6.5 Химия воды

861. Молекула воды: H₂O. Геометрия: угловая, т.к. гибридизация центрального атома - sp³, атом кислорода имеет 2 неподеленных электронных пары. Расположение электронных пар в пространстве: тетраэдрическое.

Связи в молекуле ковалентные полярные, механизм образования:стр.270, скорик

Масовые доли кислорода и водорода равны:

возьмем 1 моль воды, тогда ее масса равна: m(H₂O) = n*M = 1*18 =18 г. Содержание водорода и кислорода: n(H₂) =2 моль, n(O₂) = 1моль.

m(H₂) = n*M = 2*1 = 2 г. w%(H)=m(H)*100% / m(H₂O) = 2*100 / 18 = 11.11%

m(O) = n*M = 1*16 = 16 г. w%(O)=m(O)*100% / m(H₂O) = 16*100 / 18 = 88.89%

Молекула полярна, т.к. полярность обуславливается разными электроотрицательностями элементов. У водорода э.о. равна 2.1, а у кислорода 3.5. Дипольный момент молекулы равен 6.07*10^-29 Кл*м.

862. В отличие от молекул сероводорода, между молекулами воды существуют водородные связи, которые обусловливают более высокую температуру кипения воды, по сравнению с H₂S. При кристаллизации воды образуется структура льда, которая характеризуется наличием пустот, из-за чего плотность воды больше плотности льда. Эта аномалия является причиной разрушения горных пород, а также искусственных сооружений, в которых может замерзать вода.

863. В состав тяжелой воды, в отличие обычной Н₂О, входит изотоп водорода дейтерий D₂O. Содержание тяжелой воды в обычной составляет 0.002%. Получают тяжелую воду многократной дистилляцией воды.

864. Вода является хорошим растворителем по нескольким причинам: молекула воды имеет небольшие размеры и дипольный момент. Кроме того, молекула воды может выступать в роли лиганда в комплексных соединениях. Т.к. при растворении веществ разрушаются старые связи в кристаллических решетках и образуются новые между частицами растворенного вещества и молекулами воды, то процесс растворения практически всегда сопровождается тепловыми эффектами и другими явлениями, характерными для химических реакций.

865. Химические свойства воды определяются ее химическим строением: наличием неподеленных пар электронов и значительной полярностью молекулы. Вода является реакционноспособным веществом. Она может быть восстановителем, окислителем, функционировать в качестве лиганда в комплексных соединениях. В воде растворимо большинство кислот, оснований и солей. Вода является катализатором ряда химических процессов, в ее отсутствие многие вещества не взаимодействуют химически.

H2O + 2Na = Na2O +H2	H2O + O3 = H2O2 + O2
H2O + KH = KOH + H2	H2O + SO3 = H2SO4
H2O + CaO = Ca(OH)2	H2O + C = HCOH

866. Вода – Н₂О. Молекула полярная, т.к. гибридизация кислорода sp³ и форма молекулы угловая. Вода может выступать в роли окислителя, восстановителя, лиганда в комплексных соединениях и т.п. Вода является растворителем для многих соединений.

2H2O + 2K = 2KOH + H2	H2O + F2
2H2O + CaH2 = Ca(OH)2 + 2H2	3H2O + P2O5 = 2H3PO4
H2O + BaO = Ba(OH)2	H­2O + CH4 = CH3OH + H2

867. Гидролиз

ZnCl2 + H2O = ZnOHCl + HCl	Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S
Na2CO3 + H2O = NaHCO3 + NaOH	SiCl4 + 4H2O = Si(OH)4 + 4HCl

868. Природные воды – растворы сложного состава c широким диапазоном по числу и составу компонентов. Они включают в себя неорганические вещества (ионы K, Ca, Na, Mg, Fe, Cl, NO₃, SO₄, СО₃ и др.), органические вещества (фенолы, нефти, пестициды и др.), а также органоминеральные вещества как природного, так и техногенного происхождения. Эти вещества находятся в воде как в истинно растворенном, так и в виде коллоидов и взвесей.

Пробоподготовка вод проводится с целью определения качества воды, содержания в ней примесей. Она состоит из следующих стадий: отбор пробы, консервирование, анализ.

869. В процессе водоподготовки воду осветляют и обескремнивают следующими методами: а) радиационные (гамма-излучение), б) осаждение, ионный обмен, экстракция, в) фильтрация, дистилляция, вымораживание, электродиализ, электроосмос.

870. Кислород, растворенный в воде, вызывает коррозию металла трубопроводов станций, тепловых сетей. Парогенераторов электростанций. Поэтому он должен быть удален из воды. Удаление кислорода осуществляют 1)деаэрацией: уменьшением растворимости кислорода за счет снижения его парциального давления над жидкостью, что достигается путем уменьшением общего давления газа или вытеснением данного газа другим газом. 2)химическим восстановление, например, с помощью гидразина: при взаимодействии кислорода с гидразином образуется азот и вода.

871. Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворимых солей кальция, магния, железа: нитратов, хлоридов, гидрокарбонатов и др. Бывает временная(карбонатная) и постоянная жесткость. Временная обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов кальция Са(НСО₃)₂ и магния Mg(НCO₃)₂, постоянная – наличием хлоридов, нитратов, сульфатов: MgSO₄, MgCl₂, Fe(NO₃)₂, и т.д. Общая жесткость воды равна сумме постоянной и временной жесткостей. Постоянную жесткость удаляют только химическим путем, временную можно удалить еще и физически – кипячением: Т

Са(НСО₃)₂ = СаСО₃ + СО₂ + Н₂О.

Химический путь состоит в переводе этих солей в труднорастворимые соединения:

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2 СаСО₃ + Н₂О , FeCl₃ + Na₃PO₄ = FePO₄ + 3NaCl.

Физико- химический способ основан на пропускании воды через ионообменные смолы, где происходит обмен ионами: Na₂R + Ca²⁺ = CaR + 2Na⁺, где R – радикал полимерной цепи ионообменника.

872. Жесткость воды измеряется в ммоль^.экв/литр. V(H₂O) = 0.2 литра, m(CaCO₃) = 3.2 мг. Мэ(СаСО₃) = М/Э = 100/2 = 50 г/моль. Ж = = 0.32 ммоль^.экв/литр.

873. Cн1*V1 = Cн2*V2. Ж = = 4.7 мэкв/л

874. Мэ(Na₂CO₃)=106/2 = 53 г/моль. , следовательно, = 296.8 грамм.

875. Состав природных вод зависит от их вида и расположения водоема или источника воды. Воды рек обычно имеют невысокое солесодержание: 0.5-0.6 г/л. Более высоким солесодержанием обладают подземные воды. Содержание солей в водах океанов и открытых морей примерно одинаково и составляет 35 г/л. Солесодержание внутренних морей ниже, чем океанов. Например, солесодержание Каспийского моря 3-13 г/л, а Черного моря 17-18 г/л. Обессоливание:

а) Химическое обессоливание воды заключается в последовательной многократной обработке воды в Н-катионитовых и ОН-анионитовых фильтрах. Примеси остаются на ионитах.

б) Ионный метод обессоливания. Ионный обмен протекает на ионитах, представляющих собой твердые полиэлектролиты, у которых ионы одного знака заряда закреплены на твердой матрице, а ионы противоположного знака заряда способны переходить в раствор и заменяться на другие ионы того же знака заряда.