Химия_1 / 4

1.Жесткость воды. Ее влияние на эффективность моющих

2.Образование накипи.

3.Единицы измерения жесткости.

средств.

Кипячение:

По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 мг-

Жесткость воды – это совокупность свойств воды, которые

Ca(HCO3)2=CaCO3↓+H2O+CO2↑

экв/л),средней жёсткости (2-10 мг-экв/л) и жёсткую (более 10 мг-

обусловлены содержанием в ней катионов Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+

Mg(HCO3)2=MgCO3 ↓+H2O+CO2↑

экв/л).

В жесткой воде растворенные соли кальция и магния

2MgCo3+2H2O=(MgOH)2CO3↓ +H2CO3

препятствуют образованию мыльной пены при стирке белья и

Или

Количественно жесткость выражается суммой концентраций этих

мытье рук. Мыльная пена не образуется, так как нерастворимые в

MgCO3+2H2O=Mg(OH)2↓ +H2CO3

ионов (Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+). Измеряют жесткость числом ммоль

воде кальциевые и магниевые соли высших карбоновых кислот

H2CO3=H2O+CO2↑

эквивалентов ионов жесткости в 1 кг воды( ммоль – экв/кг). Так

выпадают в осадок, например:

4Fe(HCO3)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓ +8CO2↑

как плотность воды близка к единице, жесткость можно измерять

2C17H35COONa+Ca2+=(C17H35COO)2Ca↓ +2Na+

Бурый цвет накипи указывает на содержание в воде ионов

в ммоль –экв/дм3 или ммоль – экв/л.

железа (II).

Если в воде наряду с указанными выше катионами присутствуют

анионы SO4,Cl,NO3

то вода имеет постоянную

жесткость(некарбонатную)жесткость.

При кипячении постоянная жесткость не устраняется, но при

выпаривании на стенках сосуда образуются в виде накипи

малорастворимые осадки типа CaSO4.

При использовании жесткой воды образуется накипь в паровых

котлах, теплообменниках и т.д.

4. Карбонатная и некарбонатная жесткость.

8. Основные способы устранения жесткости.

6. Определение общей и карбонатной жесткости методами

Различают два вида жесткости: карбонатную(временную) и

∙

Кипячение

титрования.

некарбонатную(постоянную). Если в соде содержатся эти

∙

Добавление гашеной извести ((Ca(OH)2 )только для

Титрованиепостепенное добавление(по каплям) раствора

гидрокарбонаты металлов Сa(HCO3)2,Mg(HCO3)2, Fe(HCO3)3,

устранения карбонатной жесткости)

реагента контролируемого объема к анализируемому объему

Fe(HCO3)2, Mn(HCO3)2 , то такая вода имеет карбонатную

∙

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ +2H2O

заданного раствора.

жесткость.

Добавление соды((Na2CO3) для устранение временной и

В чистую коническую колбу с водой добавляем 3-4 капли

Временной она называется потому ,что она устраняется

постоянной жесткости)

индикатора (метилоранж). Запишем начальный уровень кислоты

кипячением(см.п.2) .

Ca(HCO3)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaHCO3

в бюретке, добавляем кислоту в воду до точки эквивалентности

Постоянная жесткость придают другие растворенные в ней

∙

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4

т.е. до момента изменения лимонно-желтой окраски раствора в

соединения металлов: CaCl2, MgSO4, Fe(NO3)2, MnBr2, Ca(OH)2.

Добавление фосфата натрия

оранжевую.

3CaSO4+2Na3PO4=Ca3(PO4)2+3Na2SO4

Запишем количество израсходованной соляной кислоты в

3MgCl2 +2Na3PO4=Mg3(PO4)2+6NaCl

бюретке.

10. Известковый и известково-содовый методы умягчения.

∙ Добавление гексаметафосфата натрия (NaPO3)6

Вычислим величину карбонатной жесткости:

Добавление гашеной извести Ca(OH)2

∙

Добавление цеолитов(алюмосиликат натрия)

Жк=(VHCL*CHCL)/VH2O * 103.

Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3↓+2H2O

Пропуская воду через его слой: при этом происходит

Ур-е реакции при титровании:

Добавление соды Na2CO3

обмен катионов Ca2+ и Mg2+ из воды на ион Na+ :

Me(HCO3)2+2HCL=MeCL2+2CO2↑+2H2O

Ca(HCO3)2+NaCO3=CaCO3↓+NaHCO3

Na2П + Ca

2+

= CaП +2Na

+

(MeCa, Mg,Fe,Mn).

Устранение постоянной жесткости при помощи соды:

∙ Использование ионообменных фильров, действующих

СaSO4+Na2CO3=CaCO3↓+Na2SO4

на основе различных полимеров содержащих

9. Термический метод умягчения.

функциональные группы, например SO3H, -COOH.

Простая термическая обработка позваляет осадить из воды

Вещества, которые способны обменивать свои ионы на

катионы жесткости и таким образом умягчить воду. (При

катионы раствора, называются катионитами, а анионы

временной жесткости)

раствора – анионитами. Равновесие катионного обмена

Ca(HCO3)2 →T CaCO3↓ +H2O + CO2↑

можно записать в виде:

2Mg(HCO3)2 →

T

Mg(OH)2CO3↓ +H2O +3CO2↑

- +

+

- +

+

R H

+Na (водн.) =R Na (r )

+ H (водн)

Mg(HCO3)2 →T Mg(OH)2↓+ 2CO2↑

Катионит находится в форме Н- катионита, а после

обмена превратился в Na – катионит. Удаление ионов

Ca2+ из природных вод происходит по реакции:

R-H++Na+(водн)=R2Ca(t)+2Na+(водн).

7. Расчет величины жесткости по известному содержанию

11. Расчет количества осадка или умягчителя по известным

12.Ионнообменные способы умягчения и обессоливания воды.

солей или катионов и анионов в воде.

величинам исходной и остаточной жесткости и обратно.

При ионообменном методе воду пропускают через слой

Общая жесткость определяется суммарным содержанием ионов

В соответствии с законом эквивалентов «все вещества реагируют

гранулированных ионообменных смол. Ионообменные смолы –

жесткости(СaMgFe2+Fe3+Mn):

и получаются в эквивалентных количествах». Это значит, что

это нерастворимые в воде природные и синтетические

Жобщ=Сса2++Сmg2+.

числа эквивалентов всех веществ, участвующих в реакции,

полимеры, молекулы которых содержат атомы или ионы,

Временная жесткостьчасть общей, определяемая содержанием

одинаковы. Например,

способные вступать в реакцию обмена с ионами жесткости,

HCO3-ионов, Жвр<Жобщ

Ca(HCO3)2 + 2HCl →CaCl2 + 2H2O + 2CO2

содержащимися в воде. Если обозначить кислотную группу

Жпост=Жобщ-Жвр.

1моль

2моль 1моль

2моль 2моль

огромной молекулы за П, а за обмениваемый ион принять катион

Ж=( m(г)/Э(г/экв)/V(л))*103 (мэкв/л)

2экв

2экв

2экв

2экв

2экв

Na+, то формулу ионообменной смолы можно условно

Э=M/(n*b)

изобразить в виде NanП. Процесс умягчения воды схематически

n- число атомов металла в формуле соли( или в формуле

3CaSO4 +2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ +3Na2SO4

представим уравнением:

основания) или число активных атомов водорода в формуле

3моль

2моль

1моль

3моль

xMe2+ +NanП →MexNan-2xП + 2xNa+

кислоты;

6экв

6экв

6экв

6экв

xCa2+ +NanП → CaxNan-2xП +2xNa+

b – валентность атома металла или водорода

Пользуясь законом эквивалентов, легко определить необходимое

xCaCl2 + NanП → CaxNan-2xП + 2xNaCl

Примеры: Fe2(SO4)3 – n=2, b=3; Ca(OH)2 – n=1, b=2, H3PO4 – n=3,

количество (массу) умягчителя, если известна величина

xMgSO4 +NanП →MgxNan-2xП + xNa2SO4

b=1; CH3COOH – n=1, b=1

жесткости. И наоборот.

Использование воды предполагает её предварительный

биохимический анализ и безусловную водоподготовку по

результатам анализа. Это нейтрализация биологических

объектов, удаление вредных химических примесей, умягчение

или, иной раз, полное обессоливание.