Методы устранения жесткости воды

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 Са²⁺ и Mg²⁺, 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:

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

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:

CaSO₄ + Na2CO₃ = CaCO₃↓ + Na₂SO₄;
MgSO₄ + Na₂CO₃ = MgCO₃↓ + Na₂SO4

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

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2СаСО₃↓ + 2Н₂О

Сумма временной и постоянной жёсткости определяет общую жёсткость воды. Общая жёсткость воды характеризуется по данному признаку следующими наименованиями: мягкая (< 4 ммоль/л); средняя (4-8 ммоль/л); жёсткая (8-12 ммоль/л); очень жёсткая (> 12 ммоль/л). Для полного умягчения воды вместо соды часто применяют Na3PO4,осаждающий кальций и магний в виде труднорастворимых ортофосфатов:

3СаSO₄ + 2Na₃PO₄ = Ca3(PO₄)₂↓ + 3Na₂SO₄;
3MgSO₄ + 2Na₃PO₄ = Mg3(PO₄)₂↓ + 3Na₂SO₄

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

CaSO₄ + (Na₃PO₃)₆ = Na₄CaP₆O₁₈ + Na₂SO₄;

или  

2CaSO₄ + (Na₃PO₃)₆ = Na₂Ca₂P₆O₁₈ + 2Na₂SO₄

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 см³ воды, требуется 15 см³ 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 Са²⁺, т. е. карбонатная жёсткость воды равна 6 ммоль/л.

Ответ: 6 ммоль/л.