Жесткость воды. Методы умягчения

Природная вода содержит в растворенном или коллоидном состоянии различные неорганические и органические соединения.

В наибольшем количестве в воде содержится катионы Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ и анионы CO₃^2-, HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-. Другие катионы (Fe³⁺, Mn²⁺) и анионы (HSiO₃^-, SO₃^2-, S₂O₃^2-) встречаются значительно реже. В воде чаще всего растворены газы CO₂, O₂, N₂, H₂S, CH₄ и др.

Состав природных вод характеризуется некоторыми технологическими показателями, в том числе жёсткостью, реакцией среды, щелочностью, солесодержанием, окисляемостью.

Жесткость воды отражает содержание в ней ионов кальция и магния. Она выражается в моль/л:

Ж = ([Ca²⁺] + [Mg²⁺]).

Различают карбонатную и некарбонатную жёсткость. Карбонатной называют жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂, CaCO₃, MgCO₃ (растворимость CaCO₃ в воде 13 мг/л, MgCO₃ – 110 мг/л). Некарбонатная жёсткость представляет собой разность между общей и карбонатной жесткостью и обусловлена присутствием в воде солей сильных кислот CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄, MgSO₄.

Временная жесткость устраняется кипячением воды в течение 1 ч. Она обусловлена гидрокарбонатами.

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + СО₂↑.

При нагревании ионы HCO₃^- переходят в ионы CO₃^2-. Образующийся карбонат кальция имеет малую растворимость (13 мг/л). Та часть карбонатной жесткости, которая остается после кипячения воды в течение часа, называется остаточной карбонатной жесткостью. Остаточная карбонатная жесткость с некарбонатной составляет постоянную жесткость т.е. можно сказать, что это разность между общей жесткостью и временной.

Общую жёсткость Ж_о и карбонатную Ж_к воды можно определить методом титрования. Для определения Ж_о производится комплексометрическое титрование пробы анализируемой воды раствором двузамещённой натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б) в щелочной среде (рН=8) в присутствии индикатора хром тёмно-синий. Фиксируется переход окраски воды из розовой в голубую. Карбонатная жёсткость определяется кислотно-основным титрованием воды раствором соляной кислоты в присутствии индикатора метилового оранжевого, фиксируется переход желтой окраски в оранжевую.

1 мг/моль соответствует содержанию в 1 л воды 20.04 мг кальция или 12,16 мг магния. (За рубежом применяют разные условные единицы жесткости, называемые градусами жесткости, 1 градус соответствует 0,357 ммоль/л катионов двухзарядных металлов).

Щёлочность воды выражается суммой концентраций ионов гидроксида и анионов слабых кислот HCO₃^-, CO₃^2-.

Солесодержание – общая (суммарная) концентрация солей в воде.

Окисляемость отражает содержание примесей, способных взаимодействовать с окислителями.

Водоподготовка – комплекс технологических процессов по очистке воды для приведения её качества в соответствие с требованиями потребителя. Если ионные примеси могут образовывать малорастворимое соединение, то их можно перевести в это соединение, примеси-окислители можно устранить восстановлением, а примеси-восстановители – окислением. Для удаления примесей широко используется адсорбция, причём незаряженные примеси адсорбируются на активированном угле или других адсорбентах, а ионы – на ионообменных веществах.

Методы осаждения

Методы осаждения сводятся к переводу растворимых солей Ca²⁺ и Mg²⁺ в трудно растворимые соединения CaCO₃ и MgCO₃. Они делятся на термический и реагентные методы.

Термический метод. При нагревании воды до 95 -98⁰С гидрокарбонатные ионы НCO₃^- переходят в ионы CO₃^2-. Так как растворимость газов (CO₂) уменьшается с увеличением температуры, то при кипячении воды из нее выделяется CO₂ . Это приводит к смещению химического равновесия вправо и гидрокарбонаты переходят в трудно растворимые карбонаты, выпадающие в осадок:

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + Н₂О + СО₂ .

Этот метод частично умягчает воду, снижает карбонатную жесткость, устраняет временную жесткость, а некарбонатная жесткость не изменяется.

Реагентные или химические методы. При реагентных методах удаления ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ достигается также в результате перевода их в малорастворимые соединения, но не нагреванием, а действием соответствующих химических реагентов.

Известковый метод применяется для уменьшения карбонатной жесткости:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃ + 2Н₂О;

Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ = Mg(OH)₂ + 2CaCO₃ + 2Н₂О.

С о довый метод используется для уменьшения некарбонатной жесткости:

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃ + 2NaCl;

CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃ + Na₂SO_4.

Для одновременного удаления карбонатной и некарбонатной жесткости применяется содово – известковый метод:

MgCl₂ +Na₂CO₃ = MgCO₃ + 2NaCl;

MgCO₃ + Ca(OH)₂ = Mg(OH)₂ + CaCO_3.

Метод добавления антинакипинов. Антинакипины – вещества добавляемые в воду с целью борьбы с образованием накипи. При добавлении антинакипинов ионы Ca²⁺ и Mg²⁺ переходят в осадок, который легко удаляется из воды (плотной накипи по стенкам не образуется). К антинакипинам относятся коллоиднодисперсный графит, фосфат натрия. Na₃РO₄ реагирует с солями Ca и Mg, образуя труднорастворимые соединения:

3CaSO₄ + 2Na₃РO₄ = Ca₃(РO₄) ₂ + 3Na SO₄;

3Ca(HCO₃)₂ + 2Na₃РO₄= Ca₃(РO₄) ₂ + 6NaНСО₃.

Баритный метод применяется в том случае, если в воде содержится большая концентрация SO₄^2-.

CaSO₄ + ВаСО₃ = CaCO₃ + ВаSО₄.

Методы ионного обмена

Рассмотренные методы все же не дают степени умягчения, которая требуется для некоторых областей применения воды. Кроме того, они громоздки и связаны со значительным расходом реагентов. В последние годы широкое распространение получил метод ионного обмена.

Применяемые в данном методе соединения называются ионитами – это твердые материалы, способные обменивать свои ионы на ионы, содержащиеся в воде.

К ионитам относятся различные вещества – как неорганические, так и органические, природные и синтетические. Одним из простейших ионообменных материалов является сульфоуголь, получаемый обработкой бурых углей концентрированной Н₂SO₄ при нагревании. Неорганические иониты – пермутиты. Это искусственно приготовленные зернистые материалы, по своей природе являющиеся алюмосиликатами. Их получают сплавлением кварца (SiO₂) с каолином (Al₂O₃) и содой (Na₂CO₃). Состав может быть условно обозначен [Na₂П].

В настоящее время наибольшее значение приобрели различные ионообменные смолы, вырабатываемые на основе синтетических полимеров. В зависимости от того какие ионы в этих смолах обмениваются – катионы или анионы, различают катиониты и аниониты.

Методы ионного обмена применяются как для умягчения воды, так и для ее обессоливания. По виду обмениваемых ионов катиониты подразделяют на Na – катиониты – Na₂R (для умягчения воды), Н – катиониты (для обессоливания воды).

При пропускании воды через колонку, заполненную Na – катионитом (зерна 0,2-0,3 мм), происходят обменные реакции:

Ca(HCO₃)₂ + Na₂R = 2NaНСО₃ + CaR;

CaCl₂ + Na₂R = 2NaCl + CaR;

Mg(HCO₃) + Na₂R = 2NaНСО₃ + MgR,

где R – практически нерастворимый анион ионита. Вода полностью освобождается от Ca²⁺ и Mg²⁺.

Когда весь Na⁺ в катионите заменится на Ca²⁺ и Mg²⁺, катион утрачивает способность смягчать воду, но он может быть легко восстановлен – регенерирован концентрированным раствором NaCl:

CaR + 2NaCl = CaCl₃ + Na₂R;

MgR + 2NaCl = MgCl₂ + Na₂R.

Сущность Н – катионирования состоит в реакции обмена иона Н⁺ из катиона на ионы Ca²⁺,Mg²⁺, Na⁺ в воде.

Ca(HCO₃)₂ + Н₂R = CaR + 2Н₂О + 2СО₂;

CaCl₂ + Н₂R = CaR + 2НCl;

MgSO₄ + Н₂R = MgR + Н₂SO₄.

В результате обработки в воде вместо солей появляется эквивалентное количество кислоты. Происходит обессоливание воды.

Регенерация Н – катионов осуществляется раствором кислоты:

CaR + Н₂SO₄ = CaSO₄ + Н₂R.

Аниониты способны к обмену ионов только в кислой среде. С помощью анионитов осуществляется обмен всех кислотных анионов, содержащихся в воде, на ионы ОН^-:

SO₄^2- + R(ОН)₂ = RSO₄ + 2ОН^-,

CO₃^2- + R(ОН)₂ = RCO₃ + 2ОН^-,

Cl^- + R(ОН)₂ = RCl₂ + 2ОН^-.

Аниониты регенерируются раствором NaОН:

RSO₄ + 2NaОН = Na₂SO₄ + R(ОН)₂.

Кроме перечисленных методов на практике применяются еще магнитные, ультразвуковые, электрохимические и другие методы обработки воды.

Частичное удаление солей из воды может быть осуществлено путем вымораживания. Этот способ применяется для опреснения морской воды. При замерзании воды основная масса солей остается в незамерзшей воде, а лед сравнительно мало содержит солей.

Вода, используемая для питьевых нужд, подвергается очистке от взвесей (коагуляцией, осветлением) и обеззараживанию с помощью жидкого хлора, хлорной извести, озона.

Примеры решения задач

Пример 1. Определите общую Ж_о, карбонатную Ж_к и некарбонатную Ж_нк жесткость воды, если на титрование её 100 мл потребовалось 8 мл 0.1н. раствора трилона Б и 5 мл 0.1н. раствора соляной кислоты.

Решение:

Расчёт жёсткости воды ведётся по закону эквивалентов:

ммоль/л,

где V_B – объём анализируемой пробы воды, мл; V_T – объём титрующего раствора, мл; С_Н – нормальная (эквивалентная) концентрация титрующего раствора, моль/л.

После подстановки заданных значений получим:

ммоль/л,

ммоль/л,

Ж_нк = Ж_о – Ж_к = 8 – 5 = 3 ммоль/л.

 

 

Пример 2. Анализ воды показал, что в ней содержится гидрокарбонат кальция Ca(HCO₃)₂ массой 1386 мг, хлорид кальция CaCl₂ массой 610 мг, хлорид натрия NaCl массой 480 мг. Объём воды составил5 л. Определите общую жёсткость Ж_о, карбонатную Ж_к, некарбонатную Ж_нк жесткость, солесодержание, рН воды.

Решение:

Общая жесткость воды Ж_о – суммарная концентрация ионов Ca²⁺и Mg²⁺, выраженная в ммоль/л:

где m₁, m₂ – масса катионов Ca²⁺и Mg²⁺ в воде или соответствующих им солей, мг; Э₁, Э₂ – молярная масса эквивалентов (эквивалент) катионов Ca²⁺и Mg²⁺ или соответствующих им солей, г/моль; V – объём воды, л.

Определим эквиваленты солей, характеризующих жёсткость воды:

Э(Ca(HCO₃)₂) = М/2 = 81.05 г/моль, Э(CaCl₂) = М/2 = 55.5 г/моль.

Общую жёсткость воды можно рассчитать:

ммоль/л.

Поскольку карбонатная жёсткость Ж_к – это часть Ж_о, обусловленная содержание в воде гидрокарбонатов кальция и магния, то она равна:

ммоль/л.

Некарбонатная жесткость Ж_нк исследуемой воды обусловлена содержанием в ней соли хлорида кальция:

ммоль/л.

Солесодержание:

г/л.

Расчёт рН воды. Соли NaCl, CaCl₂ образованы сильными основаниями и сильными кислотами. Их растворы в воде имеют нейтральную реакцию среды, рН=7. Соль Ca(HCO₃)₂ образована сильным основанием Ca(OH)­₂ и слабой кислотой H₂CO₃, поэтому при растворении в воде подвергается гидролизу, и её раствор имеет основную реакцию среды:

HCO₃^- + H₂O ↔ H₂CO₃ + OH^-.

Константа гидролиза соли вычисляется по формуле:

,

где К_ώ = 10^-14 – ионное произведение воды; К_д1(H₂CO₃) = 4.45●10^-7 – константа диссоциации угольной кислоты по первой ступени.

Уравнение диссоциации гидрокарбоната кальция:

Ca(HCO₃)₂ ↔ Ca²⁺ + 2HCO₃^-,

поэтому исходная концентрация гидрокарбонат-ионов: С₀ = 2С(Ca(HCO₃)₂) = 3.3●10^-3 моль/л.

Определяем степень гидролиза гидрокарбоната кальция:

Находим концентрацию гидроксид-ионов и рН раствора соли:

моль/л,

,

- основная реакция среды.

Пример 3. Природная вода имеет следующие исходные показатели качества: общая жёсткость Ж_о = 5.15 ммоль/л, солесодержание Р = 0.47 г/л. Солевой состав воды: 1386 мг Ca(HCO₃)₂, 500 мг MgCl₂, 480 мг NaCl. Объём воды V = 5 л. Определите жёсткость и солесодержание воды после Na – катионирования.

Решение:

При Na-катионировании исходная вода пропускается через слой Na-катионита. При этом ионы Ca²⁺и Mg²⁺ из природной воды обмениваются на ионы Na⁺ из катионита:

2R^-Na⁺_(И) + Ca²⁺_(р-р) ↔ R^-₂Сa²⁺_(И) + 2Na⁺_(р-р)

2R^-Na⁺_(И) + Mg²⁺_(р-р) ↔ R^-₂Mg²⁺_(И) + 2Na⁺_(р-р).

Обмен происходит по закону эквивалентов, т.е.

N_Э(Ca²⁺, Mg²⁺) = N_Э(Na⁺) или Ж_оV = N_Э(Na⁺).

Молярные массы эквивалентов солей жёсткости и солей натрия:

Э(Ca(HCO₃)₂) = М/2 = 162.11/2 = 81.05 г/моль;

Э(MgCl₂) = М/2 = 95.21/2 = 47.62 г/моль;

Э(NaHCO₃) = М = 84 г/моль; Э(NaCl) = М = 58.5 г/моль.

Тогда солесодержание Na-катионированной воды будет определяться содержанием в воде солей натрия:

 

г/л.

Видно, после полного Na – катионирования воды её солесодержание осталось, примерно, как в исходной воде.

Пример 4. Определите жёсткость, солесодержание и рН воды после её обработки методом Н – катионирования, если её природная вода имеет следующий солевой состав: 1386 мг Ca(HCO₃)₂, 500 мг MgCl₂, 480 мг NaCl. Объём воды V = 5 л.

Решение:

При Н-катионировании исходная вода пропускается через слой Н-катионита. При этом катионы из обрабатываемой воды обмениваются на ионы водорода из катионита:

2R^-Н⁺_(И) + Ca²⁺_(р-р) ↔ R^-₂Сa²⁺_(И) + 2Н⁺_(р-р)

2R^-Н⁺_(И) + Mg²⁺_(р-р) ↔ R^-₂Mg²⁺_(И) + 2Н⁺_(р-р)

R^-Н⁺_(И) + Na⁺_(р-р) ↔ R^-Na⁺_(И) + Н⁺_(р-р).

Как видно, после Н-катионирования в обработанной воде практически не остаётся растворённых солей, т.е. солесодержание и жёсткость воды становятся близкими к нулю: Р=0; Ж_о=0. Однако обработанная вода в результате образования избытка ионов водорода становится более коррозионно-агрессивной, так как уменьшается рН среды. Обмен катионов происходит по закону эквивалентов:

поэтому концентрация ионов водорода в обработанной воде будет равна:

моль/л.

Определим рН обработанной воды:

рН = -lg a(H⁺) ≈ -lg C(H⁺) = - lg(7.1●10^-3) = 2.2 – среда кислая.

Пример 5. Определите жёсткость, солесодержание и рН воды после параллельного Н-Na – катионирования. Природная вода имеет исходные показатели качества: жесткость карбонатная Ж_К = 3.3 ммоль/л, жесткость некарбонатная Ж_НК = 2.2 ммоль/л, солесодержание Р = 0.47 г/л. Солевой состав: 1386 мг Ca(HCO₃)₂, 500 мг MgCl₂, 480 мг NaCl. Объём воды V = 5 л.

Решение:

В методе параллельного H-Na – катионирования весь объём воды делится на два потока, один из которых (эквивалентный некарбонатной жёсткости) направляется на Na – катионирования, а другой (эквивалентный карбонатной жёсткости) – на Н - катионирование:

После обработки потоки воды объединяются. Процессы в катионитах:

2R^-Na⁺_(И) + Mg²⁺_(р-р) + 2Cl^-_(p-p) ↔ R^-₂Mg²⁺_(И) + 2Na⁺_(р-р) + 2Cl^-_(p-p),

2R^-Н⁺_(И) + Ca²⁺_(р-р) + 2HCO₃^-_(p-p) ↔ R^-₂Сa²⁺_(И) + 2Н⁺_(р-р) + 2HCO₃^-_(p-p).

Как видно из уравнений процессов H-Na – катионирования, при полном сдвиге равновесия вправо в воде не остаётся ионов Ca²⁺и Mg²⁺, следовательно, Ж_о=0. Солесодержание обработанной воды определяется растворённой в воде солью NaCl (исходная соль плюс продукт катионирования):

г/л.

Как видно, солесодержание воды после параллельного Н-Na – катионирования стало меньше, чем в исходной воде, но не стало равным нулю, как при Н-катионировании.

Водородные показатель среды после параллельного Н-Na – катионирования определяется наличием в обработанной воде избытка водородных ионов, концентрация которых эквивалентна Ж_К исходной воды:

моль/л,

рН = -lg a(H⁺) ≈ -lg C(H⁺) = - lg(3.3●10^-3) = 2.48 – среда кислая.

Пример 6. Определите массы реагентов, требуемых для полного умягчения воды, если природная вода имеет следующие показатели жесткости (ммоль/л): Ж_К = 3.3, Ж_НК = 2.2. Объём воды V = 5 л. Солевой состав воды Ca(HCO₃)₂, MgCl₂.

Решение:

Умягчение воды методом осаждения – это обработка воды химическими реагентами: содой и известью. В результате образуются труднорастворимые вещества CaCO₃ и Mg(OH)₂, выделяемые из воды фильтрованием:

При добавлении в воду извести Ca(OH)₂ снижается карбонатная жёсткость:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃ + 2Н₂О.

При добавлении в воды соды Na₂CO₃ снижается некарбонатная жёсткость воды:

MgCl₂ +Na₂CO₃ = MgCO₃ + 2NaCl.

Массу используемых реагентов можно определить по закону эквивалентов:

Эквивалентные массы реагентов:

Э(Ca(OH)₂) = 37 г/моль, Э(Na₂CO₃) = 53 г/моль.

Определим массы реагентов для умягчения воды:

г или 611 мг,

г или 583 мг.

Пример 7. Общая жёсткость воды Жо = 5.5 ммоль/л, карбонатная жёсткость Ж_К = 3.3 ммоль/л. Объём воды V = 5 л. Определите массу осадка, выпавшего при термическом умягчении воды.

Решение:

При термическом умягчении воды происходит снижение карбонатной жёсткости в соответствии с реакцией

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + Н₂О + СО₂ .

Массу образовавшегося карбоната кальция (осадка) можно определить по закону эквивалентов:

Эквивалент карбоната кальция: Э(CaCO₃) = M/2 = 50 г/моль, тогда масса образовавшегося карбоната кальция

г.

Определим, сколько карбоната кальция растворится в 5 л воды. Согласно справочным данным произведение растворимости ПР(CaCO₃) = 4.8●10^-9. Предельная растворимость в воде карбоната кальция:

моль/л,

предельная масса растворённого в 5 л воды карбоната кальция:

г.

Таким образом, в осадок при термическом умягчении воды выпадет:

г.

Остаточная жёсткость воды после её термического умягчения будет практически равна некарбонатной жесткости 2.2 ммоль/л.

Контрольное задание

Многовариантная задача

Задача 1. Считая, что в воде содержатся только соли Ca(HCO₃)₂ и CaCl₂, рассчитайте:

- солесодержание и рН исходной воды;

- массу осадка после термического умягчения воды;

- количество реагентов, необходимых для умягчения воды методом осаждения (расчёт вести на 100%-ные растворы умягчающих реагентов);

- солесодержание и рН воды после Na-катионирования;

- солесодержание и рН воды после Н-катионирования.

Номер варианта	Объём воды, V, м^3	ЖК, ммоль/л	ЖНК, ммоль/л
		2,5	4,0
		3,0	4,0
		3,0	4,5
		2,5	4,0
		2,5	5,5
		3,5	4,0
		1,0	1,5
		2,0	3,0
		2,0	3,5
		1,5	4,0
		2,5	4,5
		2,0	3,5
		2,0	4,0
		1,5	4,5
		2,5	3,5

 

Предлагаемые варианты заданий для индивидуальной работы

Вариант №1

Задача 2. Определите сколько мл 0.1н. раствора трилона Б и 0.1н. раствора HCl израсходовано при определении жёсткости воды методом комплексонометрии, если объём пробы воды равен 100 мл. Результаты анализа: общая жёсткость Ж_о=3 ммоль/л, карбонатная жёсткость Ж_К=2.5 ммоль/л.

Задача 3. Рассчитайте, как изменилась в воде концентрация ионов Ca²⁺, если в воду после фильтрования через Na-катионит перешло 23 мг/л Na⁺.

Вариант №2

Задача 2. Какую массу и каких реагентов нужно затратить на умягчение 7 л воды, имеющей следующие величины жёсткости: Ж_о=5 ммоль/л, Ж_К=4 ммоль/л. Составьте уравнения процессов умягчения.

Задача 3. Рассчитайте изменение жёсткости воды в результате Na-катионирования, если концентрация ионов Na⁺ в воде увеличилась на 46 мг/л. Составьте уравнение процесса. Изменилось ли солесодержание воды?

 

Вариант №3

Задача 2. Определите сколько мл 0.1н. раствора трилона Б и 0.05н. раствора HCl израсходовано при определении жёсткости воды методом комплексонометрии, если объём пробы воды равен 100 мл. Результаты анализа: общая жёсткость Ж_о=2.5 ммоль/л, карбонатная жёсткость Ж_К=2 ммоль/л.

Задача 3. Общая жёсткость воды равна 4.5 ммоль/л. Через ионообменный фильтр пропущено 100 л воды. Сколько молей эквивалентов Ca²⁺ и Mg²⁺ задержано фильтром, если жёсткость воды при этом снизилась до 0.12 ммоль/л? Составьте уравнения процессов.

 

Вариант №4

Задача 2. Какую массу и каких реагентов нужно затратить на умягчение 30 л воды, имеющей следующие величины жёсткости: Ж_о=2.75 ммоль/л, Ж_К=1.6 ммоль/л. Составьте уравнения процессов умягчения.

Задача 3. Рассчитайте изменение жёсткости воды в результате Н-катионирования, если в воду перешло 12 мг/л ионов Н⁺. Составьте уравнение процесса. Изменилось ли солесодержание воды?

 

Вариант №5

Задача 2. На умягчение 10 л воды израсходовано Ca(OH)₂ массой 3.7 г и Na₂CO₃ массой 1.06 г. Рассчитайте общую жёсткость Ж_о исходной воды. Составьте уравнения процессов умягчения.

Задача 3. Общая жёсткость воды равна 5 ммоль/л. Через ионообменный фильтр пропущено 10 л воды. Сколько молей эквивалентов Ca²⁺ и Mg²⁺ задержано фильтром, если жёсткость воды при этом снизилась до 0.5 ммоль/л? Составьте уравнения процессов.

Вариант №6

Задача 2. При термическом умягчении 10 л воды образовался осадок массой 2 г. Определите остаточную Ж_НК, если исходная общая жёсткость воды Ж_о составляла 6.5 ммоль/л. Составьте уравнения процессов умягчения.

Задача 3. Рассчитайте изменение жёсткости воды в результате Na-катионирования, если концентрация ионов Na⁺ в воде увеличилась на 23 мг/л. Составьте уравнение процесса. Изменилось ли солесодержание воды?

 

Вариант №7

Задача 2. На умягчение 150 л воды израсходовано Ca(OH)₂ массой 5.57 г и Na₂CO₃ массой 26.6 г. Рассчитайте общую жёсткость Ж_о исходной воды. Составьте уравнения процессов умягчения.

Задача 3. Общая жёсткость воды равна 3.8 ммоль/л. Через ионообменный фильтр пропущено 100 л воды. Сколько молей эквивалентов Ca²⁺ и Mg²⁺ задержано фильтром, если жёсткость воды при этом снизилась до 0.07 ммоль/л? Составьте уравнения процессов.

Вариант №8

Задача 2. При термическом умягчении 20 л воды образовался осадок массой 2 г. Определите остаточную Ж_НК, если исходная общая жёсткость воды Ж_о составляла 5 ммоль/л. Составьте уравнения процессов умягчения.

Задача 3. Рассчитайте изменение жёсткости воды в результате Н-катионирования, если в воду перешло 8 мг/л ионов Н⁺. Составьте уравнение процесса. Изменилось ли солесодержание воды?

 

Вариант №9

Задача 2. В 4 м³ воды содержатся Ca(HCO₃)₂ массой 648 г и CaCl₂ массой 1335 г. Определите жёсткость, солесодержание и рН воды.

Задача 3. Общая жёсткость воды равна 7 ммоль/л. Через ионообменный фильтр пропущено 15 л воды. Сколько молей эквивалентов Ca²⁺ и Mg²⁺ задержано фильтром, если жёсткость воды при этом снизилась до 0.7 ммоль/л? Составьте уравнения процессов.

 

Вариант №10

Задача 2. Какую массу и каких реагентов нужно затратить на умягчение 12 л воды, имеющей следующие величины жёсткости: Ж_о=7.5 ммоль/л, Ж_К=5 ммоль/л. Составьте уравнения процессов умягчения.

Задача 3. Рассчитайте изменение жёсткости воды в результате Н-катионирования, если в воду перешло 10 мг/л ионов Н⁺. Составьте уравнение процесса. Изменилось ли солесодержание воды?

 

Вариант №11

Задача 2. В 10 м³ воды содержатся Ca(HCO₃)₂ массой 2430 г и CaCl₂ массой 1110 г. Определите жёсткость, солесодержание и рН воды.

Задача 3. Общая жёсткость воды равна 6 ммоль/л. Через ионообменный фильтр пропущено 10 л воды. Сколько молей эквивалентов Ca²⁺ и Mg²⁺ задержано фильтром, если жёсткость воды при этом снизилась до 0.5 ммоль/л? Составьте уравнения процессов.

 

Вариант №12

Задача 2. Определите сколько мл 0.05н. раствора трилона Б и 0.1н. раствора HCl израсходовано при определении жёсткости воды методом комплексонометрии, если объём пробы воды равен 150 мл. Результаты анализа: общая жёсткость Ж_о=4.5 ммоль/л, карбонатная жёсткость Ж_К=3.5 ммоль/л.

Задача 3. Рассчитайте изменение жёсткости воды в результате Na-катионирования, если концентрация ионов Na⁺ в воде увеличилась на 23 мг/л. Составьте уравнение процесса. Изменилось ли солесодержание воды?

 

Вариант №13

Задача 2. Какую массу и каких реагентов нужно затратить на умягчение 20 л воды, имеющей следующие величины жёсткости: Ж_о=5.5 ммоль/л, Ж_К=3.5 ммоль/л. Составьте уравнения процессов умягчения.

Задача 3. Общая жёсткость воды равна 4.1 ммоль/л. Через ионообменный фильтр пропущено 100 л воды. Сколько молей эквивалентов Ca²⁺ и Mg²⁺ задержано фильтром, если жёсткость воды при этом снизилась до 0.1 ммоль/л? Составьте уравнения процессов.

 

Вариант №14

Задача 2. При термическом умягчении 15 л воды образовался осадок массой 3 г. Определите остаточную Ж_НК, если исходная общая жёсткость воды Ж_о составляла 7.5 ммоль/л. Составьте уравнения процессов умягчения.

Задача 3. Рассчитайте изменение жёсткости воды в результате Na-катионирования, если концентрация ионов Na⁺ в воде увеличилась на 46 мг/л. Составьте уравнение процесса. Изменилось ли солесодержание воды?

 

Вариант №15

Задача 2. В 8 м³ воды содержатся Ca(HCO₃)₂ массой 1300 г и CaCl₂ массой 690 г. Определите жёсткость, солесодержание и рН воды.

Задача 3. Рассчитайте, как изменилась в воде концентрация ионов Ca²⁺, если в воду после фильтрования через Na-катионит перешло 23 мг/л Na⁺.

 

Приложение. Стандартные электродные потенциалы Е⁰ в водных растворах при 25 ^оС (298 К)

Элемент	Электродный процесс	Е^0, В	Элемент	Электродный процесс	Е^0, В
Ag	Ag^+ + e^- ® Ag^0	0.80	H	2H^+ + 2e^- ® H2	0.00
Al	Al^3+ + 3e^- ® Al^0	-1.66	Hg	Hg2^2+ + 2e^- ® 2Hg^0 Hg^2+ + 2e^- ® Hg^0 2Hg^2+ + 2e^- ® Hg2^2+	0.79 0.85 0.92
Au	Au^3+ + 3e^- ® Au^0 Au^+ + e^- ® Au^0	1.50 1.69	I	I2 + 2e^- ® 2I^-	0.54
Ba	Ba^2+ + 2e^- ® Ba^0	-2.90	K	K^+ + e^- → K^0	-2.92
Bi	Bi^3+ + 3e^- ® Bi^0	0.21	Li	Li^+ + e^- → Li^0	-3.04
Br	Br2 + 2e^- ® 2Br^-	1.07	Mg	Mg^2+ + 2e^- ® Mg^0	-2.36
Ca	Ca^2+ + 2e^- ® Ca^0	-2.87	Na	Na^+ + e^- → Na^0	-2.71
Cd	Cd^2+ + 2e^- ® Cd^0	-0.40	Ni	Ni^2+ + 2e^- ® Ni^0	-0.25
Cl	Cl2 + 2e^- ® 2Cl^-	1.36	O	O2 + 2H2O + 4e^- ® 4OH^- O2 + 4H^+ + 4e^- ® 2H2O	0.40 1.23
Co	Co^2+ + 2e^- ® Co^0 Co^3+ + e^- ® Co^2+	-0.28 1.81	Pb	Pb^2+ + 2e^- ® Pb^0	-0.13
Cr	Cr^3+ + 3e^- ® Cr^0	-0.74	Pt	Pt^2+ + 2e^- ® Pt^0	1.19
Cu	Cu^2+ + e^- ® Cu^+ Cu^2+ + 2e^- ® Cu^0 Cu^+ + e^- ® Cu^0	0.15 0.34 0.52	S	S2O8^2- + 2e^- ® 2SO4^2-	2.01
F	F2 + 2e^- ® 2F^-	2.87	Sn	Sn^2+ + 2e^- ® Sn^0	-0.14
Fe	Fe^2+ + 2e^- ® Fe^0 Fe^3+ + 3e^- ® Fe^0 Fe^3+ + e^- ® Fe^2+	-0.44 -0.04 0.77	Zn	Zn^2+ + 2e^- ® Zn^0	-0.76

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Коровин Н.В., Масленникова Г.Н., Мингулина Э.И., Филиппов Э.Л. Курс общей химии. М.: Высшая школа, 1990. 446 с.
2. Кудрявцев А.А. Составление химических уравнений. М.: Высшая школа, 1979.
3. Химия: Справ. изд. / В.Шретер, К.-Х.Лаутеншлегер, Х.Бибрак и др.: Пер. с нем. – М.: Химия, 1989. – Пер. изд.: ГДР, 1986. – 648 с.
4. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Задачи по неорганической химии. М.: Высшая школа, 1990. 319 с.
5. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. Л.: Химия, 1984. 264 с.
6. Задачи и упражнения по общей химии: Учебное пособие/ Б.И.Адамсон, О.Н.Гончарук, В.Н.Камышова и др.; Под ред. Н.В.Коровина. – М.: Высшая школа, 2004 г. 255 с.