Лабораторная работа № 5. Определение содержания углекислого газа в воздухе помещении

Цель работы: знакомство с существующими методами, приборами и оборудованием для определения углекислого газа в воздухе помещений.

Количество углекислого газа в воздухе помещений – один из показателей чистоты воздуха. Углекислый газ (СО₂) – малотоксичный газ без цвета и запаха. Один литр газа при 0^оС и 760 мм рт.ст. весит 1,9769 мг, а 1 мг занимает объем 0,509 мл. Допустимая концентрация его в воздухе не более 0,25%.

Для определения углекислого газа в воздухе существует несколько способов. Объемные методы при помощи газоанализаторов (Холдена, Кудрявцева, Калмыкова и др.), с их помощью по уменьшению объема исследуемой пробы воздуха после поглощения углекислоты при пропускании через растворы щелочи устанавливают количество углекислого газа в воздухе. Метод Д.В.Прохорова может быть использован для ориентировочных определений углекислоты в воздухе. Принцип этого метода – сравнительное исследование состава воздуха помещения и воздуха наружной атмосферы, содержание СО₂ в котором сохраняется на уровне 0,04% в городском воздухе и 0,03% в воздухе сельской местности.

Для определения углекислого газа в воздухе помещений наряду с объемными методами применяют титрометрический метод Субботина-Нагорского, дающий достаточно точные результаты.

Принцип метода заключается в том, что титрованным раствором едкого бария (Ва(ОН)₂) поглощается углекислый газ из определенного объема воздуха. По разности титров раствора бария до и после поглощения углекислого газа определяют его количество во взятом для исследования объеме воздуха.

Посуда, приборы и реактивы: 1.Стеклянная бутыль емкостью 2 л, точно откалиброванная. В пробке просверлено отверстие по размеру горлышка малого флакона; 2.Калиброванный малый флакон емкостью до 120 мл, с гладким (без отворотов) горлышком и пробкой; 3.Две бюретки по 50 мл. Сверху на одну из них вставлена трубка с натронной известью, к которой можно присоединить резиновую грушу для наполнения (продувания) бюретки раствором Ва(ОН)₂ ; 4.Термометр; 5.Барометр; 6.Раствор Ва(ОН)₂ приготовленный так, чтобы 1 мл его связывал 1 мг углекислого газа; 7.Раствор щавелевой кислоты (С₂Н₂О₄·2Н₂О), 1 мл которого точно соответствует 1 мг СО₂ ; 8.Индикатор – 1% спиртовой раствор фенолфталеина, который в щелочной среде дает красный цвет, а в кислой остается бесцветным.

Ход определения

1.Установление первого титра баритового раствора. Для этого с помощью резиновой груши наполняют бюретку прозрачным, приготовленным для работы, раствором Ва(ОН)₂, в колбочку отмеривают 20 мл раствора щавелевой кислоты, добавляют 2 капли индикатора фенолфталеина и титруют раствором Ва(ОН)₂ до слабо-розового окрашивания.

2.Взятие пробы воздуха и поглощение из него углекислого газа баритовым раствором. Исследуемый воздух продувают через бутыль с помощью насоса или аспиратора, после чего в бутыль (в отверстие пробки) вставляют малый флакон и из него 120 мл раствора едкого бария с известным титром. Встряхивают бутыль в течении 20 мин, раствор поглощает СО₂ и становится матово-белым. Переливают из бутыли раствор едкого бария в малый флакон, отсоединяют его, закрывают пробкой и оставляют его в покое 1-2 часа для просветления жидкости.

3.Запись показаний термометра и барометра. Приводят объем исследуемого воздуха в бутыле к нормальным условиям (0^оС и 760 мм рт.ст.) пользуясь формулой Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

Рис.10. Бюретки: а – для едкого барита; б – для щавелевой кислоты; в – трубка с натронной известью; г – каучуковый баллон; д – стакан для щавелевой кислоты.

V^o₇₆₀ = Vt·B / (1+αt)·760

где: V^o₇₆₀ – объем воздуха, приведенный к 0^ои 760 мм рт.ст;Vt– объем бутыли; В – показания барометра в момент исследований;α – коэффициент расширения воздуха при повышении температуры на 1^оС, равный 0,003667;t– температура воздуха в момент исследований.

4.Установление второго титра баритового раствора (после поглощения СО₂ из воздуха в бутыли). С помощью резиновой груши наполняют бюретку отстоявшимся прозрачным раствором едкого бария из малого флакона. В колбу наливают 20 мл раствора щавелевой кислоты, добавляют 2 капли фенолфталеина и титруют раствором едкого бария до появления слабо-розового окрашивания.

5.Расчет количества углекислого газа в исследуемом воздухе, приведенном к нормальному объему:

а) находят разницу между первым и вторым титрами едкого бария;

б) определяют количество углекислого газа (в мг) во взятом объеме воздуха, исходя из того, что 1 мг СО₂ при 0^о и давлении 760 мм рт.ст. принимает объем 0,509 мл;

в) определяют количество углекислого газа (в %) в объеме воздуха, приведенного к нормальным условиям:

760 – 100

СО₂ – х

где: 760 – объем воздуха приведенный к нормальным условиям, мл; СО₂ - объем углекислого газа во взятом объеме воздуха, мл.

Пример расчета: При первом титровании на 20 мл щавелевой кислоты израсходовано 21 мл баритового р-ра. Следовательно – 21 мл этого р-ра связывает 20 мг углекислого газа, а 100 мл раствора едкого бария могут связать 100 · 20 / 21 = 95,7 мл щавелевой кислоты.

Во втором титровании на 20 мл щавелевой кислоты израсходовано 25,5 мл р-ра едкого бария из малого флакона. Следовательно – 100 мл едкого бария поглощают 100 · 20 / 25,5 = 78,4 мл щавелевой кислоты, что соответствует 78,4 мг СО₂.

Разница между первым и вторым титрами (95,7 – 78,4) составит 17,3, что соответствует количеству углекислого газа (в мг) в воздухе бутыли. Исходя из того, что 1 мг СО₂ при 0^оС и 760 мм рт.ст. занимает объем 0,509 мл, то найденое весовое количество углекислого газа в воздухе бутыли при этих условиях будет занимать объем 17,3 · 0,509 = 8,8057 мг.

Предположим, что объем бутыли при 0^оС и давлении 760 мм рт.ст составляет 2123 мл и в нем содержится 8,8057 мл углекислого газа, отсюда 2123 : 8,8057 = 100 : Х , где Х = 8,8057 · 100 / 2123 = 0,41%.

Следовательно, объемное содержание углекислого газа в исследуемом воздухе равно 0,41%.