16. Твердість води

Мета вивчення теми:

- робити розрахунки, пов'язані з визначенням та усуненням твердості води;

- складати рівняння реакцій усунення тимчасової твердості при кип'ятінні, додаванні гашеного вапна і соди, рівняння реакцій усунення постійної твердості води методом осадження.

Через широку поширеність кальцію і магнію в природі, їх солі майже завжди утримуються у природній воді. Вода, що містить іони Са²⁺ і Mg²⁺, називається твердою. Розрізняють твердість (Т) некарбонатну (постійну) і карбонатну (тимчасову). Наявністю у природній воді гідрокарбонатів Са(НСО₃)₂ і Mg(НСО₃)₂ обумовлюється карбонатна твердість води, а некарбонатна – вмістом хлоридів і сульфатів магнію і кальцію. Карбонатна і некарбонатна

твердість складають загальну твердість води. Твердість води

виражається в мілімоль-еквівалентах на літр (ммоль/л).

Карбонатну твердість води визначають методом титрування конкретного обєму досліджуваної води розчином соляної кислоти заданої концентрації в присутності індикатора метилоранжу. Титрування – один з методів кількісного визначення речовини, при якому до розчину досліджуваної сполуки повільно додають розчин реактиву точно відомої концентрації (титранту) у кількості, що відповідає вмісту речовини, що визначають. При цьому протікають реакції:

Са(НСО₃)₂ + 2HCl = СаCl₂ + 2H₂О + 2СО₂

Mg(НСО₃)₂+ 2HCl = MgCl₂ + 2H₂О + 2СО₂

Розрахунок за результатами титрування проводиться за формулою:

, ( 1 )

де V₁ – обєм води, мл ;- нормальність розчину солей у воді; V₂ – обєм HCl з нормальністю , який пішов на титрування, мл.

Звідси:

Оскільки нормальність виміряється числом еквівалентів, що утримуються в 1 л розчину, а твердість – числом міліеквівалентів, легко зрозуміти що Т = с_Н 10³ ( ммоль/л ).

Варто пам'ятати, що при титруванні розчином соляної кислоти можна визначити карбонатну твердість, але не усунути її.

Для визначення загальної твердості воду титрують розчином трилону Б в присутності індикатора хрому темно-синього. Трилон Б – це складна органічна сполука, що має формулу:

Розрахунок проводиться так, як і у випадку визначення тимчасової твердості. Запам'ятайте, що титруванням трилоном Б не тільки визначають, але й усувають твердість води.

Приклад 1. Обчисліть карбонатну твердість, знаючи, що на титрування 200 мл води витрачено 15 мл 0,08 н розчину соляної кислоти.

Розв’язання. За формулою ( 1 ) обчислимо :

200  = 15 0,08

= 150,08 / 200 = 0,006 моль/л.

Знаючи залежність між Т і с_Н , обчислюємо твердість води:

Т =  10³ = 0,006 10³ = 6 ммоль/л.

Твердість води можна обчислити також за формулою:

Т = m /(М_екв  V) , ( 2 )

де m – маса речовини, що зумовлює твердість води, мг; М_екв – мольна маса еквівалентів речовини; V- обєм розчину, л.

Приклад 2.Обчисліть тимчасову твердість води, у 10 л якої утримується 1,46 г гідрокарбонату магнію.

Розв’язання. Визначимо мольну масу еквівалентів Мg(НСО₃)₂:

М_екв(Мg(НСО₃)₂) = f (Мg(НСО₃)₂)  М(Мg(НСО₃)₂) ,

де f- це фактор еквівалентності (Мg(НСО₃)₂, а M – молярна маса Мg(НСО₃)₂, г/моль.

М_екв(Мg(НСО₃)₂ = ½ 146 = 73 г/моль = 7310³ мг/моль.

За формулою ( 2 ) обчислюємо твердість води:

Т = 1,4610³ / ( 7310³ ) = 2 ммоль/л.

Щоб усунути твердість води, потрібно зв'язати іони Ca²⁺ і Mg²⁺. Тимчасову твердість води можна усунути тривалим кип'ятінням. При цьому гідрокарбонати кальцію і магнію розкладаються, перетворюючись в нерозчинні продукти:

Са(НСО₃)₂ = Са СО₃ + H₂O + СО₂

Мg(НСО₃)₂ = Мg(OH)₂ + 2СО₂

Для усунення як тимчасової, так і постійної твердості води застосовують хімічні речовини, що переводять іони Ca²⁺ і Mg²⁺ у нерозчинні сполуки. Ці речовини можна вибрати, користуючись таблицею розчинності. Наприклад, дуже часто для цієї мети використовують соду Na₂CO₃ і вапно Ca(OH)₂. Варто пам'ятати, що речовини реагують в еквівалентних кількостях, тому формулу (2) можна застосовувати і при розрахунках кількості речовини, що використовується для усунення твердості води.

Приклад 3.Яку масу соди потрібно додати до 500 л води, щоб усунути її твердість, рівну 5 ммоль/л.

Розв’язання. Обчислимо мольну масу еквівалентів соди:

М_екв(Na₂CO₃) = f  M = ½ 106 = 53 г/моль ,

де M – мольна маса соди, г/моль.

Підставляючи числові значення у формулу ( 2 ), знаходимо масу соди, що необхідна для усунення твердості води:

m = Т  М_еквV = 5  53  500 = 132500 мг = 132,5 г.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

1. Яку масу Na₃PO₄ потрібно додати до 500 л води, щоб усунути її карбонатну твердість, що дорівнює 5 ммоль/л?

Відповідь: 136,7 г.

2. Твердість шахтної води – 10 ммоль/л. Яку масу соди Na₂CO_3­ треба додати до 1м³ води, щоб твердість її понизилася до 3 ммоль/л? Відповідь: 371 г.

3. До 100 л твердої води додали 12,95 г гідроксиду кальцію. Як понизилася карбонатна твердість води?

Відповідь: 3,5 ммоль/л.

4. Чому дорівнює твердість води, якщо для її усунення до 50 л води треба було додати 21,2 г карбонату натрію?

Відповідь: 8 ммоль/л.

5. Твердість води, у якій розчинений тільки гідрокарбонат кальцію, дорівнює 4 ммоль/л. Який обєм 0,1н розчину HCl потрібен для реакції з гідрокарбонатом кальцію, що утримується в 75 мл цієї води? Відповідь: 3 мл.

6. Обчисліть карбонатну твердість води, знаючи, що на титрування 100 мл цієї води, що містить гідрокарбонат кальцію, потрібно 6,25 л 0,08 н розчину HCl?

Відповідь: 5 ммоль/л.

7. Для нейтралізації 200 мл шахтної води витрачено 20 мл

0,1 н розчину HCl. Яка карбонатна твердість шахтної води?

Відповідь: 10 ммоль/л.

8. Напишіть рівняння реакцій у молекулярному й молекулярно-іонному вигляді:

Са(НСО₃)₂ + Na₂CO₃  . . .

Са(НСО₃)₂ + Са(OH)₂  . . .

MgSO₄ + Na₂SiO₃  . . .

MgCl₂ + Na₃PO₄  . . .

9. У 600 л води знаходиться 65,7 г гідрокарбонату магнію і 61,2 г сульфату кальцію. Обчисліть твердість води.

Відповідь: 3 ммоль/л.

10. Які іони треба видалити з природної води, щоб зробити її м'якою? Введенням яких іонів можна умягчити воду? Складіть рівняння відповідних реакцій. Яку масу Ca(OH)₂ треба додати до 2,5 л води, щоб усунути її твердість, рівну 4,43 ммоль/л? Відповідь: 0,406 г.

Методичні вказівки до практичних робіт

з загальної хімії

Укладачі:

Приседський Вадим Вікторович., професор Максименко Ніна Миколаївна, доцент Рубльова Людміла Іванівна, доцент Шейко Світлана Григорівна., доцент Волох Тетяна Миколаївна, асистент

м.Донецьк,вул.Артема,58

Формат Ум.друк.арк.

Наклад

83000,м.Донецьк

163