2. Оценка качества окружающей среды
Пример 2.1. Определение общей жесткости Ж воды по массе содержащихся в воде солей.
Рассчитайте общую жесткость воды (ммоль/л, градусы), если в 0,25 л воды содержится 16,20 мг гидрокарбоната кальция, 2,29 мг гидрокарбоната магния, 11,10 мг хлорида кальция и 9,50 мг хлорида магния.
Решение
Один градус жесткости соответствует содержанию 1 г оксида кальция (CaO) в 100 л воды. Содержание других металлов пересчитывается на количество эквивалентов CaO. Воду, жесткость которой равна до 4 ммоль/л, считают мягкой, свыше 12 ммоль/л – очень жесткой.
Выразим жесткость воды (ммоль/л) через массу двухзарядных катионов металлов Ca2+, Mg2+, Fe2+ и соответствующих им солей, содержащихся в 1 л воды:
Ж =
где m1, m2, m3 – массы двухзарядных катионов металлов (или соответствующих им солей) в воде, мг; М1, М2, М3 – молярные массы эквивалентов катионов металлов (или соответствующих им солей); V – объем воды, л.
Определяем молярные массы эквивалентов солей, обусловливающих жесткость воды:
Ca(HCO3)2
= 81,05 мг/моль;
Mg(HCO3)2
= 73,17 мг/моль;
CaCl2
= 55,49 мг/моль;
MgCl2
= 47,60 мг/моль.
Общая жесткость данного образца воды равна сумме временной и постоянной жесткости и обусловливается содержанием в ней солей, придающих ей жесткость; она равна
Жобщ.
=
= 0,80 + 0,16 + 0,80 + 0,80 = 2,56 ммоль/л.
Один градус
жесткости соответствует 0,357 ммоль
катионов двухзарядных металлов. Общая
жесткость образца воды в градусах
жесткости равна
= 7,17 о.
Вода данного образца считается мягкой.
Пример 2.2. Определение временной и постоянной жесткости воды по количеству реагентов, необходимых для устранения жесткости.
Для устранения общей жесткости по известково-содовому методу к 30 л воды добавлено 5,3 г Ca(OH)2 и 4,5 г Na2CO3. Рассчитайте временную и постоянную жесткость воды.
Решение
Добавлением в воду гашенной извести (Ca(OH)2) можно удалить временную жесткость, а введением соды (Na2CO3) устранить постоянную жесткость. Данные процессы идут по следующим реакциям:
Me(HCO3)2 + Ca(OH)2 = MeCO3 + CaCO3 + 2H2O;
Me(NO3)2 + Nа2CO3 = MeCO3 + 2NaNO3,
где Me2+: Ca2+, Mg2+, Fe2+ и др.
Временную жесткость воды Жвр. измеряют количеством гидроксида кальция, участвующего в реакции, а постоянную жесткость Жпост. – количеством карбоната натрия.
Жвр.
=
Жпост.
=
M(Ca(OH)2) = M/2 = 74,09/2 = 37,04 моль/л;
M(Na2CO3) = M/2 = 106,00/2 = 53,0моль/л;
Жвр = 5300/37,04×30 = 4,7 ммоль/л;
Жпост.= 4500/53×30 = 2,8ммоль/л;
Жобщ.= Жвр+ Жпост = 4,7 + 2,8 = 7,5 ммоль/л (вода средней жесткости).
Задача 2.1. Определите общую жесткость (Ж) воды по массе содержащихся в воде солей.
Вариант |
Объем воды, л |
Ca(HCO3)2, мг |
Mg(HCO3)2, мг |
CaCl2, мг |
MgCl2, мг |
1 |
0,15 |
18,2 |
2,2 |
13,2 |
10,1 |
2 |
0,20 |
10,3 |
1,5 |
7,3 |
8,5 |
3 |
0,25 |
25,1 |
3,12 |
20,1 |
11,12 |
4 |
0,30 |
11,5 |
4,2 |
8,2 |
11,2 |
5 |
0,33 |
12,2 |
2,9 |
8,1 |
9,9 |
6 |
0,35 |
13,6 |
3,1 |
10,1 |
10,1 |
7 |
0,40 |
14,7 |
2,7 |
9,2 |
9,7 |
8 |
0,45 |
15,3 |
2,1 |
10,3 |
11,3 |
9 |
0,50 |
16,2 |
1,9 |
11,2 |
8,5 |
10 |
0,55 |
17,1 |
2,0 |
12,1 |
10,0 |
11 |
0,60 |
18,5 |
1,7 |
13,5 |
8,9 |
12 |
0,65 |
19,6 |
2,6 |
14,6 |
9,6 |
13 |
0,70 |
20,7 |
2,8 |
15,7 |
9,8 |
14 |
0,75 |
21,8 |
1,5 |
16,8 |
8,7 |
15 |
0,80 |
22,1 |
1,3 |
17,2 |
8,9 |
16 |
0,85 |
23,2 |
2,1 |
18,1 |
9,9 |
17 |
0,90 |
24,5 |
2,2 |
19,3 |
10,3 |
18 |
0,95 |
19,1 |
3,0 |
15,3 |
10,0 |
19 |
1 |
16,2 |
2,9 |
11,5 |
9,9 |
20 |
0,10 |
13,3 |
2,67 |
10,1 |
9,67 |
21 |
0,52 |
11,4 |
3,77 |
7,7 |
11,0 |
22 |
0,78 |
17,5 |
4,1 |
12,5 |
12,5 |
23 |
0,38 |
15,6 |
2,33 |
10,6 |
11,46 |
24 |
0,29 |
19,7 |
2,65 |
15,7 |
9,57 |
25 |
0,44 |
23,8 |
2,56 |
18,5 |
9,88 |
26 |
0,88 |
26,1 |
3,77 |
21,1 |
12,3 |
27 |
0,66 |
22,2 |
2,55 |
17,4 |
14,1 |
28 |
0,22 |
15,3 |
3,12 |
11,0 |
12,6 |
29 |
0,13 |
18,4 |
1,76 |
14,4 |
14,0 |
30 |
0,96 |
19,5 |
2,37 |
15,5 |
11,1 |
31 |
0,67 |
20,7 |
2,98 |
16,6 |
10,7 |
32 |
0,78 |
21,1 |
2,74 |
14,7 |
9,54 |
Задача 2.2. Определите временную и постоянную жесткость по известково-содовому методу.
Вариант |
Объем воды, л |
m(Ca(OH)2), г |
m(Na2CO3), г |
1 |
20 |
6,2 |
5,1 |
2 |
25 |
5,5 |
3,4 |
3 |
30 |
8,5 |
5,5 |
4 |
35 |
6,5 |
4,0 |
5 |
40 |
7,5 |
4,5 |
6 |
45 |
7,9 |
4,5 |
7 |
50 |
7,4 |
5,3 |
8 |
55 |
9,0 |
7,0 |
9 |
60 |
12,5 |
10,1 |
10 |
70 |
13,5 |
10,6 |
11 |
75 |
13,0 |
9,8 |
12 |
80 |
14,5 |
9,8 |
13 |
85 |
15,5 |
10,5 |
14 |
90 |
16,0 |
12,0 |
15 |
65 |
12,0 |
9,5 |
16 |
53 |
11,3 |
9,5 |
17 |
67 |
7,8 |
5,5 |
18 |
48 |
9,3 |
6,5 |
19 |
75 |
9,8 |
6,7 |
20 |
34 |
7,6 |
5,4 |
21 |
28 |
6,8 |
5,3 |
22 |
53 |
9,6 |
6,3 |
23 |
47 |
7,5 |
4,6 |
24 |
34 |
6,9 |
4,4 |
25 |
53 |
7,8 |
5,5 |
26 |
50 |
13,4 |
8,9 |
27 |
33 |
8,6 |
6,0 |
28 |
45 |
9,4 |
7,0 |
29 |
65 |
9,7 |
6,8 |
30 |
74 |
14,5 |
12,0 |
31 |
64 |
13,7 |
9,0 |
32 |
58 |
11,6 |
8,5 |
Задача 2.3. Для умягчения Х л воды потребовалось Y г Na2CO3. Чему равна постоянная жесткость воды?
Вариант |
Х л воды |
Y г Na2CO3 |
1 |
100 |
12,8 |
2 |
100 |
13,5 |
3 |
100 |
14,5 |
4 |
90 |
13,0 |
5 |
90 |
15,0 |
6 |
90 |
14,7 |
7 |
90 |
13,3 |
8 |
150 |
16,0 |
9 |
150 |
16,5 |
10 |
150 |
17,0 |
11 |
50 |
8,9 |
12 |
50 |
9,8 |
13 |
50 |
9,5 |
14 |
50 |
8,5 |
15 |
100 |
15,5 |
16 |
100 |
13,9 |
17 |
100 |
19,0 |
18 |
100 |
17,0 |
19 |
100 |
16,0 |
20 |
100 |
16,5 |
21 |
55 |
6,9 |
22 |
65 |
9,8 |
23 |
75 |
10,6 |
24 |
85 |
11,5 |
25 |
95 |
12,5 |
26 |
90 |
11,8 |
27 |
80 |
12,9 |
28 |
70 |
14,3 |
29 |
60 |
10,5 |
30 |
90 |
12,7 |
31 |
90 |
14,6 |
32 |
90 |
13,8 |