2.Назовите три признака химического равновесия.
3.Что называют константой химического равновесия? Сформулируйте закон действующих масс для равновесных систем. Запишите математическое выражение для вычисления константы химического равновесия.
4.Как связана константа химического равновесия с величиной свободной энергии Гиббса? Запишите математическое выражение этой зависимости. Поясните, как изменяется величина константы равновесия для экзотермических и эндотермических реакций с изменением температуры.
5.Что означает динамический характер химического равновесия? Сформулируйте и поясните на примерах принцип Ле Шателье.
2. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ
|
И |
Природная вода, содержащая в своём составе большое количество со- |
|
лей кальция и магния, называется жёсткой. |
|
Д |
|
Жёсткость подразделяется на карбонатную (временную) и некарбонат- |
|
ную (постоянную).
Карбонатная жёсткость (устранимая или временная) обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция, магния и реже железа:
|
Са(НСО3)2, Mg(HCO3)2, Fе(НСО3)2. |
||
|
|
б |
|
Карбонатная жёсткость легко устраняется кипячением. |
|||
Некарбонатная жёсткость (постоянная) обусловлена присутствием в |
|||
|
и |
|
|
воде растворимых хлор дов |
сульфатовАмагния и кальция: |
||
|
СаСl2, MgCl2, MgSO4, CaSO4. |
|
|
|
С |
|
|
Сумма карбонатной |
некарбонатной жёсткости составляет общую |
||
жёсткость. |
|
|
|
Количественно жёсткость выражают числом миллиэквивалентов ионов |
|||
кальция и магния в 1 дм3 воды. |
|
||
1 милиэквивалент ионов кальция составляет |
20,04 мг; |
||
1 милиэквивалент ионов магния составляет |
12,16 мг. |
||
Ж = (nЭ(Са+2) + nЭ(Mg+2))·1000/V(Н2О) |
(ммоль/дм3). |
||
|
Ж = (m(соли)·1000)/(Э(соли)·V(Н2О)). |
||
По значению величин общей жёсткости природные воды делятся на следующие группы:
1. Очень мягкая до 1,5 ммоль/дм3.
2.Мягкая – 1,5…3,0 ммоль/дм3.
3.Средняя – 3,0…5,4 ммоль/дм3.
4.Жёсткая – 5,4…10,7 ммоль/дм3.
17
5. Очень жёсткая – более 10,7 ммоль/дм3.
Наиболее мягкая атмосферная вода (дождь, снег). Она содержит лишь 0,07…0,1 ммоль/дм3 солей кальция и магния.
Методы устранения жесткости
Карбонатную жёсткость устраняют следующими методами:
1. Термический – кипячением:
Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O;
Mg(HCO3)2 = Mg(OH)2 + 2CO2.
2. Известковый – добавлением гидроксида кальция (гашеной извести)
Ca(OH)2:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O;
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 = MgCO3 + CaCO3 + 2H2O.
Некарбонатную жёсткость устраняют следующим методом: 1. Содовый – добавлением раствора соды Na2CO3.
СаСl2 + Na2CO3 = СаCO3+ 2NaСl;
MgCl2 |
+ Na2CO3 = MgCO3+ 2NaСl; |
|
|
|
И |
MgSO4 + Na2CO3 = MgCO3+ Na2SO4; |
||
CaSO4 |
+ Na2CO3 = СаCO3+ Na2SO4. |
|
|
|
Д |
Общую жёсткость устраняют следующими методами: |
||
1. Содово-известковый – последовательно добавляют соду и известь. |
||
2. Фосфатный – добавлен емАфосфата натрия Na3PO4. |
||
3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6NaHCO3; |
||
3Mg(HCO3)2 |
б |
= Mg3(PO4)2 +6NaHCO3; |
+ 2Na3PO4 |
||
и |
|
|
С |
|
|
3 аСl2 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6NaСl; |
||
3MgCl2 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2 + 6NaСl; |
||
3MgSO4 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2 + 3Na2SO4;
3CaSO4 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4.
3. Катионитовый – основан на способности некоторых природных алюмосиликатов Na2O·Al2O3·SiO2·nH2O (Na2R) обменивать входящие в их состав ионы натрия на содержащиеся в воде ионы кальция и магния. Такие вещества называют катионитами.
Ca(HCO3)2 + Na2R = CaR + 2NaHCO3; Mg(HCO3)2 + Na2R = MgR +2NaHCO3;
СаСl2 + Na2R = CaR + 2NaСl; MgCl2 + Na2R = MgR + 2NaСl;
MgSO4 + Na2R = MgR + Na2SO4;
CaSO4 + Na2R = CaR + Na2SO4.
18
Когда в катионите весь натрий заместится кальцием или магнием, катионит утрачивает способность смягчать воду, но он легко может быть восстановлен (регенерирован) при пропускании 5…10% раствора NaСl.
CaR + 2NaСl = СаСl2 + Na2R; MgR + 2NaСl = MgCl2 + Na2R.
Лабораторная работа №3
Определение жесткости воды
|
И |
Опыт 1. Определение временной жесткости воды. |
|
При титровании (добавлении по каплям раствора известной концен- |
|
|
Д |
трации) воды раствором соляной кислоты происходит разложение гидрокар- |
|
бонатов кальция и магния по уравнению |
|
Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O + 2CO2↑.
титруйте из мерной бюретки при постоянномА перемешивании 0,1 н. раствором соляной кислоты HCl до появления розовой окраски. Появление розо-
Для определения жесткости в чистую коническую колбу емкостью
250 см3 налейте 100 см3 водопроводной воды с помощью мерного цилиндра.
вой окраски индикатораисв детельствуетб , что весь гидрокарбонат кальция и магния прореагировал с к слотой. Первая лишняя капля кислоты изменяет окраску кислотно-основного нд катора. Титрование повторите 3 раза с новыми порциями воды. При хорошем качестве работы результаты не должны
Прибавьте к содержимому колбы 2…3 капли индикатора метилоранжа и
отличаться более чем на 0,1 см3. Результаты эксперимента занесите в табл. 4. |
|||||||||||||
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цель работы: научиться определять методом объёмного анализа |
||||||||||||
временную и общую жесткость воды. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
Результаты определения жесткости воды |
|
|
||||||||
|
Номер |
|
|
|
Определение жесткости |
|
|
|
|
||||
|
колбы |
|
временной |
|
|
|
общей |
|
постоянной |
||||
|
|
объем соляной кислоты |
Жвр, |
|
объем трилона Б |
|
Жобщ, |
Жпос, |
|||||
|
|
пошедший на |
средний |
ммоль/дм3 |
пошедший на |
средний |
ммоль/дм3 |
ммоль/дм3 |
|||||
|
|
титрование |
Ṽ , см3 |
|
|
титрование |
Ṽ |
см3 |
|
|
|
||
|
|
VHCl, см3 |
|
HCl |
|
|
VТР, см3 |
|
ТР, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19
Для расчета временной жесткости возьмите средний результат из трех полученных. Расчет производите по формуле
Жвр VHCl CHCl 1000 , ммоль/дм3,
VH2O
где VHCl – объем соляной кислоты, израсходованной на титрование, см3; VН2О – объем воды, см3;
СHCl – концентрация соляной кислоты, моль/дм3. Результаты эксперимента и расчета занесите в табл. 4.
Опыт 2. Определение общей жесткости.
Определение общей жесткости воды проводят путем титрования пробы исследуемой воды раствором трилона Б – натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, связывающей катионы кальция и магния в прочные комплексные соединения в присутствии индикатора хромогена черного при
рН = 9 по схеме |
|
|
Д |
|
|
|
|
||
|
CaX + R → CaR + X, |
|||
где CaX – непрочное комплексное соединение с индикатором; |
||||
R – трилон Б; |
|
А |
И |
|
|
|
|
||
CaR – прочный комплекс с трилоном Б; |
|
|||
|
б |
|
|
|
X – свободный индикатор. |
|
|
|
|
Так как реакция между комплексным соединением ионов металлов с ин- |
||||
|
и |
|
|
|
дикатором и раствором трилона Б идет только в щелочной среде, для создания рН = 9 и поддержания постоянного значения рН к воде добавляют аммиачную буферную смесь (смесьСрастворов NH4OH и NH4Cl).
Для определен я общей жесткости в коническую колбу емкостью 250 см3 отмерьте мерным цилиндром 100 см3 водопроводной воды, добавьте 5 см3 аммиачной буферной смеси, 3…5 капель индикатора хромогена черного. Смесь хорошо взболтайте и титруйте из бюретки 0,05 н. 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/дм3,
VH2O
где VТР – объем израсходованного на титрование трилона Б, см3; СТР – концентрация раствора трилона Б, моль/дм3,
VН2О – объем воды, см3.
Определив величину временной и общей жесткости, рассчитайте величину постоянной жесткости.
20