Вправа 1 Поясніть причину жорсткості води. Жорсткість води зумовлена наявністю в ній катіонів Кальцію Ca2+ та Магнію Mg2+
Вправа 2 Назвіть відомі вам види жорсткості води та способи її усунення.
Розрізняють тимчасову (карбонатну) і постійну (некарбонатну) жорсткість води.
Тимчасова жорсткість зумовлена наявністю у воді розчинних солей кальцій гідрогенкарбонату Са(HCO3)2 та магній гідрогенкарбонату Mg(HCO3)2 і її усувають кип’ятінням або хімічним способом за допомогою вапняного молока чи кальцинованої соди:
Сa(HCO3)2 -> CaCO3↓ + CO2↑ + H2O
Mg(HCO3)2 -> MgCO3↓ + CO2↑ + H2O
Ca(HCO3)2 + Сa(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + Сa(OH)2 = MgCO3↓ + CaCO3↓ + 2H2O
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaHCO3
Mg(HCO3)2 + Na2CO3 = MgCO3↓ + 2NaHCO3
Постійна жорсткість зумовлена наявністю у воді інших солей Кальцію та Магнію, зокрема хлоридів та сульфатів і її усувають дією кальцинованої соди:
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4
MgSO4 + Na2CO3 = MgCO3↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaCl
MgCl2 + Na2CO3 = MgCO3↓ + 2NaСl
Вправа 3 Для охолодження багатьох реакторів і двигунів використовують воду. Обґрунтуйте, чи можна для цього використовувати жорстку воду. Не можна, бо використання жорсткої води призведе з часом до економічних затрат. Вода зі значною жорсткістю поступово виводить із ладу виробниче устаткування, агрегати для її нагрівання
Підтвердьте відповідь рівняннями реакцій.
Сa(HCO3)2 -> CaCO3↓ + CO2↑ + H2O
Mg(HCO3)2 -> MgCO3↓ + CO2↑ + H2O
Вправа 4 Відомо, що вапняне молоко для зм’якшення води можна приготувати кількома способами. Запропонуйте варіанти його отримання й обґрунтуйте, який з них економічно найвигідніший.
1) СaCl2 + 2NaOH = Ca(OH)2↓ + 2NaCl
2) Ca + H2O = Ca(OH)2↓ + H2↑
3) CaO + H2O = Ca(OH)2 - економічно найвигідніший варіант. Вапняне молоко - це змулене у воді гашене вапно. Гашене вапно (Ca(OH)2) отримують гашенням вапна (СаО - негашене вапно), яке добувають випалюванням природної сировини - вапняка (CaCO3)
Вправа 5 Кальцій карбонат масою 20 кг розклали за нагрівання. Унаслідок реакції його маса зменшилася на 2,2 кг. Обчисліть масу кальцій карбонату, яка розклалася, і масу кальцій оксиду, що утворилася.
Відомо: m(CaCO3)=20 кг, зменшилася на 2,2 кг
Знайти: m(CaCO3)-?, V(CaO)-?
Розв'язування
Маса унаслідок реакції зменшилася за рахунок виділення вуглекислого газу, тобто m(CO2)=2,2 кг
І спосіб
Записуємо рівняння реакції:
х кг у кг 2,2 кг
CaCO3 = CaO + CO2↑
100 кг 56 кг 44 кг
M(CaCO3)=100 кг/кмоль, маса 1 кмоль=100 кг
M(CaO)=56 кг/кмоль, маса 1 кмоль=56 кг
M(CO2)=44 кг/кмоль, маса 1 кмоль=44 кг
x=m(CaCO3)=2,2 кг • 100 кг : 44 кг=5 кг
у=m(CaO)=2,2 кг • 56 кг : 44 кг=2,8 кг
ІІ спосіб
M(CO2)=44 кг/кмоль
v(CO2)=m(CO2):M(CO2)=2,2 г : 44 кг/кмоль=0,05 кмоль
Записуємо рівняння реакції: CaCO3=CaO+CO2↑
За рівнянням реакції v(CaCO3):v(CaO):v(CO2)=1:1:1, тому
v(CaCO3)=v(CaO)=v(CO2)=0,05 кмоль
M(CaCO3)=100 кг/кмоль, M(CaO)=56 кг/кмоль
m(CaCO3)=v(CaCO3)•M(CaCO3)=0,05 кмоль•100 кг/кмоль=5 кг
m(СаО)=v(СаО)•M(СаО)=0,05 кмоль•56 кг/кмоль=2,8 кг
Відповідь: 5 кг СaCO3; 2,8 кг СаО
Вправа 6 Кальцій гідрогенкарбонат кількістю речовини 0,2 моль піддали інтенсивному нагріванню. Обчисліть масу утвореного кальцій карбонату й об’єм карбон (ІV) оксиду (н.у.), що утворилися.
Відомо: v(Ca(HCO3)2)=0,2 моль
Знайти: m(CaCO3)-?, V(CO2)-?
Розв'язування
І спосіб
Записуємо рівняння реакції:
0,2 моль x г у л
Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + CO2↑ + H2O
1 моль 100 г 22,4 л
M((СaСO3)=100 г/моль, маса 1 моль=100 г
За н.у. 1 моль газу займає об'єм 22,4 л
x=m(СaСO3)=0,2 моль • 100 г : 1 моль=20 г
y=V(СO2)=0,2 моль • 22,4 л : 1 моль=44,8 л
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакції: Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O
За рівнянням реакції v(Ca(HCO3)2):v(CaCO3):v(CO2)=1:1:1, тому
v(CaCO3)=v(CO2)=v(Ca(HCO3)2)=0,2 кмоль
M(CaCO3)=100 г/моль
m(CaCO3)=v(CaCO3)•M(CaCO3)=0,2 моль•100 г/моль=20 г
V(СО2)=v(СО2)•VM=0,2 моль•22,4 л/моль=4,48 г
Відповідь: 20 г CaCO3; 44,8 л CO2
Вправа 7 Некарбонатну жорсткість води, у якій містився кальцій сульфат масою 1,36 г, усунули кальцинованою содою масою 2 г. Обчисліть маси солей, що утворилися внаслідок реакції.
Відомо: m(CaSO4)=1,36 г, m(Na2CO3)=2 г
Знайти: m(CaCO3)-?, m(Na2SO4)-?
Розв'язування
І спосіб
Записуємо рівняння реакції:
1,36 г х г y г z г
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4
136 г 106 г 100 г 142 г
M(СaSO4)=136 г/моль, маса 1 моль=136 г
M(Na2CO3)=106 г/моль, маса 1 моль=106 г
M((СaСO3)=100 г/моль, маса 1 моль=100 г
M(Na2SO4)=142 г/моль, маса 1 моль=142 г
x=m(Na2СO3)=1,36 г • 106 г : 136 г=1,06 г
Для повної взаємодії 1,36 г CaSO4 треба взяти Na2CO3 масою 1,06 г, а за умовою задачі його маса становить 2 г, отже, натрій карбонат — у надлишку, тому розрахунок здійснюємо за масою кальцій сульфату.
y=m(СaCO3)=1,36 г • 100 г : 136 г=1 г
z=m(Na2SO4)=1,36 г • 142 г : 136 г=1,42 г
ІІ спосіб
M(СaSO4)=136 г/моль, M(Na2CO3)=106 г/моль
v(CaSO4)=m(CaSO4):M(CaSO4)=1,36 г : 136 г/моль=0,01 моль
v(Na2CO3)=m(Na2CO3):M(Na2CO3)=2 г : 106 г/моль=0,019 моль
Записуємо рівняння реакції: CaSO4+Na2CO3=CaCO3↓+Na2SO4
За рівнянням реакції 1 моль CaSO4 реагує з 1 моль Na2CO3. Отже, з 0,01 моль CaSO4 прореагує 0,01 моль Na2CO3, але кількість речовини цієї солі становить 0,019 моль, отже, сіль взято в надлишку, тому розрахунок здійснюємо за даними кaльцій сульфату.
За рівнянням реакції v(CaSO4):v(CaCO3):v(Na2SO4)=1:1:1, тому
v(CaCO3)=v(Na2SO4)=v(CaSO4)=0,01 моль
M(CaCO3)=100 г/моль, M(Na2SO4)=142 г/моль
m(CaCO3)=v(CaCO3)•M(CaCO3)=0,01 моль•100 г/моль=1 г
m(Na2SO4)=v(Na2SO4)•M(Na2SO4)=0,01 моль•142 г/моль=1,42 г
Відповідь: 1 г CaCO3; 1,42 г Na2SO4