Лабораторная работа № 6 - Казанский банковский колледж

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАЗАНСКАЯ БАНКОВСКАЯ ШКОЛА (КОЛЛЕДЖ) ЦЕНТРАЛЬНОГО БАНКА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ»
ОДОБРЕНО
УТВЕРЖДЕНО
на заседании комиссии математического и общего
естественнонаучного цикла
Протокол № __ от «__»________2013 г.
Председатель комиссии
_________________ А. Я. Драпкин
Заместитель директора
__________ Р.У. Тихонова
Пр. № __от «__»_______ 2013 г.
Методические рекомендации
по выполнению лабораторной работы №6
По дисциплине: «Естествознание»
Наименование работы: «Анализ содержания примесей в воде»
По специальности:080110 «Банковское дело» (базовая и углубленная подготовка)
Работа рассчитана на 2 часа
Казань 2013
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
Тема: «Анализ содержания примесей в воде»
Цели урока:
1. Образовательная: научиться очищать воду от механических примесей и уметь
определять содержание примесей в воде. Закрепить навыки написания уравнений
химических реакций диссоциации солей.
2. Развивающая: развивать навыки решения задач, логическое мышление и творческое
воображение. Формирование умений пользоваться теоретическими и
экспериментальными методами химической науки для обоснования выводов по изучаемой
теме.
3. Воспитательная: развитие самостоятельности, взаимопомощи.
Формируемые компетенции: ОК 2, ОК 4, ОК 8, ОК 11.
Литература: Алексашина И.Ю., Галактионов К.Н., Дмитриев И.С. под ред. Алексашиной
И.Ю. Естествознание 10 класс (базовый уровень) - М.: Просвещение, 2010, Гл.3, §48,
стр.146-148.
Карпенков С.Х. Современное естествознание Гл. 5, §2, стр.238-244.
Оборудование: штатив, реактивы (1М раствор соляной кислоты, 0,1М раствора нитрата
серебра, 0,5 М раствора тиоцианата калия (KNCS)), химическая посуда (пробирки,
пипетки), спиртовая горелка.
Инструктаж по технике безопасности и проведению эксперимента. (5 мин.)
Контрольные вопросы допуска
1. Назовите виды загрязнения воды.
2. Дайте определение химического загрязнения воды.
3. Перечислите существующие методы определения степени загрязнения воды.
Порядок выполнения работы:
1. Закрепить на штативе (или держателе) пробирки с анализируемой водой.
Опыт № 1. Обнаружение ионов SO42-.
К 3 мл анализируемой воды добавьте 2-3 капли 1М раствора соляной кислоты,
нагрейте до кипения и прибавьте 0,5 мл хлорида бария. Что наблюдаете? Напишите
уравнение реакции.
Опыт № 2. Обнаружение ионов Cl-.
К 3 мл анализируемой воды прилейте по каплям 0,1М раствора нитрата серебра. Что
наблюдаете? Напишите уравнение реакции.
Опыт № 3. Обнаружение ионов Fe3+.
К 0,5 мл анализируемой воды прилейте 1мл 0,5М раствора тиоцианата калия (KNCS).
Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции.
Опыт № 4. Обнаружение органических примесей.
К 3 мл анализируемой воды прилейте по каплям 0,1М раствора перманганата калия и
прокипятите. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции.
2. Оформляем отчет в виде таблицы:
№ опыта
Что делали?
Что наблюдали?
Уравнение реакции
Опыт 1
Вывод 1:
Опыт 2
Вывод 2:
Опыт 3
Вывод 3:
Опыт 4
Вывод 4:
3. Общий вывод
Контрольные вопросы
1. Как получить дистиллированную воду, и почему она вредна для организма?
2. Почему не проводят исследование воды на все химические примеси?
Форма отчета о работе: оформленная таблица и выводы в тетради для
лабораторных работ.
Краткие сведения из теории
«80% своих болезней человек выпивает с водой»
— Луи Пастер (выдающийся микробиолог)
90% поломок сантехнического и водонагревательного
оборудования вызваны качеством используемой воды
— статистика производителей оборудования
Лабораторный анализ воды является процедурой, которая состоит из
комплексного ряда тестов и анализов, в ходе которых определяется наличие в воде тех
или иных примесей, а также устанавливается уровень содержания различных
загрязнителей. Если уровень содержания ни одного из распространенных сегодня
загрязнителей не превышает установленных ГОСТом норм, то необходимость
устанавливать дополнительное водоочистительное оборудование отпадает, однако
подобное случается крайне редко, в противном же случае рекомендуется установить
специальные фильтры для удаления из воды тех загрязнителей, количество которых
превышает допустимые уровни.
1. Нерастворенные механические примеси
Самое элементарное объяснение необходимости применения фильтров
механической очистки воды — это защита системы водоснабжения, ее отдельных узлов
и оборудования от засорения, что может проявляться в уменьшении потока воды, а также
в нарушении
работы
запорной
и регулирующей
арматуры
и снижении
ее эксплуатационного периода. Вторая не менее важная причина — это предотвращение
коррозии, возникающей вследствие электрохимической активности взвешенных частиц,
что может привести к сквозной коррозии металлических труб и фитингов. Основными
методами удаления нерастворимых механических примесей являются:
 отстаивание в специальных ёмкостях с применением или без применения
химических реагентов, вводимых в зависимости от состава исходной воды;
 коагуляция, т.е. введение в обрабатываемую воду солей алюминия, железа или
полиэлектролитов, для укрупнения взвешенных и коллоидных частиц и перевода
их в фильтруемую форму;
 механическая очистка воды с помощью фильтрования с использованием различных
сетчатых либо картриджных фильтров, а также засыпных фильтров механической
очистки.
Данные методы очистки способны достаточно эффективно удалять из воды
нерастворённые механические примеси всех имеющихся типов и размеров. При
практическом применении выбор того или иного метода определяется показателями
исходной воды, требованиями к готовому продукту и необходимыми объёмами.
2. Железо и марганец
Вода с повышенным содержанием железа и марганца первоначально либо
в процессе отстаивания приобретает желтовато-бурую окраску, что становится причиной
ржавых подтеков на сантехнике, вызывает зарастание внутренних поверхностей труб
и оборудования, вода приобретает характерный «железистый» привкус. Даже достаточно
невысокое превышение концентраций железа и марганца делает воду непригодной для
использования.
Решение проблемы очистки воды от железа и марганца является довольно сложной
и комплексной задачей. В связи с этим невозможно описать все многообразие методов,
применяемых в технологии обезжелезивания и деманганации. Схема очистки воды
избирается индивидуально для каждого случая с учётом развёрнутого анализа воды
и может включать в себя как один так и комплекс применяемых методов обезжелезивания
и деманганации таких как: окисление растворённого железа до нерастворимой формы
с применением различных окислителей, фильтрование через специальные загрузки,
ионный обмен, некоторые мембранные методы.

Окисление (кислородом воздуха или аэрацией, хлором, перманганатом
калия, перекисью водорода, озоном) с последующим осаждением (с коагуляцией или без
нее) и фильтрацией;

Каталитическое окисление с последующей фильтрацией. Суть метода
заключается в том, что реакция окисления железа происходит на поверхности гранул
специальной фильтрующей среды, обладающей свойствами катализатора (ускорителя
химической реакции окисления);

Ионный обмен. Одно из достоинств ионного обмена в обезжелезивании
воды заключается в том, что он «не боится» верного спутника железа — марганца, сильно
осложняющего работу систем, основанных на использовании методов окисления.
Главное же преимущество ионного обмена в том, что из воды могут быть удалены железо
и марганец, находящиеся в растворенном состоянии.
Все перечисленные выше методы, а так же их сочетания могут применятся для
обезжелезивания
воды
во всех
существующих
системах
водоснабжения
от муниципального водопровода, до подготовки воды из индивидуальной скважины
в загородном доме.

Мембранные
технологии
достаточно
широко
используются
в водоподготовке, однако удаление железа отнюдь не главное их предназначение, скорее
побочный эффект. Этим и объясняется тот факт, что применение мембран пока не входит
в число стандартных методов борьбы с присутствием в воде железа. Тем не менее,
микрофильтрационные мембраны пригодны для удаления уже окисленного
трехвалентного железа, ультрафильтрационные и нанофильтрационные мембраны также
способны удалять коллоидное и бактериальное железо, а обратноосмотические мембраны
удаляют даже растворенное органическое и неорганическое железо.
4. Неприятный привкус, запах и цветность
На эти три параметра, которые принято называть органолептическими показателями,
могут оказывать влияние находящиеся в воде органические вещества, сероводород
и другие газы. Реактивом, позволяющим определить наличие в растворе хлорид-ионов,
(т.е. хлороводородную кислоту и растворимые хлориды) является раствор нитрата
серебра. При этом выпадает характерный белый творожистый осадок хлорида серебра.
Повышенное содержание сероводорода в воде делает воду неприятной для
использования.

Очистка воды на активированном угле чаще всего применяется на одной
из последних ступеней очистки и является одним из классических способов получения
питьевой воды. Такую дополнительную очистку воды необходимо применять в тех
случаях, когда требуется устранить незначительные нарушения показателей цветности,
вкуса и запаха воды. Активные угли также используются для очистки муниципальной
водопроводной воды от хлора и хлорсодержащих соединений.

Удаление запаха с помощью аэрации. Аэрация представляет собой
обработку водного потока воздухом, при аэрации происходит отдувка из воды летучих
примесей, в том числе токсичных и обладающих неприятным запахом, например
сероводорода. Метод широко применяется и системах водоподготовки предприятий
и загородных домов.
5. Повышенное содержание в воде нитратов
Опасность нитратов обусловлена их токсичным воздействием на человека. Обладая
способностью накапливаясь в организме человека, нитраты образуют метгемоглобин,
который в отличие от гемоглобина не переносит кислород, что приводит к кислородному
голоданию тканей. В результате ухудшается самочувствие, появляется вялость, одышка,
тахикардия, может произойти потеря сознания и даже смерть. Нитраты губительно
воздействуют на нервную, сердечно-сосудистую систему, желудочно-кишечный тракт
и другие органы. Особую опасность нитраты представляют для маленьких детей,
у которых еще не сформирована восстанавливающая ферментная систем.

Ионообменный метод, когда удаление нитратов из воды производится
в специальных фильтрах засыпного типа, в которые загружается высокоосновная нитратселективная анионообменная смола макропористого типа. Данный метод позволяет
удалять из воды до 90-95% нитратов. Широко используется для очистки воды
хозяйственно-бытового и производственного назначения.

Мембранный метод, основан на продавливании исходной (загрязнённой)
воды через полупроницаемые обратноосмотические мембраны. Через микроскопически
малые поры этих мембран (размер порядка 0,0001 микрона), способны пройти только
молекулы воды и кислорода, а микроорганизмы, органические соединения, растворенные
в воде соли, в том числе и нитраты задерживаются мембраной. Настоящий метод
позволяет удалить до 99,9% содержащихся в воде нитратов. Используется в основном для
очистки питьевой воды и подготовки воды в специальных целях.
5. Бактериологическая загрязненность
Вызвана наличием в воде различных микробов, вирусов и бактерий. Некоторые
из них могут представлять непосредственную угрозу здоровью и жизни человека. Причем
даже сравнительно безопасные бактерии в процессе своей жизнедеятельности выделяют
органические вещества, которые не только влияют на органолептические показатели
воды, но и, вступая в химические реакции, способны создавать ядовитые и канцерогенные
соединения.
Обычными методами обеззараживания при очистке воды являются:

Хлорирование путем добавления хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия
или кальция. Архаичный метод очистки воды, практически не применяемый в подготовке
воды для хозяйственно-бытовых и производственных целей.

Озонирование воды получает всё большее распространение в мире для
подготовки воды муниципальными службами. При наличии определённых факторов
довольно эффективный метод, применяемый для обеззараживания больших объёмов
воды. Из-за особенностей применения данный метод не получил широкого
распространения в локальных системах водоподготовки.

Ультрафиолетовое облучение на сегодняшний день является наиболее
прогрессивным методом обеззараживания воды. Этот метод очистки воды основан
на обработке воды ультрафиолетом. Его основным преимуществом является то, что его
применение не связано с воздействием на воду какими бы то ни было химическими
реагентами. Ультрафиолетовые лучи уничтожают все формы вирусов и бактерий,
не изменяя химического состава исходной воды. Метод ультрафиолетового облучения
получает всё большее распространение во всех сферах деятельности человека связанных
с обеззараживанием воды.
Другие способы обеззараживания (воздействие ионов благородных металлов,
ультразвук, радиоактивное излучение) крайне редко применяются в подготовке воды.
Конкретный способ обеззараживания воды определяется с учетом производительности
и затрат.