ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И МЕТОДЫ ЕЕ УСТРАНЕНИЯ. Контрольные задачи с ответами по химии (2016 год)
Природная вода из-за наличия в ней различных растворимых солей
кальция и магния обладает так называемой жесткостью: при кипячении
она дает накипь, например, в паровых котлах; плохо вспенивает мыло
(вследствие образования нерастворимых солей Са2+ и Mg2+ с жирными ки-
слотами) и т.п. Различают жесткость устранимую (или временную), кото-
рую можно устранить кипячением воды, и постоянную, которая не устра-
няется кипячением. Сумма устранимой и постоянной жесткости составляет
общую жесткость.
Временная жесткость обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов
кальция и магния, которые при кипячении разлагаются с выделением СО2
и осадка карбонатов:
Временная жесткость поэтому называется карбонатной.
Постоянная жесткость обусловлена присутствием в воде сульфатов,
хлоридов, нитратов кальция и магния, она также называется некарбонат-
ной жесткостью.
Жесткость выражают суммой миллимоль эквивалентов ионов каль-
ция и магния, содержащихся в 1 л воды (ммоль экв/л). Один миллимоль
эквивалентов жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л ионов Са2+ или
12,16 мг/л ионов Mg2+ (для сравнения: 20,04 г/моль и 12,16 г/моль - моляр-
ные массы эквивалентов Са и Mg).
Устранение жесткости. Для уменьшения карбонатной жесткости
применяется метод известкования, при котором в обрабатываемую воду
вводят гашеную известь Са(ОН)2. Реакции, протекающие при введении из-
вести, можно записать в молекулярной форме уравнениями
§ 10.1. Решение типовых задач
Задача 10.1. Вычислить жесткость воды, зная, что в 500 л ее содер-
жится 202,5 г Са(НСО3)2 .
Р е ш е н и е. В 1 л воды содержится 202,5:500 = 0,405 г Са(НСО3)2,
что составляет 0,405:81 = 0,005 моль эквивалентов или 5 ммоль эквивален-
тов гидрокарбоната кальция или ионов кальция (81 г/моль - молярная мас-
са эквивалента Ca(HCO3)2). Следовательно, жесткость воды равна 5 ммоль
экв/л.
Задача 10.2. Сколько граммов CaSO4 содержится в 1 м3 воды, если
ее жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 ммоль экв/л?
Р е ш е н и е. Молярная масса сульфата кальция равна 136 г/моль, а
молярная масса эквивалента этой соли равна половине ее молярной массы,
т.е. 68 г/моль.
В 1 м3 воды с жесткостью 4 ммоль экв/л содержится
4.1000 = 4000
ммоль эквивалентов, или 4 моль эквивалентов CaSO4. Следовательно,
масса CaSO4 равна 68.4 = 272 г.
Задача 10.3. Сколько граммов соды надо прибавить к 500 л воды,
чтобы устранить ее жесткость, равную 5 (ммоль экв)/л?
Р е ш е н и е. В 500 л воды содержится 5.500 = 2500 ммоль эквива-
лентов или 2,5 моль эквивалентов солей, обусловливающих жесткость во-
ды. По закону эквивалентов для устранения жесткости к воде следует при-
бавить столько же эквивалентов соды Na2СО3. В граммах это будет состав-
лять 53·2,5 = 132,5 г соды (53 г/моль - молярная масса эквивалента соды
Na2СО3).
Задача 10.4. Вычислить карбонатную жесткость воды, зная, что на
титрование 100 см3 этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потре-
бовалось 6,25 см3 0,08 н раствора НСl.
Р е ш е н и е. Обозначим молярную концентрацию эквивалента гид-
рокарбоната кальция через х, тогда согласно закону эквивалентов
6,25∙0,08 = 100∙х,
откуда х = 0,005 моль экв/л.
Таким образом, в 1 л исследуемой воды содержится 0,005∙1000 =
5 ммоль эквивалентов Са(НСО3)2 или 5 ммоль эквивалентов ионов Са2+.
Отсюда карбонатная жесткость воды составляет 5 ммоль экв/л.
§ 10.2. Контрольные задачи
10.1. Сколько граммов Na3PO4 надо прибавить к 500 л воды, чтобы
устранить ее карбонатную жесткость, равную 5 ммоль экв/л?
10.2. Какие соли обусловливают жесткость природной воды? Какую
жесткость называют карбонатной, некарбонатной? Как можно устранить
карбонатную, некарбонатную жесткость? Написать уравнения соответст-
вующих реакций.
10.3. Вычислить карбонатную жесткость воды, зная, что для реакции
с Са(НСО3)2, содержащимся в 200 см3 воды, требуется 15 см3 0,08 н. рас-
твора НСl.
181
10.4. В 1 л воды содержится 36,47 мг ионов магния и
50,1 мг ионов
кальция. Чему равна жесткость этой воды?
10.5. Сколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 400 л во-
ды, чтобы устранить жесткость, равную 3 ммоль экв/л?
10.6. Вода, содержащая только сульфат магния, имеет жесткость
7 ммоль экв/л. Сколько граммов сульфата магния содержится в 300 л этой
воды?
10.7. Вычислить жесткость воды зная, что в 600 л ее содержится
65,7 г гидрокарбоната магния и 61,2 г сульфата кальция.
10.8. В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна же-
сткость этой воды?
10.9. Жесткость воды, в которой растворен только гидрокарбонат
кальция, равна 4 ммоль экв/л. Сколько 0,1 н. раствора НСl потребуется для
реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 75 см3 этой воды?
10.10. В 1 м3 воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислить
жесткость этой воды.
10.11. Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жест-
кость
3,5 ммоль экв/л. Сколько граммов гидрокарбоната магния содер-
жится в 250 л этой воды?
10.12. К 1 м3 жесткой воды прибавили 132,5 г карбоната натрия. На
сколько ммоль экв/л понизилась жесткость?
10.13. Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к 50 л во-
ды потребовалось прибавить 21,2 г карбоната натрия?
10.14. Сколько граммов CaSO4 содержится в 200 л воды, если жест-
кость, обусловленная этой солью, равна 8 ммоль экв/л?
10.15. Вода, содержащая только гидрокарбонат кальция, имеет жест-
кость, равную 9 ммоль экв/л. Сколько граммов гидрокарбоната кальция
содержится в 500 л этой воды?
10.16. Какие ионы надо удалить из природной воды, чтобы сделать
ее мягкой? Введением каких ионов можно умягчить воду? Составить урав-
нения соответствующих реакций.
10.17. Сколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м3
воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 ммоль экв/л?
10.18. К 100 л жесткой воды прибавили 12,95 г гидроксида кальция.
На сколько ммоль экв/л понизилась карбонатная жесткость?
10.19. Чему равна карбонатная жесткость воды, если в 1 л ее содер-
жится 0,292 г гидрокабоната магния и 0,2025 г гидрокабоната кальция?
10.20. Сколько граммов гидроксида кальция надо прибавить к 275 л
воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5,5 ммоль
экв/л?