Составить уравнение реакции умягчения воды содержащей большое количество гидрокарбоната магния (6 видео)

Содержание

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И МЕТОДЫ ЕЕ УМЯГЧЕНИЯ
Жесткость воды. Методы умягчения
Методы устранения жесткости воды
Решение задач по химии на вычисление жёсткости воды
🌟 Видео

Видео:Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.Скачать

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И МЕТОДЫ ЕЕ УМЯГЧЕНИЯ

Специфические свойства воде придают ионы Ca 2+ и Mg 2+ , присутствие которых определяет жесткость воды.

Жесткость воды – один из технологических показателей, принятых для характеристики состава и качества природных вод, который характеризуется содержанием числа миллимолей эквивалентов ионов Са 2+ и Мg 2+ в 1л воды. Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию в воде 20,04мг/л Са 2+ или 12,16мг/л Mg 2+ , что соответствует значению эквивалентной массы этих ионов.

Различают несколько видов жёсткости: общую, временную, постоянную, карбонатную и некарбонатную.

Общей жёсткостью называется суммарная концентрация ионов Ca 2+ , Mg 2+ в воде, выраженная в мэкв/л.

Постоянная жёсткость — часть общей жёсткости, остающаяся после кипячения воды при атмосферном давлении в течение определённого времени.

Временная жёсткость – часть общей жёсткости, удаляющаяся кипячением воды при атмосферном давлении в течение определённого времени. Она равна разности между общей и постоянной жёсткостью.

Карбонатная жёсткость – часть общей жёсткости, эквивалентная концентрации гидрокарбонатов кальция и магния.

Некарбонатная жёсткость — часть общей жёсткости, равная разности между общей и карбонатной жёсткостью.

ПРИМЕР 1.В 5 м 3 воды содержится 250 г ионов кальция и 135 г ионов магния. Определить общую жесткость воды.

РЕШЕНИЕ. Найдем содержание ионов кальция и магния (в мг/л) в воде:

250 × 1000 / 5 ×1000 = 50 (мг/л) ионов Са 2+

и 135 × 1000 / 5 × 1000 = 27 (мг/л) ионов Mg 2+ .

1 мэкв жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л ионов. Са 2+ или 12,16 мг/л ионов Мg 2+ ; следовательно,

Ж = 50/20,04 + 27/12,16 = 4,715 (мэкв/л).

Ответ: Ж=4,715 мэкв/л

ПРИМЕР 2. Вычислить карбонатную жёсткость воды, зная, что на титрование 100мл этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25мл, 0,08 н раствора НС1. Привести уравнение соответствующей реакции.

РЕШЕНИЕ: Задачу решаем используя закон эквивалентов для растворов.

где N₁ и N_{2 –} нормальность растворов 1 и 2, моль-экв/л

V₁ и V_{2 –} объём растворов 1 и 2, мл

Вычислим нормальность раствора гидрокарбоната кальция:

N₁ = 6,25•0,08 ⁄ 100 = 0,005моль-экв/л

Следовательно, в 1 л воды содержится 0,005•1000 = 5 мэкв гидрокарбоната кальция.

Использование природной воды в технике требует ее предварительной очистки. Процесс, приводящий к снижению жёсткости воды, называется умягчением воды.

Способы умягчения воды можно разделить на три основные группы:

1) термическое умягчение воды; 2) реагентные методы умягчения; 3) умягчение воды методом ионного обмена.

Термический способ умягчения воды

Временная или карбонатная жесткость, устраняется нагреванием воды до 70—80°С и последующей фильтрацией. При нагревании протекают реакции:

Однако полностью устранить карбонатную жёсткость термическим методом нельзя, т. к. СаСО₃, хотя и незначительно, но растворим в воде. Растворимость МgСО₃ достаточно высока, поэтому гидрокарбонат магния сразу же взаимодействует с водой, т.е. наблюдается процесс гидролиза и вместо МgСО₃, в осадок выпадает Mg(ОН)_2:

2. Реагентное умягчение воды.

Реагентное умягчение воды состоит в том, что при введении в воду специальных реагентов катионы кальция и магния, растворенные в ней, переходят в практически нерастворимые соединения, которые выпадают в осадок.

Например, фосфатный способ умягчения воды:

Методы ионного обмена

Катионитовый метод умягчения воды основан на способности некоторых практически нерастворимых в воде веществ, называемых катионитами , обменивать содержащиеся в них активные группы катионов (натрия, водорода и др.), на катионы кальция или магния, находящиеся в воде.

В настоящее время большое распространение получили ионообменные смолы, которые получают на основе синтетических полимеров. Ионнообменные смолы – это сетчатые, трёхмерные полимеры, не растворяющиеся в воде, но ограниченно набухающие в ней и содержащие групы, способные к обмену ионов

Умягчаемую воду фильтруют через слой катионита, при этом катионы кальция и магния из воды переходят в катионит, а в воду переходят катионы натрия или водорода. Химизм Na-катионирования описывается уравнениями реакций:

(где R – комплекс катионита, практически нерастворимый в воде)

ПРИМЕР 3. Жесткость воды равна 5,4 мэкв ионов кальция в 1 л воды. Какое количество фосфата натрия Na₃P0₄ необходимо взять, чтобы понизить жесткость 100л воды практически до нуля.

РЕШЕНИЕ: Задачу решаем, используя формулу

где m – масса вещества, обусловливающего жёсткость воды, или применяемого для устранения жёсткости воды, г; М_э – эквивалентная масса этого вещества; г/моль; V – объём воды, л, 1000 – коэффициент перевода экв/л в мэкв/л

где n – количество ионов металла; В – валентность металла.

Из уравнения (1) выразим массу

m = Ж•Э•V/1000 = 5,4•54,7•100/1000 = 29,538 (г)

Ответ: m = 29,538г.

101. Вода содержит 0,12 г MgSO₄ и 0,243 г Са(НСОз)₂ на 1 литр. Определить общую жёсткость воды. Привести реакции фосфатного метода умягчения воды, содержащей данные соли.

102. Какова постоянная и временная жёсткость воды, если в ней содержится ионов Са 2+ — 0,110 г/л; Mg 2+ — 0,0425 г/л; НСО₃ — — 0,07 г/л.Составить уравнение реакции, лежащее в основе термического умягчения воды.

103. Общая жесткость воды равна 7,8 мэкв/л. Определить постоянную жесткость воды, если при определении временной жесткости на 100 мл испытуемой воды при титровании пошло 5,2 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты

104. Какая масса сульфата кальция содержится в 200 л воды, если жёсткость, обуславливаемая этой солью, равна 8 мэкв/л? Привести уравнение реакции бариевого метода умягчения воды.

105. Какова общая и карбонатная жёсткость воды, если в 1 л воды содержатся ионы Са 2+ — 0,111 г; Mg 2+ — 06 г; SO₄ 2- — 0,098 г; С1 — — 0,14 г.

106. Вычислить временную жёсткость воды, зная, что для реакции с гидрокарбонатом магния, содержащемся в 200 см 3 воды, требуется 15 см 3 0,08 н раствора соляной кислоты. Привести уравнение соответствующей реакции.

107. Общая жесткость воды равна 11,7 мэкв/л. Определить постоянную жесткость воды, если при определении временной жесткости на 100 мл испытуемой воды при титровании пошло 6,5 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты

108. Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 1 м 3 воды, чтобы устранить жёсткость, равную 8 мэкв/л? Привести уравнение реакции.

109. В 10 л воды содержится 38 мг гидрокарбоната магния и 108 мг гидрокарбоната кальция. Вычислить общую жёсткость воды. Привести уравнения реакций термического умягчения воды.

110. При кипячении 250 мл воды, содержащей только гидрокарбонат магния, выпал осадок массой 4,5 мг. Чему равна жёсткость воды. Привести уравнение реакции.

111. Вычислить временную жёсткость воды, зная, что на реакцию с гидрокарбонатом магния, содержащимся в 200 мл этой воды, потребовалось 5 мл 0,1 н раствора соляной кислоты. Составить уравнение реакции.

112. Сколько граммов гидроксида кальция необходимо прибавить к 1000 л воды, чтобы удалить временную жёсткость, равную 2,86 мэкв/л? Составить уравнение реакции.

113. В 1 м 3 воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды. Привести уравнение реакции умягчения воды содовым способом..

114. Чему равна жесткость природной воды, если содержание ионов магния в ней составляет 121,6 мг/л? Привести уравнения реакции катионитного умягчения воды с использованием Н-катионита.

115. Определить жесткость воды, если в 1 л ее содержится 0,1002 г ионов Са 2+ и 0,03648 г ионов Mg 2+. Привести уравнения реакций устранения карбонатной жесткости термическим методом.

116. Какова общая и временная жёсткость воды, если в 1 л воды содержатся ионы Mg 2+ — 0,3 г; SO₄ 2- -0,049 г; С1 — — 0,07 г, Са 2+ -0,055 г;

117. Определить общую жёсткость воды, в 100 л которой содержится 8,5 г хлорида магния, 11,8 г хлорида кальция, 6,1 г гидрокарбоната магния и 18,3 г гидрокарбоната кальция.

118. Определить общую жёсткость воды, в 10 л которой содержится 0,95 г хлорида магния, 2,22 г хлорида кальция, 0,73 г гидрокарбоната магния и 2,43 г гидрокарбоната кальция.

119. Рассчитайте карбонатную, некарбонатную и общую жёсткость воды, содержащую в 10 л: Са 2+ — 40 мг; НСО₃ — — 61 мг; С1 — — 35 мг; Mg 2+ — 24 мг.

120. Общая жесткость воды равна 8,5 мэкв/л. Определить постоянную жесткость воды, если при определении временной жесткости на 100 мл испытуемой воды при титровании пошло 6,5 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты

ЭЛЕКТРОЛИЗ

Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита. Эти процессы складываются из направленного движения ионов в растворе или расплаве электролита и реакций восстановления и окисления, происходящих на электродах

Электрод, на котором протекают процессы окисления, называется анодом, а электрод, на котором протекают процессы восстановления – катодом.

Потенциал анода всегда меньше потенциала катода. При электролизе анод заряжен положительно, катод – отрицательно.

При электролизе растворов электролитов на катоде возможны следующие реакции:

1) восстановление ионов металла Me n + + nē → Me;

2) восстановление ионов водорода в кислой среде

2Н + + 2ē → Н₂ (φ 0 (2Н + /Н₂) = 0,0 В);

3) восстановление молекул воды

Из возможных катодных процессов осуществляется тот, который характеризуется наибольшим значением электродного потенциала.

Из этого следует, что при электролизе растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжения после водорода, например, медь, серебро, золото и другие, на электроде восстанавливаются только ионы металла и выделяется металл. В нейтральных и щелочных растворах с рН ≥ 7 возможно выделение и тех металлов, электродные потенциалы которых выше -0,41 В. (Объяснение следует дальше)

Из растворов, содержащих смесь таких катионов, происходит последовательное выделение металлов в порядке уменьшения величины их электродных потенциалов.

Если в растворе находятся ионы металлов, стоящие в ряду напряжения до алюминия включительно (φ 0 (Аl 3+ /Al) = -1.66 В), например, натрий, литий, кальций и другие, то на катоде восстанавливается только вода.

Металлы, электродные потенциалы которых не сильно отличаются от водородного (находится в ряду напряжения металлов после алюминия), восстанавливаются на катоде одновременно с водой. При этом выделяется и металл, и водород. В зависимости от условий электролиза массовые соотношения металла и водорода могут быть различными, вплоть до выделения только одного металла или водорода.

При электролизе растворов электролитов на аноде могут протекать реакции окисления:

1) анионов кислотных остатков: An n — →An + nē;

2) гидроксид — анионов

4) металла анода (растворимый анод)

Из возможных анодных процессов осуществляется тот, который характеризуется наименьшим значением электродного потенциала.

Характер анодных процессов зависит от природы используемого анода. Различают инертные и растворимые аноды. Первые изготовлены из малоактивных металлов, например, из платины, а также используют графитовые, угольные электроды. Материалом растворимых анодов является металл с потенциалом меньшим, чем потенциалы конкурирующих процессов, например, медь, цинк и другие. При этом окислению подвергается материал анода. Так, при электролизе раствора сульфата меди (II) с медным анодом происходит растворение анода: Сu → Cu 2+ + 2ē. Это объясняется тем, что потенциал меди (φ 0 (Cu 2+ /Cu) = 0,34 B) меньше потенциалов окисления воды и сульфат — иона. В процессе электролиза с использованием растворимого анода металла анода в виде ионов переходит в раствор, затем они могут восстанавливаться на катоде. На этом основаны методы очистки металлов от примесей (электрохимическое рафинирование металлов), методы нанесения покрытий и прочее.

На инертных анодах (графитовый, угольный, платиновый) могут окисляться молекулы воды, гидроксид – ионы или ионы кислотных остатков.

На аноде в растворах кислородосодержащих кислот или их солей разряжается вода. Это связано с тем, что электродные потенциалы анионов кислородосодержащих кислот имеют большие значения, чем потенциал окисления воды. Например, 2SO₄ 2- — 2ē → S₂O₈ 2- (2,01 В). Аналогично ведут себя фторид-ионы (φ 0 (F₂/2F — ) = 2,87 B).

Ионы Cl — , Br — , J — , S 2- разряжаются из не очень сильно разбавленных растворов.

2Br — → Br₂ + 2ē, φ 0 (Br₂/2Br — ) = 1,065 B,

S 2- → S + 2ē, φ 0 (S/S 2- ) = -0,51 B,

В связи с перенапряжением реакции выделения кислорода на аноде идёт окисление ионов хлора, хотя его потенциал больше потенциала окисления воды.

При электролизе растворов щелочей на аноде происходит окисление гидроксид-ионов, т.к. этот процесс характеризуется наименьшим потенциалом.

ПРИМЕР 1:Составьте схемы электролиза раствора NiCl₂ (анод угольный).

ОТВЕТ:На катоде могут разряжаться вода и катионы никеля. Т. к. величина потенциала никеля (φ 0 (Ni 2+ /Ni) = -0,25 В) близка к значению потенциалу восстановления воды, на катоде будут восстанавливаться и ионы металла, и вода. Конкурирующими анодными реакциями являются окисление воды и окисление хлорид – иона, на аноде окисляется ион хлора (объяснение смотрите выше).

Схема электролиза раствора NiCl₂

Ni 2+ + 2ē → Ni 2Cl — -2ē → Cl₂

Общая реакция электролиза хлорида никеля (II) –

ПРИМЕР 2:В чём состоит различие процессов электролитического разложения раствора сульфата меди на угольном и медном анодах?

ОТВЕТ:На катоде могут разряжаться вода и катионы меди. Так как потенциал восстановления катионов меди (II) больше потенциала восстановления воды, восстанавливаться будут ионы меди.

Конкурирующими анодными реакциями (угольный анод) являются окисление воды и окисление сульфат – иона.

Так как φ 0 (S₂O₈ 2- /2SO₄ 2- ) > φ 0 (O₂ + 4Н + /2Н₂O), следовательно, на аноде окисляется вода.

Схема электролиза раствора CuSO₄ на угольном аноде

(-) Катод: (+) Анод:

Сu 2+ + 2ē → Cu 2Н₂О — 4ē → О₂ + 4Н +

При использовании медного анода окислению подвергается материал анода — медь, в результате чего анод будет растворяться.

Схема электролиза раствора CuSO₄ на медном аноде

(-) Катод: (+) Анод:

Сu 2+ + 2ē → Cu Сu — 2ē → Cu 2+

Следовательно, электролиз растворов сульфата меди (II) на угольном и растворимом аноде отличаются анодными процессами. При электролизе на инертном аноде окисляется вода, образуя кислород и кислоту, в случае растворимого анода данные процессы происходить не будут.

Процессы, протекающие при электролизе, подчиняются законам Фарадея.

I. Масса электролита, подвергшаяся превращению при электролизе, а также массы образующихся веществ прямо пропорциональны количеству электричества, прошедшего через электролит.

где m — масса (г) образовавшегося, или подвергшегося превращению вещества;

q – количество электричества, прошедшего через электролит (Кл),

где J – сила тока, А; t – время, с.

k – электрохимический эквивалент.

Электрохимический эквивалент численно равен массе вещества, выделяемого 1 Кл электричества.

где М_Э – молярная масса эквивалента, г/моль-экв;

F – постоянная Фарадея, равная 96500 Кл.

Постоянная Фарадея – это количество электричества, необходимое для осуществления электрохимического превращения одного моль эквивалента вещества.

Подставив все параметры, получим выражение:

II. При электролизе различных электролитов равные количества электричества выделяют на электродах массы веществ, пропорциональные их эквивалентным массам.

ПРИМЕР 3:Рассчитайте массы веществ, образовавшихся на электродах при электролизе раствора сульфата меди (II) (на инертном аноде) при пропускании тока силой 10 А в течение 30 минут.

ОТВЕТ:Схема электролиза раствора сульфата меди (II) на угольном аноде рассмотрена в примере 4. Суммарное уравнение электролиза раствора CuSO₄:

На катоде образуется медь, на аноде – кислород. Для определения масс меди и кислорода воспользуемся первым законом Фарадея.

;

M_Э (Cu) = 63,55/2 = 31,78 г/моль-экв

121.Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): K₂SO₄; NiCl₂. При электролизе какого из предложенных вам веществ выделяется кислород? Сколько кислорода выделится при электролизе током силой 30 А в течение 1,5 часов?

122. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): NaOH; AgNO₃. При электролизе, какого из предложенных вам веществ выделяется водород? Сколько водорода выделится при электролизе током силой 25 А в течение одних суток?

123. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): H₂SO₄; CaCl₂. Сколько грамм серной кислоты подвергнется электролитическому разложению в течение 20 мин под действием тока силой 120 А?

124. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): NaNO₃; SnCl₂. Какое соединение образуется на катоде при электролизе нитрата натрия? Найдите его массу, если электролиз протекал 2 часа с силой тока 100 А.

125. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): CuSO₄; FeCl₂. Сколько грамм меди выделится на электроде при пропускании через раствор электролита заряда 241,25 Кл?

126. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): HCl; Cr(NO₃)₂. Рассчитайте силу тока, который выделит 50 г водорода из раствора HCl в течение 20 мин.

127. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): KOH; CuCl₂. Найдите силу тока, с которой проводят электролиз раствора CuCl₂, массой 16,79 г, в течение 20 мин.

128. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): AgNO₃; CoCl₂. Определите массу серебра, выделившегося на катоде при пропускании через раствор нитрата серебра тока силой 50 А в течение 50 мин.

129. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): BeCl₂; CdSO₄. Рассчитайте электрохимический эквивалент хлорида бериллия.

130. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): HNO₃; CuBr₂. При электролизе какого из предложенных вам соединений образуется водород? Определите объём водорода, если электролитическое разложение проводят током силой 200 А в течение 2 часов.

131. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): Ca(OH)₂; NiCl₂. Какое количество электричества необходимо для электрохимического превращения 34 г гидроксида кальция?

132. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): PtCl₂; Sn(NO₃)₂. Как долго нужно проводить электролиз для получения 19,5 г платины, если сила тока составляет 120 А?

133. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): CuCl₂; FeSO₄. В течение какого времени осуществляется электролитическое разложение 38 г хлорида меди, содержащихся в растворе? Сила тока равна 65 А.

134. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): Ba(OH)₂; NaCl. При электролизе какого из предложенных вам соединений образуется кислород? Определите объём кислорода, если электролитическое разложение проводят током силой 40 А в течение 1 часа.

135. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): MnBr₂; Ni(NO₃)₂. Определите электрохимические эквиваленты веществ, образующихся на катоде при электролизе нитрата никеля(II).

136. Cоставьте схемы электролизов раствора AgNO₃, протекающих на угольном и растворимом серебряном анодах. В чём будет заключаться различие? Определите массу серебра, выделившегося на катоде при пропускании тока силой 100 А в течение 30 мин через раствор AgNO₃?

137. Cоставьте схемы электролиза растворов Zn(NO₃)₂, протекающих на угольном и растворимом цинковом анодах. В чём будет заключаться различие? Определите объём газа выделившегося на катоде при пропускании тока силой 50 А в течение 10 мин через раствор Zn(NO₃)₂?

138. Cоставьте схемы электролиза растворов NiCl₂, протекающих на угольном и растворимом никелевом анодах. В чём будет заключаться различие? Какой заряд нужно пропустить через раствор хлорида никеля (угольный анод), чтобы подвергнуть превращению 0,325г хлорида никеля?

139. Cоставьте схемы электролиза растворов Ti(NO₃)₂, протекающих на угольном и растворимом титановом анодах. В чём будет заключаться различие? Определите силу тока, пропускаемого через раствор Ti(NO₃)₂ в течение 20 мин, если объём газа, выделившегося на аноде, составляет 2,79 л (угольный анод)?

140. Cоставьте схемы электролиза растворов CoCl₂, протекающих на угольном и растворимом кобальтовом анодах. В чём будет заключаться различие? Рассчитайте электрохимический эквивалент выделившегося на аноде продукта (электролиз проводят на угольном аноде).

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

КОРРОЗИЯ —процесс самопроизвольного разрушения металлов и сплавов под действием окружающей среды; данный процесс является окислительно-восстановительным и протекает на границе раздела фаз.

По механизму протекания коррозионного процесса, который зависит от характера внешней среды, различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия – самопроизвольное разрушение металла или сплава в окислительных средах, которые не проводят электрический ток.

К ней относятся:

а) высокотемпературная коррозия в атмосфере сухих газов, т.е. при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла или сплава (сухой воздух, хлор, сероводород и т.д.);

б) коррозия в жидких неэлектропроводных средах. К ним относятся жидкости органического происхождения (бензин, керосин, сернистая нефть и т.д.), а также ряд жидкостей неорганического происхождения ( расплавленная сера, жидкий бром и др.).

Сущность химической коррозии сводится к окислительно-восстановительной реакции, которая протекает между металлом или сплавом и окислителем.

ПРИМЕР1: Рассмотрите процесс коррозии цинковой пластины в атмосфере сухого сероводорода при температуре 400К.

ОТВЕТ: В атмосфере любого сухого газа при высоких температурах протекает химическая коррозия, сущность которой, в данном случае, сводится к окислительно-восстановительной реакции между металлом (Zn) и окислителем (H₂S):

Zn – 2e = Zn 2+ | 1

Продуктом коррозии является сульфид цинка.

ПРИМЕР 2: Опишите процесс коррозии железного гвоздя, помещенного в бензин, который насыщен кислородом.

ОТВЕТ: В чистом виде органические растворители не реагируют с металлами, но в присутствии примесей химическое взаимодействие протекает интенсивно. В данном случае будет протекать химическое взаимодействие между железом и кислородом:

Fe – 3e = Fe 3+ | 4

O₂ + 4e = 2O 2- | 3

Электрохимическая коррозия –самопроизвольное разрушение металла или сплава в среде электролита:

— в растворах электролитов (растворы щелочей, кислот и солей; морская вода);

— в атмосфере любого влажного газа;

При электрохимической коррозии протекают раздельно два процесса: окисление на анодных участках и восстановление на катодных участках, при этом образуется коррозионный элемент:

Составить уравнение реакции умягчения воды содержащей большое количество гидрокарбоната магния

где Д – деполяризатор.

Схематично процесс электрохимической коррозии можно описать следующими электродными процессами:

Анодные участки: Ме – nе = Ме n +

Катодные участки: Д + nе = Д n —

Катодный процесс зависит от кислотности среды (рН):

а) если рН + , и на катодных участках осуществляется водородная деполяризация, протекающая по схеме:

б) если рН ≥ 7 (в нейтральных и щелочных средах), то деполяризатором являются молекулы кислорода, растворенные в электролите, и на катодных участках осуществляется кислородная деполяризация, протекающая по схеме:

ПРИМЕР 3: Рассмотрите химические процессы, протекающие при контакте цинковой и свинцовой пластин, погруженных в раствор хлорида аммония.

ОТВЕТ: В данном случае мы имеем дело с контактной электрохимической коррозией. Е 0 (Zn/Zn 2+ ) = -0,76B, a E 0 (Pb/Pb 2+ ) = -0,13 B. Следовательно, цинк, характеризующийся более низким значением электродного потенциала, будет проявлять свойства анода, а свинец с большим значением электродного потенциала – свойства катода.

В водном растворе хлорид аммония подвергается процессу гидролиза по катиону слабого основания :

В результате гидролиза среда раствора становится кислой, т.к. накапливаются ионы водорода Н + (pH + , а на катодных участках осуществляется водородная деполяризация

Строение и работа коррозионного элемента описывается следующей схемой:

NH₄ОН + HCl

Анодные участки : Zn – 2e = Zn 2+

Катодные участки: 2H + + 2e = H₂ (pH + = Zn 2+ + H₂

Продуктом коррозии является хлорид цинка.

141.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, , и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а) Шероховатая железная пластинка в среде газообразного хлора при Т>573 К;

б) Какой из двух металлов (Fe/Ti), контактирующих в конструкции, будет подвергаться разрушению? Металлическое изделие находится в растворе CuCl₂;

142.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, , и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная пластина из углеродистой стали в сухом хлороводороде при Т>300 К;

б/ Каким — анодным или катодным – покрытием будет цинк, если изделие изготовлено из железа? Напишите схему коррозионного процесса, протекающего при нарушении целостности покрытия в растворе (NH₄)₂SO₄ .

143.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная алюминиевая пластина в сухом воздухе при Т>400К;

б/ В качестве протектора для защиты от коррозии стальных изделий используют алюминий. Составьте схему процессов, лежащих в основе защитного действия протектора, протекающих в растворе Mn(NO₃)₂ .

144.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Шероховатая железная пластинка в сухом воздухе при Т>373К;

б/ Какой из двух металлов (Cu/Ti), контактирующих в конструкции, будет подвергаться разрушению. Металлическое изделие находится в растворе К₂S;

145.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Шероховатая цинковая пластинка в сухом сероводороде при Т>300К;

б/ Каким — анодным или катодным – покрытием будет хром, если изделие изготовлено из железа? Напишите схему коррозионного процесса, протекающего при нарушении целостности покрытия в растворе Cu(NO₃)₂

146.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Изогнутая пластина из углеродистой стали в сухом хлороводороде при Т>300К;

б/ В качестве протектора для защиты от коррозии стальных изделий используют марганец. Составьте схему процессов, лежащих в основе защитного действия протектора, протекающих в растворе NaНCO₃.

147.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Шероховатая алюминиевая пластина в водяном паре при Т>423К;

б/ К какому типу покрытия относится олово на меди? Напишите схему коррозионного процесса, протекающего при нарушении целостности покрытия в растворе сульфида калия?

148.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная цинковая пластина в сухом сероводороде при Т>360К;

б/ магниево-алюминивый сплав эксплуатируется во влажной атмосфере воздуха.

149.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Изогнутая пластина из углеродистой стали в насыщенном кислородом бензине при Т=298К;

б/ алюминиевое изделие с медными заклепками находится в растворе Na₂SO₃ при Т=298 К.

150.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная алюминиевая пластина в сухом воздухе при Т>398К;

б/Каким — анодным или катодным – покрытием будет олово, если изделие изготовлено из железа? Напишите схему коррозионного процесса, протекающего при нарушении целостности покрытия в растворе карбоната натрия.

151.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная пластина из углеродистой стали в сухом хлороводороде при Т>350К;

б/ В качестве протектора для защиты от коррозии стальных изделий используют цинк. Составьте схему процессов, лежащих в основе защитного действия протектора, протекающих в морской воде.

152. Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Шероховатая железная пластинка в насыщенном кислородом керосине при Т>298К;

б/ пластина из латуни (сплав цинка с медью) эксплуатируется в растворе серной кислоты.

153.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная пластина из углеродистой стали в насыщенном хлором керосине при Т=298К;

б/ медное изделия, паянное серебром эксплуатируется в растворе КОН.

154.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная цинковая пластина во влажном воздухе при Т>300К;

б/ Какой из двух металлов (Cr/Sn), контактирующих в конструкции, будет подвергаться разрушению? Металлическое изделие находится в растворе CuCl₂;

155.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/ Полированная железная пластина в водяном паре при Т>473К;

б/ биметаллическая композиция Cu/Ag в растворе KCl при Т=298 К.

156.Определите тип коррозии. Составьте уравнения процессов, протекающих в каждом из случаев, и схему коррозионного элемента для случая электрохимической коррозии.

а/Шероховатая алюминиевая пластинка в сухом хлороводороде при Т>380К;

Видео:Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 классСкачать

Жесткость воды. Методы умягчения

Природная вода содержит в растворенном или коллоидном состоянии различные неорганические и органические соединения.

В наибольшем количестве в воде содержится катионы Са2+, Mg2+, Na+, K+ и анионы CO32, HCO3, SO42, Cl. Другие катионы (Fe3+, Mn2+) и анионы (HSiO3, SO32, S2O32) встречаются значительно реже. В воде чаще всего растворены газы CO2, O2, N2, H2S, CH4 и др.

Состав природных вод характеризуется некоторыми технологическими показателями, в том числе жёсткостью, реакцией среды, щелочностью, солесодержанием, окисляемостью.

Жесткость воды отражает содержание в ней ионов кальция и магния. Она выражается в моль/л:

Различают карбонатную и некарбонатную жёсткость. Карбонатной называют жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2, CaCO3, MgCO3 (растворимость CaCO3 в воде 13 мг/л, MgCO3 — 110 мг/л). Некарбонатная жёсткость представляет собой разность между общей и карбонатной жесткостью и обусловлена присутствием в воде солей сильных кислот CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4.

Временная жесткость устраняется кипячением воды в течение 1 ч. Она обусловлена гидрокарбонатами.

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + СО2^.

При нагревании ионы HCO3 переходят в ионы CO32. Образующийся карбонат кальция имеет малую растворимость (13 мг/л). Та часть карбонатной жесткости, которая остается после кипячения воды в течение часа, называется остаточной карбонатной жесткостью. Остаточная карбонатная жесткость с некарбонатной составляет постоянную жесткость т.е. можно сказать, что это разность между общей жесткостью и временной.

Общую жёсткость Жо и карбонатную Жк воды можно определить методом титрования. Для определения Жо производится комплексометрическое титрование пробы анализируемой воды раствором двузамещённой натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б) в щелочной среде (рН=8) в присутствии индикатора хром тёмносиний. Фиксируется переход окраски воды из розовой в голубую. Карбонатная жёсткость определяется кислотноосновным титрованием воды раствором соляной кислоты в присутствии индикатора метилового оранжевого, фиксируется переход желтой окраски в оранжевую.

1 мг/моль соответствует содержанию в 1 л воды 20.04 мг кальция или 12,16 мг магния. (За рубежом применяют разные условные единицы жесткости, называемые градусами жесткости, 1 градус соответствует 0,357 ммоль/л катионов двухзарядных металлов).

Щёлочность воды выражается суммой концентраций ионов гидроксида и анионов слабых кислот HCO3, CO32.

Солесодержание — общая (суммарная) концентрация солей в воде.

Окисляемость отражает содержание примесей, способных взаимодействовать с окислителями.

Водоподготовка — комплекс технологических процессов по очистке воды для приведения её качества в соответствие с требованиями потребителя. Если ионные примеси могут образовывать малорастворимое соединение, то их можно перевести в это соединение, примесиокислители можно устранить восстановлением, а примесивосстановители — окислением. Для удаления примесей широко используется адсорбция, причём незаряженные примеси адсорбируются на активированном угле или других адсорбентах, а ионы — на ионообменных веществах.

Методы осаждения сводятся к переводу растворимых солей Ca2+ и Mg2+ в трудно растворимые соединения CaCO3 и MgCO3. Они делятся на термический и реагентные методы.

Термический метод. При нагревании воды до 95 980С гидрокарбонатные ионы НCO3 переходят в ионы CO32. Так как растворимость газов (CO2) уменьшается с увеличением температуры, то при кипячении воды из нее выделяется CO2. Это приводит к смещению химического равновесия вправо и гидрокарбонаты переходят в трудно растворимые карбонаты, выпадающие в осадок:

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + Н2О + СО2 .

Этот метод частично умягчает воду, снижает карбонатную жесткость, устраняет временную жесткость, а некарбонатная жесткость не изменяется.

Реагентные или химические методы. При реагентных методах удаления ионов Ca2+ и Mg2+ достигается также в результате перевода их в малорастворимые соединения, но не нагреванием, а действием соответствующих химических реагентов.

Известковый метод применяется для уменьшения карбонатной жесткости:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2Н2О;

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + 2CaCO3 + 2Н2О.

Содовый метод используется для уменьшения некарбонатной жесткости:

CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl;

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4.

Для одновременного удаления карбонатной и некарбонатной жесткости применяется содово — известковый метод:

MgCl2 +Na2CO3 = MgCO3 + 2NaCl;

MgCO3 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCO3.

Метод добавления антинакипинов. Антинакипины — вещества добавляемые в воду с целью борьбы с образованием накипи. При добавлении антинакипинов ионы Ca2+ и Mg2+ переходят в осадок, который легко удаляется из воды (плотной накипи по стенкам не образуется). К антинакипинам относятся коллоиднодисперсный графит, фосфат натрия. Na3РO4 реагирует с солями Ca и Mg, образуя труднорастворимые соединения:

3CaSO4 + 2Na3РO4 = Ca3(РO4) 2 + 3Na SO4;
3Ca(HCO3)2 + 2Na3РO4= Ca3(РO4) 2 + 6NaНСО3.

Баритный метод применяется в том случае, если в воде содержится большая концентрация SO42.

CaSO4 + ВаСО3 = CaCO3 + ВаSО4 .

Методы ионного обмена

Рассмотренные методы все же не дают степени умягчения, которая требуется для некоторых областей применения воды. Кроме того, они громоздки и связаны со значительным расходом реагентов. В последние годы широкое распространение получил метод ионного обмена.

Применяемые в данном методе соединения называются ионитами — это твердые материалы, способные обменивать свои ионы на ионы, содержащиеся в воде.

К ионитам относятся различные вещества — как неорганические, так и органические, природные и синтетические. Одним из простейших ионообменных материалов является сульфоуголь, получаемый обработкой бурых углей концентрированной Н2SO4 при нагревании. Неорганические иониты — пермутиты. Это искусственно приготовленные зернистые материалы, по своей природе являющиеся алюмосиликатами. Их получают сплавлением кварца (SiO2) с каолином (Al2O3) и содой (Na2CO3). Состав может быть условно обозначен [Na2П].

В настоящее время наибольшее значение приобрели различные ионообменные смолы, вырабатываемые на основе синтетических полимеров. В зависимости от того какие ионы в этих смолах обмениваются — катионы или анионы, различают катиониты и аниониты.

Методы ионного обмена применяются как для умягчения воды, так и для ее обессоливания. По виду обмениваемых ионов катиониты подразделяют на Na — катиониты — Na2R (для умягчения воды), Н — катиониты (для обессоливания воды).

При пропускании воды через колонку, заполненную Na — катионитом (зерна 0,20,3 мм), происходят обменные реакции:

Ca(HCO3)2 + Na2R = 2NaНСО3 + CaR;

CaCl2 + Na2R = 2NaCl + CaR;

Mg(HCO3) + Na2R = 2NaНСО3 + MgR,

где R — практически нерастворимый анион ионита. Вода полностью освобождается от Ca2+ и Mg2+.

Когда весь Na+ в катионите заменится на Ca2+ и Mg2+, катион утрачивает способность смягчать воду, но он может быть легко восстановлен — регенерирован концентрированным раствором NaCl:

CaR + 2NaCl = CaCl3 + Na2R;

MgR + 2NaCl = MgCl2 + Na2R.

Сущность Н — катионирования состоит в реакции обмена иона Н+ из катиона на ионы Ca2+,Mg2+, Na+ в воде.

Ca(HCO3)2 + Н2R = CaR + 2Н2О + 2СО2;

CaCl2 + Н2R = CaR + 2НCl;

MgSO4 + Н2R = MgR + Н2SO4.

В результате обработки в воде вместо солей появляется эквивалентное количество кислоты. Происходит обессоливание воды.

Регенерация Н — катионов осуществляется раствором кислоты:

CaR + Н2SO4 = CaSO4 + Н2R.

Аниониты способны к обмену ионов только в кислой среде. С помощью анионитов осуществляется обмен всех кислотных анионов, содержащихся в воде, на ионы ОН:

SO42 + R(ОН)2 = RSO4 + 2ОН,

CO32 + R(ОН)2 = RCO3 + 2ОН,

Cl + R(ОН)2 = RCl2 + 2ОН.

Аниониты регенерируются раствором NaОН:

RSO4 + 2NaОН = Na2SO4 + R(ОН)2.

Кроме перечисленных методов на практике применяются еще магнитные, ультразвуковые, электрохимические и другие методы обработки воды.

Частичное удаление солей из воды может быть осуществлено путем вымораживания. Этот способ применяется для опреснения морской воды. При замерзании воды основная масса солей остается в незамерзшей воде, а лед сравнительно мало содержит солей.

Вода, используемая для питьевых нужд, подвергается очистке от взвесей (коагуляцией, осветлением) и обеззараживанию с помощью жидкого хлора, хлорной извести, озона.

Примеры решения задач

Пример 1. Определите общую Жо, карбонатную Жк и некарбонатную Жнк жесткость воды, если на титрование её 100 мл потребовалось 8 мл 0.1н. раствора трилона Б и 5 мл 0.1н. раствора соляной кислоты.

Расчёт жёсткости воды ведётся по закону эквивалентов:

где VB — объём анализируемой пробы воды, мл; VT — объём титрующего раствора, мл; СН — нормальная (эквивалентная) концентрация титрующего раствора, моль/л.

После подстановки заданных значений получим:

Жнк = Жо — Жк = 8 — 5 = 3 ммоль/л.

Пример 2. Анализ воды показал, что в ней содержится гидрокарбонат кальция Ca(HCO3)2 массой 1386 мг, хлорид кальция CaCl2 массой 610 мг, хлорид натрия NaCl массой 480 мг. Объём воды составил5 л. Определите общую жёсткость Жо, карбонатную Жк, некарбонатную Жнк жесткость, солесодержание, рН воды.

Общая жесткость воды Жо — суммарная концентрация ионов Ca2+и Mg2+, выраженная в ммоль/л:

где m1, m2 — масса катионов Ca2+и Mg2+ в воде или соответствующих им солей, мг; Э1, Э2 — молярная масса эквивалентов (эквивалент) катионов Ca2+и Mg2+ или соответствующих им солей, г/моль; V — объём воды, л.

Определим эквиваленты солей, характеризующих жёсткость воды:

Э(Ca(HCO3)2) = М/2 = 81.05 г/моль, Э(CaCl2) = М/2 = 55.5 г/моль.

Общую жёсткость воды можно рассчитать:

Поскольку карбонатная жёсткость Жк — это часть Жо, обусловленная содержание в воде гидрокарбонатов кальция и магния, то она равна:

Некарбонатная жесткость Жнк исследуемой воды обусловлена содержанием в ней соли хлорида кальция:

Расчёт рН воды. Соли NaCl, CaCl2 образованы сильными основаниями и сильными кислотами. Их растворы в воде имеют нейтральную реакцию среды, рН=7. Соль Ca(HCO3)2 образована сильным основанием Ca(OH)2 и слабой кислотой H2CO3, поэтому при растворении в воде подвергается гидролизу, и её раствор имеет основную реакцию среды:

HCO3 + H2O — H2CO3 + OH.

Константа гидролиза соли вычисляется по формуле:

где Кю = 1014 — ионное произведение воды; Кд1(H2CO3) = 4.45?107 — константа диссоциации угольной кислоты по первой ступени.

Уравнение диссоциации гидрокарбоната кальция:

Ca(HCO3)2 — Ca2+ + 2HCO3,

поэтому исходная концентрация гидрокарбонатионов: С0 = 2С(Ca(HCO3)2) = 3.3?103 моль/л.

Определяем степень гидролиза гидрокарбоната кальция:

Находим концентрацию гидроксидионов и рН раствора соли:

основная реакция среды.

Пример 3. Природная вода имеет следующие исходные показатели качества: общая жёсткость Жо = 5.15 ммоль/л, солесодержание Р = 0.47 г/л. Солевой состав воды: 1386 мг Ca(HCO3)2, 500 мг MgCl2, 480 мг NaCl. Объём воды V = 5 л. Определите жёсткость и солесодержание воды после Na — катионирования.

При Naкатионировании исходная вода пропускается через слой Naкатионита. При этом ионы Ca2+и Mg2+ из природной воды обмениваются на ионы Na+ из катионита:

2RNa+(И) + Ca2+(рр) — R2Сa2+(И) + 2Na+(рр)
2RNa+(И) + Mg2+(рр) — R2Mg2+(И) + 2Na+(рр).

Обмен происходит по закону эквивалентов, т.е.

NЭ(Ca2+, Mg2+) = NЭ(Na+) или ЖоV = NЭ(Na+).

Молярные массы эквивалентов солей жёсткости и солей натрия:

Э(Ca(HCO3)2) = М/2 = 162.11/2 = 81.05 г/моль;

Э(MgCl2) = М/2 = 95.21/2 = 47.62 г/моль;

Э(NaHCO3) = М = 84 г/моль; Э(NaCl) = М = 58.5 г/моль.

Тогда солесодержание Naкатионированной воды будет определяться содержанием в воде солей натрия:

Видно, после полного Na — катионирования воды её солесодержание осталось, примерно, как в исходной воде.

Пример 4. Определите жёсткость, солесодержание и рН воды после её обработки методом Н — катионирования, если её природная вода имеет следующий солевой состав: 1386 мг Ca(HCO3)2, 500 мг MgCl2, 480 мг NaCl. Объём воды V = 5 л.

При Нкатионировании исходная вода пропускается через слой Нкатионита. При этом катионы из обрабатываемой воды обмениваются на ионы водорода из катионита:

2RН+(И) + Ca2+(рр) — R2Сa2+(И) + 2Н+(рр)
2RН+(И) + Mg2+(рр) — R2Mg2+(И) + 2Н+(рр)

RН+(И) + Na+(рр) — RNa+(И) + Н+(рр).

Как видно, после Нкатионирования в обработанной воде практически не остаётся растворённых солей, т.е. солесодержание и жёсткость воды становятся близкими к нулю: Р=0; Жо=0. Однако обработанная вода в результате образования избытка ионов водорода становится более коррозионноагрессивной, так как уменьшается рН среды. Обмен катионов происходит по закону эквивалентов:

поэтому концентрация ионов водорода в обработанной воде будет равна:

Определим рН обработанной воды:

рН = lg a(H+) ? lg C(H+) = lg(7.1?103) = 2.2 — среда кислая.

Пример 5. Определите жёсткость, солесодержание и рН воды после параллельного НNa — катионирования. Природная вода имеет исходные показатели качества: жесткость карбонатная ЖК = 3.3 ммоль/л, жесткость некарбонатная ЖНК = 2.2 ммоль/л, солесодержание Р = 0.47 г/л. Солевой состав: 1386 мг Ca(HCO3)2, 500 мг MgCl2, 480 мг NaCl. Объём воды V = 5 л.

В методе параллельного HNa — катионирования весь объём воды делится на два потока, один из которых (эквивалентный некарбонатной жёсткости) направляется на Na — катионирования, а другой (эквивалентный карбонатной жёсткости) — на Н катионирование:

После обработки потоки воды объединяются. Процессы в катионитах:

2RNa+(И) + Mg2+(рр) + 2Cl(pp) — R2Mg2+(И) + 2Na+(рр) + 2Cl(pp),
2RН+(И) + Ca2+(рр) + 2HCO3(pp) — R2Сa2+(И) + 2Н+(рр) + 2HCO3(pp).

Как видно из уравнений процессов HNa — катионирования, при полном сдвиге равновесия вправо в воде не остаётся ионов Ca2+и Mg2+, следовательно, Жо=0. Солесодержание обработанной воды определяется растворённой в воде солью NaCl (исходная соль плюс продукт катионирования):

Как видно, солесодержание воды после параллельного НNa — катионирования стало меньше, чем в исходной воде, но не стало равным нулю, как при Нкатионировании.

Водородные показатель среды после параллельного НNa — катионирования определяется наличием в обработанной воде избытка водородных ионов, концентрация которых эквивалентна ЖК исходной воды:

рН = lg a(H+) ? lg C(H+) = lg(3.3?103) = 2.48 — среда кислая.

Пример 6. Определите массы реагентов, требуемых для полного умягчения воды, если природная вода имеет следующие показатели жесткости (ммоль/л): ЖК = 3.3, ЖНК = 2.2. Объём воды V = 5 л. Солевой состав воды Ca(HCO3)2, MgCl2.

Умягчение воды методом осаждения — это обработка воды химическими реагентами: содой и известью. В результате образуются труднорастворимые вещества CaCO3 и Mg(OH)2, выделяемые из воды фильтрованием:

При добавлении в воду извести Ca(OH)2 снижается карбонатная жёсткость:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2Н2О.

При добавлении в воды соды Na2CO3 снижается некарбонатная жёсткость воды:

MgCl2 +Na2CO3 = MgCO3 + 2NaCl.

Массу используемых реагентов можно определить по закону эквивалентов:

Эквивалентные массы реагентов:

Э(Ca(OH)2) = 37 г/моль, Э(Na2CO3) = 53 г/моль.

Определим массы реагентов для умягчения воды:

Пример 7. Общая жёсткость воды Жо = 5.5 ммоль/л, карбонатная жёсткость ЖК = 3.3 ммоль/л. Объём воды V = 5 л. Определите массу осадка, выпавшего при термическом умягчении воды.

При термическом умягчении воды происходит снижение карбонатной жёсткости в соответствии с реакцией

Ca(HCO3)2 > CaCO3v + Н2О + СО2 .

Массу образовавшегося карбоната кальция (осадка) можно определить по закону эквивалентов:

Эквивалент карбоната кальция: Э(CaCO3) = M/2 = 50 г/моль, тогда масса образовавшегося карбоната кальция

Определим, сколько карбоната кальция растворится в 5 л воды. Согласно справочным данным произведение растворимости ПР(CaCO3) = 4.8?109. Предельная растворимость в воде карбоната кальция:

предельная масса растворённого в 5 л воды карбоната кальция:

Таким образом, в осадок при термическом умягчении воды выпадет:

Остаточная жёсткость воды после её термического умягчения будет практически равна некарбонатной жесткости 2.2 ммоль/л.

Задача 1. Считая, что в воде содержатся только соли Ca(HCO3)2 и CaCl2, рассчитайте:

солесодержание и рН исходной воды;

массу осадка после термического умягчения воды;

количество реагентов, необходимых для умягчения воды методом осаждения (расчёт вести на 100%ные растворы умягчающих реагентов);

солесодержание и рН воды после Naкатионирования;

солесодержание и рН воды после Нкатионирования.

Видео:Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Методы устранения жесткости воды

Видео:Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Химия ПростоСкачать

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 Са 2+ и Mg 2+ , 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:

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:

Временную жёсткость тоже можно удалить содой Na₂CO₃, но в технике применяют обычно Са(ОН)₂, потому что он намного дешевле соды или буры:

Сумма временной и постоянной жёсткости определяет общую жёсткость воды. Общая жёсткость воды характеризуется по данному признаку следующими наименованиями: мягкая ( 12 ммоль/л). Для полного умягчения воды вместо соды часто применяют Na3PO4,осаждающий кальций и магний в виде труднорастворимых ортофосфатов:

Во многих случаях для умягчения воды применяют гексаметафосфат натрия (Na₃PO₃)₆:

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 см 3 воды, требуется 15 см 3 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 Са 2+ , т. е. карбонатная жёсткость воды равна 6 ммоль/л.