Жесткость воды и методы ее устранения

Жесткость воды выражается суммой миллиэквивалентов ионов Са⁺² и Мg⁺², содержащихся в 1 л воды (мэкв/л). Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Са⁺² или 12,16 мг/л Мg⁺².

Пример 1. Вычислите жесткость воды, зная, что в 500 л ее содержится 202,5 г Са(НСО₃)₂

Решение. В1 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.

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

Решение. Мольная масса CaSO₄ 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 = 272 280 мг = 272,280 г CaSO₄.

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

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).

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

Решение: Вычисляем нормальность раствора гидрокарбоната кальция. Обозначив число эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора, т.е. нормальность, через х, составляем пропорция:

н.

Таким образом, в 1 л исследуемой воды содержится 0.005 • 1000 = 5 мэкв гидро-карбоната кальция или 5 мэкв Ca⁺² ионов. Карбонатная жесткость воды 5 мэкв. Приведенные примеры решают, применяя формулу

Ж=m/ЭV,

где т - масса вещества, обусловливающего жесткость воды или применяемого для устранения жесткости воды, мг; Э - эквивалентная масса этого вещества; V- o6ъем воды. л.

Решение примера 1. Ж=m/ЭV=202500/81=5 мэкв. Эквивалентная масса Ca(HCO₃)₂

Равной половине его молярной массы.

Решение примера 2. Из формулы Ж=m/ЭV,m = 4*68,07*1000= 272280 мг = 272,280 г CaSO₄.

Контрольные вопросы

341. Какую массу Na₃PO₄ надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее кар­бонатную жесткость, равную 5 мэкв? Ответ: 136,6 г.

342. Какие соли обусловливают жесткость природной воды? Какую жесткость называют карбонатной, некарбонатной? Как можно устранить карбонатную, некарбонат­ную жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций. Чему равна жёсткость воды, в 100 л которой содержится 14,632 г гидрокарбоната магния? Ответ: 2 мэкв/л.

343. 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.

344. 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.

345. Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 400 л воды, чтобы устранить жесткость, равную 3 мэкв. Ответ: 63.6 г.

346. Вода, содержащая только сульфат магния, имеет жесткость 7 мэкв. Какая масса сульфата магния содержится в 300 л этой воды? Ответ: 126.3 г.

347. Вычислите жесткость воды. зная, что в 600 л ее содержится 65.7 г гидрокар­боната магния и 61,2 сульфата калия. Ответ: 3,2 мэкв/л.

348. В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды? Ответ: 0,83 мэкв/л.

349. 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.

350. В 1 м³ воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды. Ответ: 2,33 мэкв/л.

351. Вода содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жесткость 3.5 мэкв. Какая масса гидрокарбоната магния содержится в 200 л этой воды? Ответ: 51,1 г.

352. К 1 м³ жесткой воды прибавили 132.5 г карбоната натрия. Насколько пони­зилась жесткость? Ответ: на 2 мэкв/л.

353. Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к 50 л воды потребова­лось прибавить 21.2 г карбоната натрия? Ответ: 8 мэкв/л.

354. Какая масса CaSO₄ содержится в 200 л воды, если жесткость, обусловливае­мая этой солью, равна 8 мэкв? Ответ: 108,9 г.

355. Вода, содержащая только гидрокарбонат кальция, имеет жесткость 9 мэкв. Какая масса гидрокарбоната кальция содержится в 500 л воды? Ответ: 364,5 г.

356. Какие ионы надо удалить из природной воды, чтобы сделать воду 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.

357. -Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м³ воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 мэкв? Ответ: 21,2 г.

358. К 100 л жесткой воды прибавили 12.95 г гидроксида кальция. Насколько понизилась карбонатная жесткость? Ответ: на 3.5 мэкв/л.

359. 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.

360. Какую массу гидроксида кальция надо прибавить к 275 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5,5 мэкв? Ответ: 56,06 г.

p Элементы (…ns²np^1-6)

Контрольные, вопросы

361. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:

Al→Al₂(SO₄)₃→Na[Al(OH)₄]→Al(NO₃)₃,

362. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) алюминия с раствором щелочи; б) бора с концентрированной азотной кислотой.

З6З. Какой процесс называется алюминотермией? Составьте электронные и моле­кулярные уравнения реакции, на которой основано применение термита (смесь Al и Fe₃O₄).

364. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:

В→ Н₃ВО₃→ Na₂В₄О₇→ Н₃ВО₃

Уравнение окислительно-восстановительной реакции составьте на основании электрон­ных уравнений.

365. Какая степень окисления наиболее характерна для олова и какая для свинца? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций олова и свинца с концентрированной азотной кислотой.

366. Чем можно объяснить восстановительные свойства соединений олова (II) и окислительные свинца (IV)? На основании электронных уравнений составьте уравне­ния реакций: a) SnCl₂, с HgCl₂; б) РbО₂, с HCl конц.

367. Какие оксиды и гидроксиды образуют олово и свинец? Как изменяются их кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства в зависимости от сте­пени окисления элементов? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия раствора гидроксида натрия: а) с оловом; б) с гидроксидом свинца (II).

368. Какие соединения называются карбидами и силицидами? Напишите уравне­ния реакций: а) карбида алюминия с водой; б) силицида магния с хлороводородной (соляной) кислотой. Являются ли эти реакции окислительно-восстановительными? Почему?

369. На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции фосфора с азотной кислотой, учитывая, что фосфор приобретает высшую, а азот степень окисления + 4.

370. Почему атомы большинства р- элементов способны к реакциям диспропорци-онирования (самоокисления - самовосстановления)? На основании электронных уравнений напишите уравнение реакции растворения серы в концентрированном растворе щелочи. Один из продуктов содержит серу в степени окисления +4.

371. Почему сернистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций H₂SO₄: а) с сероводородом; б) с хлором.

372. Как проявляет себя сероводород в окислительно-восстановительных реакциях? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия растворе сероводорода: а) с хлором; б) с кислородом,

373. Почему азотистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций HNO₂: а) с бромной водой; б) с HI.

374. Почему диоксид азота способен к реакциям самоокисления - самовосстановления (диспропорционирования)? На основании электронных уравнений напишите уравнение реакции растворения NO, в гидроксиде натрия.

375. Какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях проявляет серная кислота? Напишите уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кис­лоты с магнием и концентрированной — с медью. Укажите окислитель и восстановитель.

376. В каком газообразном соединении азот проявляет свою низшую степень окисления? Напишите уравнения реакций получения этого соединения: а) при взаимо­действии хлорида аммония с гидроксидом кальция; б) разложением нитрида магния водой.

377. Почему фосфористая кислота способна к реакциям самоокисления - само­восстановления (диспропорционирования)? На основании электронных уравнений составьте уравнение процесса разложения Н₃ РО₃ учитывая, что при этом фосфор при­обретает низшую и высшую степени окисления.

378. В каком газообразном соединении фосфор проявляет свою низшую степень окисления? Напишите уравнения реакций: а) получения этого соединения при взаимо­действии фосфида кальция с хлороводородной (соляной) кислотой; б) горения его в кислороде.

379. Какую степень окисления проявляют мышьяк, сурьма и висмут? Какая степень окисления является более характерной для каждого из них? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) мышьяка с концентрированной азотной кислотой; б) висмута с концентрированной серной кислотой.

380. Как изменяются окислительные свойства галогенов при переходе от фтора к йоду и восстановительные свойства их отрицательно заряженных ионов? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: a) Cl₂+I₂ +Н₂О=; б) KI+Вr₂=. Укажите окислитель и восстановитель.

381. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции, происходящей при пропускании хлора через горячий раствор гидроксида калия. К какому типу окис­лительно-восстановительных процессов относится данная реакция?

382. Какие реакции нужно провести дли осуществления следующих превращений:

NaCl→HCl→Cl₂→КСlO₃

Уравнения окислительно-восстановительных реакций составьте на основании электронных уравнений.

383. К раствору, содержащему SbCl₃, и BiCl₃, добавили избыток раствора гидроксида калия; Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения происхо­дящих реакций. Какое вещество находится в осадке?

384. Чем существенно отличается действие разбавленной азотной кислоты на металлы от действия хлороводородной (соляной) и разбавленной серной кислот? Что является окислителем в первом случае, что - в двух других? Приведите примеры.

385. Напишите формулы и назовите кислородные кислоты хлора, укажите сте­пень окисления хлора в каждой из них. Какая из кислот более сильный окислитель? На основании электронных уравнений закончите уравнение реакции:

KI + NaOCl+H₂SO₄→ I₂ +…

Хлор приобретает низшую степень окисления.

386. Какие реакции нужно провести, имея азот и воду, чтобы получить нитрат ам­мония? Составьте уравнения соответствующих реакций.

387. Какую степень окисления может проявлять кремний в своих соединениях?

Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращай:

Mg₂Si→ SiH₄→SiO₂→K₂SiO₃→H₂SiO₃

При каком превращении происходит окислительно-восстановительная реакция?

388. Какое применение находит кремний? Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

SiO₂→ Si→ K₂SiO₃→H₂SiO₃

Окислительно-восстановительные реакции напишите на основании электронных уравнений.

389. Как получают диоксид углерода в промышленности и в лаборатории? Напи­шите уравнения соответствующих реакций и реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

NaHCO₃→СО₂→СаСО₃→Са(НСО₃)₂

390. Какие и солей угольной кислоты имеют наибольшее промышленное применение? Как получить соду, исходя из металлического натрия, хлороводородной (соляной) кислоты, мрамора и воды? Почему в растворе соды лакмус приобретает синий цвет? Ответ подтвердите составлением уравнений соответствующих реакций.

d-Элементы (... (n-1) d ^1-10ns^0-2)

Контрольные вопросы

391. Серебро не взаимодействует с разбавленной серной кислотой, тогда как, в концентрированной оно растворяется. Чем это можно объяснить? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующей реакции.

392. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Сu→ Cu(NO₃)₂→ Сu(ОН)₂→СuCl₂→[Cu(NH₃)₄] Cl₂

393. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций цинка: а) c раствором гидроксида натрия б) с концентрированной серной кислотой, учитывая восстановление серы до нулевой степени окисления.

394. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления

Аg→АgNО₃→AgCl→[Ag(NH₃)₂]Cl→ AgCl

395. При постепенном прибавлении раствора KI к раствору Hg(NO₃)₂, образующийся вначале осадок растворяется. Какое комплексное соединение при атом получается? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.

396. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Cd→Cd(NO₃)₂→ Cd(OH)₂→[Cd(NH₃)₆](OH)₂→CdSO₄

397. При сливании растворов нитрата серебра и цианида калия выпадает осадок, который который легко растворяется в избытке KCN. Какое комплексное соединение при этом получается? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.

398. К какому классу соединений относятся вещества, полученные при действии избытка гидроксида натрия на растворы ZnCl₂,. CdCl₂, HgСl₂? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.

399. При действии на титан концентрированной хлороводородной (соляной) кислотой образуется трихлорид титана, а при действии азотной — осадок метатитановой кислоты. Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих ре­акций.

400. При растворении титана в концентрированной серной кислоте последняя вос­станавливается минимально, а титан переходит в катион с высшей степенью окисления. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.

401. Какую степень окисления проявляют медь, серебро и золото в соединениях? Какая степень окисления наиболее характерна для каждого из них? Иодид калия вос­станавливает ионы меди (II) в соединения меди со степенью окисления +1. Составьте электронные и молекулярные уравнение взаимодействия KI с сульфатом меди.

402. Диоксиды титана и циркония при сплавлении взаимодействуют со щелочами. О каких свойствах оксидов говорят эти реакции? Напишите уравнения реакций между: а) TiО₂ и ВаО; б) ZrO₂ и NaOH. В первой реакции образуется метатитанат, а во второй — ортоцирконат соответствующих металлов.

403. На гидроксиды цинка и кадмия подействовали избытком растворов серной кислоты, гидроксида натрия и аммиака. Какие соединения цинка и кадмия образуются в каждой из этих реакций? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций?

404. Золото растворяется в царской водке и в селеновой кислоте, приобретая при этом высшую степень окисления. Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

405. В присутствии влаги и диоксида углерода медь окисляется и покрывается зеленым налетом. Как называется и каков состав образующегося соединения? Что произойдет, если на него подействовать хлороводородной (соляной) кислотой? Напи­шите уравнения соответствующих реакций. Окислительно-восстановительную реакцию составьте на основании электронных уравнений.

406. Кусок латуни обработали азотной кислотой. Раствор разделили на две части. К одной из них прибавили избыток раствора аммиака, к другой — избыток раствора щелочи. Какие соединения цинка и меди образуются при этом? Составьте уравнения соответствующих реакций.

407. Ванадий получают алюминотермически или калцийтермически восстановлением оксида ванадия (V) V₂ О₅,. Последний легко растворяется с образованием метаванадатов. Напишите уравнения соответствующих реакций. Уравнения окислительно-восстановительных реакций составьте на основании электронных уравнений.,

408. Азотная кислота окисляет ванадий до метаванадиевой кислоты. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции.

409. Какую стернь окисления проявляет ванадий в соединениях? Составьте формулы оксидов ванадия, отвечающих этим степеням окисления. Как меняются кислотно-основные свойства оксидов ванадия, при переходе от низшей к высшей степени окисления. Составьте уравнения реакций: a) V₂O₃ с H₂SO₄; б) V₂О₅ с NaOH.

410. При внесении цинка в подкисленный серной кислотой раствор метаванадата аммония NH₄ VO₃ желтая окраска постепенно переходит в фиолетовую за счет образования сульфата ванадия (II). Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции.

411. Хромит калия окисляется бромом в щелочной среде. Зеленая окраска раствора переходит желтую. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции, - какие ионы обусловливают начальную и конечную окраску раствора?

412. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) растворения молибдена в азотной кислоте; б) растворения вольфрама в щелочи в присутствии кислорода. Учтите, что молибден и вольфрам приобретают высшую степень окисления.

413. При сплавлении хромита железа Fe(CrO₂)₂ с карбонатом натрия в присутст­вии кислорода хром (III) и железо (II) окисляются и приобретают соответственно степени окисления +6 и +3. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции.

414. К подкисленному серной кислотой раствору дихромата калия прибавили по­рошок алюминия. Через некоторое время оранжевая окраска раствора перешла в зе­леную. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.

415. Хром получают методом алюминотермии из его оксида (III), а вольфрам — восстановлением оксида вольфрама (VI) водородом. Составьте электронные и моле­кулярные уравнения соответствующих реакций.

416. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления превращений:

Na₂Cr₂O₇→ Na₂CrO₄→ Na₂Cr₂O₇→CrCl₃→ Cr(OH)₃

Уравнение окислительно-восстановительной реакции напишите на основании электронных уравнений.

417. Марганец азотной кислотой окисляется до низшей степени окисления, а рений приобретает высшую степень окисления. Какие соединения при этом получаются?

Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

418. Хлор окисляет перманганат калия К₂МnО₄. Какое соединение при этом получается? Как меняется окраска раствора в результате этой реакции? Составьте электрон­ные и молекулярное уравнения реакции.

419. Как меняется степень окисления марганца при восстановлении KMnO₄ в кислой, нейтральной и щелочной средах? Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции между КМnО₄ и KNO₂, в нейтральной среде.

420. На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции получения манганата калия К₂МnО₄ сплавлением оксида марганца (IV) с хлоратом калия КСlO₃ в присутствии гидроксида калия. Окислитель восстанавливается максимально, приобретая низшую степень окисления.

421. Почему оксид марганца (IV) может проявлять и окислительные, и восстано­вительные свойства? Исходя из электронных уравнений, составьте уравнение реакций:

а) МnО₂ + КI + H₂S0₄ =; б) МnО₂ + КNО₃ + КОН=

422. Для получения хлора в лаборатории смешивают оксид марганца (IV) с хло­ридом натрия в присутствии концентрированной серной кислоты. Cоставьте электронные и молекулярное уравнения этой реакции.

423. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Fe→ FеSО₄→ Fe(OH)₂→ Fe(OH)₃→ FeCl₃

424. Какую степень окисления проявляет железо в соединениях? Как можно обнаружить ионы Fe²⁺ и Fe³⁺ в растворе? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций.

425. Чем отличается взаимодействие гидроксидов кобальта (III) и никеля (III) с кислотами от взаимодействия гидроксида железа (III) с кислотами? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.

426. Могут ли в растворесуществовать совместно следующие вещества: FeCl₃ и SnCl₂ б)FeSO₄ и NaOH; в) FeCl₃ и K₃[Fe(CN)₆]? Для взаимодействующих веществ составьте уравнения реакций.

427. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления превращений:

Ni→Ni(NO₃)₂→Ni(OH)₂→ Ni(OH)₃→ NiCl₂

Уравнения окислительно-восстановительных реакций напишите на основании электронных уравнений.

428. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) растворения платины в царской водке; 6) взаимодействия осмия с фтором. Платина окисляется до степени окисления +4, а осмий — до +8.

429. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, кото­рые надо провести для осуществления следующих превращений:

Fe→ FeCl₂→ Fe(CN)₂→ K₄[Fe(CN)₆]→K₃[Fe(CN)₆]

К окислительно-восстановительным реакциям составьте электронные уравнения.

430. Феррат калия K₂FeO₄ образуется при сплавлении Fe₂O₃ с калийной селитрой КNО₃ в присутствии КОН. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.