Ионные уравнения устранения жесткости воды (7 видео)

Содержание

Вода в нашей жизни
Please wait.
We are checking your browser. gomolog.ru
Why do I have to complete a CAPTCHA?
What can I do to prevent this in the future?
Ионные уравнения устранения жесткости воды
📸 Видео

Видео:РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА, ИОННОЕ УРАВНЕНИЕ - Урок Химия 9 класс / Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Вода в нашей жизни

Продолжение. Начало см. в № 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15/2009

§ 12. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И СПОСОБЫ Ее УСТРАНЕНИЯ

Цель. Расширить и углубить представления учащихся о реакциях обмена, используя сведения о способах устранения жесткости воды. Воспитывать бережное отношение к водным ресурсам.

Форма занятия. Беседа, рассказ. Демонстрационный эксперимент.

Оборудование и реактивы. Прибор для получения газов, стеклянная трубка, пробирки, пробиркодержатель; известковая вода, растворы хлорида кальция, соляной кислоты, карбоната натрия, кусочки мрамора.

Виды жесткости воды.

Способы устранения жесткости воды.

Понятие о жесткости воды

Абсолютно чистой воды в природе не существует. Она всегда содержит различные примеси как в растворенном, так и во взвешенном состоянии, от их концентрации и природы зависит пригодность воды для бытовых и промышленных нужд. Для питьевой воды установлены строгие стандарты по содержанию элементов, цвету, вкусу и др. Так, рН – показатель кислотности или щелочности среды – может находиться в пределах от 6,5 до 9,5.

Определенные требования предъявляются к воде, используемой в промышленности. Например, она не должна портить продукцию, вызывать коррозию металлических деталей и механизмов, засорять насосы и трубы. В настоящее время все больше предприятий стремятся создать замкнутые циклы (очистка – производство – очистка – производство и т.д.).

Вода, в которой растворены соли кальция и магния, обладает особым свойством – жесткостью. Известно, что она образует плотные слои накипи (в основном карбонат и сульфат кальция и карбонат магния) на стенках паровых котлов, кипятильников, чайников. Солевой нарост имеет плохую теплопроводность, поэтому вызывает местный перегрев стенок котла и коррозию корпуса. Случайное отделение части накипи от раскаленной стенки может вызвать быстрое испарение воды и даже взрыв котла.

В жесткой воде плохо растворяются некоторые пищевые продукты, хуже развариваются овощи, снижается качество приготовленной пищи. При стирке белья в такой воде увеличивается расход моющих средств. На ткани осаждаются кальциево-магниевые соли высших карбоновых кислот, входящих в состав мыла. Ими пропитываются нити, изделия теряют былую мягкость. Поэтому для стирки мылом в жесткой воде требуется предварительное умягчение воды – устранение жесткости. Синтетические моющие средства обеспечивают более эффективный и экономичный процесс стирки даже в морской воде, т.к. они не образуют нерастворимых солей кальция и магния.

Технологи на фармацевтических и пищевых фабриках особенно тщательно контролируют качество воды. При проведении количественных анализов принято выражать жесткость воды в миллимоль эквивалентах ионов кальция и магния, содержащихся в 1 л воды:

1 ммоль экв/л Са 2+ соответствует 20,04 мг/л;

1 ммоль экв/л Mg 2+ соответствует 12,16 мг/л.

В аналитической практике пользуются и другими способами выражения концентрации, например молярной (моль/л). По этому показателю жесткости воды ее подразделяют на три группы:

– мягкая вода, имеющая жесткость до 2 ммоль экв/л;

– среднежесткая – от 2 до 10 ммоль экв/л;

– жесткая – более 10 ммоль экв/л;

(ммоль – миллимоль, тысячная доля моль).

Виды жесткости воды

Разные соли кальция и магния обусловливают разную жесткость воды (см. схему).

Способы устранения жесткости

Во многих сферах деятельности человека нужна вода с определенным содержанием растворенных в ней солей. На водоочистительных предприятиях используют различные методы очистки воды и ее умягчения.

Устранение жесткости, или умягчение, воды заключается в удалении ионов кальция и магния, которое осуществляется тремя методами: термическим, химическим и физико-химическим.

1. Термический метод – кипячение воды.

При кипячении воды происходит разложение гидрокарбонатов кальция и магния с образованием углекислого газа и карбонатов этих металлов, которые выпадают в осадок:

Сa(HCO₃)₂ СaCO₃ + СО₂ + H₂O,

Mg(HCO₃)₂ MgCO₃•H₂O + СО₂.

Таким образом, в результате кипячения воды устраняется жесткость, обусловленная присутствием именно гидрокарбонатов. Это так называемая устранимая (временная) жесткость.

Благодаря этому методу мы легко можем приготовить душистый чай или вкусный компот. Витамины и другие полезные соединения мягкой водой лучше извлекаются из натуральных или засушенных фруктов. Многие хозяйки об этом знают и для приготовления компотов, лечебных настоев пользуются предварительно прокипяченной водой, ее аккуратно сливают, не взмучивая карбонатный осадок.

Для некоторых химических целей требуется достаточно полная очистка воды от солей, которые создают жесткость. Для ее устранения используют химические реагенты, такие, как карбонат натрия, гидроксид кальция, ортофосфат натрия.

а) Известково-содовый метод основан на обработке воды гашеной известью, при этом устраняется временная жесткость, а также связываются ионы Fe 2+ .

При добавлении соды происходит устранение постоянной жесткости:

Учащимся предлагается самостоятельно дописать схемы реакций.

Использование соды при стирке позволяет экономить моющие средства, а отсутствие хлопьевидных осадков улучшает качество ручной и машинной стирки, особенно легко удаляются пятна различных видов технических загрязнений.

б) Фосфатный метод базируется на образовании нерастворимых ортофосфатов кальция и магния, выпадающих в осадок:

3CaSO₄ + 2Na₃PO₄ = 3Na₂SO₄ + Ca₃(PO₄)₂,

Реагенты, составляющие основу химического метода умягчения воды, входят в состав средств, предотвращающих образование накипи на стиральных машинах-автоматах. Антинакипины значительно продлевают срок службы дорогостоящей техники, экономят энергию за счет увеличения теплоотдачи нагревательных элементов и улучшают качество стирки, усиливая действие стирального порошка.

Учащимся можно предложить роль экспертов, которые оценивают состав реагентов – антинакипинов, указываемый на упаковках. При внимательном прочтении можно убедиться, что сода, фосфаты и полифосфаты натрия входят в качестве основных реагентов, предотвращающих образование накипи.

3. Физико-химический метод.

Он основан на использовании ионообменных смол – ионитов. Они представляют собой твердые полиэлектролиты, у которых ионы одного знака заряда закреплены на твердой матрице, а противоионы способны переходить в раствор.

Иониты, используемые в ионообменных установках, достаточно компактны и применяются в большинстве современных фильтров для очистки и умягчения воды, ими оснащены, например, пищеблоки морских лайнеров, подводных лодок.

Способность к ионному обмену проявляется у ряда природных алюмосиликатов. Например, при взбалтывании воды с небольшим количеством глины между ними происходит обмен ионами. Данный эффект используется в лечебных целях, глиняные аппликации эффективны в профилактике заболеваний кожи, в ней восстанавливается водно-электролитный баланс.

Широкое применение находят синтетические ионообменники, они включают и полимерные материалы. В зависимости от того, какие ионы переходят в раствор с поверхности, различают катиониты и аниониты.

Катиониты содержат ионы Na + или Н + – это сульфоугли или алюмосиликаты. Аниониты включают подвижные гидроксид-ионы, это так называемые искусственные смолы.

Умягчение воды в промышленных ионообменниках производится фильтрованием через слой катионита толщиной 2–4 м, его поверхность достаточно велика, т.к. полимерная основа состоит из маленьких гранул диаметром 0,5–1,5 мм. В порах этих частичек остаются ионы кальция, вместо них в воду поступают ионы натрия, и вода становится мягкой.

Катионит периодически регенерируют, промывая его концентрированным раствором хлорида натрия, при этом кальций вынужден покидать ранее занятые «позиции» в ионообменнике, его место занимают ионы натрия. Так обновляют адсорбент в фильтре для воды «Гейзер». Для Н + -катионитов промывку ведут раствором соляной кислоты, аниониты регенерируют раствором гидроксида натрия.

Демонстрационный эксперимент заключается в получении жесткой воды (учитель пропускает углекислый газ через раствор известковой воды до растворения получившегося осадка), и устранении ее жесткости при нагревании или добавлении раствора соды. Аналогично демонстрируется устранение постоянной жесткости воды, содержащей растворы хлорида кальция.

Вопросы для беседы и закрепления материала

1. Какими ионами обусловлена жесткость воды и в каких единицах она измеряется?

2. Назовите виды жесткости воды.

3. Почему необходимо устранять жесткость воды?

4. Как влияют соли, придающие воде жесткость, на организм человека?

5. Как понизить жесткость природной воды в быту?

6. Какие способы устранения жесткости воды вы знаете? Подтвердите ответ уравнениями химических реакций.

7. Почему мыло плохо мылится в жесткой воде?

Видео:Жёсткость воды и методы её устраненияСкачать

Please wait.

Видео:Опыты по химии. Устранение жесткости воды с помощью ионообменниковСкачать

We are checking your browser. gomolog.ru

Видео:Определение жесткости воды.Скачать

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

Видео:Способы устранения жесткости водыСкачать

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6de67c3feb7f9787 • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare

Видео:Жесткость воды и способы её устранения. Видеоурок 23. Химия 9 классСкачать

Ионные уравнения устранения жесткости воды

Виды жесткости. Способы умягчения воды

Катионы Ca 2+ обусловливают кальциевую жесткость, а катионы Mg 2+ — магниевую жесткость. Общая жесткость складывается из кальциевой и магниевой, т.е. из суммарной концентрации в воде катионов Ca 2+ и Mg 2+ .

Под умягчением воды понимают либо устранение, либо уменьшение ее жесткости. Главным образом оно заключается в полном или частичном удалении из нее катионов Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 2+ . Существует три основных способа умягчения воды: термическая обработка, химическая обработка, ионный обмен.

1. Термическая обработка

Суть способа заключается в предварительном нагревании воды до 70-80 ° С или ее кипячении. При этом катионы Ca 2+ , Mg 2+ осаждаются в виде малорастворимых соединений.

По отношению к процессам умягчения воды различают жесткость карбонатную и некарбонатную.

Карбонатной называют жесткость, вызванную присутствием в воде гидрокарбонатов кальция Ca ( HCO ₃ )₂ и магния Mg ( HCO ₃ )₂. При кипячении гидрокарбонаты разрушаются, а образующиеся малорастворимые карбонаты выпадают в осадок, и общая жесткость воды уменьшается на величину карбонатной жесткости. Поэтому карбонатную жесткость также называют временной.

При кипячении катионы кальция осаждаются в виде карбоната кальция:

а катионы магния – в виде основного карбоната или в виде гидроксида магния (при рН>10.3):

гидроксид-ионы OH — образуются за счет взаимодействия ионов HCO ₃ — с водой:

Остальная часть жесткости, сохраняющаяся после кипячения воды, называется некарбонатной. Она определяется содержанием в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот: сульфатов, хлоридов, нитратов. При кипячении эти соли не удаляются, поэтому некарбонатную жесткость также называют постоянной.

2. Химическая обработка.

Умягчение воды также может быть достигнуто обработкой различными химическими веществами. Так, карбонатную жесткость можно устранить добавлением гашеной извести

Ca 2+ + 2 HCO ₃ — + Ca 2+ + 2 OH — = 2 CaCO ₃ ↓ + 2 H ₂ O

Mg 2+ + 2HCO₃ 2- + 2Ca 2+ + 4OH — = Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2 H₂O

При одновременном добавлении извести и соды можно избавиться от карбонатной и некарбонатной жесткости (известково-содовый способ). Карбонатная жесткость при этом устраняется известью, а некарбонатная – содой:

MgCO ₃ + Ca 2+ + 2 OH — = Mg ( OH )₂↓ + CaCO ₃ ↓

Эффективным средством для умягчения воды служит полифосфат натрия Na ₅ P ₃ O ₁₀ . В этом случае связывание ионов Ca 2+ и Mg 2+ осуществляется за счет образования хорошо растворимых в воде хелатных комплексных соединений:

Применяются и другие способы устранения жесткости воды, среди которых один из наиболее современных основан на применении катионитов — катионитный способ. Имеются твердые вещества, которые содержат в своем составе подвижные ионы, способные обмениваться на ионы внешней среды. Они получили название ионитов.

Иониты делятся на две группы. Одни из них обменивают свои катионы на катионы среды и называются катионитами, другие обменивают свои анионы и называются анионитами. Иониты не растворяются в растворах солей, кислот и щелочей.

Из неорганических ионитов наибольшее значение имеют цеолиты – алюмосиликаты сложного состава, имеющие кристаллическое строение. Например, алюмосиликат состава Na ₂ O ∙ Al ₂ O ₃ ∙4 SiO ₂ ∙ m H ₂ O имеет пространственную решетку, образованную атомами Al , Si и O . Решетка пронизана полостями, в которых размещаются молекулы воды и ионы Na + . Последние, обладая определенной свободой перемещения, замещаются на ионы Ca 2+ и Mg 2+ при пропускании воды через слой зерен (гранул) цеолита.

Более совершенны ионообменные смолы, получаемые на основе синтетических полимеров. Они обладают одновременно высокими эксплуатационно-техническими характеристиками и разнообразными физико-химическими свойствами.

Для устранения жесткости воды применяют катиониты. Их состав условно можно выразить общей формулой Na ₂ R , где Na + — весьма подвижный катион, а R 2- — частица катионита, несущая отрицательный заряд.

Если пропускать воду через слои катионита, то ионы натрия будут обмениваться на ионы кальция и магния:

Ca 2+ + Na₂R = 2Na + + CaR;

Mg 2+ + Na ₂ R = 2 Na + + MgR

Таким образом, ионы кальция и магния переходят из раствора в катионит, жесткость при этом устраняется.

Когда процесс ионного обмена доходит до равновесия, ионит перестает работать – утрачивает способность умягчать воду. Однако любой ионит легко подвергается регенерации. Для этого через катионит пропускают концентрированный раствор NaCl ( Na ₂ SO ₄ ) или HCl ( H ₂ SO ₄ ). При этом ионы Ca 2+ и Mg 2+ выходят в раствор, а катионит вновь насыщается ионами Na + или H + .

4. Физические методы устранения жесткости

Для умягчения воды применяются также методы, основанные на физических явлениях.

Метод электродиализа основан на явлении направленного движения ионов электролита к электродам, подключенным к сети постоянного тока. Таким образом, ионы металлов, обуславливающие жесткость воды, задерживаются у электродов и отделяются от воды, выходящей из аппарата водоочистки.

Магнитно-ионизационный метод также использует явление направленного движения ионов, но уже под действием магнитного поля. Для увеличения в воде количества ионов ее предварительно облучают ионизирующим излучением.

Магнитная обработка воды заключается в пропускании воды через систему магнитных полей противоположной направленности. В результате этого происходит уменьшение степени гидратации растворенных веществ и их объединение в более крупные частицы, которые выпадают в осадок.

Ультразвуковая обработка воды также приводит к образованию более крупных частиц растворенных веществ с образованием осадка.