7.РАСТВОРЫ

7.4.Гидролиз солей

Выражение константы гидролиза соли любого типа включает ионное произведение воды и константу диссоциации образующегося слабого электролита. Так как при повышении температуры константа диссоциации воды значительно в большей степени возрастает по сравнению с константами диссоциации слабых кислот и оснований, то при повышении температуры константа гидролиза увеличивается, и равновесие гидролиза смещается вправо.

Константа гидролиза связана со степенью гидролиза уравнением

где С – концентрация раствора соли.

Гидролизу подвергаются разные вещества: соли, галогенангидриды, белки, углеводы, жиры и т. д. Разрушение горных пород в значительной мере зависит от гидролиза составляющих их минералов. В живых организмах происходит гидролиз белков, полисахаридов и других органических веществ. Состав и функции крови обусловлены гидролизом солей, растворимых в плазме.

7.5. Жесткость воды и методы ее устранения

Вода, используемая в технике и быту, должна удовлетворять определенным требованиям. Большую роль играет химический состав воды и, в первую очередь, её жесткость. Природные воды содержат растворимые и нерастворимые примеси, попадающие в воду в процессе ее естественного круговорота, которые делают воду непригодной для многих технологических процессов.

Большое влияние на качество воды оказывают содержащиеся в ней соли кальция, магния, определяющие жесткость воды. Различают жесткость двух видов: временную Жвр, обусловленную содержанием в воде гидрокарбонатов Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, и постоянную Жпост, которая определяется присутствием в природной воде сульфатов, хлоридов и нитратов: CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2. Общая жесткость воды Жобщ

равна сумме временной и постоянной жесткости:

Жобщ = Жвр + Жпост.

Жесткость воды определяется количеством молярных масс эквивалентов ионов Ca2+ и Mg2+ в миллимолях эквивалентов на литр воды (ммоль экв/л).

Молярная масса эквивалента кальция Мэкв(Са2+) равна:

7.РАСТВОРЫ

7.5.Жесткость воды и методы ее устранения

амагния, соответственно,

Мэкв(Mg2+) = 242 = 12 г/моль.

Тогда жесткость воды будет равна их сумме:

Ж = n Мэкв(Са2+) + n Мэкв(Mg2+),

или

Ж = m(Ca20 2+ ) + m(Mg12 2+ ) ,

где n – количество молярных масс эквивалентов Са2+ и Mg2+; m(Ca2+) – масса ионов Ca2+, мг; m(Mg2+) – масса ионов Mg2+, мг, содержащихся в 1 л воды.

На практике установилась следующая классификация природных вод по величине их общей жесткости, ммоль экв/л:

до 4 – мягкая; 4–8 – умеренно-жесткая; 8–12 – жесткая;

свыше 12 – очень жесткая.

Процесс, приводящий к снижению жесткости воды, называется ее умягчением. Существующие способы умягчения воды можно разделить на три группы: 1) реагентные методы, 2) метод обмена ионов, 3) термический метод.

Временную жесткость, обусловленную присутствием в воде гидрокарбонатов Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2, устраняют термическим методом. При кипячении происходит превращение гидрокарбоната в карбонат, который выпадает в осадок, и вода умягчается:

Ca(HCO3)2 T→ CaCO3↓ + CO2↑ + H2O

Mg(HCO3)2 T→ MgCO3↓ + CO2↑ + H2O

При реагентных методах устранения жесткости в воду вносят вещества, которые образуют с ионами Са2+ и Mg2+ труднорастворимые соли. Это может быть гашеная известь Ca(OH)2, сода Na2CO3 и др. Умягчение воды идет по уравнениям реакций:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O

MgCl2 + Na2CO3 = MgCO3↓ + 2NaCl

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

7.РАСТВОРЫ

7.5.Жесткость воды и методы ее устранения

Впоследнее время для умягчения воды широко применяется метод катионирования, основанный на процессе обмена ионов Ca2+ и Mg2+ с ионами специальных смол (катионитов), которые бывают природными и искусственными. К природным катионитам относятся цеолит и глауконит, некоторые глины и алюмосиликаты, бурые гумусовые угли, торф и другие соединения. Искусственные катиониты (КУ-1, КУ-2, СТ-1 и др.) имеют большую обменную способность, чем природные, поэтому они чаще применяются для умягчения воды. Химическая реакция обмена катионов в катионитах протекает очень быстро и подчиняется закону эквивалентного обмена ионов.

Катиониты в воде практически нерастворимы, однако могут обменивать свои катионы на катионы растворенных в воде солей Ca2+ и Mg2+:

H2R + Ca2+ = CaR + 2H+

Na2R + Mg2+ = MgR + 2Na+

где R − углеводородный радикал; H+, Na+ − ионы катионита.

Отработанный катионит подвергают регенерации путем обработки его 5–10 %-м раствором хлорида натрия или 1 %-м раствором серной кислоты. При этом восстанавливается исходный состав катионита, и его вновь можно использовать для очистки воды.

Количественно жесткость воды можно определить титрованием определенного объема воды раствором соляной кислоты или трилона Б известной концентрации в присутствии индикатора. Применяются и весовые методы определения жесткости.

Контрольныевопросыизадания

1.Дать определение раствора. Какие существуют способы выражения концентрации растворов? Привести примеры.

2.В каких единицах измеряется массовая доля вещества?

3.Чем отличается молярная концентрация раствора от моляльной? Что

уних общего?

4.Дать определение титра раствора. Как его можно вычислить?

5.Что называется эквивалентной, или нормальной, концентрацией рас-

твора?

6.Сколько граммов KOH и воды надо взять, чтобы приготовить 300 г 15 %-го раствора?

7.Какова эквивалентная концентрация раствора, если в 3,5 л его содержится 4,8 г NaOH?

7. РАСТВОРЫ

Контрольные вопросы и задания

8.Определить молярную концентрацию раствора, содержащего в 2,5 л 250 г гидроксида натрия.

9.Вычислить массовую долю карбоната натрия, если известно, что 25 г Na2CO3 растворены в 250 мл воды (250 г).

10.Приготовить 250 мл 0,2 н. раствора NaOH из раствора гидроксида натрия, имеющего плотность 1,12 г/мл. Какие объемы воды и раствора NaOH необходимо взять для этого?

11.Дать определение следующих понятий: электролит, неэлектролит, катион, анион, электролитическая диссоциация.

12.От каких факторов зависит степень электролитической диссоциации? Как ее увеличить?

13.Какие электролиты являются сильными, а какие − слабыми? Привести примеры.

14.Составить уравнения диссоциации в молекулярной и ионной форме для следующих соединений: NH4OH, Ca(OH)2, H2S, Cu(NO3)2, CH3COOH,

Na3PO4, H2SO4, (NH4)2SO4, ZnCl2.

15.Составить уравнения диссоциации по ступеням для соединений: H3PO4, Al(OH)3, Cr(OH)3, H2S.

16.Что называется константой диссоциации электролита? Привести примеры.

17.Какие уравнения называются ионно-молекулярными? Каковы условия смещения равновесия в ионных реакциях?

18.Раствор содержит смесь солей: AgNO3, Cu(CH3COO)2, BaI2. К нему добавили в избытке HCl. Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения возможных реакций.

19.Дописать молекулярные и составить ионно-молекулярные уравнения следующих реакций:

20.Написать уравнения диссоциации сероводородной кислоты. В ка-

ком направлении сместится равновесие при добавлении Na2S и при добавле-

нии NaOH?

21.Что называется произведением растворимости? Написать математическое выражение ПР хлорида серебра, хлорида свинца, сульфида меди, йодида ртути, фосфата кальция.

22.Дать определение насыщенного, ненасыщенного и перенасыщенного растворов с точки зрения произведения растворимости.

23.Сравнить по величине ПР растворимость солей: сульфида меди, сульфида железа и сульфида цинка. Какая из солей наименее растворима?

7. РАСТВОРЫ

Контрольные вопросы и задания

24. Как пользоваться величиной ПР при решении вопроса об образовании осадка? В каких случаях осадок образуется при смешивании растворов двух электролитов, а в каких случаях − не образуется?

25.Как влияет введение одноименного иона на растворимость осадка? Объяснить с точки зрения гетерогенного равновесия, почему введение избытка осадителя понижает растворимость осадка?

26.Каковы условия растворения осадка? Объяснить с точки зрения гетерогенного равновесия: а) почему гидроксид магния растворяется в кислотах и в хлориде аммония; б) почему карбонат бария легко растворяется в соляной кислоте, а сульфат бария – не растворяется.

27.Образуется ли осадок сульфата серебра, если к 0,02 М раствору нитрата серебра добавить равный объем 1 н. раствора серной кислоты?

28.Что называется гидролизом соли? Какие вещества образуются в результате гидролиза?

29.Какие соли подвергаются гидролизу? Чем это объясняется?

30.Почему соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются?

31.Какова реакция среды в водных растворах солей, образованных а) слабым основанием и сильной кислотой; б) сильным основанием и слабой кислотой; в) слабым основанием и слабой кислотой?

32.Какие соли гидролизуются полностью? Привести примеры.

33.Какие соли гидролизуются с образованием кислых солей или слабо диссоциирующих кислот? Привести примеры.

34.Какие соли гидролизуются с образованием основных солей или слабых оснований? Привести пример.

35.Почему в результате гидролиза изменяются кислотно-основные свойства среды? Как ее можно определить?

36.Дать определение степени гидролиза. Как на нее влияют температура и концентрация раствора?

37.Написать ионные и молекулярные уравнения ступенчатого гидролиза сульфата железа (II) и сульфида натрия. Какая будет реакция среды этих солей в результате гидролиза?

38.Написать молекулярные и ионные уравнения первой ступени гидролиза нитрата железа (III) и фосфата натрия, определить реакцию среды.

39.Какую реакцию должны показывать водные растворы нитрата аммония, нитрата калия, цианида калия, цианида аммония, ацетата аммония? Ответ мотивировать и написать соответствующие уравнения реакций в ионном виде.

40.Как отразится на химическом равновесии реакции гидролиза цианида натрия прибавление щелочи, кислоты или хлорида аммония?

7. РАСТВОРЫ

Контрольные вопросы и задания

41.Дать определение временной и постоянной жесткости воды. Чем она обусловлена?

42.Из чего состоит общая жесткость воды?

43.Написать формулы солей, вызывающих временную и постоянную жесткость.

44.В каких единицах измеряется жесткость воды?

45.Какие методы применяются для умягчения воды? Привести примеры.

46.Какая реакция будет протекать при кипячении воды, содержащей гидрокарбонат магния?

47.В чем состоит сущность реагентного метода умягчения воды? Привести примеры.

48.Можно ли добавлением к воде гидроксида кальция устранить жесткость: а) временную; б) постоянную?

49.Сколько граммов карбоната натрия Na2CO3 надо прибавить к 400 мл

воды, чтобы устранить жесткость, равную 3 ммоль экв/л?

Компетенциистудента

Изучив содержание темы, студент должен:

знать классификацию видов растворов по разным признакам; способы выражения концентрации растворов; свойства растворов неэлектролитов; осмос и осмотическое давление; свойства растворов электролитов, теорию электролитической диссоциации; понятие степени и константы электролитической диссоциации; константы основности и кислотности соединений; произведение растворимости малорастворимого электролита; гидролиз солей; классификацию по видам жесткости воды; методы устранения жесткости;

уметь произвести расчет состава для приготовления раствора заданной концентрации; экспериментально приготовить раствор заданной концентрации; экспериментально проверить правильность выполнения задания по приготовлению раствора нужной концентрации и вычислить относительную погрешность опыта; рассчитать давление пара над раствором заданной концентрации, его осмотическое давление; определить экспериментально температуру кипения и замерзания раствора; установить по величине степени электролитической диссоциации силу электролита (сильный он или слабый); составить уравнение константы диссоциации электролита по ступеням диссоциации; экспериментально определить жесткость воды.