Номер 2, страница 204 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Каковы основные способы устранения жесткости воды? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворенных солей кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$). Различают временную (карбонатную) жесткость, вызванную гидрокарбонатами ($Ca(HCO_3)_2$ и $Mg(HCO_3)_2$), и постоянную (некарбонатную) жесткость, вызванную сульфатами, хлоридами и другими солями этих металлов. Устранение жесткости (умягчение воды) заключается в удалении ионов $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ из воды.

Термический способ (кипячение)

Этот способ позволяет устранить только временную (карбонатную) жесткость. При нагревании гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием нерастворимых соединений (карбоната кальция и гидроксида магния), которые выпадают в осадок (накипь).

Уравнения реакций:

$Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t} CaCO_3 \downarrow + H_2o + CO_2 \uparrow$

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

Ответ: Кипячение устраняет временную жесткость путем термического разложения гидрокарбонатов кальция и магния с образованием нерастворимого осадка.

Химические (реагентные) способы

Эти методы основаны на добавлении в воду реагентов, которые связывают ионы кальция и магния в нерастворимые соединения, после чего осадок отфильтровывают.

Известково-содовый способ

Данный способ позволяет устранить как временную, так и постоянную жесткость. Сначала для удаления карбонатной жесткости и солей магния добавляют гашеную известь ($Ca(OH)_2$), а затем для удаления оставшейся постоянной жесткости — кальцинированную соду ($Na_2CO_3$).

Уравнения реакций:

Удаление временной жесткости известью:

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

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

Удаление постоянной магниевой жесткости известью:

$MgSO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + CaSO_4$

Удаление постоянной кальциевой жесткости содой (включая образовавшуюся на предыдущем этапе):

$CaSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$

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

Ответ: Известково-содовый способ заключается в последовательной обработке воды гашеной известью и кальцинированной содой для осаждения ионов $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ в виде $CaCO_3$ и $Mg(OH)_2$.

Фосфатный способ

Для умягчения воды используют фосфаты натрия, например, ортофосфат натрия ($Na_3PO_4$) или полифосфаты. Ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ образуют с фосфат-ионами очень прочные и практически нерастворимые соединения.

Уравнения реакций (в ионном виде):

$3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow$

$3Mg^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Mg_3(PO_4)_2 \downarrow$

Ответ: Фосфатный способ основан на осаждении ионов кальция и магния в виде нерастворимых фосфатов при добавлении в воду фосфатов натрия.

Ионообменный способ

Это современный и высокоэффективный метод. Воду пропускают через специальные фильтры, заполненные ионообменными смолами (катионитами). Катионит обменивает свои ионы (обычно $Na^+$ или $H^+$) на ионы жесткости ($Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$) из воды.

Уравнения реакций (где $\text{R}$ — полимерная матрица ионита):

Процесс умягчения на Na-катионите:

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

$2NaR + Mg^{2+} \rightarrow MgR_2 + 2Na^+$

После истощения смолы (когда все ионы $Na^+$ заменены на $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$) ее регенерируют, пропуская через нее концентрированный раствор хлорида натрия ($NaCl$), при этом протекают обратные реакции.

Процесс регенерации:

$CaR_2 + 2NaCl \rightarrow 2NaR + CaCl_2$

Ответ: Ионообменный способ заключается в фильтрации воды через ионообменные смолы, которые задерживают ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$, обменивая их на безопасные ионы $Na^+$ или $H^+$.