Номер 3, страница 146 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 20. Металлы ІА-ІIIА-групп. Глава 5. Металлы и неметаллы - номер 3, страница 146.

Условие.

3. Что такое жёсткость воды? К каким нежелательным последствиям может привести использование жёсткой воды? Ответ подтвердите уравнениями химических реакций.

Решение.

Решение 2.

Жёсткость воды — это совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, в основном катионов кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$). Жёсткость подразделяют на временную и постоянную.

• Временная (карбонатная) жёсткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция $Ca(HCO_3)_2$ и магния $Mg(HCO_3)_2$. Она называется временной, так как её можно устранить путём кипячения воды.

• Постоянная (некарбонатная) жёсткость вызвана содержанием других солей этих металлов, которые не удаляются при кипячении — в основном сульфатов ($CaSO_4, MgSO_4$) и хлоридов ($CaCl_2, MgCl_2$).

Общая жёсткость воды является суммой временной и постоянной жёсткости.

Использование жёсткой воды может приводить к ряду нежелательных последствий в быту и промышленности:

• Образование накипи на нагревательных элементах. При нагревании воды гидрокарбонаты кальция и магния, обуславливающие временную жёсткость, разлагаются с образованием нерастворимого карбоната кальция и гидроксида магния. Эти вещества оседают на стенках котлов, труб, чайников и стиральных машин в виде твёрдого осадка — накипи. Накипь обладает низкой теплопроводностью, что ведёт к перерасходу электроэнергии, перегреву и преждевременному выходу из строя нагревательных приборов. Соли постоянной жёсткости (например, сульфат кальция) также способствуют образованию накипи, так как их растворимость уменьшается с ростом температуры.

  Уравнения реакций образования накипи при кипячении:

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

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

• Повышенный расход моющих средств. Ионы кальция и магния вступают в реакцию с компонентами мыла (например, стеаратом натрия), образуя нерастворимые соли — «кальциевые» и «магниевые» мыла. Эти вещества не обладают моющей способностью, образуют пену с трудом и оседают в виде серого налёта на тканях, сантехнике и коже. Моющее действие мыла проявляется только после того, как все ионы жёсткости будут связаны в нерастворимый осадок, что приводит к его значительному перерасходу.

  Уравнение реакции мыла с ионами кальция:

  $2C_{17}H_{35}COONa + Ca^{2+} \rightarrow (C_{17}H_{35}COO)_2Ca \downarrow + 2Na^+$

• Негативное влияние на качество продуктов и технологические процессы. В пищевой промышленности жёсткая вода может ухудшать вкус напитков (чая, кофе), замедлять процесс разваривания мяса и овощей. В некоторых отраслях (например, в текстильной) соли жёсткости могут неравномерно осаждаться на тканях, что приводит к браку при окрашивании.

• Воздействие на здоровье человека. Использование жёсткой воды для мытья может приводить к сухости кожи и волос, появлению перхоти. Систематическое употребление внутрь очень жёсткой воды некоторыми исследованиями связывается с повышенным риском развития мочекаменной болезни.

Ответ: Жёсткость воды — это свойство, обусловленное наличием в ней растворенных солей кальция и магния. Использование жёсткой воды приводит к образованию накипи в нагревательных приборах (например, при разложении гидрокарбоната кальция: $Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t} CaCO_3 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow$), повышенному расходу моющих средств из-за образования нерастворимых солей (например, $2C_{17}H_{35}COONa + Ca^{2+} \rightarrow (C_{17}H_{35}COO)_2Ca \downarrow + 2Na^+$), а также негативно сказывается на качестве продуктов, промышленных процессах и может влиять на состояние кожи, волос и здоровье в целом.