Номер 5, страница 161 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 34. Жёсткость воды и способы её устранения. Глава 3. Металлы главных подгрупп - номер 5, страница 161.

Условие.

5. В трех пробирках без этикеток находятся пробы мягкой воды, воды с временной жёсткостью и воды с постоянной жёсткостью. Предложите способы определения содержимого каждой пробирки.

Решение.

Решение 2.

Для определения содержимого каждой из трех пробирок необходимо провести ряд последовательных химических экспериментов. В пробирках находятся: 1) мягкая вода (практически не содержит ионов $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$), 2) вода с временной (карбонатной) жёсткостью (содержит гидрокарбонаты кальция $Ca(HCO_3)_2$ и/или магния $Mg(HCO_3)_2$), 3) вода с постоянной (некарбонатной) жёсткостью (содержит сульфаты или хлориды кальция и магния, например $CaSO_4$, $MgCl_2$).

Решение

Этап 1: Определение воды с временной жёсткостью

Временная жёсткость, обусловленная наличием гидрокарбонатов, устраняется кипячением. При нагревании растворимые гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов, которые выпадают в осадок.

Проведение эксперимента: Отбираем пробы из каждой пробирки в три отдельные термостойкие емкости (например, другие пробирки) и нагреваем их до кипения.

Наблюдения: В одной из пробирок при кипячении появится помутнение и выпадет белый осадок (накипь). В двух других пробирках видимых изменений не будет.

Уравнение реакции для ионов кальция: $Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} CaCO_3 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow$

Вывод: Пробирка, в которой при кипячении образовался осадок, содержит воду с временной жёсткостью.

Этап 2: Определение мягкой воды и воды с постоянной жёсткостью

После первого этапа у нас осталось две пробирки: одна с мягкой водой, другая — с водой с постоянной жёсткостью. Постоянная жёсткость кипячением не устраняется. Чтобы различить эти две пробы, можно использовать реагент, осаждающий ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$. Наиболее подходящим и доступным реагентом является раствор карбоната натрия (кальцинированной соды, $Na_2CO_3$).

Проведение эксперимента: В две оставшиеся пробирки (с исходными, некипячеными пробами) добавляем по несколько капель раствора карбоната натрия.

Наблюдения:
- В пробирке с водой с постоянной жёсткостью выпадет белый осадок карбоната кальция или магния.
Пример уравнения реакции: $CaSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$
- В пробирке с мягкой водой видимых изменений не произойдет, так как концентрация ионов $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ в ней пренебрежимо мала.

Вывод: Пробирка, в которой после добавления раствора $Na_2CO_3$ выпал осадок, содержит воду с постоянной жёсткостью. Пробирка, где реакции не произошло, содержит мягкую воду.

Альтернативный способ для Этапа 2

Вместо карбоната натрия можно использовать мыльный раствор.

Проведение эксперимента: В две оставшиеся пробирки с исходными пробами добавляем одинаковое количество мыльного раствора и энергично встряхиваем.

Наблюдения:
- В пробирке с мягкой водой образуется обильная устойчивая пена.
- В пробирке с водой с постоянной жёсткостью пена почти не образуется, вместо этого появляются хлопья нерастворимых кальциевых и магниевых солей жирных кислот (мыльный шлак).

Вывод: Пробирка, в которой мыло хорошо пенится, содержит мягкую воду. Пробирка, где образуются хлопья, содержит воду с постоянной жёсткостью.

Ответ:

1. Для определения воды с временной жёсткостью необходимо прокипятить пробы из всех трёх пробирок. В той пробирке, где выпадет осадок, находится вода с временной жёсткостью.
2. Для различения двух оставшихся проб (мягкой воды и воды с постоянной жёсткостью) нужно к исходным (некипяченым) образцам добавить раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$). В пробирке с водой с постоянной жёсткостью выпадет осадок, а в пробирке с мягкой водой видимых изменений не будет.