1010

6.Коллоидные частицы в растворе не слипаются, потому что

1)нейтральны;

2)несут заряды противоположного знака;

3)все частицы имеют одноименный заряд;

4)не способны к химическому взаимодействию.

7.Порог коагуляции – это

1)заряд коллоидной частицы;

2)температура, при которой частицы укрупняются;

3)минимальноеколичествоэлектролита,необходимоедлякоагуляции;

4)давление, при котором происходит коагуляция.

8.Коагуляцию можно вызвать

1)нагреванием;

2)понижением давления;

3)разбавлением;

4)добавлением электролита.

9.Если коллоидный раствор получен по реакции AgNO3 + NaI (изб.) →

AgI (золь) + NaNO3, то коллоидные частицы золя

1)заряжены положительно;

2)нейтральны;

3)заряжены отрицательно;

4)заряд зависит от порядка сливания растворов.

10.ЕсликоллоидныйрастворполученпореакцииAgNO3(изб.)+KCI→AgCI(золь) +KNO3,тонаибольшуюкоагулирующуюспособностьбудутпроявлятьионы

1)Cl-;

2)Na+;

3)SO42-;

4)Al3+.

11.ЕсликоллоидныйрастворполученпореакцииAgNO3 +KCI(изб.)→AgСI(золь) +KNO3,тонаибольшуюкоагулирующуюспособностьбудутпроявлятьионы

1)Cl-;

2)Na+;

3)SO42-;

4)Al3+.

60

12. Если коллоидный раствор получен по реакции AgNO3 (изб.) + NaI → AgI (золь) + NaNO3, то коллоидные частицы золя

1)заряжены положительно;

2)нейтральны;

3)заряжены отрицательно;

4)заряд зависит от порядка сливания растворов.

13.Суспензии – это грубодисперсные системы, в которых

1)дисперсная фаза – газ, дисперсионная среда – жидкость;

2)дисперсная фаза и дисперсионная среда – жидкости;

3)дисперсная фаза – твердая, дисперсионная среда – жидкая;

4)дисперсная фаза – твердая, дисперсионная среда – газ.

14.Тиксотропный гель после снятия нагрузки

1)не восстанавливает структуру;

2)восстанавливает структуру;

3)увеличивает прочность;

4)снижает прочность.

Ответы на тест:

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ

(Время на самостоятельную работу 6 часов)

В результате освоения теоретического материала вы должны уметь решать следующие практические задачи:

1)определять временную жесткость воды;

2)определять общую жесткость воды;

3)устранять жесткость химическими способами;

4)объяснять влияние ионов кальция на коррозионные процессы строительных конструкций.

61

Природная вода представляет собой естественные растворы, содержащие в своем составе различные органические и неорганические соединения. Количество растворенных веществ и их природа колеблется в широких пределах. В разбавленных растворах, какими обычно являются природные воды, растворенные электролиты практически полностью диссоциированы на ионы.

Самое большое количество ионов в морской и океанической воде. Так, на долю Сl- приходится 55 %; Na+ – 30,6 %; SO42- – 7,7 %; Мg2+ – 3,7 %. На долю всех остальных ионов остается только 3 %, из которых 2,2 % составляют ионы Са2+ и К+.

Природная вода, содержащая в своем составе большое количество солей кальция и магния, называется жесткой. Различают две разновидности жесткости: карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную). Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде кислых солей – гидрокарбонатов кальция, магния и реже железа: Ca(HCO3)2, Mg(HCO3), Fe(HCO3)2. Карбонатная жесткость легко устраняется кипячением, поэтому ее еще называют устранимой.

Некарбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде растворимых хлоридов и сульфатов магния и кальция – CaCl2, MgCl2, MgSO4, а также труднорастворимого сульфата кальция CaSO4.

Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости составляет общую жесткость, которая измеряется в ммоль-экв/дм3 и рассчитывается по формуле

Ж Ca2 Mg2 .

V

Полезно помнить, что 1 ммоль-экв/дм3 жесткости отвечает содержанию в 1 л воды 20,04 мг кальция или 12,16 мг магния.

В зависимости от содержания ионов Ca2+ и Mg2+ природные воды делятся на несколько групп. Вода с содержанием в ней до 4 ммоль-экв/дм3 считается мягкой, от 4 до 8 ммоль-экв/дм3 – средней жесткости, от 8 до 12 ммоль-экв/дм3 –жесткойисвыше12ммоль-экв/дм3 –оченьжесткой.

Наиболее мягкой является атмосферная вода (дождь, снег). Она содержит лишь 0,07 – 0,10 ммоль-экв/дм3.

Жесткая вода непригодна для проведения многих технологических процессов. Так, при продолжительном питании паровых котлов жесткой водой стенки его покрываются слоем накипи, которая плохо проводит тепло, и работа котла становится неэкономичной. Слой накипи толщиной в 1мм повышает расход топлива приблизительно на 5 %, а при толщине слоя накипи в 6 мм расход топлива увеличивается

62

на 50 %. Кроме того, изолированные от воды слоем накипи, стенки котла могут нагреваться до высоких температур. При этом железо постепенно окисляется и стенки теряют свою прочность, что приводит к образованию трещин и взрыву котла. В связи с тем, что паросиловое хозяйство существует на многих промышленных предприятиях и играет ведущую роль на транспорте, вопрос о жесткости воды является практически важным. Использование жесткой воды в строительстве приводит к коррозии цемента (см. тему «Химия неорганических вяжущих материалов»).

Методы устранения жесткости

Сущность методов заключается в том, что удаление ионов Са2+ и Mg2+ достигаетсяврезультатепереводаихвтруднорастворимыесоединения.

Временную жесткость обуславливают соли: Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 – гидрокарбонаты кальция и магния, реже Fe(HCO3)2 – гидрокарбонат железа.

Методы устранения временной жесткости: 1) термический метод (кипячение):

Ca(HCO2)3 → CaCO3↓ + H2O + CO2↑;

Mg(HCO2)3 → Mg(OН)2↓ + H2O + CO2↑; 2) известковый метод:

Ca(HCO2)3 + Са(ОН)2 → CaCO3↓ + 2H2O.

Постоянная жесткость воды обуславливается другими растворимыми солями кальция и магния (сульфатами и хлоридами), она уст-

раняется только химическими методами:

1) содовый метод:

CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4;

сода

2) фосфатный метод:

3MgCl2 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 6NaCl; 3) ионитовый (ионообменный метод).

Иониты – это полимеры, содержащие катионы или анионы, способные замещаться на ионы Са2+ и Mg2+.

Na2R – при пропускании через него жесткой воды обменивает ионы Na+ на Ca2+ и таким образом ионы Ca2+ выводятся из воды и ос-

таются на ионите:

Ca2+ + Na2R → CaR + 2Na+;

Mg2+ + Na2R → MgR + 2Na+.

63

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ

Опыт 1. Определение временной жесткости воды.

Воду оттитруйте раствором соляной кислоты, при этом происходит разложение гидрокарбонатов кальция и магния по уравнению

Ca(HCO3) + 2HCl → CaCl2 + 2H2O + 2CO2↑.

Для определения жесткости в чистую коническую колбу (емкостью 250 мл) налейте 100 мл водопроводной воды с помощью мерного цилиндра. Прибавьте к содержимому колбы 2 3 капли метилоранжа и титруйте (добавляйте по каплям) из мерной бюретки при постоянном взбалтывании 0,1 N раствором соляной кислоты HCl до появления розовой окраски. Титрование повторите 3 раза с новыми порциями воды. При хорошем качестве работы результаты не должны отличаться более чем на 0,1 мл. Для расчета возьмите средний результат из трех. Расчет производите по формуле

Жвр VHCl CHCl 1000, ммоль-экв/дм3 ,

VH2O

гдеVHCl – объем соляной кислоты, израсходованной на титрование, мл; Vн2о – объем воды, мл; СHCl – концентрация соляной кислоты.

Опыт 2. Определение общей жесткости.

Пробу воды оттитруйте раствором трилона Б в присутствии индикатора хромогена черного при постоянном рН = 9. Для поддержания постоянногозначениярНкводе добавляйтеаммиачную буферную смесь.

Для определения общей жесткости в коническую колбу емкостью 250 мл отмерьте мерным цилиндром 100 мл водопроводной воды, добавьте 5 мл аммиачной буферной смеси, 3 5 капель индикатора хромогена черного. Смесь хорошо взболтайте и титруйте из бюретки 0,05 N раствором трилона Б до перехода красной окраски раствора в синюю. Титрование повторите 3 раза, для расчета возьмите средний результат. Расчет производите по формуле

Жобщ VТР CТР 1000, ммоль-экв/дм3,

VH2O

гдеVТР – объем израсходованного трилона Б, мл; СТР – концентрация раствора трилона Б; Vн2о – объем воды, мл.

64

Определите величину временной и общей жесткости, рассчитайте величину постоянной жесткости.

Опыт 3. Устранение жесткости химическим способом.

а) В пробирку налейте немного жесткой воды и добавьте 1 2 мл раствора карбоната натрия Na2CO3. Раствор отфильтруйте от осадка через бумажный фильтр. Проверьте, остались ли ионы Ca2+ или Mg2+ в фильтрате. Для этого в пробирку с фильтратом добавить 1мл аммиачной буферной смеси и 2 3 капли индикатора хромогена черного. Осаждение ионов Ca2+ и Mg2+ считается полным при условии, если цвет индикатора не изменится. В противном случае к содержимому пробирки добавить еще немного раствораNa2CO3 и повторить фильтрование.

б) Можно удалить ионы Mg2+ и Ca2+ из жесткой воды фосфатным способом. Для этого опыт повторить с новой порцией жесткой воды, но вместо раствора соды Na2CO3 для осаждения ионов Mg2+ и Ca2+ взять раствор фосфатаNa3PO4. Написать уравнения соответствующихреакций.

Таким образом, определение карбонатной и общей жесткости проводится по рисунку

65

Решение типовых задач

Пример 1. Определение общей жесткости вода по количеству содержащихся в воде солей.

Рассчитайте общую жесткость воды (в ммоль-экв/дм3и градусах), если в 0,25 л воды содержится 16,20 мг гидрокарбоната кальция, 2,92 мг гидрокарбонатамагния,11,10мгхлоридакальцияи9,50мгхлоридамагния.

Решение. Жесткость воды Ж выражается в ммоль-эквивалентах двухзарядных катионов металлов Са2+, Mg2+, Fe2+ и других или соответствующих им солей, содержащихся в 1 дм3 воды:

где m1,m2, m3 ─содержание в воде двухзарядных катионов металлов (или соответствующих им солей), мг; Э1, Э2, Э3 ─ эквиваленты катионов металлов (или соответствующих им солей); V ─ объем воды, дм3.

Определяем эквиваленты солей, обусловливающихжесткостьводы.

Общая жесткость данного образца воды равна сумме временной постоянной жесткости и обусловливается содержанием в ней солей, придающих ей жесткость, она равна

0,80 0,16 0,80 0,80 2,56ммоль/дм 3 .

Вода данного образца считается мягкой.

Жесткость воды можно определять в градусах: 1° жесткости соответствует 0,357 ммоль-экв катионов двухзарядных металлов. Общая жесткость образца воды в градусах жесткости равна 2,660/0,357=7,17° (1° жесткости равен I г CaO в 100 л воды, содержание других металлов пересчитывается на эквивалентное количество CaO).

Вода данного образца считается мягкой.

66

Пример2.Определениевременной(гидрокарбонатной)жестко-

стиводы пообъему солянойкислоты, пошедшейна еетитрование.

Найдите временную жесткость воды, если на титрование 0,1 л образца воды, содержащей дикарбонат магния, израсходовано 7,2 · 10-3 л

0,13 N HCl.

Решение. При титровании воды соляной кислотой происходит следующая химическая реакция:

Mg(HCO3)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O + 2CO2.

В соответствии с законом эквивалентов число ммоль-эквива- лентов всех участвующих в химической реакции веществ должно быть одинаково. На титрование 0,1 л воды израсходовано 0,13∙7,2·103= = 0,936∙10 -3 ммоль-эквивалентов HCl . Следовательно, такое же число ммоль-эквивалентов магния содержится в воде, т.е.

1000 VHCl CHCl VH2O Жвр ;

Жвр VHCl CHCl 0,936 9,36ммоль экв/дм3 . VH2O 0,10

Жесткость данного образца воды равна 9,36 ммольэкв/дм3.

Пример3.Определениевременнойипостояннойжесткостиводы поколичествуреагентов,необходимыхдляустраненияжесткости.

Для устранения общей жесткости по известково-содовому методу к 50 л воды добавлено 7,4 г Ca(OH)2 и 5,3 г Na2CO3. Рассчитайте временную и постоянную жесткости воды.

Решение. Добавление к воде Ca(OH)2 может устранить временную жесткость, а добавление Na2CO3 − постоянную жесткость. При добавлении этих реагентов к воде происходят следующие химические реакции:

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCO3↓;

MgCl2 + Na2CO3 → MgCO3↓+ 2NaCl.

Временная жесткость воды Жвр измеряется числом миллимольэквивалентов гидроксида кальция, участвующего в реакции, а постоянная жесткость Жпост −числоммиллимоль-эквивалентовкарбонатанатрия:

Жобщ = Жвр + Жпост =4 +2= 6ммоль-экв/дм3 (вода среднейжесткости).

Вопросы для самоконтроля

1.Какиеионы,содержащиесявприродныхводах,обусловливаютеёжесткость?

2.Какую жесткость называют карбонатной?

3.Как можно устранить карбонатную жесткость? Напишите уравнения реакций.

4.Какую жесткость называют некарбонатной?

5.Как можно устранить некарбонатную жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций.

6.Какиеионынадоудалитьизприроднойводы,чтобысделатьеемягкой?

7.Введением каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения соответствующих реакций.

8.На титрование 0,05л образца воды израсходовано 4,8∙10 -3 0,1 N НСl. Чему равна карбонатная жеcткость воды?

(Ответ: 9,6 ммоль-экв/дм3) 9. Один литр образца воды содержит 48,6 мг дикарбоната кальция и 29,6 мг сульфата магния. Сколько молей Ca2+ и Mg2+ содержится в 1 л образца воды? Чему равна общая жесткость воды?

(Ответ: 0,6 ·10-3 ммоль-экв/дм3)

Тест для подготовки к экзамену

1.Жесткая вода содержит в своем составе большое количество солей

1)алюминия и железа;

2)кальция и магния;

3)калия и натрия;

4)свинца и кадмия.

2.Временная жесткость обусловлена наличием

1)средних солей;

68

2)кислых солей;

3)комплексных солей;

4)основных солей.

3.Временную жесткость можно устранить

1)кипячением;

2)разбавлением;

3)охлаждением;

4)добавлением соды.

4.Постоянная жесткость обусловлена наличием

1)фосфатов и сульфидов кальция и магния;

2)хлоридов и сульфатов кальция и магния;

3)силикатов и ацетатов кальция и магния;

4)гидроксидов кальция и магния.

5.Наиболее мягкой водой является

1)атмосферная;

2)морская;

3)грунтовая;

4)из подземных источников.

6.В лаборатории временную жесткость определяют методом

1)титрования;

2)хроматографическим;

3)фотометрическим;

4)весовым.

7.Какой индикатор используют при определении общей жесткости?

1)метиловый оранжевый;

2)хромоген черный;

3)лакмус;

4)фенолфталеин.

8.Жесткость воды измеряется в

1)ммоль/дм3;

2)моль/см3;

3)моль/мм3;

4)моль/см2.

69