Страница 125 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Часть I

1. Жёсткая вода — это

1. Жёсткая вода — это вода, характеризующаяся высоким содержанием растворённых солей щёлочноземельных металлов, в первую очередь ионов кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$). Совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней этих ионов, называют жёсткостью.

Различают следующие виды жёсткости:

Временная (карбонатная) жёсткость. Она обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния ($Ca(HCO_3)_2$ и $Mg(HCO_3)_2$). Называется временной, так как её можно устранить простым кипячением. При нагревании гидрокарбонаты распадаются, образуя нерастворимые карбонаты (накипь), воду и углекислый газ:

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

Постоянная (некарбонатная) жёсткость. Она вызвана наличием в воде других солей этих металлов, которые не удаляются при кипячении, — сульфатов, хлоридов, нитратов (например, $CaSO_4$, $MgCl_2$).

Общая жёсткость — это суммарная концентрация ионов кальция и магния, то есть сумма временной и постоянной жёсткости.

Жёсткая вода создаёт ряд проблем в быту и промышленности:

– Образует накипь на стенках котлов, в трубах и на нагревательных элементах бытовых приборов (чайников, стиральных машин), что ухудшает теплообмен и может привести к их поломке.

– Увеличивает расход мыла и моющих средств, так как ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ образуют с анионами жирных кислот нерастворимые соли, из-за чего мыло плохо пенится.

– Может ухудшать вкусовые качества питьевой воды и приготовленной на ней пищи.

Для снижения жёсткости (умягчения) воды применяют различные методы, такие как кипячение (для устранения временной жёсткости), добавление реагентов (например, соды $Na_2CO_3$), а также использование ионообменных фильтров и систем обратного осмоса.

Ответ: Жёсткая вода — это вода с высоким содержанием растворённых в ней ионов кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$).

2. Формула твёрдого мыла: __________, формула жидкого мыла: __________, где $R$ — __________

В жёсткой воде мыло мылится плохо, так как происходит ре-акция __________

(ионное уравнение)

Формула твёрдого мыла: $RCOONa$, формула жидкого мыла: $RCOOK$, где R — углеводородный радикал высшей карбоновой кислоты.
Мыла — это соли высших карбоновых кислот. Твёрдые мыла представляют собой натриевые соли (например, стеарат натрия $C_{17}H_{35}COONa$), а жидкие мыла — калиевые соли (например, пальмитат калия $C_{15}H_{31}COOK$). В этих общих формулах $R$ обозначает углеводородный радикал, который является длинной углеводородной цепью, содержащей обычно от 10 до 20 атомов углерода.
Ответ: Формула твёрдого мыла: $RCOONa$, формула жидкого мыла: $RCOOK$, где R — углеводородный радикал высшей карбоновой кислоты.

В жёсткой воде мыло мылится плохо, так как происходит реакция с ионами кальция и магния, которую можно описать следующим ионным уравнением: $2RCOO^{-} + Ca^{2+} \rightarrow (RCOO)_2Ca \downarrow$
Жёсткость воды обусловлена наличием в ней растворимых солей кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$). Мыло, являясь растворимой натриевой или калиевой солью, диссоциирует в воде на катион металла ($Na^+$ или $K^+$) и анион карбоновой кислоты ($RCOO^{-}$). Эти анионы вступают в реакцию ионного обмена с катионами $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$. В результате образуются нерастворимые в воде соли, такие как стеарат кальция $(C_{17}H_{35}COO)_2Ca$, которые выпадают в осадок в виде хлопьев. Это приводит к перерасходу мыла и значительному снижению его моющей способности. Аналогично протекает реакция с ионами магния: $2RCOO^{-} + Mg^{2+} \rightarrow (RCOO)_2Mg \downarrow$.
Ответ: $2RCOO^{-} + Ca^{2+} \rightarrow (RCOO)_2Ca \downarrow$

3. Заполните таблицу.

Жёсткость воды и способы её устранения

Тип жёсткости

Соединения, вызывающие жёсткость

Способы устранения

1. Временная, или карбонатная

1) ________

2) ________

3) ________

2. [ ][ ][ ][ ][ ][ ] -

[ ][ ][ ][ ][ ]

$CaCl_2$, $CaSO_4$

1) ________

2) ________

1. Временная, или карбонатная

Решение:
Временная, или карбонатная, жёсткость воды вызвана присутствием в ней растворимых гидрокарбонатов кальция ($Ca(HCO_3)_2$) и магния ($Mg(HCO_3)_2$). Для заполнения таблицы необходимо указать эти соединения и перечислить способы их удаления из воды.
Соединения, вызывающие жёсткость: Гидрокарбонат кальция ($Ca(HCO_3)_2$) и гидрокарбонат магния ($Mg(HCO_3)_2$).
Способы устранения:
1) Кипячение. При нагревании растворимые гидрокарбонаты разлагаются, образуя нерастворимые карбонаты, которые выпадают в осадок (накипь).
$Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t} CaCO_3 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow$
2) Добавление гашёной извести (известкование). При добавлении гидроксида кальция $Ca(OH)_2$ ионы кальция осаждаются в виде нерастворимого карбоната.
$Ca(HCO_3)_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow 2CaCO_3 \downarrow + 2H_2O$
3) Добавление соды. Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) также переводит ионы кальция в нерастворимый карбонат кальция.
$Ca(HCO_3)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaHCO_3$

Ответ: В ячейку «Соединения, вызывающие жёсткость» следует вписать: Гидрокарбонаты кальция и магния ($Ca(HCO_3)_2$, $Mg(HCO_3)_2$). В ячейки «Способы устранения» следует вписать: 1) Кипячение; 2) Добавление гашёной извести ($Ca(OH)_2$); 3) Добавление соды ($Na_2CO_3$).

2.

Решение:
В таблице указаны соединения, вызывающие жёсткость: хлорид кальция ($CaCl_2$) и сульфат кальция ($CaSO_4$). Это соли сильных кислот. Такой тип жёсткости называется постоянной, или некарбонатной. Она не устраняется кипячением, и для её удаления применяют химические реагенты или ионообменные смолы.
Тип жёсткости: Постоянная, или некарбонатная.
Способы устранения:
1) Добавление карбоната натрия (соды). Сода ($Na_2CO_3$) осаждает ионы кальция в виде нерастворимого карбоната.
$CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$
$CaSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$
2) Ионный обмен. Воду пропускают через ионообменные фильтры (катиониты), где ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ заменяются на ионы $Na^{+}$.

Ответ: В ячейку «Тип жёсткости» следует вписать: Постоянная, или некарбонатная. В ячейки «Способы устранения» следует вписать: 1) Добавление соды ($Na_2CO_3$); 2) Ионный обмен.