Номер 3, страница 166 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

3. Как устраняют временную жёсткость воды, а как — постоянную?

Жёсткость воды обусловлена наличием в ней растворенных солей кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$). Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жёсткость.

Устранение временной жёсткости

Временная жёсткость вызвана присутствием гидрокарбонатов кальция $Ca(HCO_3)_2$ и магния $Mg(HCO_3)_2$. Её можно устранить следующими способами:

1. Кипячение. При нагревании гидрокарбонаты разлагаются с образованием нерастворимых солей (карбоната кальция и гидроксида магния), которые выпадают в осадок (накипь), и углекислого газа. Этот метод эффективен в бытовых условиях.

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 кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и выпадают в осадок. Этот метод используется в промышленных масштабах.

Уравнения реакций:

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

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

Ответ: Временную жёсткость устраняют кипячением или добавлением гашёной извести (известкованием).

Устранение постоянной жёсткости

Постоянная жёсткость обусловлена наличием сульфатов ($CaSO_4, MgSO_4$) и хлоридов ($CaCl_2, MgCl_2$) кальция и магния. Эти соли не удаляются кипячением, поэтому применяют химические методы.

1. Реагентные методы. Основаны на добавлении в воду веществ, которые образуют с ионами $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ нерастворимые соединения.

• Содовый метод: добавление карбоната натрия (кальцинированной соды) $Na_2CO_3$. Ионы кальция и магния осаждаются в виде нерастворимых карбонатов.

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

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

• Фосфатный метод: добавление фосфатов натрия, например, ортофосфата натрия $Na_3PO_4$. Образуются очень малорастворимые фосфаты кальция и магния. Этот метод более дорогой, но очень эффективный.

$3CaSO_4 + 2Na_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 3Na_2SO_4$

$3MgCl_2 + 2Na_3PO_4 \rightarrow Mg_3(PO_4)_2 \downarrow + 6NaCl$

2. Ионообменный метод. Воду пропускают через специальные фильтры, заполненные ионообменными смолами (ионитами). Иониты поглощают из воды ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$, отдавая взамен "безвредные" ионы, чаще всего $Na^+$ или $H^+$. Это один из самых современных и эффективных способов умягчения воды, применяемый как в промышленности, так и в бытовых фильтрах.

Схематически процесс можно записать так (где $RNa$ – ионит в натриевой форме):

$2RNa + Ca^{2+} \rightarrow R_2Ca + 2Na^+$

$2RNa + Mg^{2+} \rightarrow R_2Mg + 2Na^+$

Ответ: Постоянную жёсткость устраняют реагентными методами (добавлением соды, фосфатов) или с помощью ионообменных смол.