Номер 36, страница 106 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 10. Металлы - номер 36, страница 106.

Условие.

36. Какая масса карбонатов выпадает в осадок при кипячении 2 л воды, содержащей по 0,01 % гидрокарбонатов кальция и магния? Какая жёсткость — временная или постоянная — устраняется при кипячении?

Решение.

Решение 2.

Какая масса карбонатов выпадет в осадок при кипячении 2 л воды, содержащей по 0,01 % гидрокарбонатов кальция и магния?

Дано:
Объем воды, $V = 2$ л
Массовая доля гидрокарбоната кальция, $\omega(Ca(HCO_3)_2) = 0,01 \%$
Массовая доля гидрокарбоната магния, $\omega(Mg(HCO_3)_2) = 0,01 \%$
Плотность воды (и раствора, так как он сильно разбавлен), $\rho \approx 1000$ г/л

Перевод в СИ не требуется, будем использовать граммы и литры для удобства расчетов.
$\omega(Ca(HCO_3)_2) = 0,01 \% = 0,0001$
$\omega(Mg(HCO_3)_2) = 0,01 \% = 0,0001$

Найти:
Массу осадка, $m(\text{осадка}) = ?$

Решение:
1. При кипячении воды, содержащей гидрокарбонаты кальция и магния, они разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов, которые выпадают в осадок. Этот процесс описывается следующими уравнениями реакций:

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

$Mg(HCO_3)_2 \xrightarrow{t} MgCO_3 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow$

2. Найдем массу раствора. Примем плотность раствора равной плотности воды:

$m(\text{раствора}) = V \cdot \rho = 2 \text{ л} \cdot 1000 \text{ г/л} = 2000 \text{ г}$

3. Рассчитаем массу каждого гидрокарбоната в растворе:

$m(Ca(HCO_3)_2) = m(\text{раствора}) \cdot \omega(Ca(HCO_3)_2) = 2000 \text{ г} \cdot 0,0001 = 0,2 \text{ г}$

$m(Mg(HCO_3)_2) = m(\text{раствора}) \cdot \omega(Mg(HCO_3)_2) = 2000 \text{ г} \cdot 0,0001 = 0,2 \text{ г}$

4. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции:

$M(Ca(HCO_3)_2) = 40,08 + 2 \cdot (1,01 + 12,01 + 3 \cdot 16,00) = 162,12 \text{ г/моль}$

$M(Mg(HCO_3)_2) = 24,31 + 2 \cdot (1,01 + 12,01 + 3 \cdot 16,00) = 146,35 \text{ г/моль}$

$M(CaCO_3) = 40,08 + 12,01 + 3 \cdot 16,00 = 100,09 \text{ г/моль}$

$M(MgCO_3) = 24,31 + 12,01 + 3 \cdot 16,00 = 84,32 \text{ г/моль}$

5. Найдём массу карбоната кальция, который выпадет в осадок, составив пропорцию на основе уравнения реакции:

Из $162,12$ г $Ca(HCO_3)_2$ образуется $100,09$ г $CaCO_3$.
Из $0,2$ г $Ca(HCO_3)_2$ образуется $x$ г $CaCO_3$.

$x = m(CaCO_3) = \frac{0,2 \text{ г} \cdot 100,09 \text{ г/моль}}{162,12 \text{ г/моль}} \approx 0,123 \text{ г}$

6. Аналогично найдём массу карбоната магния:

Из $146,35$ г $Mg(HCO_3)_2$ образуется $84,32$ г $MgCO_3$.
Из $0,2$ г $Mg(HCO_3)_2$ образуется $y$ г $MgCO_3$.

$y = m(MgCO_3) = \frac{0,2 \text{ г} \cdot 84,32 \text{ г/моль}}{146,35 \text{ г/моль}} \approx 0,115 \text{ г}$

7. Общая масса осадка равна сумме масс выпавших карбонатов:

$m(\text{осадка}) = m(CaCO_3) + m(MgCO_3) \approx 0,123 \text{ г} + 0,115 \text{ г} = 0,238 \text{ г}$

Ответ: масса карбонатов, которая выпадет в осадок, составляет примерно $0,24$ г.

---

Какая жёсткость — временная или постоянная — устраняется при кипячении?

Жёсткость воды обусловлена присутствием в ней растворенных солей кальция и магния. Различают два вида жёсткости:

• Временная (карбонатная) жёсткость вызвана наличием гидрокарбонатов кальция $Ca(HCO_3)_2$ и магния $Mg(HCO_3)_2$. При кипячении эти соли разлагаются, образуя нерастворимые карбонаты, которые выпадают в осадок (накипь). Таким образом, временная жёсткость устраняется кипячением.
• Постоянная (некарбонатная) жёсткость обусловлена наличием сульфатов и хлоридов кальция и магния (например, $CaSO_4, MgSO_4, CaCl_2, MgCl_2$). Эти соли не разлагаются при кипячении, поэтому данный вид жёсткости таким способом не устраняется.

Ответ: при кипячении устраняется временная (карбонатная) жёсткость.