Тема 18: жесткость воды и методы ее устранения

Жесткость воды выражается суммой миллиэквивалентов ионов Са²⁺ и Мg²⁺, содержащихся в 1 л воды (мэкв/л). Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Са²⁺ или 12,16 мг/л Мg²⁺.

Пример 1. Вычислите жесткость воды, зная, что в 500 л ее  содержится 202,5 г Са(НСО₃)₂.

Решение. В 1 л воды содержится 202,5/500 = 0,405 г Са(НСО₃)₂, что составляет 0,405: 81 == 0,005 эквивалентных масс или 5 мэкв/л [81 г/моль ‒ эквивалентная масса Са(НСО₃)₂]. Следовательно, жесткость воды 5 мэкв.

Пример 2. Сколько граммов CaSO₄, содержится в 1 м³ воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 мэкв?

Решение. Мольная масса CaSO₄ равна 136,14 г/моль; эквивалентная масса равна 136,14/2 = 68,07 г/моль. В 1 м³ воды жесткостью 4 мэкв содержится 4 · 1000 = 4000 мэкв, или 4000 · 68,07 = 272280 мг = 272,280 г CaSO₄.

Пример 3. Какую массу соды надо добавить к 500 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 5 мэкв/л?

Решение. В 500 л воды содержится 500 · 5 = 2500 мэкв солей, обусловливающих жесткость воды. Для устранения жесткости следует прибавить 2500 · 53 = 132500 мг = 132,5 г соды (53 г/моль ‒ эквивалентная масса Na₂СО₃).

Пример 4. Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100 см³ этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см³ 0,08 н. раствора HCI.

Решение. Вычисляем нормальность раствора гидрокарбоната кальция. Обозначив число эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора, т.е. нормальность, через х, составляем пропорцию:

, =0,005н.

Таким образом, в 1 л исследуемой воды содержится 0,005 · 1000 = 5 мэкв гидрокарбоната кальция или 5 мэкв Са²⁺‒ионов. Карбонатная жесткость воды 5 мэкв.

Приведенные примеры решают, применяя формулу

 

Ж = ,

 

где m ‒ масса вещества, обусловливающего жесткость воды или применяемого для устранения жесткости воды, мг; Э ‒ эквивалентная масса этого вещества; V – объем воды, л.

Решение примера 1. Ж = =  · 500 = 5 мэкв/л (81 г/моль ‒ эквивалентная масса Са(НСО₃)₂, равная половине его мольной массы).

 

Решение примера 2. Из формулы Ж= , т = 4 · 68,07 · 1000 = 272280 мг =272,280 г CaSO₄.

 

Контрольные задания согласно варианта из приложения А (таблица А.1)

341. Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жесткость 3,5 мэкв. Какая масса гидрокарбоната магния содержится в 200 л этой воды? Ответ: 51,1 г.

342. К 1 м³ жесткой воды прибавили 132,5 г карбоната натрия. Насколько понизилась жесткость? Ответ: на 2,5 мэкв/л.

343. Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к 50 л воды потребовалось прибавить 21,2 г карбоната натрия? Ответ: 8 мэкв/л.

344. Какая масса CaSО₄ содержится в 200 л воды, если жесткость, обусловливаемая этой солью, равна 8 мэкв/л? Ответ: 108,9 г.

345. Вода, содержащая только гидрокарбонат кальция, имеет жесткость        9 мэкв/л. Какая масса гидрокарбоната кальция содержится в 500 л воды? Ответ: 364,5 г.

346. Какие ионы надо удалить из природной воды, чтобы сделать ее мягкой? Введением каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения соответствующих реакций. Какую массу Са(ОН)₂ надо прибавить к 2,5 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 4,43 мэкв/л? Ответ: 0,406 г.

347. Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м³ воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 мэкв/л? Ответ: 21,2 г.

348. К 100 л жесткой воды прибавили 12,95 г гидроксида кальция. Насколько понизилась карбонатная жесткость? Ответ: на 3,5 мэкв/л.

349. Чему  равна карбонатная жесткость воды, если в 1 л ее содержится 0,292 г гидрокарбоната магния и 0,2025 г гидрокарбоната кальция? Ответ: 6,5 мэкв/л.

350. Какую массу гидроксида кальция надо прибавить к 275 л воды чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5,5 мэкв/л? Ответ: 55,96 г.

351. Какую массу Na₃PO₄, надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5 мэкв/л? Ответ: 136,6 г.

352. Какие соли обусловливают жесткость природной воды? Какую жесткость называют карбонатной, некарбонатной? Как можно устранить карбонатную, некарбонатную жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций. Чему равна жесткость воды, в 100 л которой содержится 14,632 г гидрокарбоната магния? Ответ: 2 мэкв/л.

353. Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 200 см³ воды, требуется 15 см³ 0,08н  раствора HCl. Ответ: 6 мэкв/л.,

354. В 1 л воды содержится ионов магния 36,47 мг и ионов кальция  50,1мг. Чему равна жесткость этой воды? Ответ: 5,5 мэкв/л.

355. Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 400 л воды, чтобы устранить жесткость, равную 3 мэкв/л. Ответ: 63,6 г.

356. Вода, содержащая только сульфат магния, имеет жесткость 7 мэкв. Какая масса сульфата магния содержится в 300 л этой воды? Ответ: 126,3 г.

357. Вычислите жесткость воды, зная, что в 600 л ее содержится 65,7 г гидрокарбонате магния и 61,2 сульфата кальция. Ответ: 3,2 мэкв/л.

358. В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды? Ответ: 0,83 мэкв/л.

359.Жесткость воды, в которой растворен только гидрокарбонат кальция, равна 4 мэкв. Какой объем 0,1 н раствора HCl потребуется для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 75 см³ этой воды? Ответ: 3 см³.

360. В 1 м³ воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды. Ответ: 2,33 мэкв/л.

 

ТЕМА 19: р ‒ Элементы (… ns ² np ^1‒6)

Контрольные задания согласно варианта из приложения А (таблица А.1)

361. В каком газообразном соединении азот проявляет свою низшую степень окисления? Напишите уравнения реакций получения этого соединения: а) при взаимодействии хлорида аммония с гидроксидом кальция; б) разложением нитрида магния водой.

362. Почему фосфористая кислота способна к реакциям самоокисления — самовосстановления (диспропорционирования)? На основании электронных уравнений составьте уравнение процесса разложения H₃PO₃, учитывая, что при этом фосфор приобретает низшую и высшую степени окисления.

363. В каком газообразном соединении фосфор проявляет свою низшую степень окисления? Напишите уравнения реакций: а) получения этого соединения при взаимодействии фосфида кальция с хлоридной (соляной) кислотой; б) горения его в кислороде.

364. Какую степень окисления проявляют мышьяк, сурьма и висмут? Какая степень окисления является более характерной для каждого из них? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) мышьяка с концентрированной азотной кислотой; б) висмута с концентрированной серной кислотой.

365. Как изменяются окислительные свойства галогенов при переходе от фтора к йоду и восстановительные свойства их отрицательно заряженных ионов? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций:

а) С1₂ + I₂ + H₂O =; б) KI + Вr₂ =. Укажите окислитель и восстановитель.

366. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции, происходящей при пропускании хлора через горячий раствор гидроксида калия. К какому типу окислительно‒восстановительных процессов относится данная реакция?

367. Какие реакции нужно провести для осуществления следующих превращений:

NaCl → HCl → Cl₂ → KСlO₃

Уравнения окислительно‒восстановительных реакций составьте на основании электронных уравнений.

368. К раствору, содержащему SbCl₃ и BiCl₃, добавили избыток раствора гидроксида калия. Напишите молекулярные и ионно‒молекулярные уравнения происходящих реакций. Какое вещество находится в осадке?

369. Чем существенно отличается действие разбавленной азотной кислоты на металлы от действия хлоридной (соляной) и разбавленной серной кислот? Что является окислителем в первом случае, что — в двух других? Приведите примеры.

370. Напишите формулы и назовите кислородные кислоты хлора, укажите степень окисления хлора в каждой из них. Какая из кислот более сильный окислитель? На основании электронных уравнений закончите уравнение реакции:

KI + NaOCl + H₂SO₄ → I₂ +...

Хлор приобретает низшую степень окисления.

371. Какие реакции нужно провести, имея азот и воду, чтобы получить нитрат аммония? Составьте уравнения соответствующих реакций.

372. Какую степень окисления может проявлять кремний в своих соединениях? Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Mg₂Si → SiH₄ → SiO₂ → K₂SiO₃ → H₂SiO₃

При каком превращении происходит окислительно‒восстановительная реакция?

373. Какое применение находит кремний? Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

SiO₂ → Si → K₂SiO₃ → H₂SiO₃

Окислительно‒восстановительные реакции напишите на основании электронных уравнений.

374. Как получают диоксид углерода в промышленности и в лаборатории? Напишите уравнения соответствующих реакций и реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

NaHCO₃ → CO₂ → CaCO₃ → Ca(HCO₃)₂

375. Какие из солей угольной кислоты имеют наибольшее промышленное применение? Как получить соду, исходя из металлического натрия, хлоридной (соляной) кислоты, мрамора и воды? Почему в растворе соды лакмус приобретает синий цвет? Ответ подтвердите составлением уравнений соответствующих реакций.

376. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:

Al → Al₂(SO₄)₃ → Na[Al(OH)₄] → Al(NO₃)₃

377. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) алюминия с раствором щелочи; б) бора с концентрированной азотной кислотой.

378. Какой процесс называется алюминотермией? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции, на которой основано применение термита (смесь Аl и Fe₃O₄).

379. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:

B → H₃BO₃ → Na₂B₄O₇ → H₃BO₃

Уравнение окислительно‒восстановительной реакции составьте на основании электронных уравнений.

380. Какая степень окисления наиболее характерна для олова и какая для свинца? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций олова и свинца с концентрированной азотной кислотой.

381. Чем можно объяснить восстановительные свойства соединений олова (II) и окислительные свинца (IV)? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций: a) SnCl₂ с HgCl₂; б) РЬО₂ с НС1 конц.

382. Какие оксиды и гидроксиды образуют олово и свинец? Как изменяются их кислотно‒основные и окислительно‒восстановительные свойства в зависимости от степени окисления элементов? Составьте молекулярные и ионно‒молекулярные уравнения реакций взаимодействия раствора гидрoксида натрия: а) с оловом; б) с гидроксидом свинца (II).

383. Какие соединения называются карбидами и силицидами? Напишите уравнения реакций: а) карбида алюминия с водой; б) силицида магния с хлороводородной (соляной) кислотой. Являются ли эти реакции окислительно‒восстановительными? Почему?

384. На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции фосфора с азотной кислотой, учитывая, что фосфор приобретает высшую, а aзот ‒ степень окисления + 4.

385. Почему атомы большинства р‒элементов способны к реакциям диспропорционироваиия (самоокисления-самовосстановления)? На основании электронных уравнений напишите уравнение реакции растворения серы в концентрированном растворе щелочи. Один из продуктов содержит серу в степени окисления +4.

386. Почему сернистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций H₂SO₃: а) с сероводородом; б) с хлором.

387. Как проявляет себя сероводород в окислительно‒восстановительных реакциях? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия раствора сероводорода: а) с хлором; б) с кислородом.

388. Почему азотистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций НNO₂: а) с бромной водой; б) с HI.

389. Почему диоксид азота способен к реакциям самоокисления — самовосстановления (диспропорционирования)? На основании электронных уравнений напишете уравнение реакции растворения N0₂ в гидроксиде натрия.

390. Какие свойства в окислительно‒восстановительных реакциях проявляет серная кислота? Напишите уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием и концентрированной — с медью. Укажите окислитель и восстановитель.