальция и магния в питьевой воде. А познакомиться с некоторыми простыми методами определения жесткости воды учащиеся могут на уроках химии .
Определение общей жесткости воды в лабораторных условиях проводят методом комплексонометрического титрования с помощью кальциево-магниевых ионоселективных электродов. Но эти методы требуют дорогостоящих и практически недоступных для школы реактивов и приборов, поэтому предлагаем более приемлемый для школьной лаборатории способ с применением соляной кислоты и ортофосфата натрия.
Метод основан на осаждение ионов Са 2+ Mg 2+ избытком раствора ортофосфата натрия Na 3 PO 4 с последующим определением остатка осадителя:
3 MeCl 2 + 2 Na 3 PO 4 > Me 3 (PO 4) 2 v + 6NaCl
3 Me(HCO 3) 2 + 2 Na 3 PO 4 > Me 3 (PO 4) 2 v + 6 NaHCO 3 .
Как видно из приведенных выше уравнений, из Me(HCO 3) 2 образуется эквивалентное количество NaHCO 3 . При титровании остатка фосфата натрия соляной кислотой одновременно оттитровывается и гидрокарбонат натрия, на определение которого расходуется такое же количество соляной кислоты, как и на определение временной жесткости воды, что необходимо учитывать в расчетах.
Методика проведения анализа
В мерную колбу, вместимостью 250 мл переносят 100 мл анализируемой воды, добавляют точно измеренный объем (например, 25 мл) 0,2 н. раствора Na 3 PO 4 и отстаивают 30 минут. Затем доводят до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают и фильтруют через плотный бумажный фильтр в сухую емкость.
В коническую колбу объемом 250 мл отбирают 100 мл фильтрата и добавляют 2-3 капли индикатора метилоранжа, затем титруют соляной кислотой до появления бледно-розовой окраски раствора.
Параллельно определяют объем соляной кислоты, пошедшей на определение временной жесткости в идентичных условиях. Для этого берут мерную колбу вместимостью 250 мл, добавляют 100 мл анализируемой воды, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. После этого в коническую колбу для титрования отбирают 100 мл раствора, добавляют 2-3 капли метилоранжа и титруют соляной кислотой до появления бледно-розового окрашивания.
1. Рассчитываем временную жесткость воды (моль/л) по формуле:
Ж в. = (С э (HCl) V (HCl) / V пр. ) (Vколбы / V (H 2 O) 1000 , где V (HCl) - объем соляной кислоты, пошедшей на титрование, л;
С э (HCl) - молярная концентрация эквивалента соляной кислоты, моль/л;
V (H 2 O) - объем анализируемой воды, л;
Vколбы - объем мерной колбы, л;
V пр. - объем воды, взятой для титрования, л.
Пример расчета представлен в Приложении 1. Сравнение полученных разными методами результатов показывает, что предлагаемый метод вполне может быть использован при определении общей жесткости воды.
Информацию о составе жесткой воды, видах жесткости и способах ее устранения можно почерпнуть из табл. 1.
Таблица 1.
|
Жесткость воды и способы ее устранения |
||||
|
Состав жесткой воды |
Вид жидкости |
Способы устранения |
||
|
по составу |
по способу её устранения |
|||
|
Са 2 + |
карбонатная |
временная |
1) нагревание 2) добавка извести 3) пропускание через ионообменник |
|
|
Сl - |
некарбонатная |
постоянная |
1) добавка соды, 2) пропускание через ионообменник |
|
|
Сl - |
1) пропускание через ионообменник Тематические материалы:
Обновлено: 08.02.2024
103583
Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter
Рубрики сайта |
