Физико-химическая характеристика алюминия

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Определение ионов алюминия и меди (II) в сточной воде

Курсовая работа по аналитической химии

 

 

Студентка 2 курса

Н.А. Сталоверова

Оценка “______”

Руководитель, доцент, к. х. н.

О.Н. Кононова

Оценка защиты “______”

Итоговая оценка “______”

Зав. кафедрой аналитической химии

С.В. Качин

 

 

Красноярск 2008

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1 Литературная часть

1.1 Физико-химическая характеристика алюминия

1.2 Физико-химическая характеристика меди

1.3 Аналитическое определение ионов алюминия(III) и меди(II)

2 Экспериментальная часть

2.1 Выбор объектов исследования

2.2 Приборы и реактивы

2.3 Методики, используемые в работе

2.3.1 Определение меди(II) йодометрическим методом

2.3.2 Определение алюминия(III) комплексонометрическим методом

2.4 Обсуждение результатов

Выводы

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

 

Вода-источник жизни, ничто живое на земле не может обойтись без нее, поэтому ее анализ имеет важное значение. В сточных водах содержится большее количество разнообразных органических, неорганических, органоминеральных веществ природного и техногенного происхождения. Вода может содержать эти вещества как в истинно растворенном состоянии, так и в коллоидном в виде суспензий и эмульсий. Качество воды предварительно оценивается по обобщенным показателям: цвет, прозрачность, пенистость, запах, кислотность и щелочность. Затем следует более глубокий анализ на содержание и токсичность присутствующих в воде веществ.

Данная работа посвящена определению содержания алюминия(III) и меди(II) в сточной воде.

 

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНАЯ ЧАСТЬ

 

Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Выбор объектов исследования

 

В настоящее время человек оказывает большое влияние на природу. Из-за этого окружающая среда подвергается большему загрязнению, возрастает необходимость исследования водных ресурсов на пригодность к употреблению. Именно поэтому, нами выбрана в качестве объекта исследования сточная вода для определения в ней общего содержания алюминия(III) и меди (II), так как соединения этих элементов, попадая в природные водоемы, нарушают общий состав воды, и влияют на экосистему водоемов в целом.

 

Оборудование и реактивы, используемые в работе

 

Штатив с лапкой;

Конические колбы для титрования – 3 шт;

Мерная колба вместимостью 100мл;

Градуированная пипетка вместимостью 10мл;

Химические стаканы на 100 мл – 2 шт;

Фильтровальная бумага;

Тиосульфат натрия(), 0,03N раствор;

Иодид калия(KI), 20%-ый раствор;

Серная кислота(H₂SO₄), 2N раствор;

Крахмал() раствор;

Комплексон III, 0,1N раствор;

Сульфат меди( ·5 H₂O), 0,02М раствор;

Индикатор ПАН раствор;

Ацетат аммония(CH₃COONH₄) раствор.

Методики, используемые в работе

Обсуждение результатов

 

В данной работе нами было определено общее содержание алюминия и меди.

В мерную колбу вместимостью 250,0 мл помещали 25,0 мл сточной воды, доводили до метки дистиллированной водой и перемешивали. Проба имела бесцветную окраску, не имела запаха, значение рН равнялось 1.

При титровании меди по сходящимся отсчетам по бюретке находим объемы V₁ = 1,2 мл, V₂ = 1,3 мл, V₃ = 1,2 мл. По формуле определяем концентрацию N,моль/л:

 

N₁ = (0,03 · 1,2) / 10 = 0,0036 моль·экв/л,                 (5)

N₂ = (0,03 · 1,3) / 10 = 0,0039 моль·экв/л,                 (6)

N₃ = (0,03 · 1,2) / 10 = 0,0036 моль·экв/л.                     (7)

 

Найдем среднюю концентрацию N_ср = (0,0036 + 0,0039 + 0,0036) / 3 = 0,0037 моль·экв/л. Проверяем концентрацию по 3S_n –критерию:

 

,                           (8)

 (9)

3S₃ = 1,7· 10^-4 · 3 = 5,1 · 10^-4.                                     (10)

 

Рассчитаем доверительный интервал, при t=4,303, n=3:

 

.                (11)

 

Из этого следует, что в нашей работе нет промахов и N_ср = (0,0037±0,0004) моль·экв/л. Рассчитаем концентрацию меди в исследуемом растворе, в мг/л:

 

мг/л.         (12)

 

При титровании алюминия по сходящимся отсчетам по бюретке находим объемы V₁ = 23,1 мл, V₂ = 23,0 мл, V₃ = 22,9 мл.

По формуле определяем объем затраченного на титрование раствора ЭДТА:

 

=(0,02·23,1)/0,1=4,62 мл,         (13)

=(0,02·23,0)/0,1=4,60 мл,     (14)

=(0,02·22,9)/0,1=4,58 мл.         (15)

 

Рассчитает объем титранта, который пошел на титрование раствора:

 

,               (16)

мл,              (17)

мл.              (18)

 

Затем рассчитываем концентрация алюминия в растворе:

 

=(0,02·18,48)/20=0,01848 моль·экв/л, (19)

=(0,02·18,40)/20=0,01840 моль·экв/л, (20)

=(0,02·18,32)/20=0,01832 моль·экв/л. (21)

 

Найдем среднюю концентрацию N_ср = (0,01848 + 0,01840 + 0,01832) / 3 = 0,01840 моль·экв/л.

Проверяем концентрацию по 3S_n –критерию, по формуле (8):

 

, (22)

3S₃ = 0,7· 10^-4 · 3 = 2,1 · 10^-4.                       (23)

 

Рассчитаем доверительный интервал:

 

.                (24)

 

Из этого следует, что в нашей работе нет промахов и N_ср = (0,01840±0,00017) моль·экв/л.

Рассчитываем концентрацию алюминия в исследуемом растворе:

 

мг/л.        (25)

 

В ходе эксперимента нами были установлены содержания меди и алюминия в сточной воде, они составляют N = (118,4±0,0004) мг/л и N = (496,8±0,00017) мг/л соответственно. Норма ПДК для меди составляет 0,3 мг/л, для алюминия 0,2 мг/л. Можно сделать вывод, что концентрации меди и алюминия превышает предельно допустимую концентрацию, и эта вода должна подвергнуться дополнительной очистке.

 

ВЫВОДЫ

 

1. Полученный раствор сточной воды содержал ионы алюминия и меди(II).

2. Йодометрическим методом определили содержание меди (II) в сточной воде N = (118,4±0,0004) мг/л.

3. Комплексонометрическим методом определили содержание алюминия в сточной воде N = (496,8±0,00017) мг/л.

4. Полученные концентрации были сравнены с ПДК, они значительно превышают предельно допустимые концентрации данных ионов в сточной воде.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия / Н.П.Ахметов. – М.: Высшая школа, 2001. – С488-502.

2. Реми, Г. Курс неорганической химии Т.1 / Г.Реми. – М.: Мир, 1966. –С381-386.

3. Некрасов, Б. В. Основы общей химии Т.2/ Б. В. Некрасов. – М.: Химия, 1973. – С32-34.

4. Реми, Г. Курс неорганической химии Т.2 / Г.Реми. – М.: Мир, 1966. –С394-410.

5. Угай, Н. П. Общая и неорганическая химия / Н.П.Угай. - М.: Высшая школа, 2000. – С. 310-315.

6. Шварценбах, Г. Комплексонометрическое титрование / Г. Шварценбах, Г. Флашка. – М.: Химия, 1970 – С183-192, 251-257.

7. Васильев, В. П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум / В.П.Васильев, Р.П.Морозова, Л.А. Кочергина. – М.: Дрофа, 2004.-С329-331.

8. Лурье, Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод/Ю. Ю.Лурье. – М.: Химия, 1984. – 447 с.

9. Лурье, Ю.Ю. Химический анализ производственных сточных вод/Ю.Ю.Лурье, А.И.Рыбникова. – М.: Химия, 1974. – 335 с.

10. Голосницкая, В.А. Анализ природных и сточных вод/В.А.Голосницкая. – Новочеркасск: Химия, 1979. – 84 с.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Определение ионов алюминия и меди (II) в сточной воде

Курсовая работа по аналитической химии

 

 

Студентка 2 курса

Н.А. Сталоверова

Оценка “______”

Руководитель, доцент, к. х. н.

О.Н. Кононова

Оценка защиты “______”

Итоговая оценка “______”

Зав. кафедрой аналитической химии

С.В. Качин

 

 

Красноярск 2008

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1 Литературная часть

1.1 Физико-химическая характеристика алюминия

1.2 Физико-химическая характеристика меди

1.3 Аналитическое определение ионов алюминия(III) и меди(II)

2 Экспериментальная часть

2.1 Выбор объектов исследования

2.2 Приборы и реактивы

2.3 Методики, используемые в работе

2.3.1 Определение меди(II) йодометрическим методом

2.3.2 Определение алюминия(III) комплексонометрическим методом

2.4 Обсуждение результатов

Выводы

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

 

Вода-источник жизни, ничто живое на земле не может обойтись без нее, поэтому ее анализ имеет важное значение. В сточных водах содержится большее количество разнообразных органических, неорганических, органоминеральных веществ природного и техногенного происхождения. Вода может содержать эти вещества как в истинно растворенном состоянии, так и в коллоидном в виде суспензий и эмульсий. Качество воды предварительно оценивается по обобщенным показателям: цвет, прозрачность, пенистость, запах, кислотность и щелочность. Затем следует более глубокий анализ на содержание и токсичность присутствующих в воде веществ.

Данная работа посвящена определению содержания алюминия(III) и меди(II) в сточной воде.

 

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНАЯ ЧАСТЬ

 

Физико-химическая характеристика алюминия

 

Алюминий - самый распространенный в земной коре металл. Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюд и многих других минералов. Общее содержание алюминия в земной коре составляет 8%(масс). Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы, содержащие 32-60% глинозема[1].

В настоящее время промышленные способы получения алюминия основаны на электролитическом разложении оксида алюминия, растворенного в расплавленном криолите. В качестве материала для электродов обычно используют ретортный графит[2].

Алюминий Al¹³ расположен в третьей группе периодической системы и имеет электронное строение 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ ; наиболее характерна степень окисления +3 и координационные числа 4 и 6. Металлический атомный радиус 0,143 нм, ковалентный – 0,126 нм, условный радиус иона Al ³⁺ - 0,057 нм. Энергия ионизации Al – Al ⁺ 5,99 Эв[1].

Алюминий – типичный амфотерный элемент, для него характерны анионные и катионные комплексы. Так, в кислой среде существует катионный аквакомплекс [Al(OH₂ )₆ ]³⁺ , а в щелочной – анионный гидрокомплекс и [Al(OH)₆ ]^3- [1].

Алюминий представляет собой серебристо-белый довольно твердый металл, с плотностью 2,7 г/см³, плавящийся про 660 и кипящий при 2520⁰ С. Он характеризуется большой тягучестью, легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы, и высокой электропроводностью, составляющей примерно 0,6 электропроводности меди. Стандартный электродный потенциал алюминия равен - 1,663B. При нормальных условиях алюминий – серебристо–белый легкий металл. На воздухе алюминий покрывается тончайшей, но очень плотной, оксидной пленкой, предохраняющей металл от дальнейшего окисления[2]. В связи с этим его поверхность обычно имеет не блестящий, а матовый вид[3]. При накаливании мелко раздробленного алюминия он энергично сгорает на воздухе. Аналогично протекает и его взаимодействие с серой. С хлором и бромом его соединение происходит уже при обычной температуре, с иодом - при нагревании. При очень высоких температурах алюминий непосредственно соединяется также с азотом и углеродом, а с водородом он не взаимодействует. По отношению к воде алюминий практически вполне устойчив. Сильно разбавленные, а также очень крепкие HNO₃ и H₂SO₄ на алюминий практически не действуют, тогда, как при средних концентрациях кислот алюминий постепенно растворяется. По отношению к CH₃COOH и H₃PO₄ алюминий устойчив. Чистый металл также устойчив и по отношению к соляной кислоте, но обычный технический в ней растворяется. Алюминий легко растворим в сильных щелочах (NaOH, KOH)[2]:

 

2Al+2NaOH+6H₂O=3H₂+2Na[Al(OH)₄]                (1)

 

Довольно энергично разъедается он также раствором аммиака [2]. Соединение алюминия с кислородом сопровождается громадным выделением тепла, значительно большим, чем в случае многих других металлов. Ввиду этого при накаливании смеси оксида такого металла с порошком алюминия происходит бурная реакция, ведущая к выделению из взятого оксида свободного металла[2].

Оксид алюминия представляет собой белую очень тугоплавкую и не растворимую в воде массу. Природный Al₂O₃ (минерал корунд), а так же полученный искусственно и затем сильно прокаленный, отличается большей твердостью и нерастворимостью в кислотах. Обычно загрязненный оксидом железа природный корунд вследствие своей чрезвычайной твердости применяется для изготовления шлифовальных кругов, брусков т.п.

Ввиду нерастворимости Al₂O₃ в воде, отвечающий этому оксиду гидроксид [Al(OH)₃], может быть получен только косвенным путем (исходя из солей). Он представляет собой объемистый студенистый осадок белого цвета, практически не растворимый в воде, но растворяющийся в кислотах и сильных щелочах. Гидроксид алюминия имеет, следовательно, амфотерный характер. Однако и основные, и кислые свойства его выражены довольно слабо[3].

С тех пор как алюминий стал доступным для промышленного использования, он получил широкое распространение. Из него изготавливают аппараты для промышленных целей, а также многочисленные предметы домашнего обихода. Обрезки алюминиевой жести перерабатывают в алюминиевый порошок, употребляемый в качестве литографической краски, а так же для изготовления взрывчатых веществ, применяемых в пиротехнике[2].