Какое количество эквивалентов содержится в 780 гидрокарбоната кальция

Кальций – щелочноземельный металл. Это один из самых распространенных химических элементов (3-е место среди металлов, 5-е место среди всех элементов), на долю минерала приходиться 3,38 % веса земной коры. Из-за высокой химической активности кальций в чистом виде не встречается, его соединения присутствуют в 385 природных минералах.

Итак, в воде есть кальций – что же делать?!

Источники кальция в воде

Кальций в воде встречается в виде солей сильных и слабых кислот: карбонатов и гидрокарбонатов (CaCO3), сульфатов и сульфитов (CaSO4, CaSO3) фторидов (CaF2), фосфатов (Ca5(PO4)3), а также других солей. Основные источники кальция в воде:

• Горные породы, через которые проходит поток воды.
• Выбросы от промышленных предприятий.
• Удобрения отраслей сельского хозяйства, попадающие в воду напрямую или через слой почвы.

Соединения кальция присутствуют в большинстве горных пород и биогенных отложений. Металл также содержится во всех растительных и животных тканях. Его соединения – основа костного скелета, раковин и панцирей беспозвоночных. Давайте разберемся, как определить кальций в воде, и каким должно быть его содержание?

Содержание ионов кальция в воде

В растворенном виде соединения кальция содержатся в морской воде и воде из подземных источников и открытых водоемов. Наибольшее количество кальция присутствует воде из горных рек и источников, артезианских скважин. На высокое содержание кальция в водопроводной воде или воде из скважины указывает:

1. Белый нерастворимый осадок, появляющийся после кипячения воды, содержащей кальций.
2. Накипь на стенках чайника, резервуара посудомоечной машины, другой кухонной техники.
3. Белый налет на кранах и насадках для душа.
4. Ухудшение вкуса напитков и приготовленных блюд.
5. Потеря цвета ткани после стирки.
6. Увеличение расхода мыла и моющих средств.

Как определить количество кальция в воде

Наиболее точный метод определения количества кальция в воде – лабораторный анализ. Такие услуги предоставляют специализированные организации, компании, поставляющие фильтры для воды. Для приблизительной оценки концентрации ионов кальция в воде применяют специальные тестовые полоски, меняющие цвет в зависимости от доли кальция в воде. Также эффективным методом определения кальция в воде является метод титрования. Узнать сколько кальция в воде можно и путем наблюдений, которые мы указали выше.

Нормы по содержанию кальция в воде

Жесткость воды определяется содержанием в ней ионов кальция и магния. Это одна из самых важных характеристик. Различают временную и постоянную жесткость. Первая определяется долей гидрокарбонатов кальция. При нагреве и кипячении эти соединения разлагаются с выделением углекислого газа и нерастворимого осадка. Временная жесткость имеет второе название – гидрокарбонатная жесткость.

Постоянная жесткость зависит от содержания сульфатов, хлоридов магния и кальция. Эти соли не разлагаются при кипячении. Такая жесткость называется некарбонатной.

По катионному составу различают кальциевую и магниевую жесткость. Вода из источников, залегающих в известняковых породах, имеет высокое содержание ионов кальция. Вода из районов с залежами доломита имеет преимущественно магниевую жесткость.

Международная единица измерения жесткости – моль/м3. В технических и лабораторных измерениях используется миллиграмм-эквивалент на литр (мг-экв/л). Например, вода жесткостью 1 мг-экв/л содержит 20,04 кальция или 12,16 магния. Согласно ГОСТ на кальций в воде 31865-2012, действующему в РФ, жесткость измеряется в градусах. 1 Ж = 1 мг-экв/л.

Нормы для кальция в питьевой воде можно рассчитать с помощью специальных методик определения ионов кальция в воде.
Санитарные нормы для централизованного водоснабжения СанПиН 2.1.4.1074-01 определяют нормативы и предельно допустимую концентрацию солей жесткости. Согласно требованиям норма кальция в воде – 7 мг-экв./л, предельное содержание – до 10 мг-экв./л. Однако, по нормам ВОЗ оптимальная концентрация кальция в воде примерно 1,5-2,5Ж.

Но для чего определяют кальций в воде, и как он влияет на наш организм?

Влияние кальция на организм

Кальций – один из самых необходимых для жизни элементов. Его соединения оставляют основу опорно-двигательной системы, зубной ткани. Ионы кальция участвуют в передаче нервных импульсов, синтезе гормонов и ферментов, поддержании щелочно-кислотного баланса в организме.

От 10 до 20% кальция мы получаем из питьевой воды. Недостаток также как и переизбыток этого элемента приводит к ухудшению здоровья, а именно:

• К ухудшению состояния костной системы. Кости становятся хрупкими, появляется специфическое заболевание остеопороз.
• К медленному росту ногтей и волос, ухудшению их состояния. Недостаток кальция приводит к расслоению ногтей, ломкости и истончению волосяного покрова головы.
• К ухудшению общего состояния. Хроническая усталость, повышенная раздражительность также могут быть симптомами дефицита кальция.

В отдельных случаях возникают судороги, проблемы с сердечно-сосудистой системой, желудочно-кишечным трактом. При значительном избытке возникают нарушения сердечного ритма и работы центральной нервной системы. Избыток соединений кальция также является причиной ряда расстройств и заболеваний. Если в воде много кальция возникает:

• Почечно-каменная болезнь.
• Ускоренное развитие атеросклероза.
• Отложение солей в суставах.
• Превышение концентрации ионов кальция негативно влияет на бытовую технику и сантехнику:
• Трубы зарастают слоем отложений.
• На нагревательных элементах и стенках водонагревателей, котлов, откладываются нерастворимые соли.

Превышения кальция в водопроводной воде или воде из скважины приводит к увеличению расхода электроэнергии, снижению срока службы систем и техники. При избыточном содержании кальция и натрия в воде рекомендуются устанавливать ионообменные фильтры. Это поможет избежать проблем со здоровьем и продлит срок службы домашней техники и бытовых систем.

Необходимость дополнительной очистки воды от солей жесткости возникает при содержании солей Мg или Ca от 10 мг-экв./л. Для этого применяют ионообменные фильтры умягчения и установки обратного осмоса.

Определить необходимость установки фильтра для удаления кальция можно после анализа вода и определения химического состава примесей.

Жесткость воды (Ж) выражается суммой миллиэквивалентов ионов кальция и магния, содержащихся в одном литре воды (ммоль/л). Один миллимоль жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Ca2+ или 12,16 мг/л Mg2+.

Ж = , (1)

где m – масса вещества, обусловливающего жесткость воды или

применяемого для устранения жесткости, мг;

– молярная масса эквивалента этого вещества, г/моль;

V – объем воды, л.

Различают карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную) жесткость. Карбонатная жесткость (Жк) обусловлена содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная жесткость (Жп) представляет собой разность между общей (Ж о) и карбонатной жесткостью. Постоянная жесткость вызывается присутствием в воде хлоридов, сульфатов и других растворимых солей кальция и магния.

Соли жесткости образуют плотные осадки (накипь) на стенках котлов, трубопроводов и другого оборудования, существенно снижая эффективность его работы. Поэтому используемая в производстве вода предварительно умягчается. Умягчением называют процесс уменьшения жесткости, т.е. удаление из воды ионов кальция и магния.

Карбонатная жесткость уменьшается при простом кипячении воды (поэтому ее называют временной):

Ca(HCO3)2 ® ¯CaCO3 + H2O + CO2;

Mg(HCO3)2 ® ¯Mg(OH)2 + 2 CO2.

На практике этот метод применяют редко. Обычно для осаждения ионов кальция и магния используют соответствующие химические реагенты: гашеную известь – Ca(OH)2 и соду – Na2CO3.

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ® 2 ¯CaCO3 + 2 H2O;

Mg(HCO3)2 + 2 Ca(OH)2® ¯Mg(OH)2 + 2 ¯CaCO3 + 2 H2O.

При введении гашеной извести устраняется только карбонатная жесткость. Количество извести должно точно соответствовать содержанию гидрокарбонатов, так как избыток Ca(OH)2 приведет к увеличению содержания ионов кальция, т.е. к возрастанию жесткости.

Для уменьшения всех видов жесткости применяют смесь соды и извести:

CaCl2 + Na2CO3 ® ¯CaCO3 = 2 NaCl;

MgSO4 + Ca(OH)2 ® ¯Mg(OH)2 + CaSO4;

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ® 2 ¯CaCO3 + 2 H2O.

Для устранения общей жесткости можно применять одну только соду. Но преимущественно используют смесь соды с известью, что является более экономичным, так как сода значительно дороже извести.

Наиболее эффективным способом устранения жесткости воды является метод ионного обмена. Воду пропускают через колонки, заполненные слоем ионита. Иониты представляют собой твердые синтетические высокомолекулярные соединения, у которых ионы одного знака закреплены на полимерной матрице, а ионы противоположного знака способны переходить в раствор и замещаться на другие ионы того же знака. В зависимости от заряда ионов, переходящих в раствор, различают катиониты и аниониты. Для устранения жесткости, т. е. для удаления из воды ионов Ca2+ и Mg2+, используют катиониты (Na+-kt или H+-kt). Ионы кальция и магния обмениваются на ионы натрия или водорода. При использовании Н+-катионита снижается не только жесткость, но и солесодержание. Однако может повыситься коррозионная агрессивность воды за счет понижения рН. Поэтому для обессоливания применяют метод последовательного пропускания воды через Н+-катионит и ОН—-анионит.

Отработанный катионит легко подвергается регенерации растворами солей натрия (Na+-kt) или кислот(Н+-kt).

Пример 1.Вычислить жесткость воды, если известно, что в 500 л содержится 202,5 г Ca(HCO3)2.

Решение. Найдем молярную массу эквивалента соли Ca(HCO3)2

г/моль.

Вычисляем жесткость воды по формуле (1)

Ж = ммоль/л.

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

Решение. Молярная масса CaSO4 равна 136,14 г/моль; молярная масса эквивалента составляет 136,14/2 = 68,07 г/моль. Применяем формулу (1)

мг = 272,280г.

В 1 м3 воды жесткостью 4 ммоль содержится 272,280 г CaSO4.

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

Решение. В 500 л воды содержится 500 ´ 5 = 2500 моль солей, обусловливающих жесткость воды. Для устранения жесткости следует прибавить 2500 ´53 = 132500 мг = 132,5 г соды (53 г/моль – молярная масса эквивалента Na2CO3).

Или по формуле (1): мг = 132,5 г.

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

Решение. В соответствии с законом эквивалентов

VHCl∙NHCl = VH O∙NH O.

н.

Таким образом, в 1 л исследуемой воды содержится 0,005 моль эквивалентов гидрокарбоната кальция или 5 ммоль Ca2+-ионов. Карбонатная жесткость воды Жк = 5 ммоль/л.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

301.Какую массу Na3PO4 надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить жесткость, равную 5 ммоль/л?

Ответ: 136,6 г.

302.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 ммоль/л.

303.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 ммоль/л.

304.В 1 л воды содержится 36,47 мг ионов магния и 50,1 мг ионов кальция. Чему равна жесткость этой воды?

Ответ: 5,5 ммоль/л.

305.Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 400 л воды, чтобы устранить жесткость, равную 3 ммоль/л?

Ответ: 63,6 г.

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

307.Вычислите жесткость воды, зная, что в 600 л ее содержится 65,7 г гидрокарбоната магния и 61.2 г сульфата кальция.
Ответ: 3 ммоль/л.

308.В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды?

Ответ: 0,83 ммоль/л.

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

310.В 1 м3 воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды.

Ответ: 2,33 ммоль/л.

311.Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жесткость 3,5 ммоль/л. Какая масса гидрокарбоната магния содержится в 200 л этой воды?

Ответ: 51,1 г.

312.К 1 м3 жесткой воды прибавили 132,5 г карбоната натрия. На сколько понизилась жесткость?

Ответ: на 2, 5 ммоль/л.

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

314.Какая масса CaSO4 содержится в 200 л воды, если жесткость, обусловливаемая этой солью, равна 8 ммоль/л.
Ответ:108, 9г.

315.Вода, содержащая только гидрокарбонат кальция, имеет жесткость 9 ммоль/л. Какая масса гидрокарбоната кальция содержится в 500 л воды?

Ответ:364,5 г.

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

317.Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м3 воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 ммоль/л?

Ответ: 21,2 г.

318.К 100 л жесткой воды прибавили 12,95 г гидроксида кальция. На сколько понизилась карбонатная жесткость?

Ответ: на 3,5 ммоль/л.

319.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 ммоль/л.

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

ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Дата добавления: 2017-02-28; просмотров: 928 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Читайте также:

Рекомендуемый контект:

Поиск на сайте:

© 2015-2020 lektsii.org – Контакты – Последнее добавление