Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте
Чому наявність йонів Кальцію і Магнію в природній воді погіршує її практичні якості?
Наявність цих йонів зумовлює таку властивість води, як твердість, яка негативно впливає на виробниче устаткування, побутову техніку, в яких здійснюють її нагрівання або кип’ятіння.
Чим різняться тимчасова і постійна твердість води?
Тимчасова, або карбонатна, твердість, зумовлена вмістом розчинених кислих солей Ca(HCO3)2 і Mg(HCO3)2, а постійна, або некарбонатна, твердість природної води зумовлена наявністю не кислих карбонатів, а інших розчинених солей Кальцію і Магнію (наприклад, сульфатів).
Як можна знизити або усунути твердість води?
Тимчасову твердість води можна усунути:
― кип’ятінням:
Mg(HCO3)2 = MgCO3↓ + CO2↑ + H2O
Сa(HCO3)2 = CaCO3↓ + CO2↑ + H2O
― додаванням до води невеликої кількості гашеного вапна Сa(OH)2:
Mg(HCO3)2 + Сa(OH)2 = MgCO3↓ + CaCO3↓ + 2H2O
Ca(HCO3)2 + Сa(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O
― додаванням до води кальцинованої соди Na2CO3:
Mg(HCO3)2 + Na2CO3 = MgCO3↓ + 2NaHCO3
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaHCO3
Постійну твердість води можна усунути:
― додаванням до води кальцинованої соди Na2CO3:
MgSO4 + Na2CO3 = MgCO3↓ + Na2SO4
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4
― додаванням до води натрій ортофосфату Na3PO4:
3MgSO4 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2↓ + 3Na2SO4
3CaSO4 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2↓ + 3Na2SO4
Експериментуймо
Експериментуємо вдома
ДОСЛІДЖУЄМО ВЛАСТИВОСТІ МИЙНИХ ЗАСОБІВ У ВОДІ РІЗНОЇ ТВЕРДОСТІ
Приготували в окремих ємностях водні розчини (об’ємами не більше 50 мл): господарського мила; прального порошку; магній сульфату MgSO4 (медичний препарат) — цей розчин імітує воду з підвищеною твердістю.
Наливаємо у дві невеликі склянки або прозорі полімерні стаканчики воду з водогону, а в інші дві такі самі ємності — розчин магній сульфату. Об’єми води і розчину солі в кожній посудині мають бути однаковими.
У кожну ємність повільно додаємо 10—15 мл розчину мила або прального порошку, постійно перемішуючи рідину.
У яких склянках після змішування рідин утворилася тверда речовина? У склянках з розчином магній сульфату.
У воді чи розчині магній сульфату витрачається більше мийного засобу на реакцію з катіонами, які зумовлюють твердість води? У розчині магній сульфату.
Виконаймо вправу
Запишіть загальне хімічне рівняння цих реакцій, позначивши символ металічного елемента у формулах середнього і кислого карбонатів літерою М. Візьміть до уваги, що це реакції сполучення, а реагентів у кожній реакції — три.
MCO3 + CO2 + H2O = M(HCO3)2
Виконаймо вправу
Напишіть скорочене хімічне рівняння останньої реакції.
М(HCO3)2 + Na2CO3 = МCO3↓ + 2NaHCO3
M2+ + 2HCO3– + 2Na+ + CO32– = MCO3↓+ 2Na+ + 2HCO3–
М2+ + CO32– = MCO3
Виконаймо вправу
За допомогою натрій ортофосфату можна усунути не лише постійну, а й тимчасову твердість води. Напишіть рівняння відповідних реакцій.
3Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)3↓ + 6NaHCO3
3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2↓ + 6NaHCO3
Відшукаймо
За матеріалами з інтернету з’ясуйте, який уміст йонів Кальцію і Магнію в питній воді вважають оптимальним.
Кальцій Сa2+: 25 – 75 мг/л.
Магній Mg2+: 10 – 50 мг/л.
ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ
Вправа 155
Чи має твердість дощова вода? Відповідь обґрунтуйте.
Дощова вода не має твердість, а є м'якою, бо утворена конденсацією водяної пари і практично не містить йонів Кальцію і Магнію.
Вправа 156
Чи можна усунути загальну твердість води додаванням гашеного вапна? Відповідь аргументуйте.
Ні, не можна. З води видаляються лише йони Mg2+, а частина йонів Ca2+ у ній залишається, бо CaSO4 ― малорозчинна сіль.
Mg(SO4)2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓ + CaSO4
Вправа 157
Яким способом можна видалити з води всі розчинені солі?
Видалити всі розчинені солі з води можна, застосовуючи перегонку (дистиляцію) й отримуючи таким чином дистильовану воду.
Вправа 158
За матеріалами з інтернету з’ясуйте:
а) чи змінюється вміст солей у річковій воді залежно від пори року;
Змінюється вміст солей у річковій воді залежно від пори року. Найнижчий вміст солей є навесні, коли річки живляться в основному талими сніговими водами. Уміст солей зростає влітку до осені, досягаючи найвищого вмісту взимку, бо в цю пору року річка починає живитися виключно підземними водами, що містять найбільше розчинених солей та мікроелементів.
б) однаковим чи різним є вміст солей у воді на всій довжині річки.
Різним є вміст солей у воді на всій довжині річки. Як правило, солоність води збільшується від витоку до гирла.
Вправа 159
Загальну твердість природної води вимірюють сумарною кількістю речовини йонів М2+ у воді об’ємом 1 л. У таблиці наведено результати аналізів зразків води двох річок:
| Вода | Вміст йонів, мг/л | Обчислення |
||
| Ca2+ | Mg2+ | |||
| Дніпро | 56 | 12 | 56/40 + 12/24 = 1,4 + 0,5 = 1,9 ммоль | |
| Дністер | 50 | 18 | 50/40 + 18/24 = 1,25 + 0,75 = 2 ммоль | |
Укажіть правильну відповідь:
а) загальна твердість води з Дніпра вища;
б) загальна твердість води з обох річок однакова;
в) загальна твердість води з Дністра вища.
Вправа 160
Концентрація йонів Кальцію в зразку питної води становить 80 мг/л, а її загальна твердість — 2,5 ммоль/л. Обчисліть масу йонів Магнію у воді об’ємом 1 л.
Дано: ρ(Са2+)=80 мг/л, С=2,5 ммоль/л, V(Н2О)=1 л
Знайти: m(Mg2+)–?
Розв'язання
1. Обчислюємо молярну концентрацію йонів Кальцію за формулою С=ρ:M, де М — молярна маса:
С(Ca2+) = 80 мг/л : 40 мг/ммоль = 2 ммоль/л
2. Обчислюємо молярну концентрацію йонів Магнію:
С(Mg2+) = C – C(Ca2+) = 2,5 ммоль/л – 2 ммоль/л = 0,5 ммоль/л
Оскільки V(Н2О)=1 л, тому кількість речовини йонів Магнію n(Mg2+) = 0,5 ммоль
3. Обчислюємо масу йонів Магнію.
M(Mg2+)=24 мг/ммоль
m(Mg2+) = n(Mg2+) • M(Mg2+) = 0,5 ммоль • 24 мг/ммоль = 12 мг
Відповідь: 12 мг.
Вправа 161
Уміст йонів у природному джерелі такий: Ca2+ — 100 мг/л; Mg2+ —24 мг/л; HCO3– — 488 мг/л. Обчисліть масу осаду, який виділиться внаслідок кип’ятіння води із цього джерела, узятої об’ємом 0,5 л.
Дано:ρ(Са2+)=100 мг/л, ρ(Mg2+)=100 мг/л, ρ(HCO3–)=488 мг/л, V(Н2О)=0,5 л
Знайти: m(CaCO3)–?
Розв'язання
1. Обчислюємо масу йонів.
m(Ca2+)=ρ(Са2+)•V(Н2О)=100 мг/л • 0,5 л = 50 мг
m(Mg2+)=ρ(Mg2+)•V(Н2О)=24 мг/л • 0,5 л = 12 мг
m(HCO3–)=ρ(HCO3–)•V(Н2О)=488 мг/л • 0,5 л = 244 мг
2. Обчислюємо кількість речовини йонів.
n(Ca2+)=m(Са2+):M(Ca2+)=50 мг : 40 мг/ммоль = 1,25 ммоль
n(Mg2+)=m(Mg2+):M(Mg2+)=12 мг : 24 мг/ммоль = 0,5 ммоль
n(HCO3–)=m(HCO3–):M(HCO3–)=244 мг : 61 мг/ммоль = 4 ммоль
3. Записуємо хімічні рівняння.
Ca2+ + 2HCO3– = CaCO3 + CO2 + H2O (1)
Mg2+ + 2HCO3– = MgCO3 + CO2 + H2O (2)
За рівнянням реакції (1) для осадження 1 моль Са2+ потрібно 2 моль гідрокарбонат–аніонів:
n1(HCO3–)=n(Са2+)•2 = 1,25 ммоль • 2 = 2,5 ммоль
За рівнянням реакції (2) для осадження 1 моль Mg2+ потрібно 2 моль гідрокарбонат–аніонів:
n2(HCO3–)=n(Mg2+)•2 = 0,5 ммоль • 2 = 1,0 ммоль
Загальна кількість речовини гідрокарбонат–аніонів:
n(HCO3–)=n1(HCO3–)+n2(HCO3–)=2,5 ммоль + 1,0 ммоль = 3,5 ммоль.
Оскільки 3,5 ммоль < 4,0 ммоль, аніони HCO3– перебувають у надлишку. Це означає, що катіони Са2+ та Mg2+ відреагують повністю і перейдуть в осад.
4. Обчислюємо кількість речовини кожної з солей, що міститься у складі осаду.
За рівнянням реакції (1) n(CaCO3)=n(Ca2+)=1,25 ммоль.
За рівнянням реакції (2) n(MgCO3)=n(Mg2+)=0,5 ммоль.
5. Обчислюємо молярну масу кожної з солей, що міститься у складі осаду.
Mr(CaCO3)=Ar(Ca)+ Ar(C)+3Ar(O)=40+12+3•16=100, M(CaCO3)= 100 мг/ммоль
Mr(MgCO3)=Ar(Mg)+ Ar(C)+3Ar(O)=24+12+3•16=84, M(MgCO3)= 84 мг/ммоль
6. Обчислюємо масу кожної з солей, що міститься у складі осаду.
m(CaCO3) = n(CaCO3) • M(CaCO3) = 1,25 ммоль • 100 мг/ммоль = 125 мг
m(MgCO3) = n(MgCO3) • M(MgCO3) = 0,5 ммоль • 84 мг/ммоль = 42 мг
7. Обчислюємо загальну масу осаду.
m(CaCO3) + m(MgCO3) = 125 мг + 42 мг = 167 мг
Відповідь: 167 мг.
Вправа 162
Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.
Тимчасова твердість води — temporary water hardness, постійна твердість води — permanent water hardness, кип'ятіння — boiling.
Вправа 163
Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.
| Навчальні досягнення (що я знаю та вмію) | Самооцінка |
| Знаю, які йони зумовлюють твердість води. | ... |
| Знаю чим різняться тимчасова і постійна твердість води. | ... |
| Знаю способи, як усунути твердість води. | ... |
| Вмію записати рівняння реакції усунення твердості води. | ... |
| Знаю, які негативні наслідки спричиняє твердість води. | ... |