Номер 5, страница 381 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 52. Бериллий, магний и щелочноземельные металлы - номер 5, страница 381.

Условие.

5. Что такое жёсткость воды? Какие виды жёсткости вы знаете? Охарактеризуйте свойства жёсткой воды. Назовите способы устранения временной и постоянной жёсткости, приведите уравнения соответствующих реакций.

Решение.

Решение 2.

Что такое жёсткость воды?

Жёсткость воды — это свойство воды, обусловленное наличием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$). Общая концентрация этих ионов определяет степень жёсткости воды.

Ответ: Жёсткость воды — это совокупность её свойств, связанных с содержанием ионов кальция и магния.

Какие виды жёсткости вы знаете?

Различают два основных вида жёсткости:

1. Временная (карбонатная) жёсткость. Она вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция $Ca(HCO_3)_2$ и магния $Mg(HCO_3)_2$. Этот вид жёсткости можно устранить кипячением.

2. Постоянная (некарбонатная) жёсткость. Она обусловлена наличием в воде других солей кальция и магния, которые не удаляются при кипячении: сульфатов ($CaSO_4$, $MgSO_4$), хлоридов ($CaCl_2$, $MgCl_2$) и других.

Сумма временной и постоянной жёсткости называется общей жёсткостью.

Ответ: Существует временная (карбонатная) и постоянная (некарбонатная) жёсткость.

Охарактеризуйте свойства жёсткой воды.

Жёсткая вода обладает рядом характерных свойств, которые часто являются нежелательными в быту и промышленности:

• При нагревании образуется накипь (нерастворимые карбонаты кальция и магния) на нагревательных элементах бытовых приборов (чайников, стиральных машин, бойлеров), что приводит к их поломке и перерасходу энергии.
• В жёсткой воде плохо пенятся мыло и другие моющие средства, так как ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ образуют с анионами жирных кислот нерастворимые соли (так называемые "кальциевые мыла"). Это ведёт к увеличению расхода моющих средств.
• Может ухудшать вкусовые качества пищи и напитков, приготовленных на её основе.
• Оставляет белёсые разводы на вымытых поверхностях после высыхания.

Ответ: Основные свойства жёсткой воды: образование накипи при нагревании, повышенный расход моющих средств из-за плохого пенообразования, возможное ухудшение вкуса еды и напитков.

Назовите способы устранения временной и постоянной жёсткости, приведите уравнения соответствующих реакций.

Способы устранения временной жёсткости:

1. Кипячение. При нагревании растворимые гидрокарбонаты разлагаются, образуя нерастворимые в воде карбонаты (для кальция) или гидроксиды (для магния), которые выпадают в осадок (накипь).

Уравнения реакций:

$Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t} CaCO_3\downarrow + H_2O + CO_2\uparrow$

$Mg(HCO_3)_2 \xrightarrow{t} Mg(OH)_2\downarrow + 2CO_2\uparrow$

2. Добавление гашёной извести (известкование). При добавлении гидроксида кальция $Ca(OH)_2$ гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты и гидроксиды.

Уравнения реакций:

$Ca(HCO_3)_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow 2CaCO_3\downarrow + 2H_2O$

$Mg(HCO_3)_2 + 2Ca(OH)_2 \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + 2CaCO_3\downarrow + 2H_2O$

Способы устранения постоянной жёсткости (и общей):

1. Добавление соды (карбоната натрия $Na_2CO_3$). Ионы кальция и магния связываются в нерастворимые карбонаты.

Уравнения реакций:

$CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaCl$

$MgSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow MgCO_3\downarrow + Na_2SO_4$

2. Ионный обмен. Воду пропускают через специальные ионообменные смолы (иониты), которые "забирают" из воды ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$, замещая их на безопасные ионы $Na^{+}$ или $H^{+}$.

Уравнение реакции (на примере натрий-катионитовой смолы $NaR$):

$2NaR + Ca^{2+} \rightarrow CaR_2 + 2Na^+$

3. Обратный осмос. Пропускание воды под давлением через полупроницаемую мембрану, которая задерживает ионы солей.

Ответ: Временную жёсткость устраняют кипячением ($Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t} CaCO_3\downarrow + H_2O + CO_2\uparrow$) или добавлением извести ($Ca(HCO_3)_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow 2CaCO_3\downarrow + 2H_2O$). Постоянную жёсткость устраняют добавлением соды ($CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaCl$), ионообменным методом ($2NaR + Ca^{2+} \rightarrow CaR_2 + 2Na^+$) или обратным осмосом.