Сборник задач по дисциплине «Химия воды с основами микробиологии» для практических занятий. Яценко В.Н., Бабкин В.Ф
.pdfЗадачи для самостоятельного решения 1. Написать формулы следующих соединений, изображенных в
виде двойных солей, представив их как комплексные соединения (в скобках указано координационное число комплексообразователя):
ба)) |
|
∙ |
∙ |
(2) |
; |
|
|
|
|
и) |
|
|
( |
∙4 |
|
∙ |
(8) |
; |
|
|
|
|
|
; |
|
к) |
|
|
|
|
|
; |
|||||||||
в) |
|
|
(2) |
|
; |
|
л) |
|
|
) |
|
|
(2); |
|||||||
г) |
|
|
∙ |
|
|
|
(2); |
|
м) |
|
|
( |
) |
∙3 |
|
(6); |
||||
д) |
|
( |
∙2 |
∙ |
|
(2) |
; |
н) |
|
|
( |
) |
|
∙4 |
|
; |
(6). |
|||
е) |
|
) |
|
; |
|
(3) |
о) |
|
|
( |
) |
|
∙3 |
|
(6) |
|||||
ж) |
|
|
∙2 |
(4); |
|
|
п) |
|
|
|
∙2 |
|
|
(6). |
|
|
||||
з) |
|
|
∙3 |
(6) |
|
; |
|
комплексного |
|
∙4 |
|
|
(8) |
|
следующих |
|||||
2. |
Определить |
|
заряд |
|
иона |
для |
|
|||||||||||||
|
∙3 |
|
(6) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
комплексных соединений: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ба)) |
|
∙ |
∙ |
(2) |
; |
|
|
|
|
и) |
|
|
( |
∙4 |
|
∙ |
(8) |
; |
|
|
|
|
|
; |
|
к) |
|
|
|
|
|
; |
|||||||||
в) |
|
|
(2) |
|
; |
|
л) |
|
|
) |
|
|
(2); |
|||||||
г) |
|
|
∙ |
|
|
|
(2); |
|
м) |
|
|
( |
) |
∙3 |
|
(6); |
||||
д) |
|
( |
∙2 |
∙ |
|
(2) |
; |
н) |
|
|
( |
) |
|
∙4 |
|
; |
(6). |
|||
е) |
|
) |
|
; |
|
(3) |
о) |
|
|
( |
) |
|
∙3 |
|
(6) |
|||||
ж) |
|
|
∙2 |
(4); |
|
|
п) |
|
|
|
∙2 |
|
|
(6). |
|
|
||||
з) |
|
|
∙3 |
(6) |
|
; |
|
|
|
|
|
∙4 |
|
|
(8) |
|
|
|
||
3. |
Определить валентность (заряд) и координационное число |
|||||||||||||||||||
|
∙3 |
|
(6) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
комплексообразователя в следующих соединениях: |
|
|
|
|
||||||||||||||||
ба)) |
|
[ |
|
; |
|
|
|
|
|
и) |
|
|
[ |
; |
|
|
|
|
|
|
|
]; |
|
|
|
|
|
к) |
[ |
|
] |
|
; |
|
|
|
|
||||
в) |
|
[ |
] |
) |
|
|
|
; |
|
л) |
|
( |
) |
|
] |
|
) ] |
; |
||
г) |
|
[ ( |
|
]; |
|
м) |
|
[ |
( |
|
);( |
|
|
|||||||
д) |
|
[ ( |
|
) ] |
|
; |
|
н) |
[ ( |
) ] |
; |
|
|
|
||||||
е) |
[ ( |
) |
; |
] |
|
|
|
о) |
|
|
[ ( |
; |
) ] |
|
|
|
||||
ж) |
|
[ |
|
] |
|
; |
|
|
|
п) |
[ |
|
[ |
] |
) ] |
. |
|
|
|
|
з) |
[ |
[ ( |
) ]; |
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
||||||
|
( |
) ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
31
4. Написать в молекулярной и ионной формах уравнения следующих реакций с участием или образованием комплексных соединений:
а) |
FeCl2+K3[Fe(CN)6] ―>; |
|
и) |
CuSO4+K2[Hg(CNS)4] ―>; |
б) |
Fe(SO4)3+K4[Fe(CN)6] ―>; |
к) |
Ni(OH)2+NH4OH(избыток) ―> ; |
|
в) |
ZnCl2+KCN(избыток) ―>; |
; |
л) |
FeSO4+KCN(избыток) ―>; |
г) |
CoCl2+NH4OH(избыток)―> |
м) |
ZnSO4+K2[Hg(CNS)4] ―>; |
|
д) |
AgCl+HCl(избыток) ―>; |
н) |
Cd(OH)2+NH4OH(избыток) ―>; |
|
е) |
Ag2O+NH4OH(избыток) ―>; |
о) |
NaCl+K[Sb(OH)6] ―>; |
|
ж) |
AgBr+Na2S2O3(избыток) ―>; |
п) |
Pb(NO3)2+Na2S2O3―>. |
|
з) |
HgCl+KI(избыток) ―> ; |
|
|
|
10. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И СПОСОБЫ ЕЁ УСТРАНЕНИЯ
Как известно, чистой воды в природе нет. Она всегда содержит какие-либо растворенные в ней вещества. При взаимодействии с земной корой в воде растворяются различные минералы и вода приобретает определенную местность.
Присутствие в воде ионов кальция и магния влияет на качество воды и обуславливает так называемую местность воды. При большой концентрации катионов кальция и магния в воде, вода жесткая. Если концентрация этих ионов мала, то она мягкая.
Жесткая вода не может быть использована в паровых котлах. Жесткость вредна для металлических конструкций, трубопроводов и т.д. Катионы Ca2+ дают кальциевую жесткость, а катионы Mg2+ – магниевую жесткость воды. Часто приходится перед употреблением воды её умягчать, т.е. снижать или уменьшать жёсткость воды.
Жёсткость воды |
может |
быть карбонатной – жёсткость, |
|||
|
наличие |
в воде |
гидрокарбанатов |
и |
|
обусловленнаяТаким образом, карбонатная жесткость( |
вызвана) |
||||
присутствием( ) |
гидрокарбонатов кальция и магния. Гидрокарбонаты |
||||
разрушаются |
при кипячении |
с |
образованием малорастворимых |
||
32
карбонатов, выпадающих в осадок. Это приводит к уменьшению жесткости воды на значение карбонатной жесткости.
Процесс кипячения с целью уменьшения карбонатной жесткости:
( |
) |
= |
↓ + |
+ |
. . |
Ставшаяся часть( |
жесткости воды называется некарбонатной. |
||||
) = |
( |
) |
↓ + |
+ |
|
Данный вид жесткости обусловлен тем, что в воде присутствуют кальцевые и магневые соли в основном сульфаты и хлориды.
Общую жесткость воды, в количественном выражении (мэкв/л)
вычисляют: |
|
|
[ |
] |
|
[ |
] |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
соответственно[ ] |
, мг[/л. |
] |
20,04 |
|
12,16 |
|
ионов |
и |
|
где |
и |
Ж =– |
|
концентрации |
|
||||
|
|
+ |
|
, |
|
||||
Примеры решения задач и задачи для самостоятельного решения
Пример № 1:
Рассчитать массу умягчения (буры), необходимого для умягчения 100 л воды, жесткость которой 5 мгэкв/л. Написать реакцию умягчения в молекулярной и ионно-молекулярной форме с хлоридом магния.
Решение:
Массу умягчителя можно рассчитать, используя выражение для расчета жесткости воды:
(умягчителя)×1000мэкв Ж = Э(умягчителя)× (воды),
где
Э
|
|
жесткость |
воды, мэкв/л; |
|
масса умягчителя, г; |
||
|
эквивалентная масса умягчителя, г/моль; |
|
объем воды, л. |
||||
Ж− |
|
|
|
− |
|
|
|
Рассчитываем эквивалентную массу умягчителя – буры: |
|||||||
− |
|
|
202 |
|
− |
|
|
|
|
Э( |
) = |
2×1 |
= 101 г/моль. |
||
33
Из формулы для расчета жесткости воды выражаем m и
рассчитываем необходимую массу буры: |
|
|||||
Записываем( |
) = |
Ж× Э × |
|
= |
5×101×100 |
= 50,5г. |
1000 |
|
1000 |
||||
|
реакцию умягчения в молекулярной форме: |
|||||
|
+ |
= |
|
↓ +2 |
|
|
В ионной форме:
+= ↓
Обратную задачу – расчет жесткости воды по массе умягчителя
– решают с использованием той же формулы.
Варианты заданий по примеру №1 данного раздела представлены в табл. 1.
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
Варианты заданий |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Объем |
|
|
|
Жесткость |
Масса |
воды, |
Жесткая соль |
Умягчитель |
|
воды, |
||
п/п |
|
умягчителя, г |
||||
|
л |
|
|
|
мэкв/л |
|
1 |
100 |
Хлорид кальция |
Бура |
|
Рассчитать |
10,1 |
2 |
200 |
Нитрат кальция |
Сода |
|
10 |
Рассчитать |
3 |
300 |
Хлорид магния |
Сода |
|
15 |
Рассчитать |
4 |
400 |
Нитрат магния |
Бура |
|
5 |
Рассчитать |
5 |
500 |
Сульфат магния |
Бура |
|
Рассчитать |
50 |
6 |
600 |
Гидрокарбонат |
Гашеная |
|
5 |
Рассчитать |
кальция |
известь |
|
||||
|
|
|
|
|
||
7 |
500 |
Нитрат кальция |
Сода |
|
8 |
Рассчитать |
8 |
400 |
Хлорид кальция |
Сода |
|
10 |
Рассчитать |
9 |
300 |
Хлорид кальция |
Бура |
|
Рассчитать |
34 |
10 |
200 |
Сульфат магния |
Сода |
|
5 |
Рассчитать |
11 |
100 |
Нитрат магния |
Бура |
|
Рассчитать |
50 |
12 |
200 |
Гидрокарбонат |
Гашеная |
|
20 |
Рассчитать |
магния |
известь |
|
||||
|
|
|
|
|
||
13 |
300 |
Нитрат магния |
Сода |
|
Рассчитать |
20 |
14 |
400 |
Хлорид кальция |
Ортофосфат |
|
Рассчитать |
20 |
калия |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
15 |
800 |
Гидрокарбонат |
Гашеная |
|
10 |
Рассчитать |
кальция |
известь |
|
||||
|
|
|
|
|
||
16 |
400 |
Хлорид кальция |
Бура |
|
Рассчитать |
48 |
17 |
200 |
Хлорид кальция |
Сода |
|
10 |
Рассчитать |
34
Окончание табл. 1
№ |
Объем |
|
|
Жесткость |
Масса |
|
воды, |
Жесткая соль |
Умягчитель |
воды, |
|||
п/п |
л |
|
|
мэкв/л |
умягчителя, г |
|
|
|
|
|
|||
18 |
100 |
Нитрат магния |
Сода |
10 |
Рассчитать |
|
19 |
400 |
Хлорид магния |
Бура |
Рассчитать |
80 |
|
20 |
500 |
Сульфат магния |
Ортофосфат |
Рассчитать |
46 |
|
калия |
||||||
|
|
|
|
|
||
21 |
700 |
Хлорид магния |
Бура |
20 |
Рассчитать |
|
22 |
600 |
Сульфат магния |
Ортофосфат |
Рассчитать |
46 |
|
калия |
||||||
|
|
|
|
|
||
23 |
500 |
Нитрат магния |
Сода |
Рассчитать |
40 |
|
24 |
100 |
Хлорид кальция |
Гашеная |
10 |
Рассчитать |
|
известь |
||||||
|
|
|
|
|
||
25 |
200 |
Нитрат кальция |
Бура |
Рассчитать |
500 |
|
26 |
300 |
Гидрокарбонат |
Сода |
10 |
Рассчитать |
|
кальция |
||||||
|
|
|
|
|
||
27 |
400 |
Хлорид магния |
Бура |
20 |
Рассчитать |
|
28 |
500 |
Нитрат магния |
Гашеная |
Рассчитать |
50 |
|
известь |
||||||
|
|
|
|
|
||
29 |
600 |
Нитрат кальция |
Сода |
Рассчитать |
101 |
|
30 |
100 |
Гидрокарбонат |
Гашеная |
Рассчитать |
40 |
|
магния |
известь |
|||||
|
|
|
|
Пример № 2:
Чему будет равна общая жесткость воды (ммоль/л), если в 0,30 л воды содержится 32,4 мг гидрокарбоната кальция, 5,84 мг гидрокарбоната магния, 22,2 мг хлорида кальция и 19,0 мг хлорида магния.
Решение:
Для решения задачи необходимо использовать формулу расчета общей жесткости воды. Где и содержание солей в воде, мг, и массы эквивалентов двухзарядных катионов металлов (или соответствующих им солей) в воде, мг/моль; объем воды, л.
Молярные массы эквивалентов солей, перечисленных в условии задачи, рассчитываются по вышеприведенной формуле. Где эквивалентное число для солей жесткости равно 2; молярная масса соли.
35
Определим миллимолярные массы эквивалентов солей, обуславливающих жесткость воды:
Соль |
Ca(HCO3)2 |
Mg(HCO3)2 |
CaCl2 |
MgCl2 |
М(1/2),ммоль/л |
81 |
73 |
55,5 |
48 |
Общая жесткость данного образца воды равна сумме временной и постоянной жесткости и обуславливается содержанием в ней солей,
придающих ей жесткость: |
|
22,2 |
|
19,0 |
|
|
|||
Жобщ = |
32,4 |
+ |
5,84 |
+ |
+ |
|
= 4,25ммоль/л |
||
81∙0,30 |
73∙0,30 |
55,5∙0,30 |
48∙0,30 |
|
|||||
Пример № 3:
Определите временную жесткость воды, если на титрование 0,1 л воды, содержащей гидрокарбонат магния, израсходовано 7,210-3 л
0,14н. раствора HCl.
Решение:
При титровании воды соляной кислотой происходит реакция:
М |
( |
) +2 |
|
|
= |
|
+2 |
+2 |
|
. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Временную (карбонатную) жесткость воды рассчитаем по |
||||||||||||
формуле: |
( |
)∙ ( |
|
|
)∙1000 |
|
0,14∙0,0072 |
|
||||
Жкарб = |
|
|
= |
∙1000 |
||||||||
|
|
ммолькв л |
. |
) |
|
|
|
0,1 |
|
|||
= 10,08 |
( / |
|
|
|
|
|
|
|||||
Пример № 4:
Для устранения общей жесткости по известково-содовому методу добавлено 7,4 г Ca(OH)2 и 5,3 г Na2CO3. Рассчитать временную и постоянную жесткость 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 реакции:
36
Ca(HCO3)2 Ca(OH)2 2CaCO3 2H2O.
Mg(HCO3)2 Ca(OH)2 Mg(OH2) 2CaCO3 2H2O.
Ca(NO3)2 Na2CO3 CaCO3 2NaNO3.
Mg(NO3)2 NaCO3 MgCO3 2NaNO3.
Временную жесткость воды Жвр измеряют количеством вещества эквивалентов гидроксида кальция, участвующего в реакции, а постоянную жесткость Жпост – количеством вещества эквивалентов карбоната натрия.
Жвр |
|
m Ca(OH)2 |
|
|
|
|
7400 |
|
4 |
ммольэкв / л. |
|
M 1/ 2Ca(OH)2 |
V |
|
37 50 |
||||||||
Жпост |
m NaСO3 |
|
|
|
|
5300 |
|
2 |
ммольэкв / л. |
||
M 1/ 2NaСO |
|
V |
|
53 50 |
|
||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Общая жесткость воды равна:
Жобщ Жвр Жпост 4 2 6 ммольэкв / л.
Варианты заданий по примеру № 2 и № 3 данного раздела представлены далее:
1.Вода содержит 0,12 г MgSO4 и 0,243 г Ca(HCO3)2 на 1 литр. Определить общую жесткость воды. Привести реакции фосфатного метода умягчения воды, содержащей данные соли.
2.Устранение временной жесткости 100 л воды, вызванной присутствием гидрокарбоната магния, потребовало 4 г гидроксида натрия. Составить уравнение реакции и рассчитать, чему равна жесткость воды.
3.Для устранения временной жесткости воды в объеме 1 м3, применяют гашенную известь. Временная жесткость исходной воды равна 7,2 моль/л. Найти количество гашеной извести необходимой для устранения жесткости. Написать равнения реакции.
4.Сульфатная жесткость исходной воды составляет 8 моль/л. Найти массу сульфата кальция содержащегося в 400 л воды. Написать уравнение реакции умягчения воды.
5.Карбонатная жесткость воды равна 5 мэкв/л. Вычислить, какое количество гидрокарбоната кальция содержится в 5 л этой воды
37
(ответ выразить в граммах). Написать уравнение реакции термического умягчения воды.
6.Чему будет равняться временная жесткость воды, если для умягчения 400 см3 воды, содержащей гидрокарбонат магния, необходимо 30 см3 0,08Н раствора соляной кислоты. Написать
уравнение реакции.
7.При определении общей жесткости воды комплексометрическим методом на титрование 200 мл исследуемой воды пошло 11 мл 0,5H раствора комплексона III. Найти общую жесткость воды. Написать уравнение умягчения воды фосфатным методом, в котором содержится KCl.
8.Для устранения жесткости воды карбонатным методом
использовали карбонат натрия. Сколько данного реактива необходимо прибавить к 2 м3 воды, для устранения жесткости равной
8 мэкв/г? Написать уравнение реакции.
9.Найти общую жесткость воды, если в 20 л воды содержится 76 мг гидрокарбоната магния и 216 мг гидрокарбоната кальция. Написать уравнения реакции умягчения воды термическим методом.
10.В 500 мл воды содержится только гидрокарбонат магния. Данную воду прокипятили, в результате выпал осадок массой 9,0 мг. Определить жесткость воды. Написать уравнения реакции.
11.В 400 мл воды содержится гидрокарбонат магния. Чему равна временная жесткость данной воды, если на умягчение потребовалось 10 мл 0,1 H раствора HCl. Написать уранение реакции.
12.Для устранения временной жесткости воды равной 2,86 мэкв/л из 2000 x использовали гидроксид калия. Какое количество данного реагента необходимо прибавить для устранения жесткой воды? Написать уравнение реакции.
13.Рассчитайте изменение жесткости воды в результате Naкатионирования, если концентрация ионов Na+ в воде увеличилась на
46 мг/л. Привести уравнение реакции.
14.Чему равна жесткость природной воды, если содержание ионов магния в ней составляет 121,6 мг/л? Привести уравнения
38
реакции катионитного умягчения воды с использованием H- катионита.
15.В 1 литре воды содержится 0,2 г ионов Ca2+ и 0,072 г ионов Mg2+. Чему будет равна жесткость такой воды? Написать реакции
умягчения воды бариевым методом.
16.Вода содержит 0,12 г/л растворенного гидрокарбоната кальция. Сколько нужно прибавить извести Ca(OH)2 к 100 мл воды, чтобы осадить гидрокарбонат в виде карбоната? Привести уравнение соответствующей реакции.
17.Вода содержит 0,24 г MgSO4 и 0,486 г Ca(HCO3)2 на 3 литра. Определить общую жесткость воды. Привести реакции содового способа умягчения воды, содержащей данные соли.
18.Жесткость воды составляет 14 мэкв/л, она обусловлена наличием сульфата кальция. Определить, сколько сульфата кальция содержится в 500 л воды? Написать уравнение реакции умягчения воды.
19.Умягчение воды производили с помощью гидроксида калия. Какое количество данного реагента потребуется для устранения временной жесткости воды равной 5 мэкв/л, если объем воды
составил 400л? Написать уравнение реакции.
20. В 1 л воды находят ионы Ca2+ – 0,222 г; Mg2+ – 1,2 г; SO42- –
0,19г; Cl– – 0,28 г. Рассчитать общую и карбонатную жесткость
данной воды.
21. В 1 л воды содержится: Ca2+ – 40 мг; HCO3- – 61 мг; Cl– –
35,5 мг; Mg2+ – 24 мг. Определить общую, карбонатную и некарбонатную жесткость этой воды.
22. При определении временной жесткости воды при титровании на 200 мл данной воды ушло 13 мл 0,1 H раствора HCl. Общая жесткость данного образца воды равна 11,7 мэкв/л. Рассчитать постоянную жесткость воды.
39
11. ВОДОРОД
Данный элемент широко распространен в природе. Он входит в состав воды, во все органические соединения, а так же содержится в некоторых природных газах в свободном виде.
Водород – это самый легкий газ без цвета, запаха и вкуса. Массовое число водорода 1, но существуют изотопы с массовыми числами 2 и 3 – дейтерий Д и тритий Т.
Во всех соединениях водород всегда одновалентен. Характерная степень окисления +1, но в гидридах металлов степень окисления водорода равна -1. Например, гидрид лития LiH, гидрид натрия NaH, гидрид калия KH и других. Молекула водорода состоит из двух атомов.
Связь между атомами водорода осуществляется за счет образования обобщенной пары электронов (общего электронного баланса): H:H или H2
Задачи для самостоятельного решения
1.При взаимодействии раствора серной кислоты объемом 150 мл,
вкотором массовая доля H2S04 составляет 20% и металлов, выделился водород. Вычислить объем выделившегося водорода, если температура равна 30°C, давление нормальное и серная кислота имеет плотность 1,14 г/мл.
2.При нормальных условиях на алюминий массой 32,4 г подействовали раствором гидроксида калия 120 Н. Вычислить объем водорода, который выделился при этой реакции, если использовали раствор 120 Н 200 мл, в котором содержится 30% гидроксида калия, имеющего плотность 1,29 г/мл.
3.Гидроксид меди (II), имеющий массу 19,6 г подвергли термическому разложению. При этом образовался оксид меди (II). При восстановлении оксида меди (II) использовали водород. Расчитать объем водорода (условия нормальные), требуемый для процесса восстановления.
40