Какая масса caso4 содержится в 200 л воды если жесткость
| В.14 | II | 194, 214, 234, 254, 274, 294, 314, 334, 354 |
Задание 1. Напишите уравнения диссоциации и константы диссоциации для сла-бых электролитов.
Задание 2. По заданным ионным уравнениям напишите соответствующие молеку-лярные уравнения.
Задание 3. Напишите в молекулярной и ионной формах уравнения реакций для сле-дующих превращений.
Решение:
Задание 1.
HI – сильный электролит. Сильные электролиты диссоциируют в водном растворе практически полностью: HI = H+ + I-
Потому для них термин «константы диссоциации» лишен смысла.
Sn(OH)2 – слабый амфотерный электролит, диссоциирует и как кислота, и как основание. Диссоциацию слабых электролитов характеризует константа равновесия, называемая константой диссоциации (ионизации) – Кд, причем для многокислотных оснований каждую ступень равновесного состояния характеризует своя константа диссоциации.
по основному типу:
1 ступень: Sn(OH)2 ↔ SnOH+ + ОН–,
2 ступень: SnOH+ ↔ Sn2+ + ОН–,
и кислотному:
Н2SnО2 → Н+ + НSnО2- ;
НSnО2- → Н+ + SnО22- ;
Задание 2.
Cr3+ + OH– + SO42– = CrOHSO4
Cr3+ + OH– + SO42–+ 2ОН- +2Н+ = CrOHSO4 + 2ОН- + 2Н+
Cr(ОН)3 + Н2SO4 = CrOHSO4 + 2H2O
Задание 3. Al2(SO4)3 [Al(OH)2]2SO4 Al(OH)3 NaAlO2
-
Al2(SO4)3 + 2KOH = [Al(OH)2]2SO4 + 2K2SO4
2Al3+ + 3SO42- + 4K+ + 4OH- =2[Al(OH)2]+ + SO42- + 4K+ + 2SO42-
Al3+ + 2OH- =[Al(OH)2]+
-
[Al(OH)2]2SO4 + 2KOH = 2Al(OH)3 + K2SO4
2[Al(OH)2]+ + SO42 + 2K+ + 2OH- = 2Al(OH)3 + 2K+ + SO42-
[Al(OH)2]+ + OH- = Al(OH)3
-
Al(OH)3 = HAlO2 + H2O
HAlO2 + NaOH = NaAlO2 + H2O
H+ + AlO2- + Na+ + OH- = Na+ + AlO2- + H2O
H+ + OH- = H2O
| 214 | FeCl3 | Ba(CH3COO)2 | Na2S + AlBr3 | FeCl3 +Na2CO3 |
Задание 1. Написать уравнения гидролиза солей в молекулярной и ионной формах, указать рН растворов (рН > 7 или рН
Задание 2. Написать уравнения реакций, протекающих между веществами в водных растворах.
Решение:
Задание 1.
FeCl3 — соль cильной кислоты и слабого основания. Соль гидролизуется по катиону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза
Fe3+ + Н2О ↔ FeOH2+ + Н+
или в молекулярной форме
FeCl3 + Н2О ↔ FeOHCl2 + HCl
В растворе появляется избыток ионов Н+, поэтому раствор FeCl3 имеет кислую реакцию (рН
Ba(CH3COO)2 — соль слабой и сильного основания. Соль гидролизуется по аниону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза
CH3COO- + Н2О ↔ CH3COOH + ОН-
или в молекулярной форме
Ba(CH3COO)2 + 2Н2О ↔ 2CH3COOH + Ba(OH)2
В растворе появляется избыток ионов ОН-, поэтому раствор Ba(CH3COO)2 имеет щелочную реакцию (рН > 7).
Задание 2.
Соль Na2S образована слабой кислотой и сильным основанием гидролизуется по аниону:
S2- + H2O ↔ HS- + OH-.
Соль AlBr3образована сильной кислотой и слабым основанием, гидролизуется по катиону: Al3+ + H2O ↔ AlOH2++ Н+
При смешении растворов этих солей идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, ибо ионы H+, образующиеся в результате гидролиза AlBr3 и ионы OH−, образующиеся в результате гидролиза Na2S, образуют молекулу слабого электролита H2O. Ввиду этого гидролиз обеих солей идет необратимо до конца с образованием соответствующих кислоты и основания. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза имеет вид:
Al3+ + S2- + 3H2O → Al(OH)3 + H2S + H+
молекулярное уравнение:
2AlBr3 + 3Na2S+ 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2S + 6NaBr
Соль FeCl3 образована сильной кислотой и слабым основанием, гидролизуется по катиону: Fe3+ + H2O ↔ FeOH2++ Н+
Соль Na2CO3 образована слабой кислотой и сильным основанием гидролизуется по аниону: CO32- + H2O ↔ + OH-.
При смешении растворов этих солей идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, ибо ионы H+, образующиеся в результате гидролиза FeCl3и ионы OH−, образующиеся в результате гидролиза Na2CO3, образуют молекулу слабого электролита H2O. Ввиду этого гидролиз обеих солей идет необратимо до конца с образованием соответствующих кислоты и основания. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза имеет вид :
2Fe3+ + 3 + 6H2O → 2Fe(OH)3 + 3CO2 + 3H2O
молекулярное уравнение:
2FeCl3 + 3Na2CO3+ 3H2O → 2Fe(OH)3↓+ 3CO2 + 6NaCl
234. Na3AsO3 + I2 +H2OAsO, I-
Mn(NO3)2 + NaBiO3 + HNO3MnO, Bi3+
Решение:
а)
Электронные уравнения:
б)
Электронные уравнения:
254. Укажите направление движения электронов в гальваническом элементе, используя значения электродных потенциалов. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, суммарное ионное и молекулярное уравнения реакции. Рассчитайте ЭДС; если концентрация раствора не указана, используйте значение стандартного потенциала Cu | CuSO4, 0,1M || Al2(SO4)3, 0,5M | Al
Решение:
1. Схема гальванического элемента:
Cu | CuSO4 , 0,1 M || Al2(SO4)3, 0,5 M | Al
Е° (Cu2+/Cu) = +0,337 B
Е° (Al3+/Al) = -1,662 B
2. Вычисление электродных потенциалов по уравнению Нернста:
где E0 – стандартный электродный потенциал;
n – число электронов, принимающих участие в процессе;
С – концентрация (при точных вычислениях – активность) гидратированных ионов металла в растворе, моль/л
+0,3075 В
– 1,668 В
3. Направление движения электронов по внешней цепи от Al3+ электрода к Cu2+,
так как E(Al3+/Al) Е(Cu2+/Cu)
4. Уравнения электродных полуреакций:
Al (–): Al – 3 е = Al3+ – процесс окисления,
Cu (+): Cu2++ 2е = Cu – процесс восстановления.
5. Расчёт величины ЭДС:
ЭДС = Е(Cu2+/Cu) – E(Al3+/Al) = +0,3075 – (–1,668) = 1,98 В.
274. Рассмотрите коррозию гальванопары, укажите анод и катод соответствующей гальванопары, рассчитайте ЭДС, напишите уравнения анодного и катодного процессов, молекулярное уравнение реакции коррозии, укажите направление перемещения электронов в системе. Mg/Cd
Решение:
1. Схема гальванопары: Mg / NaOH/ Cd.
2. Потенциалы: Е° (Mg(ОН)2/Mg) = -2,69 B
Е° (Cd2+/Сd) = -0,40 B
Е° (2H2O/Н2) = -0,827 B.
то в данной гальванической паре восстановитель – магний, окислитель – кадмий.
3. Уравнения процессов окисления и восстановления
анод Mg + – 2 → Mg2+– процесс окисления
катод(Cd) 2Н2О + 2→ 2ОН− + H2– процесс восстановления
Mg + 2Н2О = Mg2+ + 2ОН− + H2
Mg + 2Н2О = Mg(OH)2 + H2
Разрушается магний.
4. Направление движения электронов от участка с меньшим потенциалом
к участку с большим потенциалом:
5. ЭДС = Е°катода – Е°анода = – 0,40 – (–2,69) = 2,29 В
Т.к. ЭДС > 0, то реакция осуществима.
294. Рассмотрите катодные и анодные процессы при электролизе водных растворов веществе инертными электродами. Рассчитайте массу или (и) объем (при нормальных условиях для газов) продуктов, выделяющихся на электродах при пропускании через раствор в течение 1 часа тока силой 1 А: BeSO4
Решение:
Электролиз водного раствора сульфата бериллия с инертными электродами:
BeSO4 = Be2+ +SO42-
| Катод(–): Be2+, НОН | Анод (+): SO42-, НОН |
| Е0(Be2+/Be) = – 1,847 В Е0(2Н2О/Н2) ≈ – 1 В так как Е0(Be2+/Be) Е0(2Н2О/Н2), то происходит восстановление воды: | сульфат-ионы не разряжаются, происходит окисление воды: E0(O2/2Н2О)≈ +1,8 В. |
| 2 Н2О + 2е = Н2 + 2ОН- Среда щелочная | 2Н2О – 4е = O2↑ + 4Н+ Среда кислая |
| Общее уравнение электролиза: (BeSO4) + 2Н2О = 2Н2↑ + О2↑ + (BeSO4) | |
Количественные соотношения при электролизе определяют в соответствии с обобщённым законом Фарадея, который связывает количество вещества, образовавшегося при электролизе, со временем электролиза и силой тока:
где V – объём газа, выделяющегося на электроде;
V0– объём 1 моль газообразного вещества при нормальных условиях (22,4 л/моль;
n – количество электронов, участвующих в электродном процессе;
I – сила тока, А;
t – время электролиза, с;
F – постоянная Фарадея (96500 Кл / моль).
Объем кислорода, выделившегося на аноде равен:
= 0,209 л
Объем водорода, выделившегося на катоде равен:
= 0,418 л
-
Напишите выражения для констант нестойкости следующих комплексных ионов: [Ag(CN)2] –, [Ag(NH3)2] +, [Ag(SON)2] –. Зная, что они соответственно равны 1,0 ∙ 10–21, 6,8 • 10–8, 2,0 • 10–11, укажите, в каком растворе, содержащем эти ионы, при равной молярной концентрации больше ионов Аg+.
Решение:
Каждый из этих комплексных ионов подвергается диссоциации и характеризуется своей константой нестойкости:
а) ↔ Ag+ + 2СN− ; = 1,0·10-21
б) ↔ Ag+ + 2NH3 ; = 6,8·10-8
в) ↔ Ag+ + 2SСN− ; = 2,0·10-11
Константа нестойкости – мера устойчивости комплекса: чем она меньше, тем устойчивее ион.
Т.о. среди наших комплексных ионов наиболее устойчивым является и его диссоциация смещена в сторону его образования; наименее устойчивым является , поэтому он в большей степени подвергается диссоциации и соответственно, именно в растворе концентрация ионов Ag+ больше, чем в растворах и .
334. Какая масса CaSO4 содержится в 200 л воды, если жесткость, обусловливаемая этой солью, равна 8 мэкв?
Решение:
| Дано: |
| V(H2O) = 200 л |
| Ж = 8 мэкв = 8∙10-3 моль/л |
| Найти: |
| m(СаSO4) = ? |
| Решение: |
Жесткость воды обуславливается присутствием солей кальция и магния и определяется по формуле:
М(СaSO4) = 40 + 32 + 16*4 = 136 г/моль
mэ(СaSO4) = ½∙М(СaSO4) = ½∙136 = 68 г/моль
Отсюда:
= 8∙10-3 ∙68 ∙200 = 108,9 г
354. Как называют углеводороды, представителем которых является изопрен? Составьте схему сополимеризации изопрена и изобутилена.
Решение:
Изопрен (2-метилбутадиен-1,3) является представителем диеновых углеводородов
СН2 = С – СН = СН2
│
СН3
Схема сополимеризации изобутилена и изопрена:
СН3
│
СН2 = С + СН2 = С – СН = СН2 + …… →
│ │
СН3 СН3
СН3
│ │ │
→ … – СН2 – С – + – СН2 – С – СН – СН2 – + …… →
│ │
СН3 СН3
СН3
│
→ … – СН2 – С – СН2 – С = СН – СН2 – …. и т.д. →
│ │
СН3 СН3
В сокращенном виде:
СН3
│
СН2 = С + СН2 = С – СН = СН2 + …… →
│ │
СН3 СН3
СН3
│
→ ( – СН2 – С – СН2 – С = СН – СН2 –)n
│ │
СН3 СН3
Источник
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+.
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.
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.
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).
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 мэка Са2+-ионов. Карбонатная жесткость воды 5 мэкв.
Приведенные примеры решают, применяя формулу
Ж = m/ЭV,
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 = т/ЭV = 202500/81 · 500 = 5 мэкв/л (81 г/моль – эквивалентная масса Са(НСО3)2, равная половине его мольной массы).
Решение примера 2. Из формулы
Ж = т/ЭV, т = 4 · 68,07 · 1000 = 272280 мг =272,280 г CaSO4.
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 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: 56,06 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 0,08 н раствора HCl. Ответ: 6 мэкв/л. ,
354. 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.
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.
Источник
Решение задач по химии на вычисление жёсткости воды
Задание 341
Какую массу Na3PO4 надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5 ммоль/л? Ответ: 136,625 г.
Решение:
Молярная масса эквивалента Na3PO4 = M/3 = 163,945/3 = 54,65 г/моль. Жёсткость воды выражается суммой миллиэквивалентов ионов Са2+ и Mg2+, содержащихся в 1 л воды (моль/л). В 500 л воды содержится 500 . 5 = 2500 моль солей, обуславливающих жёсткость воды. Для устранения жёсткости следует прибавить 2500 .54,65 = 136625 мг или 136,625 г Na3PO4.
Ответ: 136,625 г.
Задание 342
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: 2,317 ммоль/л.
Решение:
Жёсткость природной воды обуславливают соли кальция и магния. Карбонатная («временная») жёсткость обусловлена присутствием Са(НСО3)2, реже Mg(HCO3)2. Жёсткостьь воды временной называется, потому что может быть устранена простым кипячением воды, гидрокарбонаты кальция и магния при нагревании разлагаются на углекислый газ и карбонаты кальция или магния. Карбонаты кальция и магния оседают на стенках сосудов в виде на-кипи:
Са(НСО3)2 СаСО3↓ + СО2↓ + Н2О;
Mg(НСО3)2 MgСО3↓ + СО2↓ + Н2О
Некарбонатная («постоянная») жёсткость воды обусловлена присутствием в ней растворимых солей кальция и магния, не дающих осадок при кипячении. Наиболее обычны сульфаты и хлориды. Из них особое значение имеет СаSO4, который оседает в виде очень плотной накипи. Некарбонатную жёсткость чаще всего устраняют добавлением в воду Na2CO3:
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4;
MgSO4 + Na2CO3 = MgCO3↓ + Na2SO4
Временную жёсткость тоже можно удалить содой Na2CO3, но в технике применяют обыч-но Са(ОН)2, потому что он намного дешевле соды или буры:
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3↓ + 2Н2О
Сумма временной и постоянной жёсткости определяет общую жёсткость воды. Общая жёсткость воды характеризуется по данному признаку следующими наименованиями: мягкая (< 4 ммоль/л); средняя (4-8 ммоль/л); жёсткая (8-12 ммоль/л); очень жёсткая (> 12 ммоль/л). Для полного умягчения воды вместо соды часто применяют Na3PO4,осаждающий кальций и магний в виде труднорастворимых ортофосфатов:
3СаSO4 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2↓ + 3Na2SO4;
3MgSO4 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2↓ + 3Na2SO4
Во многих случаях для умягчения воды применяют гексаметафосфат натрия (Na3PO3)6:
CaSO4 + (Na3PO3)6 = Na4CaP6O18 + Na2SO4;
или
2CaSO4 + (Na3PO3)6 = Na2Ca2P6O18 + 2Na2SO4
Расчет жёсткости воды.
В 1 л воды содержится 14,632 : 100 = 0,14632 г. Mg(НСО3)2 составляет 0,14632 : 63,16 = 0,002317 моль. [63,16г/моль – эквивалентная масса Mg(НСО3)2]. Следовательно, жёсткость воды равна 0,002317 : 1000 = 2,317 ммоль/л.
Ответ: 2,317 ммоль/л.
Задание 343
Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 200 см3 воды, требуется 15 см3 0,08 н. раствора НСI. Ответ: 6 ммоль/л.
Решение:
Вычисляем молярную концентрацию эквивалентов раствора гидрокарбоната кальция, обозначив число эквивалентов растворённого вещества в 1 л раствора через х, составив пропорцию, получим:
15 : 200 = 0,08 : х; х = (15 .0,08)/200 = 0,006 моль.
Таким образом, в 1 л исследуемой воды содержится 0,006 . 1000 = 6 ммоль/л гидрокарбоната кальция или 6 ммоль/л ионов Са2+, т. е. карбонатная жёсткость воды равна 6 ммоль/л.
Ответ: 6 ммоль/л.
Источник
ТОП 10:
Жёсткость воды обусловлена присутствием в ней ионов Са2+ и Mg2+ . 0бщая жёсткость воды равна сумме временной (карбонатной) и постоянной (некарбонатной) жёсткости. Временная жёсткость связана с наличием гидрокарбонатов кальция и магния Са(НСО3)2 и Мg(НСО3)2. Постоянная – вызвана наличием хлоридов, сульфатов кальция и магния CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4.
Жёсткость воды выражают суммой миллимоль (ммоль) ионов Са2+ и Mg2+содержащихся в 1 литре воды. Один миллимоль жёсткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Са2+ и 12,16 мг/л Mg2+ (ранее жёсткость воды выражали в мэкв/л: 1 мэкв/л = 1 ммоль/л).
Жёсткость воды может быть рассчитана по формуле, представленной в общем виде:
, (1)
где Ж – жёсткость воды, ммоль/л; mi – масса катионов (или соответствующих солей), мг; Мэк i – молярная масса эквивалентов катионов (или соответствующих им солей), мг/ммоль; V – объём воды, л.
Для умягчения воды применяют методы осаждения и ионного обмена. Путем осаждения катионы Са2+ и Mg2+ переводят в малорастворимые соединения выпадающие в осадок. Это можно достичь кипячением или химическим путем – введением в воду, например, соды Nа2СО3, гашёной извести Са(ОН)2 и т.д. При кипячении устраняется только временная (карбонатная) жёсткость по реакции:
Сa(HCO3)2 CaCO3¯ + CO2 + H2O.
Mg(HCO3)2 Mg(OH)2¯ + CO2.
При разложении Mg(HCO3)2 образуется Mg(OH)2, а не MgCO3 так как
1.Определение жёсткостиводы по массе содержащихся в ней солей.
Пример 1. Рассчитайте общую жёсткость воды (ммоль/л}, если в 0,20 л воды содержится 32,42 мг гидрокарбоната кальция Са(НСО3)2; 1,46 мг гидрокарбоната магния Mg(HCО3)2; 22,20 мг хлорида кальция CaCl2 и 4,75 мг хлорида магния MgCl2.
Решение. Общая жёсткость воды может быть рассчитана по формуле (1)
.
Массы солей и объём воды известны по условию задачи. Находим молярные массы эквивалентов солей. Молярная масса эквивалентов соли равна молярной массе соли, деленной на эквивалентное число Z. Для всех солей Z равно 2.
Поэтому:
Mэк Са(НСО3)2= М Са(НСО3)2/2 = 162,11/2 – 81,05 мг/ммоль;
Mэк Mg(HCO3)2 = M Mg(HCO3)2/2 = 146,34/2 = 73,17 мг/ммоль;
Mэк СаСl2 = М СаС12/2 = 110,99/2 = 55,49 мг/ммоль;
Mэк MgCl2 =M MgCl2/2 – 95,21/2 = 47,60 мг/ммоль.
Подставляя в формулу массы, молярные массы эквивалентов солей и объём воды, рассчитываем общую жёсткость воды:
=2,0 + 0,1 + 2,0 + 0,5 = 4,6 ммоль/л.
Пример 2. Вычислите временную жёсткость воды, зная, что в 500 л её содержится 162,1 г Са(НСО3)2.
Решение. Временную жёсткость воды можно найти по формуле (1), подставив в неё массу, молярную массу эквивалентов Са(НСО3) 2 и объём воды. Молярная масса эквивалентов Са(НСОз)2 равна 81,05 мг/ммоль (см. пример 1), масса этой соли равна 162100 мг, объем воды 500 л. Следовательно,
.
2. Определение содержания солей в воде по жёсткости воды
Пример 3; Сколько граммов СаСl2 содержится в 100 л воды, если жесткость воды, вызванная этой солью, равна 2,5 ммоль/л?
Решение. Массу соли СаСl2 можно найти по формуле (1). А именно:
.
Подставляя в формулу жёсткость воды, молярную массу эквивалентов CaCl2 (см. пример 1) и объем воды, получаем:
M CaCl2 = 2,5 · 55,49 · 100 = 13872,5мг или 13,8725 г.
3. Определение массы реагента, необходимого для устранения жёсткости воды.
Пример 4. Сколько граммов соды Nа2СО3 надо прибавить к 150 л воды, чтобы устранить жёсткость, равную 5 ммоль/л?
Решение. В 150 л воды содержится 150 · 5 = 750 ммоль/л солей, вызывающих жёсткость воды. По закону эквивалентов для устранения этой жёсткости необходимо добавить такое же количество вещества эквивалентов, умягчающих воду, т.е. 750 ммоль Na2CО3.
Для нахождения вещества в граммах количество вещества эквивалентов умножают на молярную массу эквивалентов этого вещества. В данном случае эквивалентное число Na2CO3 равно двум, и молярная масса эквивалентов Na2CО3 будет
МэкNа2СО3 = М Nа2СО3/2 = 106/2 = 53 мг/ммоль.
Находим массу Na2CO3:
m Na2CO3 = nэк Na2CO3 Мэк Na2CO3 = 750 · 53 = 39750 мг или 39,75 г.
Эту же задачу можно решить, используя формулу (1). Для этого необходимо помнить, что по закону эквивалентов массы реагирующих веществ пропорциональны их молярным массам эквивалентов. Поэтому в формулу (1) вместо молярной массы эквивалентов солей, вызывающих жёсткость, можно подставить молярную массу эквивалентов веществ, необходимых для устранения этой жёсткости, чтобы найти их массу. В данном случае:
m Na2CO3 = Ж · МэкNa2СО3 · V.
Подставляя значения Ж, МэкNa2CO3 и V, получаем:
m Na2CO3 = 5 ·53 · 150 = 39750 мг или 39,75 г.
4. Определение временной (карбонатной) жёсткости воды по объёму соляной кислоты, пошедшей на её титрование
Методом титрования можно определить временную жесткость воды. При этом происходит следующая реакция:
Ме(НСО3) 2 + 2 НС1 = МеС12 + 2 Н2О + 2СО2,
где Me – Са2+, Mg2+, Fe2+.
Согласно закону эквивалентов, количество эквивалентов всех участвующих в химической реакции веществ должно быть одинаково. Отсюда:
, (2)
где Сэк1 и V1 – молярная концентрация эквивалентов вещества (моль/л) и объём
(л) первого раствора;
Cэк2 и V2 – молярная концентрация эквивалентов вещества (моль/л) и объём (л) второго раствора;
Пример 5. Определите временную жёсткость воды, если на титрование 5 · 10–2 л воды, содержащей гидрокарбонат кальция, израсходовано 1,44 · 10–3 л 1,15н раствора HCl.
Решение. По условию задачи молярная концентрация эквивалентов Сa(HCO3)2 неизвестна. Обозначим её через х.Подставляя значения в формулу (2), получаем:
х · 5· 10–2 = 1,44 · 10–3 · 0,15.
Отсюда:
н.
Таким образом, молярная концентрация эквивалентов Сa(HCO3)2 равна 0,004н, что соответствует содержанию Сa(HCO3)2 0,004 моль/л или 4 ммоль/л. Следовательно, временная жёсткость воды составляет 4 ммоль/л.
Пример 6. Чему равна временная жесткость воды, если на титрование 100 мл этой воды, содержащей гидрокарбонат железа (II), израсходовано 5,75 мл 0,07 н раствора HCl.
Решение. Данная задача решается аналогично тому, как это показано в примере 5, предварительно переведя объёмы растворов в литры, т.е. V1 = 0,1 л H2O; V2 = 5,75 · 10–3 л HCl. Подставляя значения в формулу (2), получаем:
х · 0,1 = 5,75 · 10–3 · 0,07.
Отсюда:
н.
Молярной концентрации эквивалентов Fe(HCO3)2 соответствует содержание этой соли, равной 4 · 10–3 моль/л или 4 ммоль/л.
Следовательно, жёсткость воды 4 ммоль/л.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
261.Вода объемом 1 л содержит 38,0 мг гидрокарбоната кальция и 19,6 мг сульфата магния. Чему равна общая жёсткость воды?
Ответ: 0,8 ммоль/л.
262.Чему равна жёсткость воды, содержащая 0,01 моль/л хлорида кальция?
Ответ: 20 ммоль/л.
263.Чему равна постоянная жесткость воды, если в 2,5 л ее содержится 40 мг сульфата кальция?
Ответ:. 0,23 ммоль/л.
264.Чему равна общая жёсткость воды, если в 3,4 л ее находится 57 мг гидрокарбоната магния и 33 мг сульфата кальция?
Ответ: 0,37 ммоль/л.
265.При кипячении 0,25 л воды, содержащей только гидрокарбонат кальция, в осадок выпадает 4мг карбоната кальция. Чему равна временная жёсткость воды?
Ответ: 0,32 ммоль/л.
266.Сколько граммов сульфата магния содержится в 150 л воды, если жёсткость воды, вызванная этой солью равна 4,7 ммоль/л?
Ответ: 42,441г.
267.При кипячении 0,5 л воды, содержащей только гидрокарбонат железа (II). восадок аыпадает 8 мг карбоната железа (II). Чему равна временная жёсткость зоны?
Ответ: 0,28 ммоль/л.
268.На титрование 25 мг воды израсходовано 2,4 мл 0,1н раствора НС1. Чему равна карбонатная жёсткость воды?
Ответ: 9,6 ммоль/л.
269.Для умягчения 200 л воды потребовалось 12,72 г карбоната натрия. Чем равна жёсткость воды?
Ответ: 1,2ммоль/л.
270.Временная жёсткость воды равна 6,64 ммоль/л. Какую массу гидроксида кальция надо взять, чтобы устранить жёсткость 10 л воды.
Ответ: 2,459г.
271.Сколько граммов ортофосфата натрия надо прибавить к 250 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жёсткость, равную 2.5 ммолъ/л?
Ответ: 34,162 г.
272.На титрование 40 мл воды израсходовано 5,7 мл 0,12н. раствора НС1. Чему равна карбонатная жёсткость воды?
Ответ: 20 ммоль/л.
273. В 500 л воды содержится 70 г сульфата кальция. Чему равна постоянная жёсткость этой воды?
Ответ: 2,1 ммоль/л.
274.Чему равна общая жёсткость воды, если в 300 л ее содержится 32,85 г гидрокарбоната кальция и 30,6 г сульфата магния?
Ответ: 3,1 ммоль/л.
275.Вода, содержащая только гидрокарбонат кальция, имеет жёсткость 4,2 ммоль/л. Сколько граммов гидрокарбоната кальция содержится в 250 л воды?
Ответ: 85,102 г.
276.К 280 л жесткой воды прибавили 62,5 г карбоната натрия. На сколько ммоль/л понизилась жесткость воды?
Ответ: 4 ммоль/л.
277.Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жёсткость 7,8 ммоль/л. Какая масса гидрокарбоната магния содержится в 350 л воды?
Ответ: 221,266 г.
278. Какую массу гидроксида кальция надо прибавить к 150 л воды, чтобы устранить временную – жёсткость воды, равную 2,5 ммоль/л?
Ответ: 13,89 г.
279. На титрование 40 мл воды потребовалось 3,85 мл 0,15 к раствора НС1. Чему равна карбонатная жёсткость воды?
Ответ: 14,4 ммоль/л.
280.Чему равна жёсткость воды в 10 л которой содержится 0,025 моль сульфата магния?
Ответ: 5 ммоль/л.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коровин Н.В. Общая химия: Учеб. Для технических направ. и спец. вузов.– М.: Высш. шк., 1998. – 559 с.
2. Глинка Н.П. Общая химия. – Л.: Химия, 1983 и все последующие издания.
3. Лучинский Г.П. Курс химии. – М.: Высш. шк., 1985. – 461 с.
4. Фролов В.В. Химия. – М.: Высш. шк., 1986. – 543 с.
5. Харин А.И., Катаева Н.А., Харина Л.Т. Курс химии. – М.: Высш. шк., 1983. – 511 с.
6. Хомченко Г.П. Химия для поступающих в вузы: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 1985. – 367 с.
7. Зайцев О.С. Химия. Современный краткий курс: Учебное пособие. – М.: Агар, 1997. – 416 с.
8. Руководство по лабораторным работам по общей химии: Учебное пособие / И.В. Крюкова, Л.А. Сидоренкова, Г.П. Животовская, В.А. Смолко; Под ред. З.Я. Иткиса. – Челябинск: ЧГТУ, 1997. – Ч. I. – 84 с.
9. Лабораторные работы по общей химии: Методические указания /Составители: К.И. Боровская, Р.С. Ванин, И. Д. Зенчурина и др.; Под ред. Ю.П. Васина. – Челябинск: ЧПИ, 1984. – Ч. II. – 61 с.
10. Руководство к лабораторным работам по общей химии: Учебное пособие/
Г.П. Животовская, И.В. Крюкова, В.А. Смолко и др.; Под ред. З.Я. Иткиса. – Челябинск: ЧГТУ, 1997. – Ч. III. – 54 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица П1
Стандартные энтальпии образованияΔH0298,стандартные энтропииS0298
и стандартные энергии Гиббса DG0298 некоторых веществ*
| Вещество | ΔH0298, кДж/моль | S0298, Дж/(моль · К) | ΔG0298, кДж/моль |
| Ag (К) | 42,5 | ||
| C(К) | 5,7 | ||
| Cl2(Г) | 223,0 | ||
| Fe(К) | 27,1 | ||
| H2(Г) | 130,6 | ||
| O2(Г) | 205,0 | ||
| P2(Г) | 143,8 | 217,9 | 103,4 |
| Ag2O(К) | –30,5 | 121,7 | –10,9 |
| Al2O3(К) | –1675,7 | 50,9 | –1582,3 |
| Al(OH)3(К) | –1276,0 | 83,8 | –1143,0 |
| CO(Г) | –110,5 | 197,5 | –137,1 |
| CO2(Г) | –393,5 | 213,6 | –394,4 |
| CS2(Г) | 116,7 | 237,7 | 66,5 |
| CaO(К) | –635,1 | 38,1 | –603,5 |
| Ca(OH)2(К) | –985,1 | 83,4 | –897,5 |
| CaC2(К) | –59,8 | 69,9 | –64,9 |
| CaCO3(К) | –1206,8 | 91,7 | –1128,3 |
| Ca3(PO4)2(К) | –4120,8 | 235,9 | –384,9 |
| Cl2O(Г) | 75,7 | 266,2 | 93,4 |
| Cr2O3(К) | –1140,6 | 81,2 | –1059,0 |
| CuO(К) | –162,0 | 42,6 | –134,3 |
| Cu2S(К) | –79,5 | 120,9 | –86,3 |
| FeO(К) | –264,8 | 60,7 | –244,3 |
| Fe2O3(К) | –822,1 | 87,4 | –740,3 |
| Fe3O4 (к) | –1117,1 | 146,2 | –1014,2 |
| FeS2(к) | –177,4 | 52,9 | –166,0 |
| HCl(Г) | –91,7 | 186,8 | –95,3 |
| HF(Г) | –273,3 | 173,7 | –275,4 |
_________
*Данные DH0298, S0298 и DG0298 взяты в основном из работы “Краткий справочник физико-химических величин” / Под ред. А.А. Равделя и Пономарёвой. – Л.: Химия, 1983.
| H2O(Г) | –241,8 | 188,7 | –228,6 |
| H2O(Ж) | –285,8 | 70,0 | –237,2 |
| H2O2 (Ж) | –187,9 | 109,6 | –120,5 |
| H2S(Г) | –20,6 | 205,7 | –33,5 |
| KCl | –436,7 | 82,5 | –408,9 |
| KClO3(К) | –391,2 | 142,9 | –289,8 |
| KClO4(К) | –430,1 | 151,0 | –300,6 |
| MgO(К) | –601,5 | 27,1 | –596,3 |
| Mg(OH)2(К) | –924,7 | 63,2 | –833,8 |
| MgCO3(К) | –1114,5 | 109,5 | –811,4 |
| NH3(Г) | –45,9 | 192,6 | –16,5 |
| N2O(Г) | 82,0 | 219,8 | 104,1 |
| NO(Г) | 91,3 | 210,6 | 87,6 |
| NO2(Г) | 34,2 | 240,1 | 52,3 |
| N2O4(Г) | 11,1 | 304,3 | 99,7 |
| Na2O(К) | –417,9 | 75,1 | –379,3 |
| NaOH(К) | –426,4 | 64,4 | –380,3 |
| P2O5(К) | –1507,2 | 140,3 | –1371,7 |
| PbO(К) | –217,6 | 68,7 | –188,2 |
| SO2(К) | –296,9 | 248,1 | –300,2 |
| SiF4(Г) | –1614,9 | 282,4 | –1572,7 |
| SiO2(Г) | –910,9 | 41,8 | 856,7 |
Органические соединения
| C2H2(Г) | 226,8 | 200,8 | 209,2 |
| C2H4(Г) | 52,3 | 219,4 | 68,1 |
| C2H6(Г) | –84,7 | 229,5 | –32,9 |
| C10H8(К) | 78,1 | 166,9 | 201,1 |
Таблица П2
Длина связи (d)
| Связь | Длина связи (· 10-10), м | Связь | Длина связи (· 10-10), м |
| H–H | 0,74 | N N | 1,09 |
| Cl–Cl | 1,99 | S=S | 1,92 |
| H–Cl | 1,70 | C-C | 1,54 |
| O=O | 1,20 |
Таблица П3
Энергия связи (DH)
| Связь | DH, кДж/моль | Связь | DH, кДж/моль |
| N N | –942,0 | C C | –812,0 |
| H–H | –436,0 | C-H | –411,3 |
| N–H | –390,3 | H-Se | –85,77 |
| C–C | –331,0 | H-Te | –154,39 |
| C=C | –587,0 |
Таблица П4
Электроотрицательность элементов ЭО (c)
| I | II | III | IV | V | VI | VII | |||||||
| H=2,1 | |||||||||||||
| Li 1,0 | Be 1,5 | B 2,0 | C 2,5 | N 3,0 | O 3,5 | F 4,0 | |||||||
| Na 0,9 | Mg 1,2 | Al 1,5 | Si 1,8 | P 2,1 | S 2,5 | Cl 3,0 | |||||||
| K 0,8 | Cu 1,9 | Ca 1,0 | Zn 1,6 | Sc 1,3 | Ga 1,6 | Ge 1,8 | Ti 1,5 | As 2,0 | V 1,6 | Se 2,4 | Cr 1,6 | Br 2,8 | Mn 1,5 |
| Rb 0,8 | Ag 1,9 | Sr 1,0 | Cd 1,7 | Y 1,2 | In 1,7 | Sn 1,8 | Zr 1,4 | Sb 1,9 | Nb 1,6 | Te 2,1 | Mo 1,8 | I 2,5 | Tc 1,9 |
| Cs 0,7 | Au 1,4 | Ba 0,9 | Hg 1,9 | La 1,0 | Tl 1,8 | Pb 1,9 | Hf 1,3 | Bi 1,9 | Ta 1,5 | Po 2,0 | W 1,7 | At 2,2 | Re 1,9 |
Таблица П5
Источник