Ход анализа концентрации Fe2+:

В углубление капельной пластинки вносится 2 капли исследуемого раствора и туда же добавляется 2 капли 25%-ного раствора K3[Fe(CN)6]. В соседние углубления капельной пластинки вносится по 2 капли растворов с известным содержанием железа, туда также добавляется раствор гексацианоферрата(III) калия. Путем сравнения интенсивности окрашивания делается вывод о содержании двухвалентного железа в воде.

Наша шкала сравнения для анализа содержания двухвалентного железа выглядела приблизительно таким образом:

~20 мг/л ~15мг/л ~10 мг/л ~7 мг/л ~3 мг/л ≤ 1 мг/л

Схема окисления аскорбиновой кислоты

Аскорбиновая кислота (формула 1) – восстановитель. В водных растворах окисляется обратимо до дегидроаскорбиновой кислоты (формула 2) и далее необратимо до 2,3-дикетогулоновой (формула 3), а затем до щавелевой кислот (формула 4). В итоге щавелевая кислота окисляется до углекислого газа и воды.

В организме человека и животных аскорбиновая кислота проходит те же стадии превращения, что и при ее окислении.

Схема восстановления перманганата калия

KMnO4 → K2MnO4 → MnO2 → Mn2O3 → MnO

Оксиды марганца MnO2, Mn2O3, MnO нерастворимы в воде. Оксид MnO обладает слабоосновными свойствами и в кислой среде образует соли Mn(II).

Оксид Mn2O3 под действием разбавленных серной или азотной кислот переходит в MnO2 и соль Mn(II).

Диоксид MnO2 - самое распространенное соединение марганца в природе (минерал пиролюзит). Активный MnO2, получаемый взаимодействием водных растворов MnSO4 и KMnO4, - окислитель в органической химии [16].

Марганец - важнейший микроэлемент

Марганец необходим для жизнедеятельности организмов. Недостаток марганца в организме человека может вызвать ряд заболеваний. Минимальная суточная доза составляет 4 мг, лечебная доза от 5 до 35 мг [1, 16].

Марганец – важный антиоксидант. Отмечена способность марганца защищать клетки от разрушительного воздействия избытка железа, порождающего огромное количество свободных радикалов. Марганец укрепляет ткани артерий, делая их более устойчивыми к образованию холестериновых атеросклеротических бляшек. Дефицит марганца вызывает повышенную вероятность развития рака и тенденцию к суицидальному поведению.

Прием марганца улучшает баланс глюкозы в крови сахарным диабетом. Будущим отцам марганец необходим для нормальной подвижности сперматозоидов. При недостатке марганца в организме беременных повышается вероятность аномалий развития плода, в том числе дефектов нервной трубки, из которой формируется нервная система ребенка. Для профилактики и лечения заболеваний костей марганец имеет не меньшее значение, чем кальций.

Марганец необходим для роста, размножения, заживления ран, максимально продуктивной работы мозга, а также нормального метаболизма сахаров, инсулина и холестерина. При отсутствии в организме оптимальных запасов этого микроэлемента повышается вероятность развития ревматоидного артрита, катаркты, множественного склероза и эпилепсии.

Недостаток марганца в почве приводит к его недостатку в продуктах питания. Еще одна причина недостатка марганца – прием железа и кальция, действующих как антагонисты марганца [1].

Образцы фильтрующих загрузок

Катионит КУ-2-8 Катионит КУ-2-8 после обработки с марганцевым раствором FeSO4 катализатором

Силикатный песок Силикатный песок без катализатора с марганцевым катализатором

Набор реагентов для приготовления установки обезжелезивания воды

1 пакет KMnO4, цена 80 рублей

2 пакета аскорбиновой кислоты, цена 240 × 2 = 480 рублей

Приложение 3

Опыт по очистке природной воды

Для опыта использовалась вода из деревни Курганы Минского района.

Наличие железа в данной воде определялось с помощью капельного анализа. По нашей оценке первоначальное содержание двухвалентного железа составляло примерно 3 мг/л, а трехвалентного – примерно 0,5 мг/л.

Необходимые вещества и материалы:

1) пустая 1-литровая пластиковая бутылка с пробкой;

2) марлевый тампон;

3) отмытый и просеянный песок – объем 0,25 л;

4) 0,1 л 0,5%-ного раствора перманганата калия;

5) 0,1 л 0,5%-ного раствора аскорбиновой кислоты;

6) палочка для перемешивания;

7) мерный цилиндр для измерения объема очищенной воды;

8) фарфоровые пластинки для капельного анализа;

9) 50%-ный раствор калий роданида;

10) 25%-ный раствор гексацианоферрата(III) калия.

Описание опыта:

В специально подготовленную бутылку, закрепленную в кольце штатива, внесли 0,25 л песка, затем влили 0,1 л 0,5%-ного раствора перманганата калия, смесь перемешали, добавили 0,1 л 0,5%-ного раствора аскорбиновой кислоты, еще раз тщательно перемешали и оставили смесь на 30 минут для формирования каталитического слоя.

Через нижнее отверстие слили избыток жидкости, добавили дважды по 0,5 л воды для промывания загрузки.

После промывания загрузки начали очистку природной воды от железа. Скорость пропускания воды через установку составляла 1 л/час.

В нашем распоряжении было 2 л природной воды. Пробы очищенной воды для капельного анализа отбирали через каждые 0,25 л. С помощью капельного анализа железо в пробах не было обнаружено.

Вверху: фильтрующая загрузка на основе катионита;

внизу: фильтрующая загрузка на основе песка.

Приложение 4

Методика приготовления рабочего раствора [15]

Для приготовления 0,1 М раствора надо в раствор 50 мл концентрированной серной кислоты в 200 мл воды внести 40 г соли Мора Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O, после растворения разбавить водой до 1 литра.

Для приготовления 0,0005 М раствора (рабочий раствор) надо отмерить пипеткой 5 мл 0,1 М раствора и разбавить водой до 1 литра.

Методика количественного определения концентрации раствора Fe3+ [4]

Определение с(Fe3+) основывалось на нахождении количества свободного йода, выделяемого при окислении ионами железа (III) йодид-ионов:

FeCl3 + KI = KCl + FeCl2 + 1/2I2, или

Fe3+ + I- = Fe2+ + 1/2I2

с помощью раствора тиосульфата натрия:

Na2S2O3 + 1/2I2 = 1/2Na2S4O6 + NaI, или

S2O32- + 1/2I2 = 1/2S4O62- + I-.

Расчет концентрации с(Fe3+) производился по формуле:

с(Fe3+) = с(Na2S2O3) · Vср(Na2S2O3)/ V(Fe3+),

где Vср – среднее арифметическое из трех параллельных измерений.

Перед началом анализа необходимо было стандартизировать раствор тиосульфата по приготовленному из фиксанала раствору дихромата калия, то есть надо было определить с помощью данного раствора тиосульфата количество свободного йода, выделяемого при окислении йодид-ионов стандартным раствором дихромата калия. c(K2Cr2O7) равна 0,01667моль/л.