Які солі зумовлюють твердість природної води? Яку жорсткість називають карбонатною, некарбонатною? Як можна усунути карбонатну, некарбонатну жорсткість?

Які солі зумовлюють твердість природної води? Яку жорсткість називають карбонатною, некарбонатною? Як можна усунути карбонатну, некарбонатну жорсткість? Напишіть рівняння відповідних реакцій. Чому дорівнює жорсткість води, 100 л якої містить 14,632 г гідрокарбонату магнію?

Жорсткість природної води зумовлюють солі кальцію та магнію. Карбонатна (тимчасова) жорсткість обумовлена ​​присутністю Са(НСО3)2, рідше Mg(HCO3)2. Тимчасовою вона називається, тому що може бути усунена простим кип'ятінням води, гідрокарбонати кальцію та магнію при нагріванні розкладаються на вуглекислий газ та карбонати кальцію або магнію. Карбонати кальцію та магнію осідають на стінках судин у вигляді накипу:

Са(НСО3)2 = СаСО3 + СО2 + Н2О;
Mg(НСО3)2 = MgСО3 + СО2 + Н2О

Некарбонатна (постійна) жорсткість води обумовлена ​​присутністю в ній розчинних солей кальцію та магнію, що не дають осаду при кип.

Лабораторна робота 17. Жорсткість води

Мета роботи: вивчити види жорсткості води та методи її усунення.

Завдання: проробити досліди та визначити загальну, карбонатну та некарбонатну жорсткість води. Виконати вимоги до результатів дослідів, оформити звіт, розв'язати завдання.

Жорсткість води обумовлюється присутністю в ній солей кальцію та магнію. Розрізняють тимчасову (карбонатну) та постійну (некарбонатну) жорсткість. Тимчасову жорсткість надають воді гідрокарбонати кальцію та магнію Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, постійну? сульфати та хлориди цих металів CaSO4, MgSO4 та CaCl2, MgCl2 Сума тимчасової та постійної жорсткості становить загальну жорсткість води.

Жорсткість води виражається числом мілімолей еквівалентів іонів Са2+ та Мg2+, що містяться в 1 л води (ммоль/л). Один мілімоль еквівалентів жорсткості відповідає вмісту 20,04 мг/л іонів кальцію Са2+ або 12,16 мг/л іонів магнію Мg2+.

Для визначення загальної твердості води використовується метод комплексонометрії. В основі цього методу лежить титрування води розчином трилону Б у присутності аміачного буферного розчину та індикатора хромогену чорного ЕТ-00 до переходу винно-червоного забарвлення в синю.

У присутності іонів Са2+ та Мg2+ індикатор забарвлюється у червоний колір, за відсутності ? у синій. При титруванні жорсткої води розчином трилону Б відбувається зв'язування іонів Са2+ та Мg2+, тому наприкінці титрування індикатор змінює фарбування та розчин стає синім.

Визначення карбонатної жорсткості води зводиться до визначення концентрації гідрокарбонат-іонів НСО3? і, тим самим, еквівалентною цим іонам концентрації іонів жорсткості Са2+ та Мg2+. Аналіз проводять методом нейтралізації. В основі цього методу лежить титрування води в присутності метилоранжу розчином соляної кислоти до переходу жовтого забарвлення індикатора в оранжеву.

Аніон НСО3? у воді гідролізується: НСО3? + Н2О - Н2СО3 + ВІН?,

тому вода має лужну реакцію середовища та метилоранж у ній забарвлений у жовтий колір. При титруванні розчином HCl такої води протікає реакція нейтралізації: ВІН? + Н + - Н2О.

Іони Н+ нейтралізують кількість іонів ВІН?, еквівалентної концентрації іонів НСО3?.

Аналіз води на жорсткість передбачає зазвичай:

1) визначення загальної жорсткості Жо;

2) визначення карбонатної жорсткості ЖК;

3) обчислення некарбонатної жорсткості ЖНК = Жо - Жк.

Досвід 1. Визначення загальної жорсткості води

У конічну колбу місткістю 300 мл відміряти мірною колбою 100 мл аналізованої води.Додати до досліджуваної води 5 мл аміачного буферного розчину, 5?7 крапель індикатора чорного хромогену і повільно титрувати розчином трилону Б, постійно перемішуючи, до переходу винно-червоного забарвлення в синю.

Повторити титрування ще раз. Якщо результати двох титрувань збігатимуться (ДV 0,1 мл), то за отриманими результатами розрахувати загальну жорсткість. В іншому випадку необхідно ще раз відтитрувати пробу води.

Вимога до результату досвіду

Обчислити загальну жорсткість води за формулою

де сек - молярна концентрація еквівалентів трилону Б моль/л; V1 - об'єм розчину трилону Б, що пішов на титрування, мл; V2 - обсяг аналізованої води, мл.

Досвід 2. Визначення карбонатної та некарбонатної жорсткості води

У конічну колбу місткістю 300 мл відміряти мірною колбою 100 мл води, додати до неї кілька крапель метилоранжу. Підготовлену пробу відтитрувати розчином соляної кислоти до переходу жовтого забарвлення індикатора помаранчеву. Повторити титрування ще раз. Якщо результати двох титрування збігатимуться (ДV 0,1 мл), то за отриманими результатами розрахувати карбонатну жорсткість. В іншому випадку необхідно ще раз відтитрувати пробу води.

Вимоги до результатів досвіду

1. Обчислити карбонатну жорсткість води за формулою

де сек - молярна концентрація еквівалентів HCl, моль/л; V1 - об'єм розчину HCl, що пішов на титрування, мл; V2 - обсяг аналізованої води, мл.

2. Обчислити некарбонатну жорсткість води по різниці

Приклади розв'язання задач

Приклад 17.1. Обчислити жорсткість води, знаючи, що 500 л її міститься 202,5 ​​р Ca(HCO3)2.

Рішення. Для вирішення задачі скористаємося формулою

Мек (Ca(HCO3)2) = 162/2 = 81 г/моль.

Приклад 17.2.Обчислити карбонатну жорсткість води, знаючи, що на титрування 100 мл води, що містить гідрокарбонат кальцію, знадобилося 6,25 мл 0,08 н. розчину НCl.

Рішення. Обчислюємо нормальність розчину гідрокарбонату кальцію. Оскільки речовини взаємодіють між собою в еквівалентних кількостях, то можна написати VA•сек·(А) = VB•сек(B),

6,25 • 0,08 = 100 • сек · (Ca (HCO3) 2),

звідси (Ca(HCO3)2) = 0,005 г/моль.

Таким чином, в 1 л досліджуваної води міститься 0,005 1000 = 5 ммоль гідрокарбонату кальцію або 5 ммоль іонів Са2+. Карбонатна жорсткість води дорівнює 5 ммоль/л.

Приклад 17.3. Скільки грамів CaSO4 міститься в 1 м3 води, якщо жорсткість, обумовлена ​​присутністю цієї солі, дорівнює 4 ммоль/л?

Рішення. З формули знаходимо

де 68 г/моль - Мек (CaSO4), знайдена за формулою

де М - молярна маса солі, г/моль; n - число іонів металу, що у реакції від кожної молекули; |c.o.| - Абсолютне значення ступеня окиснення іона металу.

Мек (CaSO4) = 68 г/моль.

Приклад 17.4. Яку масу соди Na2CO3 треба додати до 500 л води, щоб усунути її жорсткість, що дорівнює 5 ммоль/л?

Рішення. У 500 л води міститься 500 • 5 = 2500 ммоль солей, що обумовлюють жорсткість води. Для усунення жорсткості слід додати 2500 53 = 132500 мг = 132,5 г соди. (53 г/моль – молярна маса еквівалентів соди Na2CO3).

Завдання та вправи для самостійного вирішення

17.1. Яку масу Na3PO4 треба додати до 500 л води, щоб усунути її карбонатну жорсткість, що дорівнює 5 ммоль/л? (відповідь: 136,75 г).

17.2. Обчислити карбонатну жорсткість води, знаючи, що з реакції з гідрокарбонатом кальцію, що міститься в 200 мл води, потрібно 15 мл 0,08 н. розчину НCl. (Відповідь: 6 ммоль/л).

17.3. У 1 л води міститься іонів магнію 36,47 мг та іонів кальцію 50,1 мг.Чому дорівнює жорсткість цієї води? (Відповідь: 5,5 ммоль/л).

17.4. Вода, що містить лише сульфат магнію, має жорсткість 7 ммоль/л. Яка маса сульфату магнію міститься у 300 л цієї води? (Відповідь: 126 г).

17.5. Обчислити жорсткість води, знаючи, що в 600 л її міститься 65,7 г магнію гідрокарбонату і 61,2 сульфату кальцію. (Відповідь: 3 ммоль/л).

17.6. У 220 л води міститься 11 г сульфату магнію. Чому дорівнює жорсткість цієї води? (Відповідь: 0,83 ммоль/л).

17.7. Жорсткість води, у якій міститься лише гідрокарбонат кальцію, дорівнює 4 ммоль/л. Який обсяг 0,1 зв. розчину НCl потрібно для реакції з гідрокарбонатом кальцію, що міститься у 75 мл цієї води? (Відповідь: 3 мл).

17.8. До 100 л твердої води додали 12,95 г гідроксиду кальцію. Наскільки знизилася карбонатна жорсткість? (відповідь: на 3,5 ммоль/л).

17.9. Вода, що містить лише гідрокарбонат кальцію, має жорсткість 9 ммоль/л. Яка маса гідрокарбонат кальцію міститься у 500 л цієї води?

17.10. Присутність якихось солей у воді обумовлює її жорсткість? Які хімічні реакції відбуваються при додаванні до твердої води: а) Na2CO3;

б) Са(ОН)2? Розглянути випадки постійної та тимчасової жорсткості.

17.11. У 1 л води міститься 38 мг іонів Mg2+ та 108 мг іонів Ca2+. Обчислити загальну жорсткість води. (Відповідь: 8,57 ммоль/л).

17.12. При кип'ятінні 250 мл води, що містить гідрокарбонат кальцію, випав осад масою 3,5 мг. Чому дорівнює жорсткість води? (Відповідь: 0,28 ммоль/л).

17.13. Чому дорівнює тимчасова жорсткість води, в 1 л якої міститься 0,146 г магнію гідрокарбонату? (Відповідь: 2 ммоль/л).

17.14. Яку масу Са(ОН)2 необхідно додати до 1000 л води, щоб видалити тимчасову жорсткість, що дорівнює 2,86 ммоль/л? (Відповідь: 106 г).

17.15.Чому дорівнює жорсткість води, 100 л якої містить 14,632 г гідрокарбонату магнію? (Відповідь: 2 ммоль/л).

17.16. У 1 м3 води міститься 140 г сульфату магнію. Обчислити твердість цієї води. (Відповідь: 2,33 ммоль/л).

17.17. Яка маса сульфату кальцію міститься в 200 л води, якщо жорсткість, обумовлена ​​цією сіллю, дорівнює 8 ммоль/л? (відповідь: 108,8 г).

17.18. Яку масу карбонату натрію треба додати до 0,1 м3 води, щоб усунути жорсткість, що дорівнює 4 ммоль/л? (Відповідь: 21,2 г).

17.19. Чому дорівнює карбонатна жорсткість води, якщо в 1 л її міститься 0,292 г гідрокарбонату магнію та 0,2025 г гідрокарбонату кальцію?

17.20. Яку масу гідроксиду кальцію треба додати до 275 л води, щоб усунути її карбонатну жорсткість, що дорівнює 5,5 ммоль/л? (Відповідь: 56 г).