Учебно-методический комплекс дисциплины химия окружающей среды Специальность 280201. 65 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»
Скачать 1.31 Mb.
|
| Лабораторная работа № 9 Определение суммы поглощенных оснований в почве Метод Каппена-Гильковица основан на вытеснении поглощённых оснований (Са2+, Мg2+, К+, Nа+, NH4+) ионом водорода при взаимодействии почвы с 0,1 N раствором соляной кислоты. Количество перешедших в раствор обменных оснований определяют по разности между количеством кислоты, взятой для приготовления вытяжки, и кислоты, оставшейся после взаимодействия с почвой. Остаток кислоты учитывают титрованием щелочью натрия. Метод пригоден для кислых почв (бескарбонатных), дерново-подзолистых, серых лесных и др. Цель работы: научится определять содержание обменных оснований в почве методом Каппена-Гильковица. Материалы и оборудование: 1) колбы на 250-500 мл, 2) конические колбы на 150-200 мл, 3) 0,1 N раствор НСl, 4) 0,1 N раствор NaОН, 5) фенолфталеин, 6) бюретка для титрования, 7) технические весы. Ход выполнения работы: Взвешивают на технических весах 20 г воздушно-сухой почвы. Почву высыпают в колбу на 250-500 мл. Приливают100 мл 0,1 N раствора НСl и взбалтывают 1 час на ротаторе. После взбалтывания колбу оставляют на сутки. Фильтруют через сухой беззольный фильтр. Если первые порции фильтрата окажутся мутными, то их снова выливают на тот же фильтр. Пипеткой отбирают 50 мл прозрачного фильтрата в коническую колбу на 150-200 мл. Приливают 2-3 капли фенолфталеина и кипятят 1-2 мин, чтобы удалить СО2. Горячий фильтрат оттитровывают 0,1 N раствором NаОН до слабо-розовой окраски. Сумму обменных (поглощенных оснований) вычисляют по формуле:  где S – сумма обменных оснований, мг-экв/100 г; а – количество фильтрата, взятого для титрования, мл; в – количество 0,1 N NаОН, пошедшей на титрование, мл; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; m – навеска почвы, соответствующая взятому для титрования объему фильтрата; N – нормальность раствора гидроксида натрия. Лабораторная работа № 10 Определение потенциальной кислотности почв По формам проявления кислотных свойств почв принято различать актуальную и потенциальную кислотность. Потенциальную кислотность почв принято определять при воздействии на почву растворов хлорида калия (обычно 1 н. раствор КС1) – обменная кислотность – или растворов гидролитически щелочной соли (обычно 1 н. раствор СН3СООNа) – гидролитическая кислотность. Обменную кислотность оценивают по величине рН солевой вытяжки. Для количественного определения кислотности солевую вытяжку титруют раствором щелочи. В случае обработки почвы раствором КС1 возможны следующие реакции обмена катионов почвенно-поглощающего комплекса: ППК-Н+ + КС1 → ППК-К+ + НС1 (1) ППК-А13+ + 3КС1 → ППК-К3+ + А1С13 В дальнейшем, при титровании солевой вытяжки раствором NaOH, в реакцию вступают НС1 и AlCl3: НС1 + NaOH → NaCl + Н2O; А1С13 + 3NaOH → 3NaCl + А1(ОН)3. Ионы А13+, выделенные из почвенно-поглощающего комплекса в раствор, оказывают влияние на степень кислотности, поскольку в водных фазах образуются ионы Al(OH)2+ и А1(ОН)2+. Процесс ионного обмена, протекающий при обработке почвы раствором CH3COONa, можно представить уравнением: ППК-Н+ + CH3COONa → ППK-Na+ + СН3СООН (2) Уксусная кислота, образующаяся в этом случае, как известно, значительно слабее, чем соляная, выделяющаяся при обработке почв растворами КС1. Поэтому процесс обмена по реакции (2) протекает более глубоко, чем по реакции (1), и величина гидролитической кислотности всегда выше, чем величина обменной кислотности. Значения рН водной вытяжки после обработки почвы 1 н. раствором CH3COONa обычно находятся в интервале 6,2-7,5 в отличие от рН 3,0 ч 6,5, характерного для случая обработки почв раствором КС1. Интервал рН 6,2 ч 7,5 соответствует области минимальной растворимости А1(ОН)3, поэтому, хотя А13+ и оказывает влияние на величину гидролитической кислотности и участвует в обмене катионов, в водной вытяжке, полученной при обработке почв раствором СН3СОСNа, соединений алюминия практически нет. Изучение природы потенциальной кислотности почв, как отмечал в своих работах Д.С. Орлов, имеет не только важное теоретическое или познавательное значение, но от решения этого вопроса зависит и правильный выбор приемов борьбы с почвенной кислотностью. Как показали экспериментальные исследования, для почв характерен самопроизвольный переход от насыщения катионами Н+ к насыщению А13+. Так, любые почвы тем или иным способом можно насытить катионами Н+ и перевести их в состояние, когда в составе обменных катионов будут преобладать катионы водорода, однако со временем в такой почве в составе обменных катионов появятся катионы А13+, количество которых постепенно будет увеличиваться. Д.С. Орлов объясняет этот процесс на примере трансформации кристаллической решетки каолинита следующим образом: на сколе кристалла каолинита образуются избыточные отрицательные заряды, удерживающие обменные катионы. При обработке таких кристаллов растворами кислот происходит обмен катионов металлов на ионы Н+. Однако, поскольку катионы Н+ имеют значительно меньшие размеры, чем катионы металлов, они способны мигрировать во внутренние слои решетки. В дальнейшем они способны вступать во взаимодействие с ОН-группами и образовывать молекулы воды или новые ОН-группы, соединяясь с атомами кислорода. В результате таких преобразований ион А13+, занимавший центральное место в алюмогидроксильном октаэдре, превращается в ион А1(ОН)2+ (или А1(ОН)2+) и становится способным к ионному обмену с катионом другого металла. Часть кристаллической решетки алюмосиликата при этом разрушается. Такие циклы превращений «почва-Me → почва-Н+ → почва-А13+ → почва-Ме» могут повторяться из года в год, вызывая разрушение алюмосиликатной составляющей почв. Определение гидролитической кислотности Определение гидролитической (необменной) кислотности по методу Каппена основано на том, что при взаимодействии раствора гидролитически щелочной соли СН3СООNа с почвой вытесняется поглощенный водород и алюминий, которые оттитровываются щёлочью. По количеству щёлочи, пошедшей на титрование, судят о величине гидролитической кислотности (ГК). Показатель ГК используют при вычислении нормы и дозы извести при известковании и для прогноза действия фосфоритной муки. Степень насыщенности основаниями рассчитывается как процентное содержание обменных оснований в почвенном поглощающем комплексе (ППК). Общая ёмкость поглощения ППК считается равной сумме обменных оснований и гидролитической кислотности. Цель работы: научится определять гидролитическую кислотность и степень насыщенности основаниями почвы. Материалы и оборудование: 1 Конические колбы на 100 и 200 мл 2 Натрий уксуснокислый 1 N раствор, 3 Натрия гидроксид 0,1 N раствор 4 Фенолфталеин 5 Фильтровальная бумага 6 Титровальная бюретка 7 Технические весы Ход выполнения работы 20 г воздушно-сухой почвы помещают в колбу на 200 мл. К почве приливают 50 мл 1,0 N раствора СН3СООNа, взбалтывают на ротаторе в течении 1 часа. Суспензию отфильтровывают через сухой складчатый фильтр. Если фильтрат окажется мутным, его снова профильтровывают через тот же фильтр. Отбирают пипеткой 25 мл прозрачного фильтрата и переносят в коническую колбу на 100 мл. Прибавляют 1-2 капли фенолфталеина и оттитровывают 0,1 N раствором NаОН до слабой розовой окраски, не исчезающей в течении 2 мин. Гидролитическую кислотность (мг/100г) вычисляют по формуле:  где а – количество 0,1 N NаОН, пошедшее на титрование, мл; k – поправка к нормальности NаОН; 100 – коэффициент пересчёта на 100 г почвы; 1,75 – поправка на неполноту вытеснения; m – навеска почвы, соответствующая объему взятого для титрования фильтрата, г. Лабораторная работа № 11 Определение обменного водорода и алюминия в почве (по Соколову) Поскольку обменная кислотность определяется не только адсорбированным водородом, но и алюминием, принято определять раздельно кислотность, обусловленную каждым из катионов. Содержание обменного алюминия токсично для растений и микроорганизмов. Высокая активность алюминия снижает доступность для растений ряда питательных элементов, прежде всего фосфора. Растения угнетаются при содержании подвижного алюминия более 3-4 мг и погибают при количестве его7-8 мг на100 г почвы. Принцип метода При обработке кислой почвы 1,0 N раствором КСl в раствор переходят поглощенный водород и алюминий. Аквакомплекс алюминия в кислом растворе проявляет кислотные свойства и, наряду с вытесненным из ППК протоном, определяет обменную кислотность. Определив суммарное количество ионов водорода и алюминия и отдельно количество ионов водорода можно по разности установить количество ионов алюминия. Метод А. В. Соколова основан на том, что солевую вытяжку из почвы дважды титруют щёлочью. В первом случае титруют обычным путем, а во втором – солевую вытяжку титруют, добавляя в нее фторид натрия или калия. При первом титровании определяют сумму ионов Н+ и Аl3+ в солевой вытяжке. При втором титровании, когда в солевую вытяжку добавляют фторид натрия, ионы алюминия связываются в комплексную соль с большей константой устойчивости, чем аквакомплекс алюминия: Аl(H2O)63+ + 6NaF = 3Na+ + 6H2O + Na3(AlF6). Вычитая из результатов первого титрования результаты второго, получим количество подвижного алюминия. Цель работы: научится определять обменную кислотность в целом и содержание обменного водорода и алюминия отдельно. Материалы и оборудование 1 Соляная кислота (HCl) – 0,02 N раствор 2 Натрия фторид (NaF) – 3,5% раствор 3 Калия хлорид (КСl) – 1 N раствор 4 Натрия гидроксид (NaOH) – 0,02 N раствор 5 Фенолфталеин 6 Колбы на 100-150 мл 7 Фильтровальная бумага 8 Титровальная бюретка 9 Технические весы 10 Мерный цилиндр 11 Конические колбы на 50 мл 12 Пипетки 1мл, 10мл. Ход выполнения работы: взвешивают на технических весах 20 г воздушно-сухой почвы и помещают в колбу, приливают 50 мл 1,0 N раствора КСl и взбалтывают смесь в течение 1 часа. Отфильтровывают солевую вытяжку. Берут 2 конические колбы на 50 мл и приливают по12,5 мл отфильтрованной вытяжки. Кипятят содержимое обеих колбочек 5 мин для удаления СО2. В одной колбочке горячую вытяжку оттитровывают 0,02 N раствором NaOH в присутствии 2-3 капель фенолфталеина до слабого розового окрашивания. Количество щёлочи, пошедшей на титрование будет соответствовать суммарному содержанию во взятом объеме вытяжки Н+ и Al3+. В другую колбу после кипячения приливают 1 мл 3,5% раствора NaF, охлаждают до комнатной температуры и оттитровывают 0,02 N раствором NaOH в присутствии 2-3 капель фенолфталеина до слабо-розовой окраски. Количество израсходованной щёлочи будет соответствовать содержанию водородных ионов. Обменную кислотность в мг-экв/100 г почвы вычисляют по формуле:  V – объем раствора 0,02 N NаОН, пошедшей на титрование взятого объема вытяжки, мл; N – нормальность раствора NаОН, мг-экв/мл; m – масса почвы, соответствующая взятому для титрования объему вытяжки, г; 100 – коэффициент для перерасчета на100 г почвы. Содержание алюминия (мг/100г) вычисляют по формуле:  V – объем раствора NaOH пошедшей на первое титрование, мл; V1 – объем раствора NаОН, пошедшей на второе титрование, мл; N – нормальность раствора NаОН, мг-экв/мл;; 100 – коэффициент для пересчета на 100 г почвы; m – масса почвы, соответствующая взятому для одного титрования объему жидкости, г. 0,18 – коэффициент пересчета на алюминий. NNaOH Mэ(Al) = 0,18 N – нормальность раствора NаОН, г-экв/л Mэ – молярная масса эквивалента алюминия, г/моль Лабораторная работа № 12 Определение содержания гумуса в почве по методу Тюрина Многочисленные функции почвы можно разделить на экосистемные (биогеоценотические) и биосферные. Экосистемными являются физические, химические, биологические и информационные, обусловленные почвенными свойствами, процессами и режимами. Экологические функции почв, имеющие отношение к их химическим и физико-химическим свойствам, обеспечивают поглотительную способность почв, возможность деструкции и минерализации органических остатков растений и животных, аккумуляцию биофильных элементов и ферментов. Биосферные функции почв свидетельствуют об их исключительно важной роли в биосфере и жизни человека. Важнейшим компонентом почвы является гумус. Гумус (от лат. humus – земля, почва) – органическое вещество почвы, образующееся в результате разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности организмов. Суммарные запасы гумуса во всей педосфере оцениваются приблизительно в 2,5·1012 т. Ежегодно в педосферу поступает большое количество органического вещества преимущественно растительного происхождения. В зависимости от биоклиматических условий в разных районах Мировой суши (за исключением территории, покрытой ледниками, и абсолютных пустынь) поступление мертвого органического вещества колеблется от 1,0 до 25,0 т/км2 в год. Суммарная масса ежегодно отмирающего органического вещества (с учетом сокращения природной растительности человеком) близка к 125-106 – 130-106 т. Основными компонентами гумуса являются гуминовые и фульвокислоты, их соли. Гуминовые кислоты нерастворимы в воде, но растворимы в щелочах, имеют бурый или черный цвет, благодаря высокой клеящей способности создают структуру почв, считаются активаторами роста растений. Гуминовые кислоты имеют переменный состав (С от 48 до 64%; Н – 3,4-5,6%; N – 2,7-5,3%). В почве обычно присутствуют не свободные гуминовые кислоты, а их соли – гуматы кальция, магния и др. Часть водорода функциональных групп замещается комплексными катионами типа [Fe(OH)2]+ и других металлов. В результате образуются сложные внутрикомплексные соединения – хелаты железа, алюминия и т.д. Фульвокислоты растворяются в воде щелочах и кислотах, растворы их в воде имеют сильнокислую реакцию (рН 2,6-2,8), в высушенном состоянии имеют желтый цвет, активно воздействуют на различные минералы, разрушая их и образуя устойчивые комплексные соединения с катионами. Фульвокислоты содержат углеводы, характеризуются пониженным по сравнению с гуминовыми кислотами содержанием углерода и азота (содержание С – 40-45%, N – 3-4,5%). Содержание фульвокислот в почве уменьшается с увеличением массы гумуса, а содержание гуминовых кислот, наоборот, увеличивается. Поэтому для характеристики органической части почвы важное значение имеет соотношение между содержанием гуминовых кислот и фульвокислот или соотношение углерода гуминовых и фульвокислот. Взаимодействие рассеянных металлов с водорастворимыми компонентами гумуса (фульвокислотами) или с неподвижными гелями гуминовых кислот имеет большое значение для вовлечения металлов в миграционные циклы или, наоборот, выведения их из миграции и закрепления в почве. Гумин – часть гумусовых веществ, которая не растворяется ни в одном растворителе. В природной обстановке гуминовые кислоты существуют сотни и тысячи лет, что было показано и доказано прямым определением их возраста по радиоактивному изотопу углерода. Значительный абсолютный возраст говорит об устойчивости, стабильности таких соединений в природной обстановке. Конечно, они все же постепенно распадаются, но разрушающиеся молекулы заменяются вновь образованными, хотя для обновления нужны столетия и даже тысячелетия. Высокая устойчивость в природной обстановке легко объясняется очень ограниченной освещенностью внутри почвенного тела, сравнительно низкой влажностью почв, прочной связью гуминовых кислот с минеральной частью. Биогеохимическая роль гумуса (биогеохимические циклы) Распространение наземных живых организмов способствовало формированию биогеохимической структуры на суше. Возникновение почвы как биолатентного тела отражало специфическую фазу развития живой материи на Земле, одним из основных признаков которой было все усиливающееся возобновление живой массы во всех доступных экологических нишах. Почвенная органическая масса играет важную роль в формировании почвенного гумуса. С одной стороны, гумус – источник азота и других питательных элементов, необходимых для роста всех высших растений. Эти питательные вещества высвобождаются при минерализации гумуса под воздействием микробов. Следовательно, гумус определяет почвенное плодородие и продуктивность растений. С другой стороны гумусовые кислоты и их производные, обладая огромной поглотительной способностью, оказывают активное воздействие на процессы миграции и аккумуляции элементов в биогеохимических циклах. Поверхность гумусовых веществ достигает 800-900 м2/г, что позволяет адсорбировать около 1,50-3,00 мг-экв/г элемента. В биогеохимических процессах наибольший интерес представляют водорастворимые фульвокислоты и низкомолекулярные гуминовые кислоты, которые играют важную роль в природном выветривании горных пород. Эти соединения ускоряют выветривание через процессы комплексообразования, растворения и транспорта исходных геологических материалов. Биогеохимическая трансформация органического вещества в почвах не сводится только к формированию гумуса. Под воздействием микроорганизмов происходит также полное разрушение органических веществ с выделением СО2, как конечного процесса. С использованием 14С изотопа показано, что обновление гумуса в верхних горизонтах современных почв происходит за 300-500 лет. В нижних горизонтах почв процессы обновления гумуса идут намного медленнее и возраст органической массы моет составлять несколько тысяч лет. Сущность метода Метод И.В. Тюрина основан на окислении углерода гумусовых веществ до СО2 0,4 N раствором двухромовокислого калия (метод мокрого озоления). По количеству хромовой смеси, пошедшей на окисление органического углерода, судят о его количестве. Материалы и оборудование: 1) конические колбы на 100 мл, 2) Воронки, 3) 0,4 N раствор К2Cr2О7 в разбавленной Н2SО4 (1:1), 4) 0,1 N или 0,2 N раствор соли Мора, 5) 0,2% раствор фенилантраниловой кислоты, 6) бюретка для титрования, 7) электрическая плитка или газовая горелка. Ход выполнения работы: На аналитических весах берут навеску почвы 0,2-0,3 г. Навеску почвы осторожно переносят в коническую колбу на 100 мл. В колбу из бюретки приливают 10 мл хромовой смеси и содержимое осторожно перемешивают круговым движением. В колбу вставляют маленькую воронку, которая служит обратным холодильником, ставят колбу на асбестовую сетку или этернитовую плитку, затем содержимое колбы доводят до кипения и кипятят ровно 5 минут с момента появления крупных пузырьков СО2. Бурного кипения не допускают, так это приводит к искажению результатов из-за возможного разложения хромовой смеси. При массовых анализах рекомендуется кипячение заменить нагреванием в сушильном шкафу при 150°С в течение 30 минут. Колбу охлаждают, воронку и стенки колбы обмывают из промывалки дистиллированной водой, доводя объем до 30-40 мл. Добавляют 4-5 капель 0,2%-ного раствора фенилантраниловой кислоты и титруют 0,1 N или 0,2 N раствором соли Мора. Конец титрования определяют переходом вишнево-фиолетовой окраски в зелёную. Проводят холостое определение, вместо навески почвы используя прокаленную почву или пемзу (0,2-0,3г). Содержание органического углерода вычисляют по формуле:  где С - содержание органического углерода, %; а – количество соли Мора, пошедшее на холостое титрование; b – количество соли Мора, пошедшее на титрование остатка хромовокислого калия; КМ – поправка к титру соли Мора; 0,0003- количество органического углерода, соответствующее 1 мл 0,1 N раствора соли Мора, г (применяя 0,2 N раствор соли Мора, количество органического углерода, соответствующее1 мл соли Мора, равно 0,0006 г);  – коэффициент гигроскопичности для перерасчета на абсолютно сухую навеску почвы; Р – навеска воздушно-сухой почвы, г. Вычисляют содержание гумуса из расчета, что в его составе содержится в среднем 58 % органического углерода (1 г углерода соответствует 1,724 г гумуса): Гумус (%) = С(%)•1,724 Результаты сравнивают с данными таблицы. Группировка почв лесных питомников таёжной зоны по обеспеченности гумусом (шкала Ленинградского НИИ лесного хозяйства)
|
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс дисциплины нанотехнологии Специальность... Специальность – 280201. 65 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» | | Учебно-методический комплекс дисциплины «Геоинформационные системы» Специальность —280201. 65 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" |
 | Учебно-методический комплекс дисциплины «русский язык и культура речи» Специальность —280201. 65 Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов | | Учебно-методический комплекс дисциплины «Оценка воздействия на окружающую... Специальность —280201. 65 Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов |
| Учебно-методический комплекс представляет собой комплект учебно-методических... Специальность 280201. 65 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" | | Учебно-методический комплекс дисциплины «Практический курс иностранного языка» «Химия», 020101. 65 (011033) «Отделение медицинской химии», 020101. 65 (011017) «Отделение биоорганической химии и биотехнологии»,... |
| Тесты проверки остаточных знаний По дисциплине опд. Ф. 08 Промышленная... Методы и сооружения утилизации, захоронения и сжигания твердых: бытовых и промышленных отходов | | Тесты по дисциплине опд. Ф. 09 «основы токсикологии» Для специальности... Порядку оказания медицинской помощи по профилю «хирургия (трансплантация органов и (или) тканей человека)», утвержденному приказом... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Методические указания и задания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Промышленная экология» для студентов специальности... | | И охраны окружающей среды администрации города ижевска доклад об экологической обстановке Администрация города/Структурные подразделения Администрации города Ижевска/Управление природных ресурсов и охраны окружающей среды... |
| Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 09 Основы токсикологии Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов и учебного плана мгту | | 280201. 65 – Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов Правительства Хабаровского края от 15 ноября 2008 г. N 263-пр "О ходе реализации приоритетного национального проекта "Здоровье" на... |
| Основная образовательная программа по специальности 280201. 65 –... Цель ооп – обеспечение углубленной фундаментальной и профессиональной подготовки в области охраны окружающей среды, которая обеспечит... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине специальность 032300.... Аналитическая химия : учебно-методический комплекс по дисциплине : специальность 032300. 00 (050101) – Химия с дополнительной специальностью... |
| Тесты для студентов эти (филиал) сгту специальности 280201 «Охрана... Сга. Пособие знакомит с видами учебных занятий на основе информационной дидактики, с перечнем тем, по которым составлены обучающие... | | Загрязнение окружающей среды и экологические проблемы География мировых природных ресурсов. Загрязнение и охрана окружающей среды |
