339. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) кальция с водой; б) магния с азотной кислотой, учитывая максимальное восстановление последней.
340. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:
Са СаН2 Са(ОН)2 СаСО3 Са(НСО3)2
Жесткость воды и методы ее устранения
Пример 1
Почему в жесткой воде мыло плохо пенится? Напишите соответствующие уравнения реакций.
Решение
Природная вода, содержащая в растворе значительное количество ионов Ca2+ и Mg2+ в виде солей, называется жесткой. В жесткой воде мыло плохо пенится, так как ионы кальция и магния образуют с ним нерастворимые соединения. Главная составная часть мыла – это натриевые соли высокомолекулярных органических кислот – стеариновой (C17H35COOH) и олеиновой (C15H31COOH). При соприкосновении мыла с жесткой водой происходит следующая реакция:
2C17H35COONa + Ca2+ = Ca(C17H35COO)2 + 2Na+
Моющее действие мыла снижено в жесткой воде.
Пример 2
Как можно устранить карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную) жесткость воды?
Решение
Различают карбонатную жесткость воды, обусловленную присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, и некарбонатную, вызванную присутствием в воде сульфатов и хлоридов кальция и магния. Карбонатную жесткость можно устранить кипячением воды, при этом ионы кальция и магния образуют нерастворимые осадки карбоната кальция и гидроксида магния:
Ca(HCO3)2 t CaCO3 + CO2 + H2O
Mg(HCO3)2 t Mg(OH)2 + 2CO2
Временную жесткость можно устранить добавлением к воде гашеной извести и других реагентов, при этом протекает реакция
96
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O
Для устранения карбонатной жесткости вводят вещества (соду Na2CO3, фосфат натрия), способные связывать ионы кальция и магния в нерастворимые соли:
CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl
3MgSO4 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2 + 3Na2SO4
Ионы кальция и магния можно удалить из жесткой воды посредством катионирования. Катиониты – это высокомолекулярные соединения кремния, алюминия и других веществ, нерастворимые в воде и способные обменивать свои катионы на Ca2+ и Mg2+. При пропускании жесткой воды через катионит происходит реакция
Ca2+ + Na2R = 2Na+ + CaR,
где R – сложный кислотный остаток. Ионы Ca2+ и Mg2+ осаждаются на катионите, что приводит к умягчению воды.
Пример 3
Определите временную жесткость воды, зная, что на реакцию с гидрокарбонатом, содержащимся в 200 мл этой воды, потребовалось 10 мл 0,05 н. раствора HCl.
Решение
Временная жесткость воды рассчитывается по формуле
Ж = Vк Cн 1000 ,
вр Vв
где Жвр – временная жесткость воды, ммоль экв/л; Vк – объем кислоты, пошедший на титрование, мл; Vв – объем воды, мл; Cн – нормальная концентрация раствора кислоты, экв/л.
Жвр = 10 0,05 1000 = 2,5 ммоль экв/л. 200
Пример 4
97
Сколько карбоната натрия нужно добавить к 20 литрам воды, чтобы устранить общую жесткость воды, равную 2,0 ммоль экв/л?
Решение
Для решения задачи воспользуемся формулой определения жесткости
воды:
Ж = |
m |
, |
Mэкв V |
где m – масса вещества, обусловливающего жесткость воды или добавляемого для ее устранения, г; Мэкв – молярная масса эквивалента вещества, г/моль; V – объем воды, л.
Рассчитаем молярную массу эквивалента карбоната натрия путем деления молекулярной массы его на валентность натрия и число атомов натрия:
Мэкв (Na2CO3) = M(Na2CO3) / n = 106 / 2 = 53 г/моль,
Ж = M(Na2CO3) / Мэкв (Na2CO3) V
M(Na2CO3) = Ж Мэкв (Na2CO3) V;
M(Na2CO3) = 2,0 53 20 = 2120 мг = 2,12 г.
Пример 5
К 200 литрам жесткой воды добавили 25,9 кг гидроксида кальция. На сколько миллимоль-эквивалентов понизилась карбонатная жесткость?
Решение
Жесткость воды измеряется количеством миллимоль-эквивалентов (ммоль экв) ионов кальция и магния. Молярная масса эквивалента гидроксида кальция равна половине молекулярной массы: 72 : 2 = 37 г/моль. Воспользуемся формулой для определения жесткости воды и рассчитаем, на сколько она понизилась при добавлении гидроксида кальция:
Ж = |
m[Ca(OH)2 ] |
= |
25900 |
= 2,8 ммоль экв/л. |
Mэкв[Ca(OH)2 ] V |
37 250 |
Жесткость воды понизилась на 2,8 ммоль экв/л.
Задания
341. Сколько граммов Na3PO4 надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5 ммоль экв/л?
98
342.Какие соли обусловливают жесткость природной воды? Какую жесткость называют карбонатной, некарбонатной? Как можно устранить карбонатную, некарбонатную жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций.
343.Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что для реакции
сгидрокарбонатом кальция, содержащимся в 200 см3 воды, требуется 15 см3
0,08 н. раствора HCl.
344.В 1 л воды содержится 36,47 мг ионов магния и 50,1 мг ионов кальция. Чему равна жесткость этой воды?
345.Сколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 400 л воды,
чтобы устранить жесткость, равную 3 ммоль экв/л?
346. Вода, содержащая только сульфат магния, имеет жесткость 7 ммоль экв/л. Сколько граммов сульфата магния содержится в 300 л этой воды?
347.Вычислите жесткость воды, зная, что в 600 л ее содержится 65,7 г гидрокарбоната магния и 61,2 г сульфата кальция.
348.В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды?
349.Жесткость воды, в которой растворен только гидрокарбонат каль-
ция, равна 4 ммоль экв/л. Сколько 0,1 н. раствора HCl потребуется для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 75 см3 этой воды?
350.В 1 м3 воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды.
351.Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жесткость
3,5 ммоль экв/л. Сколько граммов гидрокарбоната магния содержится в 200 л этой воды?
352.К 1 м3 жесткой воды прибавили 132,5 г карбоната натрия. На сколько ммоль экв/л понизилась жесткость?
353.Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к 50 л воды потребовалось прибавить 21,2 г карбоната натрия?
354.Сколько граммов CaSO4 содержится в 200 л воды, если жесткость,
обусловливаемая этой солью, равна 8 ммоль экв/л?
355.Вода, содержащая только гидрокарбонат кальция, имеет жесткость 9 ммоль экв/л. Сколько граммов гидрокарбоната кальция содержится в 500 л этой воды?
356.Какие ионы надо удалить из природной воды, чтобы сделать ее мягкой? Введением каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения соответствующих реакций.
357.Сколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м3 воды,
чтобы устранить жесткость, равную 4 ммоль экв/л?
358. К 100 л жесткой воды прибавили 12,95 г гидроксида кальция. На сколько ммоль экв/л понизилась карбонатная жесткость?
99