Лабораторно- практические занятия

 

 

При выполнении заданий по теме студенты должны проделать следую-щие виды самостоятельной работы: усвоить теоретическую часть по теме, из-ложенную выше, в том числе систематику форм выражения концентрации природных вод, и выполнить предложенные преподавателем задания. Вариан-ты индивидуальных заданий, аналогичные приведенным ниже, выдаются пре-подавателем каждому студенту. Ниже приведены примеры выполнения зада-ний по теме «Физико-химические прцессы в гидросфере».

 

Задание.1. Выразите содержание главных катионов и главных анионовморской воды в промилле и миллимолях на литр.

 

Решение. Приведенные в таблице11значения концентраций главныхкомпонентов морской воды, выраженные в млн ^–1, показывают количество мг соответствующего иона на 1 кг раствора.

 

Концентрация, выраженная в промилле, характеризует количество граммов вещества в 1 кг раствора. Для перевода концентрации, выраженной в млн-1, в промилле необходимо лишь уменьшить исходную концентрацию в тысячу раз:

 

С(%0) = С' (млн^–1) • 10^–3.

 

Для выражения концентрации главных компонентов морской воды в миллимолях на литр следует значение концентрации соответствующего ком-понента, выраженное в промилле, разделить на его молярную массу и умно-жить на плотность воды, выраженную в кг на литр раствора, и на 1000 (для перевода молей в миллимоли):

 

С" (ммоль/л) = С(%о) • ρ (кг/л) • 1000/ М (г/моль).

 

Полученные значения концентраций удобно представить в виде таблицы 12. Таблица 12

Компонент		Содержание в морской воде
	млн ˉ¹			%0	ммоль/л*
Катионы:
Na +				10,56	459,1
	10560
Mg2+	1270			1,27	52,3
Са2+	400			0,40	10,0
К+	380			0,38	9,7
Анионы:
С lˉ	18980			18,98	534,6
SO²ˉ4	2650			2,65	27,6
НСОˉ3	140			0,14	2,3

* Плотность (ρ) морской воды принята равной 1 кг/л.

 

 

Ответ:представлен в таблице12.

 

28

Задание.2. Представьте в виде формулы средний состав морской воды,вкоторой содержание растворенного диоксида углерода составляет 1000 мг/л.

 

Решени е.Для решения задачи следует определить концентрации в%-экв.соответствующих примесей в воде и записать состав в соответствии с приня-тыми правилами в виде дроби.

 

Поскольку % -экв. определяет долю (в %) концентрации соот-ветствующей примеси, выраженной в моль-экв./л или в ммоль- экв./л, от об-щей концентрации в моль-экв./л или ммоль-экв./л суммы анионов или катио-нов, присутствующих в данном растворе, то прежде всего необходимо выра-зить концентрации анионов и катионов в ммоль-экв./л и найти их суммы.

 

Для перевода концентрации в ммоль-экв./л необходимо разделить значе-ние концентрации компонента, выраженное в ммоль/л (см. Задание 1), на соот-ветствующий фактор эквивалентности:

 

C i (ммоль-экв./л) = C i (моль/л)ƒ,

 

где ƒ - фактор эквивалентности, который равен 1/2 для двухзарядных анионов и катионов и 1 - для однозарядных ионов.

 

На следующем этапе определим суммарные концентрации анионов и ка-тионов в ммоль-экв./л и процентное содержание концентрации каждого иона от соответствующей суммы. Полученные значения представляют собой кон-центрацию, выраженную в % -экв.

 

Результаты вычислений для анионов и катионов морской воды представ-лены в таблице 13.

 

				Таблица 13
Компонент		Содержание в морской воде
	ммоль/л	ммоль-экв./л	%-экв.			г/л
Катионы:
Na+	459,1	459,1	77,4			10,60
Mg²+	52,3	104,6	17,6			2,50
Са²+	10,0	20,0	3,6			0,40
К+	9,7	9,7	1,7			0,39
Сумма катионов	—	593,4	100			13,80
Анионы:
С lˉ	534,6	534,6	90,3			18,98
SO²ˉ4	27,6	55,2	9,3			2,65
НСОˉ3	2,3	2,3	0,4			0,14
Сумма анионов	—	592,1	100			21,77

 

Значение минерализации воды можно принять равным сумме концентра-ций примесей, выраженных в г/л. Для определения концентрации примесей в

 

 

29

г/л следует умножить соответствующее значение, выраженное в ммоль/л, на молярную массу иона и разделить на 1000.

 

C i (г/л) = C i (ммоль/л) · М i /1000.

 

Величина минерализации воды в рассматриваемом случае при округле-нии до целого грамма равна 35.

 

Состав морской воды в виде формулы можно представить как дробь, в числителе которой в порядке уменьшения концентрации записаны химиче-ские символы всех анионов, кроме НСОˉ₃, а в знаменателе - всех катионов,

 

представленных в таблице, поскольку их содержание превышает 1 %-экв. Рядом с химическим символом иона в скобках указана его концентрация, вы-раженная в %-экв. Слева перед дробью в виде химической формулы и числа, характеризующего концентрацию в мг/л, записано содержание в воде диокси-да углерода (см. условие задачи). Далее — округленная величина общей ми-нерализации воды (М), выраженная в г/л, деленная на сумму ммоль-экв. анио-нов в растворе. Таким образом, состав данной воды можно представить в виде следующей формулы:

СО2	(100) ×М ×(35/592)	С1(90,3)SO4 (9,3)
		Na(77,4)Mg(17,6)Ca(3,6)K(1,7)

 

 

Ответ:см.формулу.

 

 

Задание 3.Оцените,сколько граммов поваренной соли(NaCl)содержится

 

в 1 кг морской воды, отобранной в одном из заливов Баренцева моря, если ее

 

хлорность равна 15%о?

 

Решение. Соотношение основных компонентов морской воды под дейст-вием материкового стока может незначительно меняться. Однако для прове-дения оценки этими изменениями можно пренебречь и для решения задачи воспользоваться законом Дитмара.

 

Как было показано в задании 2, содержание ионов натрия в морской во-де составляет 459,1 ммоль/л, а содержание ионов хлора — 534,6 ммоль/л, сле-довательно, часть ионов хлора в морской воде связана с другими катионами. Поэтому для определения содержания NaCl в воде залива необходимо опреде-лить концентрацию катионов натрия в этой воде.

 

В соответствии с законом Дитмара соблюдается равенство отношения концентраций ионов натрия и хлора для среднего состава морской воды и во-ды из залива Баренцева моря:

 

C_Na/C_{c l} = С'_Na/С'_cl,

 

30

где C_Na, С'_Na и C_{c l} , С'_{c l} - концентрация (%0) ионов натрия и хлора для среднего состава морской воды и воды залива соответственно.

 

Отсюда легко определить содержание ионов натрия в воде залива (С'Na), принимая концентрацию ионов хлора в воде залива (С'cl) равной значению хлорности этой воды и концентрации ионов натрия и хлора в %о равными значениям для среднего состава морской воды (см. задание.1):

 

С'_Na = C_Na С'_{c l} / C_{c l} = 10,56 × 15,00/18,98 = 8,34(%0).

 

Следовательно, в 1 кг воды из залива Баренцева моря содержится 8,34 г катионов натрия. Зная молярную массу NaCl, найдем массу поваренной соли, содержащейся в 1 кг воды из залива:

 

m_{NaC i} =M_{NaC l} C'_Na/M_Na = 58,5 × 8,34/23,0 = 21 (г/кг).

 

Ответ:в1кг воды из Баренцева моря содержится21гNaCl.