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 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 = 272 280 мг == 272,280 г CaSO₄.

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

Решение. В 500 л воды содержится 500 • 5 = 2500 мэкв солей, обусловливающих жесткость воды. Для устранения жесткости следует прибавить 2500 • 53 = 132 500 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 HCl.

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

.

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 = m/ЭV,

где т – 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 = т/ЭV = 202 500/81 • 500 = 5 мэкв. 81 – эквивалентная масса Са(НСО₃)₂, равная половине его мольной массы.

Решение примера 2. Из формулы Ж = m/ЭV, т = 4 • 68,07 • 1000 = 272 280 мг = 272,280 г CaSO₄.

Контрольные вопросы

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

342.Какие соли обусловливают жесткость природной воды? Какую жесткость называют карбонатной, не карбонатной? 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: 2мэкв/л.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

354.Какая масса CaSO₄ содержится в 200 л воды, если жесткость, обусловливаемая этой солью, равна 8 мэкв? Ответ: 108,9 г.

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

356.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.

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

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

359.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.

360.Какую массу гидроксида кальция надо прибавить к 275 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5,5 мэкв? Ответ: 56,06 г.

p-Элементы (…ns²np^{1 – 6})

Контрольные вопросы

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

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

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

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

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

В ® Н₃ВО₃ ® Na₂ B₄О₇ ® Н₃ВО₃

Уравнение окислительно-восстановительной реакции составьте на основании электронных уравнений.

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

366.Чем можно объяснить восстановительные свойства соединений олова (II) и окислительные свинца (IV)? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций: a) SnCl₂ с HgCl₂; б) РbО₂ с НСl конц.

367.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 гидроксида натрия: а) с оловом; б) с гидроксидом свинца (II).

368. 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?

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

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

371.Почему сернистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций H₃SO₃: а) с сероводородом; б) с хлором.

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

373.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.

374. Почему диоксид азота способен к реакциям самоокисления – самовосстановления (диспропорционирования)? На основании электронных уравнений напишите уравнение реакции растворения NO₂ в гидроксиде натрия.

375. 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.

376.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.

377.Почему фосфористая кислота способна к реакциям самоокисления – самовосстановления (диспропорционирования)? На основании электронных уравнений составьте уравнение процесса разложения Н₃РО₃, учитывая, что при этом фосфор приобретает низшую и высшую степени окисления.

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

379.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,

380.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) Сl₂ + I₂ + Н₂О =;
б) КI + Вr₂ =. Укажите окислитель и восстановитель.

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

382. Какие реакции нужно провести для осуществления следующих превращений:

NaCl ® HCl ® Сl₂ ® КСlO₃

Уравнения окислительно-восстановительных реакций составьте на основании электронных уравнений.

383.К раствору, содержащему SbCl₃ и ВiCl₃, добавили избыток раствора гидроксида калия. Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций. Какое вещество находится в осадке?

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

385.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.

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

387.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?

388. 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.

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

NaHCO₃ ® СО₂ ® СаСО₃ ® Са(НСО₃)₂

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

d-Элементы (… (n – 1) d^{1 – 10} ns^{0 – 2})

Контрольные вопросы

391.Серебро не взаимодействует с разбавленной серной кислотой, тогда как в концентрированной оно растворяется. Чем это можно объяснить? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующей реакции.

392.Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Cu ® Cu(NO₃)₂ ® Cu(OH)₂ ® CuCl₂ ® [Cu(NH₃)₄]Cl₂

393.Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций цинка: а) с раствором гидроксида натрия; б) с концентрированной серной кислотой, учитывая восстановление серы до нулевой степени окисления.

394.Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Ag ® AgNO₃ ® AgCl ® [Ag(NH₃)₂]Cl ® AgCl

395.При постепенном прибавлении раствора KI к раствору Hg(NO₃)₂ образующийся вначале осадок растворяется. Какое комплексное соединение при этом получается? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.

396.Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Cd ® Cd(NO₃)₂ ® Cd(OH)₂ ® [Cd(NH₃)₆](OH)₂ ®CdSO₄

397.При сливании растворов нитрата серебра и цианида калия выпадает осадок, который легко растворяется в избытке KCN, Какое комплексное соединение при этом получается? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.

398.К какому классу соединений относятся вещества, полученные при действии избытка гидроксида натрия на растворы ZnCl₂, CdCl₂, HgCl₂? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.

399.При действии на титан концентрированной хлороводородной (соляной) кислоты образуется трихлорид титана, а при действии азотной – осадок метатитановой кислоты. Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

400.При растворении титана в концентрированной серной кислоте последняя восстанавливается минимально, а титан переходит в катион с высшей степенью окисления. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.

401.Какую степень окисления проявляют медь, серебро и золото в соединениях? Какая степень окисления наиболее характерна для каждого из них? Иодид калия восстанавливает ионы меди (II) в соединения меди со степенью окисления +1. Составьте электронные и молекулярные уравнении взаимодействия КI с сульфатом меди.

402.Диоксиды титана и циркония при сплавлении взаимодействуют со щелочами. О каких свойствах оксидов говорят эти реакции? Напишите уравнения реакций между: а) ТiO₃ и ВаО; б) ZrO₂ и NaOH. В первой реакции образуется метатитанат, а во второй – ортоцирконат соответствующих металлов.

403.На гидроксиды цинка и кадмия подействовали избытком растворов серной кислоты, гидроксида натрия и аммиака. Какие соединения цинка и кадмия образуются в каждой из этих реакций? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций?

404.Золото растворяется в царской водке и в селеновой кислоте, приобретая при этом высшую степень окисления. Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

405.В присутствии влаги и диоксида углерода медь окисляется и покрывается зеленым налетом. Как называется и каков состав образующегося соединения? Что произойдет, если на него подействовать хлороводородной (соляной) кислотой? Напишите уравнения соответствующих реакций. Окислительно-восстановительную реакцию составьте на основании электронных уравнений.

406.Кусок латуни обработали азотной кислотой. Раствор разделили на две части. К одной из них прибавили избыток раствора аммиака, к другой – избыток раствора щелочи. Какие соединения цинка и меди образуются при этом? Составьте уравнения соответствующих реакций.

407.Ванадий получают алюминотермически или кальцийтермически восстановлением оксида ванадия (V)V₂O₅. Последний легко растворяется в щелочах с образованием метаванадатов. Напишите уравнения соответствующих реакций. Уравнения окислительно-восстановительных реакций составьте на основании электронных равнений.

408.Азотная кислота окисляет ванадий до метаванадиевой кислоты. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции.

409.Какую степень окисления проявляет ванадий в соединениях? Составьте формулы оксидов ванадия, отвечающих этим степеням окисления. Как меняются кислотно-основные свойства оксидов ванадия при переходе от низшей к высшей степени окисления. Составьте уравнения реакций: a) V₂O₃ с H₂SO₄; б) V₂O₅ с NaOH.

410.При внесении цинка в подкисленный серной кислотой раствор метаванадата аммония NH₄VO₃ желтая окраска постепенно переходит в фиолетовую за счет образования сульфата ванадия (II). Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции.

411.Хромит калия окисляется бромом в щелочной среде. Зеленая окраска раствора, переходит в желтую. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции. Какие ионы обусловливают начальную и конечную окраску раствора?

412.Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) растворения молибдена в азотной кислоте; б) растворения вольфрама в щелочи в присутствии кислорода. Учтите, что молибден и вольфрам приобретают высшую степень окисления.

413.При сплавлении хромита железа Fe(CrO₂)₂ с карбонатом натрия в присутствии кислорода хром (III) и железо (II) окисляются и приобретают соответственно степени окисления +6 и +3. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции.

414.К подкисленному серной кислотой раствору дихромата калия прибавили порошок алюминия. Через некоторое время оранжевая окраска раствора перешла в зеленую. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.

415.Хром получают методом алюминотермии из его оксида (III), а вольфрам – восстановлением оксида вольфрама (VI) водородом. Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

416.Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления превращений:

Na₂Cr₂O₇ ® Na₂CrO₄ ® Na₂Cr₂O₇ ® CrCl₃ ® Cr(OH)₃

Уравнение окислительно-восстановительной реакции напишите на основании электронных уравнений.

417.Марганец азотной кислотой окисляется до низшей степени окисления, а рений приобретает высшую степень окисления. Какие соединения при этом получаются? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

418.Хлор окисляет манганат калия К₂МnО₄. Какое соединение при этом получается? Как меняется окраска раствора в результате этой реакции? Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.

419.Как меняется степень окисления марганца при восстановлении КМnО₄ в кислой, нейтральной и щелочной средах? Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции между КМnО₄ и KNO₂ в нейтральной среде.

420.На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции получения манганата калия К₂МnО₄ сплавлением оксида марганца (IV) с хлоратом калия КСlO₃ в присутствии гидроксида калия. Окислитель восстанавливается максимально, приобретая низшую степень окисления.

421.Почему оксид марганца (IV) может проявлять и окислительные, и восстановительные свойства? Исходя из электронных уравнений, составьте уравнение реакций:

а) МnО₂ + KI + H₂SO₄ = ; б) МnО₂ + КNО₃ + КОН =

422.Для получения хлора в лаборатории смешивают оксид марганца (IV) с хлоридом натрия в присутствии концентрированной серной кислоты. Составьте электронные и молекулярное уравнения этой реакции.

423.Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Fe ® FeSO₄ ® Fe(OH)₂ ® Fe(OH)₃ ® FeCl₃

424.Какую степень окисления проявляет железо в соединениях? Как можно обнаружить ионы Fe²⁺ и Fe³⁺ в растворе? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций.

425.Чем отличается взаимодействие гидроксидов кобальта (III) и никеля (III) с кислотами от взаимодействия гидроксида железа (III) с кислотами? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

426.Могут ли в растворе существовать совместно следующие вещества: а) FeCl₃ и SnCl₂; б) FeSO₄ и NaOH; в) FeCl₃ и К₃[Fe(CN)₆]? Для взаимодействующих веществ составьте уравнения реакций.

427.Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления превращений:

Ni ® Ni(NO₃)₂ ® Ni(OH)₂ ® Ni(OH)₃ ® NiCl₂

Уравнения окислительно-восстановительных реакций напишите на основании электронных уравнений.

428.Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) растворения платины в царской водке; б) взаимодействия осмия с фтором. Платина окисляется до степени окисления +4, а осмий – до +8.

429.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Fe ®FeCl₂ ® Fe(CN)₂ ® K₄[Fe(CN)₆] ® K₃[Fe(CN)₆]

К окислительно-восстановительным реакциям составьте электронные уравнения.

430. Феррат калия K₂FeO₄ образуется при сплавлении Fe₂O₃ с калийной селитрой KNO₃ в присутствии КОН. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.