Номер 14, страница 76, часть III - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

14. Как доказать, что образец воды обладает постоянной жесткостью? Запишите соответствующие уравнения химических реакций (в полном ионном и сокращенном виде).

Постоянная (или некарбонатная) жесткость воды обусловлена присутствием в ней растворенных солей сильных кислот, в основном хлоридов и сульфатов кальция ($CaCl_2$, $CaSO_4$) и магния ($MgCl_2$, $MgSO_4$). В отличие от временной (карбонатной) жесткости, постоянная жесткость не устраняется кипячением.

Чтобы доказать наличие постоянной жесткости, образец воды необходимо сначала прокипятить. При кипячении гидрокарбонаты кальция и магния, вызывающие временную жесткость, разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов, которые выпадают в осадок. После кипячения воду следует отфильтровать, чтобы удалить образовавшийся осадок.

Затем в отфильтрованную воду добавляют реагент, который способен осаждать ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$, оставшиеся в растворе и обуславливающие постоянную жесткость. В качестве такого реагента обычно используют раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$). Если после добавления карбоната натрия наблюдается помутнение и выпадение нового осадка, это доказывает, что в воде присутствовали соли, вызывающие постоянную жесткость.

Решение

Ниже приведены уравнения реакций, подтверждающих наличие ионов $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ в воде после устранения временной жесткости кипячением. В качестве примера взяты реакции с хлоридом кальция и сульфатом магния при добавлении карбоната натрия.

1. Реакция для обнаружения ионов кальция (например, из хлорида кальция):

Молекулярное уравнение реакции, показывающее образование белого осадка карбоната кальция:

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

Полное ионное уравнение, показывающее все ионы, присутствующие в растворе:

$Ca^{2+} + 2Cl^{-} + 2Na^{+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2Na^{+} + 2Cl^{-}$

Сокращенное ионное уравнение, показывающее только те ионы, которые участвуют в образовании осадка:

$Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3 \downarrow$

2. Реакция для обнаружения ионов магния (например, из сульфата магния):

Молекулярное уравнение реакции, показывающее образование белого осадка карбоната магния:

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

Полное ионное уравнение:

$Mg^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^{+} + CO_3^{2-} \rightarrow MgCO_3 \downarrow + 2Na^{+} + SO_4^{2-}$

Сокращенное ионное уравнение:

$Mg^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow MgCO_3 \downarrow$

Ответ:

Чтобы доказать, что образец воды обладает постоянной жесткостью, его необходимо прокипятить, отфильтровать, а затем добавить к фильтрату раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$). Выпадение осадка карбоната кальция ($CaCO_3$) или карбоната магния ($MgCO_3$) подтверждает наличие постоянной жесткости. Химические процессы описываются приведенными выше уравнениями реакций, где ключевыми являются сокращенные ионные уравнения, показывающие образование осадков: $Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3 \downarrow$ и $Mg^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow MgCO_3 \downarrow$.