Jak w laboratorium można oznaczyć twardość wody?, Publikacje z Chemia

Pobierz Jak w laboratorium można oznaczyć twardość wody? i więcej Publikacje w PDF z Chemia tylko na Docsity!

Jak w laboratorium można oznaczyć twardość wody?

Wprowadzenie Przeczytaj Gra edukacyjna Sprawdź się Dla nauczyciela

Czy zdarzyło Ci się kiedyś zauważyć na dnie czajnika kamień? Czy po wlaniu wody z kranu do szklanki widzisz na jej powierzchni osad, a po jej skosztowaniu wyczuwasz nieprzyjemny posmak? Jeżeli odpowiedź na te pytania jest twierdząca, oznacza to, że najprawdopodobniej używasz twardej wody. W celu sprawdzenia twardości wody, należy oddać jej próbkę do laboratorium. W jaki sposób w laboratorium można oznaczać twardość wody? Przeczytaj poniższy materiał.

Twoje cele

Wyjaśnisz, co powoduje twardość wody. Wymienisz rodzaje twardości wody. Zaproponujesz, jak w laboratorium można oznaczyć twardość wody.

Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Jak w laboratorium można oznaczyć twardość wody?

Kompleksy EDTA z jonami wapnia i magnezu są bezbarwne, dlatego miareczkowanie prowadzi się w obecności wskaźnika. Wskaźnik tworzy z oznaczanymi w próbce wody jonami barwne kompleksy. W oznaczaniu kationów wapnia i magnezu jako wskaźnik stosuje się czerń eriochromową T. Przy pH ≈ 10, czerń eriochromowa T tworzy z jonami i kompleksy o barwie czerwonej. Kompleksy wskaźnika z oznaczonymi jonami są mniej trwałe niż kompleksy z EDTA. W trakcie miareczkowania badanej próbki roztworem EDTA, kationy wapnia i magnezu łączą się z EDTA w trwały kompleks. Po skompleksowaniu przez EDTA wszystkich jonów wapnia i magnezu, czerń eriochromowa T zostaje uwolniona - przyjmuje niebieską barwę. Stąd po skompleksowaniu przez EDTA wszystkich jonów i obserwuje się zmianę barwy z czerwonej na niebieską. Znając objętość zużytego roztworu EDTA, można wyznaczyć twardość ogólną wody.

Roztwór czerni eriochromowej T w pH ≈ 10 (po lewej) oraz roztwór kompleksu czerni eriochromowej T z jonami wapnia i magnezu (po prawej). Źródło: LHcheM, licencja: CC BY-SA 3.0.

Oznaczanie twardości ogólnej

Wykonanie:

1. Napełnij biuretę roztworem kwasu wersenowego o stężeniu = 0,02 (do kreski oznaczonej 0 cm ).
2. Do trzech kolb stożkowych o pojemności 250 cm odmierz cylindrem miarowym 100 cm badanej wody.

Ca2+ Mg2+

Ca2+ Mg2+

CEDTA (^) dmmol 3 3 3 3

3. Do każdej kolby dodaj 5 cm buforu amonowego (do uzyskania pH ≈ 10), a następnie szczyptę wskaźnika - czerni eriochromowej T (roztwory zabarwią się na czerwono).
4. Badane roztwory wody miareczkuj roztworem kwasu wersenowego dodając go kroplami z biurety (do roztworów w kolbach stożkowych). Po każdym dodaniu kropli EDTA, zawartość kolby należy zamieszać.
5. Miareczkowanie prowadź do zmiany barwy roztworu z czerwonej na niebieską.
6. Na biurecie odczytaj objętość użytego roztworu kwasu wersenowego z dokładnością do 0,05 cm. Wynik odpowiada sumarycznej zawartości jonów wapnia i magnezu w badanej próbce wody.

Zestaw do miareczkowania Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Obliczanie twardości ogólnej wody

Twardość ogólną badanej wody można obliczyć ze wzoru:

gdzie:

• twardość ogólna wody
• średnia wartość objętości roztworu EDTA uzyskana z trzech miareczkowań [cm ]
• stężenie roztworu EDTA użytego do miareczkowania
• objętość badanej wody użytej do oznaczenia twardości [cm ]

Ciekawostka

Twardość ogólna wody równa jest zawartości jonów wapnia i magnezu w badanej próbce. Ze względu na to, że kwas wersenowy tworzy z jonami kompleksy w stosunku 1 : 1, oznacza to, że liczba moli EDTA równa się liczbie moli jonów. Liczbę moli EDTA można wyznaczyć z iloczynu użytej w miareczkowaniu objętości kwasu wersenowego oraz stężenia EDTA. W celu wyznaczenia stężenia oznaczanych jonów należy liczbę moli jonów (czyli liczbę moli EDTA) podzielić przez objętość badanej próbki.

Stężenie oznaczanych jonów to twardość ogólna wody T. Jednostką twardości wody jest. Aby uzyskać tą jednostkę należy całe równanie pomnożyć przez 1000. Skąd ta

3

3

Tog = V^ ⋅C V⋅1000pr

Tog [ mmol dm 3 ]

V 3

C [ (^) dmmol 3 ]

Vpr 3

nEDTA = njonów

nEDTA = VEDTA ⋅ CEDTA

Cjonów =

VEDTA [dm^3 ]⋅CEDTA [ (^) dm3mol ] Vpr [dm^3 ] =^

VEDTA⋅CEDTA Vpr [^

mol dm^3 ]

og mmol dm^3

w roztworze pozostają jony wapnia. Powstały osad nie przeszkadza w oznaczeniu zawartości jonów wapnia.

W celu oznaczenia zawartości jonów w badanej wodzie jako wskaźnik stosuje się mureksyd. Tworzy on z jonami wapnia nietrwały kompleks o różowej barwie. Po dodatku kwasu wersenowego, jony wapnia tworzą trwalszy kompleks łącząc się z EDTA. Mureksyd zostaje uwolniony od jonów. Wolny wskaźnik barwi się na fiołkowo (fioletowo).

Porównanie zabarwienia roztworów zawierających jony wapnia Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wykonanie:

1. Napełnij biuretę roztworem kwasu wersenowego o stężeniu = 0,02 (do kreski oznaczonej 0 cm ).
2. Do trzech kolb stożkowych o pojemności 250 cm odmierz cylindrem miarowym 100cm badanej wody.
3. Do każdej kolby dodaj 3 cm roztworu o stężeniu 0,2 , a następnie szczyptę wskaźnika – mureksydu (roztwory zabarwią się na różowo).
4. Badane roztwory wody miareczkuj roztworem kwasu wersenowego dodając go kroplami z biurety (do roztworów w kolbach stożkowych). Po każdym dodaniu kropli EDTA, zawartość kolby należy zamieszać.
5. Miareczkowanie prowadź do zmiany barwy roztworu z różowej na fiołkową.
6. Na biurecie odczytaj objętość użytego roztworu kwasu wersenowego z dokładnością do 0,05 cm. Wynik odpowiada zawartości jonów wapnia w badanej próbce wody.

Obliczanie twardości wapniowej

Ca2+

Ca2+

Ca2+

CEDTA (^) dmmol 3 3 3 3 (^3) NaOH mol dm^3

3

Kwas wersenowy tworzy z jonami wapnia kompleks w stosunku 1 : 1. Zatem liczba moli EDTA równa się liczbie moli jonów wapnia n =n. Liczbę moli EDTA można wyznaczyć z iloczynu użytej w miareczkowaniu objętości kwasu wersenowego oraz stężenia EDTA.W celu wyznaczenia stężenia oznaczanych jonów wapnia należy liczbę liczbę moli EDTA podzielić przez objętość badanej próbki.

Stężenie oznaczanych jonów wapnia to twardość wapniowa wody T. Aby uzyskać jednostkę twardości wapniowej wody (mmol/dm ) należy całe równanie pomnożyć przez

1000. Skąd ta wartość? Otóż, 1 mol to 1000 mmoli.

Twardość wapniową badanej wody można obliczyć ze wzoru:

gdzie:

• twardość wapniowa wody
• średnia wartość objętości roztworu EDTA uzyskana z trzech miareczkowań [cm ]
• stężenie roztworu EDTA użytego do miareczkowania
• objętość badanej wody użytej do oznaczenia twardości [cm ]

Oznaczanie twardości wapniowej wody wodociągowej o objętości 100 cm

Przykład 2

Oblicz twardość wapniową wody wodociągowej, jeżeli średnia wartość objętości 0, roztworu EDTA uzyskana z trzech miareczkowań wynosi 9 cm.

Rozwiązanie

Odpowiedź Twardość wapniowa wody wodociągowej wynosi 1,.

Oznaczanie twardości magnezowej

EDTA jonów wapnia

Ca 3

TCa = V^ ⋅C V⋅1000pr

TCa [ mmol dm 3 ]

V 3

C [ (^) dmmol 3 ]

Vpr 3

3

mol dm^3

3

TCa =

9 cm^3 ⋅0,02 (^) dmmol 3 ⋅ 100 cm^3 = 1, 8^

mmol dm^3

mmol dm^3

Gra edukacyjna

Test

Oznaczanie

twardości wody

Czy wiesz jak w laboratorium można oznaczyć twardość wody? Czy znasz pojęcia związane z twardością wody? Sprawdź swoją wiedzę podczas gry w quiz. Gra składa się z trzech poziomów trudności, aby przejść do następnego najpierw musisz zaliczyć poprzedni. Powodzenia!

Poziom trudności:

łatwy

Limit czasu:

4 min

Twój ostatni wynik:

Uruchom

Ćwiczenie 1

Twardość magnezowa próbki wynosi 3,6 , a wapniowa 2,2. Jaką objętość roztworu EDTA o stężeniu 0,02 zużyto do zmiareczkowania 70 próbki?

mmol dm^3

mmol mol^ dm^3 dm^3 cm

3

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: 輸 醙 難

Ćwiczenie 1

Zaznacz właściwą odpowiedź. Kwas wersenowy tworzy z jonami wapnia i magnezu kompleksy:

bezbarwne

o barwie czerwonej

o barwie niebieskiej

o barwie różowej

Ćwiczenie 2

Oceń prawdziwość twierdzeń dotyczących EDTA.

PRAWDA FAŁSZ

EDTA to kwas etylenodiaminotetraoctowy. EDTA to kwas etylotetrapropylowy. EDTA nie tworzy kompleksów z metalami. EDTA jest kwasem organicznym

Ćwiczenie 6

Do oznaczenia twardości ogólnej wody użyto 12 roztworu EDTA o stężeniu 0,. Natomiast do oznaczenia twardości wapniowej użyto 7 roztworu EDTA o tym samym stężeniu. Objętość badanej próbki wynosiła 60. Ile wynosi twardość magnezowa badanej wody?

cm^3 dmmol 3 cm^3 cm^3

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Ćwiczenie 7

W laboratorium oznaczono twardość ogólną wody, która wyniosła 1,4. Ile 0, roztworu EDTA użyto do oznaczenia twardości wody, jeżeli do oznaczenia użyto 110 wody?

mmol dm^3 cm

3 mol dm^3 cm

3

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Ćwiczenie 8

Zaproponuj, w jaki sposób oznaczysz twardość wapniową wody, jeżeli do przebadania otrzymasz 120 wody. Oblicz:

A. Ile 0,02 roztworu wodorotlenku sodu należy dodać do tej próbki?

B. Ile 0,01 roztworu kwasu wersenowego zużyto do oznaczenia, jeżeli twardość

wapniowa wody wynosi 1,1?

cm^3

cm^3 dmmol 3

cm^3 dmmol 3 mmol dm^3

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Strategie nauczania:

asocjacyjna; problemowa.

Metody i techniki nauczania:

dyskusja dydaktyczna; analiza materiału źródłowego; doświadczenie chemiczne; ćwiczenia uczniowskie; gra edukacyjna; technika termometr.

Formy pracy:

praca indywidualna; praca w parach; praca w grupach; praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do Internetu; zasoby multimedialne zawarte w e‐materiale; tablica interaktywna/tablica, kreda/marker; rzutnik multimedialny.

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Rozpoznanie wiedzy wstępnej uczniów. Uczniowie przypominają sobie informacje na temat twardości wody: czym jest spowodowana, jakie są jej rodzaje.
2. Ustalenie celów lekcji. Nauczyciel podaje temat zajęć i wspólnie z uczniami ustala cele lekcji, które uczniowie zapisują na kartkach i gromadzą w portfolio.
3. Zasady BHP. Nauczyciel zapoznaje uczniów z kartami charakterystyk substancji, które będą używane na lekcjach.

Faza realizacyjna:

1. Uczniowie samodzielnie analizują tekst źródłowy w e‐materiale w sekcji „przeczytaj” dotyczący oznaczania twardości wody. Na podstawie e‐materiału uczniowie wykonują sketchnotatkę w zeszycie.
2. Doświadczenie chemiczne - „Oznaczanie twardości różnych rodzajów wody”. Nauczyciel poprzez losowanie dzieli uczniów na grupy. Zadaniem uczniów jest

zbadanie twardości różnych rodzajów wody (woda destylowana, woda z kranu, odgazowana woda mineralna). Uczniowie wybierają odpowiednie szkło i odczynniki znajdujące się na stole laboratoryjnym, a następnie przeprowadzają doświadczenie wg instrukcji podanej w e‐materiale w sekcji „przeczytaj”. Nauczyciel rozdaje karty pracy ucznia. Uczniowie samodzielnie stawiają pytanie badawcze i hipotezę, rysują schemat doświadczenia, obserwują zmiany podczas doświadczenia, wyciągają wnioski (wszystko zapisują w kartach pracy). Następnie na forum całej klasy chętni uczniowie prezentują efekty pracy.

3. Nauczyciel prosi klasę, aby podzieliła się na trzyosobowe grupy. Zadaniem każdej grupy jest znalezienie w dostępnych źródłach wartości twardości wody z wybranych obszarów Polski bądź Warszawy. Na podstawie tych wartości, mają zaproponować laboratoryjny sposób oznaczenia twardości tej wody. Podają objętości oraz stężenia użytych reagentów (objętość badanej próbki, objętość oraz stężenie użytego EDTA). Wyniki popierają odpowiednimi obliczeniami. Źródłem danych może być strona internetowa Miejskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów i Kanalizacji w m.st. Warszawa: https://www.mpwik.com.pl/view/twardosc‐wody.
4. Uczniowie pracują w parach z częścią „Sprawdź się”. Uczniowie wykonują zadania. Nauczyciel może wyświetlić treść poleceń na tablicy multimedialnej. Po każdym przeczytanym poleceniu nauczyciel daje uczniom określony czas na zastanowienie się, a następnie chętny uczeń z danej pary udziela odpowiedzi/prezentuje rozwiązanie na tablicy. Pozostali uczniowie ustosunkowują się do niej, proponując ewentualnie swoje pomysły. Nauczyciel w razie potrzeby koryguje odpowiedzi, dopowiada istotne informacje, udziela uczniom informacji zwrotnej. Ćwiczenia, których uczniowie nie zdążą wykonać podczas lekcji mogą być zlecone do wykonania w ramach pracy domowej.

Faza podsumowująca:

1. Na zakończenie nauczyciel stosuje narzędzie do oceny stopnia opanowania wiadomości i umiejętności z zastosowaniem termometru przez uczniów. Uczniowie na skali temperatury zaznaczają karteczkami samoprzylepnymi, w jakim stopniu opanowali zagadnienia wynikające z zamierzonych do osiągnięcia celów lekcji. Jeżeli ze skali będzie wynikał niski poziom temperatury, uczniowie zastanawiają się, w jaki sposób podnieść swój poziom posiadanej wiedzy?
2. Uczniowie w parach rozwiązują grę edukacyjną zawartą w multimedium bazowym.

Praca domowa:

Uczniowie wykonują pozostałe ćwiczenia w e‐materiale – sprawdź się, których nie zdążyli wykonać na lekcji.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium: