Твердість води та її усунення

У природній воді (за винятком дощової) містяться солі натрію, кальцію, магнію у вигляді гідрокарбонатів, хлоридів та сульфатів. Вода з високим вмістом солей магнію та кальцію називається твердою, а з низьким – м’якою водою. Вміст у воді кальцію та магнію у вигляді хлоридів і сульфатів визначає постійну твердість води. Розчинні гідрокарбонати кальцію та магнію визначають тимчасову твердість води.

Оскільки вода з високим вмістом солей Кальцію та Магнію обмежено придатна до використання у господарській діяльності людини, її необхідно пом’якшувати. При цьому воду обробляють реагентами, які осаджують кальцій та магній у вигляді нерозчинних солей, замінюючи їх на натрій.

Усунення тимчасової твердості води:

1. При кип’ятінні води розчинні гідрокарбонати кальцію та магнію руйнуються і нерозчинні карбонати випадають в осад: 2Ca(HCO₃)₂ CaCO₃ + H₂O + CO₂.

У промисловій водопідготовці даний спосіб не використовується як енергозатратний.

2. При додаванні до твердої води вапна Ca(OH)₂ протікає його взаємодія з гідрокарбонатами, що призводить до випадання осаду карбонатів: Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ = 2CaCO₃ + 2H₂O.

Усунення постійної твердості води:

При усуненні постійної твердості води усувається і тимчасова.

1. Тимчасова твердість усувається повністю і частково постійна при обробці води каустичною содою NaOH: 2NaOH + Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + Na₂CO₃ + 2H₂O,

причому карбонат натрію зв’язує частину іонів магнію: Na₂CO₃ + MgSO₄ = MgCO₃ + Na₂SO₄.

2. При обробці води сумішшю соди з каустичною содою твердість води усувається повністю.

3. Ще більш ефективно діє як пом’якшуючий засіб фосфат натрію, який додають у пральні порошки: 3MgSO₄ + 2Na₃PO₄ = Mg₃(PO₄)₂ + 3Na₂SO₄.

4. При пом’якшенні великої кількості води у промисловості користуються іонообмінними смолами. Іонообмінні смоли – полімери, до складу молекул яких входять функціональні групи, здатні утримувати катіони (катіоніти) або аніони (аніоніти).

Використовують для пом’якшення води катіоніти, переважно сульфовугілля (катіоніт КУ-1). При пропусканні твердої води через колонку, заповнену натрієвою сіллю катіоніту, іони кальцію та магнію реагують з катіонітом і утримуються його функціональними групами, заміщуючи натрій.

Тестові завдання:

1. Як одержати Be(OH)₂ маючи Be, KOH і H₂O, напишіть рівняння реакції.

2. Як одержати Ca(HCO₃)₂ маючи Ca, CO₂ і H₂O, напишіть рівняння реакції.

3. Написати рівняння хімічних реакцій, необхідних для проведення перетворень: а) K → KOH → KHCO₃ → K₂CO₃ → KCl → KNO₃ → KNO₂ б) NaCl → Na → NaOH → Na₂SO₄ → BaSO₄ в) Na₂O₂ → O₂ → Li₂O → LiCl → Li → LiNO₃ г) Na₂CO₃ → NaHCO₃ → CO₂ → CaCO₃ → CaO → Ca(OH)₂ д) KNO₃ → KNO₂ → KCl → K → KOH → KClO₃ е) NaCl → Na → NaOH → NaCl → Na₂SO₄ ж) Na₂O → NaOH → Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ → NaCl з) Na₂CO₃ → CO₂ → CaCO₃ → Ca(HCO₃)₂ → CO₂ → NaHCO₃ і) Ca → Ca(OH)₂ → CaCO₃ → Ca(HCO₃)₂ → CaCl₂ → Ca(NO₃)₂ к) BeCl₂ → Be → BeO → Be(OH)₂ → BeCO₃ → Be(HCO₃)₂ → BeCO₃ → BeCl₂ л) Mg → MgO → MgCl₂ → MgCO₃ → MgO → Mg(NO₃)₂ м) Be → BeO → Be(OH)₂ → Be(NO₃)₂ → NaNO₃ → NaNO₂ н) Ca → Ca(OH)₂ → CaCO₃ → CaO → CaCl₂ → Ca₃(PO₄)₂ → Ca(H₂PO₄)₂

4. Скласти молекулярні рівняння, за допомогою яких можна здійснити перетворення за такими схемами: а) Mg²⁺→Mg⁰→Mg²⁺→Mg(OH)₂→MgSO₄→Mg(NO₃)₂ б) Ca⁰→Ca²⁺→Ca⁰→CaH₂→Ca(OH)₂→Ca(NO₃)₂→CaO→CaC₂ в) Ba⁰→Ba²⁺→Ba(OH)₂→BaCl₂→BaSO₄ г)

5. Які речовини одержують при електролізі гарячого водного розчину KCl, якщо видалити перегородку між катодом і анодом.

6. Напишіть рівняння хімічних реакцій, що проходять на електродах при електролізі водного розчину KI і розплаву KOH.

7. З якими з приведених нижче речовинами може взаємодіяти NaOH: CuCl₂, SiO₂, CO₂, HNO₃, CuO, SO₃, Cl₂. Напишіть відповідні рівняння реакцій.

8. Виконати хімічні перетворення за схемою:

а) Al  Al(OH)₃  Al₂O₃  NaAlO₂  Al₂(SO₄)₃

б) Tl  Tl(NO₃)  TlOH  Tl₂SO₄

в) AlCl₃  AlOHCl₂  Al(OH)₂Cl  Al(OH)₃  Na₃Al(OH)₆  Na₃AlO₃

г) Al₂O₃  KАlO₂  Al₂(SO₄)₃  Al(OH)₃  Al₂O₃

д) Al  AlCl₃  Al(OH)₃  Al₂O₃  NaAl(OH)₄

ж) Al(NO₃)₃  X  Al₂O₃

з) Al(NO₃)₃  Y  AlCl₃

9. Запишіть рівняння реакцій:

Al+H₂SO_4(p)  Al₂(SO₄)₃+CH₃COONa+H₂O  Al+HNO_3(p) 

KNO₃+Al+KOH  Al+NaOH+H₂O  Ga+NaOH+H₂O 

AlN+HCl  In+HNO_3(p)  Al₄C₃+H₂O 

Tl₂SO₄+Br₂+KOH  Fe₃O₄+Al  TlCl+NaOCl 

BaO+Al₂O₃  Al₂O₃+C+Cl₂  AlCl₃+Na₂CO₃+H₂O 

Al₂O₃+K₂CO₃  Al₂(SO₄)₃+ Na₂CO₃+H₂O  Al₂(SO₄)₃ +Na₂S+H₂O

10. Розчини яких солей не можна кип’ятити в алюмінієвому посуді: NaCl, NaNO₃, Na₂CO₃, Na₂SO₄. Відповідь обґрунтуйте написанням відповідних рівнянь реакцій.

11. При дії KOH, NH₄OH на розчин Al₂(SO₄)₃ утворений спочатку осад збереться тільки в одному випадку. Визначте в якому саме. Написати відповідні рівняння реакцій.

12. Що буде спостерігатися при поступовому доливанні HCl до розчину Na₃[Al(OH)₆]. Які сполуки при цьому утворюються.

13. Порівняти окисно-відновні властивості іонів Ge²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺, та Ge⁴⁺, Pb⁴⁺, Sn⁴⁺, підтвердити прикладами відповідних рівнянь реакцій.

14. Написати рівняння реакцій одержання сульфідів Ge²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺ з розчинів їх солей. Який з сульфідів розчиняється у сульфіді, а який у дисульфіді амонію. Напишіть рівняння всіх реакцій, що проходять при цьому.

15. Напишіть рівняння одержання тіогерманату амонію із сульфідів германію та амонію.

16. В якому випадку випаде осад SnS₂

1. SnCl₂+Na₂S₂

2. SnCl₂+(NH₄)₂S 

3. SnCl₂+H₂S 

4. (NH₄)₂SnS₃+HCl

5. (NH₄)₂SnS₃+NaOH

17. Для якого елементу: 1) Ge; 2) Sn; 3) Pb найбільш характерні такі ступені окислення +2 та +4.

18. В якому середовищі сильно проявляються відновні властивості Sn²⁺ : 1) в нейтральному; 2) в кислому; 3) в лужному.

19. В чому може розчинятися Sn(OH)₂ та Pb(OH)₂: 1) вода; 2) розчин кислоти; 3) розчин лугу.

20. Яку речовину потрібно добавити до розчину SnCl_2, щоб: а) збільшити гідроліз; б) зменшити гідроліз.

21. Сульфіди яких металів розчиняються: а) в розчині (NH₄)₂S; б) в розчині (NH₄)₂S₂

22. Опишіть процеси, які проходять при зарядці і розрядці свинцевого акумулятора.

23. Для якого гідроксиду найбільш характерні окисні властивості: 1) Sn(OH)₂; 2) Pb(OH)₂; 3) Ge(OH)₂

24. З якими із приведених сполук олово поводить себе як неметал: 1) HCl; 2) Cl₂; 3) HNO_3(k); 4) H₂SO_4(p); 5) HNO_3(p).

25. Закінчити рівняння реакцій:

Ge+NaOH+H₂O₂ Pb₃O₄+HCl PbO₂+Mn(NO₃)₂+HNO₃

Pb₂O₃+KI+H₂SO₄ Pb+HNO_3(k) Na₂SnO₂+Cl₂+NaOH 

Pb+H₂SO₄(80%) SnCl₂+HgCl₂  Ge+HNO_3(k)

SnCl₂+KNO₂+HCl Sn+HNO_3(k) SnCl₂+FeCl₃

Sn+HNO_3(p) GeS₂+H₂S Sn+HCl

Sn+H₂SO_4(p) Pb+O₂ Sn+H₂SO_4(k)

Ge+H₂SO_4(k) Sn+NaOH+H₂O PbO+PbS

SnCl₂+FeCl₃ GeCl₄+Zn Sn+NaOH

Pb+KOH+H₂O SnO₂+C Na₂SnO₂+Bi(OH)₃

26. Як змінюються основні та кислотні властивості гідроксидів типу E(OH)₃, (E – As, Sb, Bi)?

27. Охарактеризуйте відношення As, Sb, Bi до кислот та лугів. Напишіть відповідні рівняння реакції.

28. Який із оксидів типу E₂O₃ та E₂O₅ проявляє найбільш основні властивості? Який найбільш кислотні? Який з них є найсильнішим відновником, який найсильнішим окисником:1) As₂O₃; 2) Sb₂O₃; 3) Bi₂O₃; 4) As₂O₃; 5) Sb₂O₅.

29. В чому розчиняється As(OH)₃, Sb(OH)₃: 1) вода, 2) розчин кислоти, 3) розчин лугу. Відповідь підтвердити відповідними рівняннями реакцій.

30. В чому може розчинятися Sb₂S₃: 1) HCl_(р), 2) Na₂S, 3) NaOH, 4) (NH4)₂S₂?

31. Вкажіть положення As, Sb, Bi в ряді напруг металів і на основі цього охарактеризуйте їх хімічні властивості.

32. Які речовини утворюються при гідролізі речовин AsCl₃, SbCl₃, BiCl₃. Напишіть відповідні рівняння реакцій. Яку речовину слід добавити в розчин для послаблення гідролізу?

33. Запишіть рівняння реакцій:

Zn₃As₂ + HCl H₃AsO₄ + H₂S + HCl BiCl₃ + H₂O

Bi₂O₅ + H₂SO₄ + H₂O₂ KBiO₃ + MnNO₃ + HNO₃ H₃AsO₃ + HNO_3(P)

As₂O₃ + Zn + HCl H₃AsO₄ + HI  Na₃AsO₄ + H₂S + HCl

As₂O₃ + HNO_3(K) AsH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ Bi(NO₃)₃ + H₂O

AsH₃ + HClO Bi₂S+HNO_3(K)Bi₂(SO₄)₃+… As + HNO_3(K)

Sb+HNO_3(K) NaBiO₃+FeSO₄+NaOH Na₃AsO₄+H₂S+HCl

Na₃AsO₃ + I₂ + NaOH  NaAsO₂+NaHCO₃+I₂+H₂O As₂S₃ + (NH₄)₂S 

NaBiO₃ + HCl  Sb + H₂SO_4(K) Bi(OH)₃ + Cl₂ + NaOH 

Sb₂S₅ + (NH₄)₂S  (NH₄)₂AsS₃ + HCl  As + NaClO + NaOH 

As₂S₅ + KOH  AsCl₃ + MnO₂ + NaOH  AsCl₃ + Zn + HCl 

As₂S₃+HNO₃+H₂OH₃AsO₄+H₂SO₄+….

Розрахункові задачі:

1. Через розчин, що містить 170 г NaF та NaI пропустили Cl₂. При цьому виділилось 12,7 г йоду. Визначте масові частки солей у суміші.

2. При нагріванні 86 г суміші карбонату та гідрокарбонату натрію виділилось 0.5 моль газу. Визначити масові частки кожної солі у суміші.

3. При взаємодії 9,2 г одновалентного металу з водою виділилось 0,2 моль водню. Визначте метал.

4. Суміш, що складається з 32 г NaOH і 4 г NH₄Cl нагріли до протікання реакції. Яка маса утворилась при цьому?

5. При сплавленні K₂CO₃ з Al₂O₃ одержимо сіль, що містить 39,8%-K; 27,55%-Al, та 32,65%-O. Напишіть формулу одержаної солі та складіть відповідне рівняння реакції.

6. Яка маса нітриду алюмінію необхідна для одержання 3 літрів аміаку (н.у.).

7. Алюміній масою 4 г провзаємодіяв з гідроксидом калію масою 8,3 г і водою масою 13,3 г. Визначити масу утвореної солі та об’єм виділеного водню.

8. Барій добувають методом алюмотермії з оксиду барію. Визначте масу барію, що утворилася в результаті взаємодії оксидного концентрату масою 20 т ((Ва)=91,8 %). Обчисліть масу технічного алюмінію ((Al)=98,55 %), який потрібний для цього процесу.

9. При розчиненні 1,11 г суміші залізних та алюмінієвих ошурок у 18,25 % розчині HCl ( = 1,09 г/мл) виділилось 0,672 л водню. Визначити процентний склад суміші та об’єм 18,25 % розчину соляної кислоти, яка пішла на розчинення цієї суміші.

10. До 15 мл 1М розчину AlCl₃ прилили 25 мл 2М розчину NaOH. Осад відфільтрували і процідили. Визначити його масу і хімічний склад.

11. Сплав 6 г Al із Cu обробили соляною кислотою і зібрали 3,7 л водню. Визначити масові частки металів суміші.

12. Алюміній масою 5,4 г сплавили з сіркою. Даний продукт піддали повному гідролізу. Продукт гідролізу розбавили в соляній кислоті. Наведіть рівняння всіх реакцій що відбулися. Обчисліть масу AlCl₃6H₂O, який можна виділити з добутого розчину.