У.3. Изобразить результаты химического анализа воды графически

(в виде диаграммы, на графиках-треугольниках и на графике-квадрате Толстихина).

У.3.1. Построить диаграмму.

Диаграмма строится на специальном бланке или сдвоенные прямоугольники вычерчивают самостоятельно в произвольном масштабе.

У.3.1.1.Составить диаграмму катионного состава.

Контрольный вопрос: в каком порядке наносят на диаграмму ионы?

От нижней границы левого прямоугольника, принятой за 0%-экв, откладывают суммарное содержание (Na¹⁺+K¹⁺) - в рассматриваемом примере 15%-экв (рис.11А). Выше нарастающим итогом (суммированием) показывают количество Mg²⁺ и вторая горизонтальная линия в левом прямоугольнике соответствует сумме (Na¹⁺+K¹⁺) + Mg²⁺. В рассматриваемом примере (рис.11 Б) она проводится на уровне 42%-экв (15 +27= 42). Оставшаяся вверху свободная часть диаграммы должна соответствовать содержанию Ca²⁺, поскольку в сумме все катионы составляют 100%. В приведенном варианте это 58%-экв [100 – (15+27) = 58]. Чтобы убедиться в правильности построения диаграммы проверьте соответствие верхнего поля прямоугольника содержанию иона кальция (рис.11В).

У.3.1.2. Составить диаграмму анионного состава.
Диаграмма составляется аналогично диаграмме катионов. От нижней нулевой границы откладывают содержание Cl^1-. В рассматриваемом примере (рис.11А) это 3%-экв. Затем нарастающим итогом (суммированием с Cl^1-) проводят границу содержания иона SO₄^2-. На рисунке (рис.11Б) это 15%-экв (3+12=15). Как и в предыдущем случае, для проверки правильности

составления этой части диаграммы необходимо проверить соответствие

оставшегося вверху свободного пространства (рис.11В) содержанию иона HCO₃^1- (85%-экв).

Рис.11. Построение столбчатой диаграммы химического состава воды:

А – нанесение данных по содержанию первого катиона (Na¹⁺+K¹⁺) и аниона (Cl^-1); Б - нанесение данных по содержанию второго катиона (Mg²⁺) и аниона (SO₄^2-); В – проверка правильности построения по содержанию последнего (третьего) компонента – ионов Ca²⁺ и HCO₃^1-. Г – окончательный вид построенной диаграммы.

У.3.1.3. Оформление диаграммы.
Участки диаграммы, соответствующие содержанию разных ионов, следует закрасить разными цветами или заштриховать и на них необходимо указать символ этого иона. Принято употреблять следующие цвета: HCO₃^1-голубой, SO₄^2- - желтый, Cl^1- – зеленый; Ca²⁺ - синий, Mg²⁺ - красный, (Na¹⁺+K¹⁺) - зеленовато-желтый. В окончательном виде диаграмма приведена на рисунке (рис.11Г).

У. 3.2. Нанести данные химического анализа на графики-треугольники.

Контрольный вопрос: каким образом на графике-треугольнике показывают химический состав воды?

У.3.2.1. Найти точку, характеризующую катионный состав воды.

Контрольный вопрос: Какие вершины треугольника соответствуют 100% содержанию Ca²⁺, Mg²⁺ и (Na¹⁺+K¹⁺) и какие основания – 0% этих катионов?

·

те – 58%-экв). Эта линия проходит параллельно нижнему основанию треугольника (рис.12А).

Рис.12. Нахождение на графике-треугольнике точки катионного состава воды. А, Б и В – проведение линий, показывающих содержание Ca²⁺, Mg²⁺ и (Na¹⁺+K¹⁺). Г – получение искомой точки катионного состава анализируемой воды.

· Параллельно правой стороне треугольника провести линию (на рис.12Б – 15%-экв), соответствующую содержанию (Na¹⁺+K¹⁺)

· Линия, параллельная левой стороне треугольника (рис.12В), отвечает содержанию Mg²⁺ (в примере – 27%-экв).

Все три линии пересекаются в одной точке, которая и изображает катионный состав воды (рис.12Г).

У.3.2.2. Найти на графике точку, характеризующую анионный состав воды.

Контрольный вопрос: Какие вершины этого треугольника соответствуют 100% содержанию HCO₃^1-, SO₄^2- и Cl^-1; какие основания – 0%?

·

Рис.13. Нахождение на графике-треугольнике точки анионного состава воды. А, Б и В – проведение линий, показывающих содержание HCO₃^1-, Cl^-1 и SO₄^2-. Г – искомая точка анионного состава анализируемой воды.

· Провести линию содержания Cl^-1 (в рассматриваемом варианте 3%-экв), проходящую параллельно правой стороне треугольника (рис.13Б).

· Провести линию, соответствующую содержанию SO₄^2- (в примере – 12%-экв), которая проходит параллельно левой стороне треугольника (рис.13В).

Три проведенные линии пересекаются в одной точке, которая и изображает анионный состав воды (рис.13Г).

Примечание. Линии, проводившиеся для нахождения точек на обоих треугольниках, имеют «служебный», технический характер и на итоговых графиках отсутствуют (рис.14), но при выполнении учебной работы их можно оставить, как изображено на рисунках 12Г и 13Г.

На рисунке 14 для сравнительной оценки состава анализируемой воды дополнительно нанесены данные химического состава океанической воды и поверхностных вод суши.

Рис. 14. Анионный (А) и катионный (Б) состав анализируемой подземной воды (I), поверхностных вод суши (II) и океанической воды (III).

У.3.3. Нанести данные химического анализа на график-квадрат

(квадрат Толстихина).

Контрольный вопрос: как на графике-квадрате показывают химический состав воды?

У.3.3.1. Провести линию катионного состава воды.

На нижней стороне квадрата (рис.15А) находим точку, соответствующую данному содержанию (Na¹⁺+K¹⁺), количество которого возрастает справа налево от 0 до 100%-экв (на рисунке - 15%-экв). Через найденную точку проводим вертикальную линию (рис.15Б), которая должна пересечь верхнюю сторону квадрата в точке, отвечающей сумме Ca²⁺+Mg²⁺ (в рассматриваемом примере – 85%-экв), поскольку все катионы вместе составляют 100%.

А – нахождение точки на нижней стороне квадрата с данным (15%-экв)

содержанием (Na¹⁺+K¹⁺), Б – вертикальная линия соответствующая 15% (Na¹⁺+K¹⁺) и, одновременно, 85% Ca²⁺+Mg²⁺.

У.3.3.2. Провести линию анионного состава воды.

По правой стороне квадрата (рис.16А) от нижней (правой же) вершины

отсчитываем содержание HCO₃^1- (в рассматриваемом варианте – 85 %-экв).

Через эту точку проводим горизонтальную линию, соответствующую данному количеству гидрокарбонатного иона (рис.16Б). Противоположную (левую)

Рис.16. Проведение на графике-квадрате линии анионного состава:

А – нахождение точки на правой стороне квадрата с данным (85%)

содержанием HCO₃^1-,

Б – горизонтальная линия соответствующая 85% HCO₃^1- и 15% SO₄^2- + Cl^-1.

Рис.17. График-квадрат Толстихина с данными химического состава:

А - подземной воды в рассматриваемом примере; Б - анализируемой подземной воды (I), поверхностных вод суши (II) и океанической воды (III)

Примечание. Линии, проведенные для нахождения точки в квадрате, как и на графиках-треугольниках имеют «служебный», технический характер и на итоговом квадрате отсутствуют (рис.18Б), но при выполнении учебной работы их можно оставить. На рисунке 18Б дополнительно нанесены данные химического состава океанической воды и поверхностных вод суши.

У.3.3.3. Назвать воду по классификации Толстихина.

Название воды – это номер одного из 100 маленьких квадратов, на который разделен большой квадрат.

Контрольный вопрос: В каком порядке пронумерованы маленькие квадраты?

В рассматриваемом примере точка химического состава воды находится в маленьком квадрате с номером 12 (на рисунке 18 дополнительно пронумерован горизонтальный ряд с этим квадратом). Ответ: «вода соответствует №12 по классификации Толстихина» следует записать под графиком-квадратом. Если искомая точка попадет на линию между двумя квадратами, то в названии указывают оба номера, а если в вершину четырех смежных квадратов, то номера всех четырех квадратов.

У.4. Дать оценку некоторых свойств воды –

общей минерализации, жесткости, кислотности.

В учебной работе предусмотрена характеристика воды по следующим параметрам: минерализация, жесткость (общая, устранимая, постоянная), pH. Оценка воды дается путем сравнения результатов химического анализа с имеющимися классификациями природных вод. Дополнительно необходимо дать характеристику воды по классификации О.А. Алекина.

У.4.1. Оценка воды по общей минерализации.

Контрольные вопросы:

- Что такое общая минерализация и как ее можно определить;

- Классификация воды по общей минерализации?

В таблице «химический состав воды» (рис. 7-9) подсчитана сумма всех ионов, определенных в воде. Эту сумму и надо сравнить с классификацией воды по общей минерализации (см. табл.2 на стр.7)

Обратите внимание, что общая минерализация, определяемая как сумма всех содержащихся в воде ионов, или как сухой остаток, в задании даны в миллиграммах на литр, а в нормативном документе (табл.2) - в граммах на литр.

В рассматриваемом варианте:

Общая минерализация – 0,446 г/л. Оценка: вода пресная.

У.4.2. Оценка воды по жесткости.

Контрольные вопросы:

- Как и в каких единицах определяют жесткость воды?

- классификация воды по общей жесткости?

- Что такое устранимая и неустранимая жесткость, как их определяют?

- Почему неустранимую жесткость называют карбонатной;

У.4.2.1. Общая жесткость.

· Подсчитать сумму катионов Ca²⁺ и Mg²⁺ в мг-экв/л. Полученный результат представляет общую жесткость, измеренную также в мг-экв/л.

rCa²⁺ + rMg²⁺ = общая жесткость.

Примечание: буква “r”, стоящая перед символами ионов означает, что следует складывать численные значения ионов.

В рассматриваемом примере:

Общая жесткость = 5,0 мг-экв/л (3,4 мг-экв/л +1,6 мг-экв/л)

· Оценить общую жесткость воды.

Для этого сравнить жесткость анализируемой воды с классификацией подземных вод по этому параметру (табл.3, стр.7).

Вывод для рассматриваемого варианта: вода умеренно жесткая.

У.4.2.2. Устранимая жесткость (карбонатная).

· Определить устранимую жесткость, численно равную содержанию иона HCO₃^1- в мг-экв/л.

В приведенном примере устранимая (карбонатная) жесткость равна:

r HCO₃^1- = 4,9 мг-экв/л.

У.4.2.3. Неустранимая жесткость.

· Для определения неустранимой жесткости из полученного значения общей жесткости следует вычесть величину устранимой:

Постоянная (неустранимая) жесткость = (r Ca²⁺ + rMg²⁺) - r HCO₃^1-, при этом, если получаемый результат отрицателен, в ответе следует записать

«0 мг-экв/л». Это значит, что содержание гидрокарбонатного иона больше количества кальция и магния, которых после кипячения в воде не остается.

В рассматриваемом варианте: постоянная жесткость – 0,1 мг-экв/л [(3,4 мг-экв/л +1,6 мг-экв/л) – 4,9 мг-экв/л = 0,1 мг-экв/л.], то есть после кипячения вода - очень мягкая.

У.4.3. Оценка воды по величине рН.

Контрольный вопрос:

- классификация воды по величине рН?

Показатель рН дан в качестве исходного в результатах анализа воды. Его значение следует сравнить с классификацией воды по степени кислотности (табл.4, стр.7) и записать оценку.

В приведенном примере рН=7,6. Оценка: вода слабощелочная.

Таблица № 10

Оценка воды.