Материал: 1010
Определите величину временной и общей жесткости, рассчитайте величину постоянной жесткости.
Опыт 3. Устранение жесткости химическим способом.
а) В пробирку налейте немного жесткой воды и добавьте 1 2 мл раствора карбоната натрия Na2CO3. Раствор отфильтруйте от осадка через бумажный фильтр. Проверьте, остались ли ионы Ca2+ или Mg2+ в фильтрате. Для этого в пробирку с фильтратом добавить 1мл аммиачной буферной смеси и 2 3 капли индикатора хромогена черного. Осаждение ионов Ca2+ и Mg2+ считается полным при условии, если цвет индикатора не изменится. В противном случае к содержимому пробирки добавить еще немного раствораNa2CO3 и повторить фильтрование.
б) Можно удалить ионы Mg2+ и Ca2+ из жесткой воды фосфатным способом. Для этого опыт повторить с новой порцией жесткой воды, но вместо раствора соды Na2CO3 для осаждения ионов Mg2+ и Ca2+ взять раствор фосфатаNa3PO4. Написать уравнения соответствующихреакций.
Таким образом, определение карбонатной и общей жесткости проводится по рисунку
|
|
|
|
|
Схема определения жёсткости воды |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вид определяемой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ОБЩАЯ |
|
|
|
|
|
|
ВРЕМЕННАЯ |
|
|
|||||
жёсткости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Определяе- |
|
Суммарное содержание |
|
|
Содержание гидрокар- |
|
||||||||
|
|
катионов кальция и |
|
|
бонатов кальция |
|
||||||||
мые ионы |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
магния |
|
|
и магния |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Титрант |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Трилон Б |
|
|
|
|
|
Соляная кислота 0,1 N |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Среда, в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
которой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аммиачный буферный |
|
|
|
|
|
||||||||
проводит- |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
раствор, рН = 9 |
|
|
|
|
|
|||||||
ся анализ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Индикатор |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Хромоген черный |
|
|
Метиловый оранжевый |
|
||||||||
Переход |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
красная → синяя |
|
|
|
|
жёлтая → оранжевая |
|
||||||
окраски |
|
|
|
|
|
|||||||||
65
Решение типовых задач
Пример 1. Определение общей жесткости вода по количеству содержащихся в воде солей.
Рассчитайте общую жесткость воды (в ммоль-экв/дм3и градусах), если в 0,25 л воды содержится 16,20 мг гидрокарбоната кальция, 2,92 мг гидрокарбонатамагния,11,10мгхлоридакальцияи9,50мгхлоридамагния.
Решение. Жесткость воды Ж выражается в ммоль-эквивалентах двухзарядных катионов металлов Са2+, Mg2+, Fe2+ и других или соответствующих им солей, содержащихся в 1 дм3 воды:
Ж |
m1 |
|
m2 |
|
m3 |
....., |
Э1 V |
Э2 V |
|
||||
|
|
|
Э3 V |
|||
где m1,m2, m3 ─содержание в воде двухзарядных катионов металлов (или соответствующих им солей), мг; Э1, Э2, Э3 ─ эквиваленты катионов металлов (или соответствующих им солей); V ─ объем воды, дм3.
Определяем эквиваленты солей, обусловливающихжесткостьводы.
Ca(HCO3)2 |
Mg(HCO3)2 |
Э = М/2 = 116,11/2 = 81,05; |
Э = М/2 = 146,34/2 = 73,17; |
CaCl2 |
MgCl2 |
Э = М/2 = 110,99/2 = 55,49; |
Э = М/2 = 95,21/2 = 47,60. |
Общая жесткость данного образца воды равна сумме временной постоянной жесткости и обусловливается содержанием в ней солей, придающих ей жесткость, она равна
ЖОБЩ |
|
16,20 |
|
|
|
2,92 |
|
11,10 |
|
9,50 |
= |
|
81,05 0,25 |
73,17 0,25 |
55,49 0,25 |
47,6 0,25 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
0,80 0,16 0,80 0,80 2,56ммоль/дм 3 .
Вода данного образца считается мягкой.
Жесткость воды можно определять в градусах: 1° жесткости соответствует 0,357 ммоль-экв катионов двухзарядных металлов. Общая жесткость образца воды в градусах жесткости равна 2,660/0,357=7,17° (1° жесткости равен I г CaO в 100 л воды, содержание других металлов пересчитывается на эквивалентное количество CaO).
Вода данного образца считается мягкой.
66
Пример2.Определениевременной(гидрокарбонатной)жестко-
стиводы пообъему солянойкислоты, пошедшейна еетитрование.
Найдите временную жесткость воды, если на титрование 0,1 л образца воды, содержащей дикарбонат магния, израсходовано 7,2 · 10-3 л
0,13 N HCl.
Решение. При титровании воды соляной кислотой происходит следующая химическая реакция:
Mg(HCO3)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O + 2CO2.
В соответствии с законом эквивалентов число ммоль-эквива- лентов всех участвующих в химической реакции веществ должно быть одинаково. На титрование 0,1 л воды израсходовано 0,13∙7,2·103= = 0,936∙10 -3 ммоль-эквивалентов HCl . Следовательно, такое же число ммоль-эквивалентов магния содержится в воде, т.е.
1000 VHCl CHCl VH2O Жвр ;
Жвр VHCl CHCl 0,936 9,36ммоль экв/дм3 . VH2O 0,10
Жесткость данного образца воды равна 9,36 ммольэкв/дм3.
Пример3.Определениевременнойипостояннойжесткостиводы поколичествуреагентов,необходимыхдляустраненияжесткости.
Для устранения общей жесткости по известково-содовому методу к 50 л воды добавлено 7,4 г Ca(OH)2 и 5,3 г Na2CO3. Рассчитайте временную и постоянную жесткости воды.
Решение. Добавление к воде Ca(OH)2 может устранить временную жесткость, а добавление Na2CO3 − постоянную жесткость. При добавлении этих реагентов к воде происходят следующие химические реакции:
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCO3↓;
MgCl2 + Na2CO3 → MgCO3↓+ 2NaCl.
Временная жесткость воды Жвр измеряется числом миллимольэквивалентов гидроксида кальция, участвующего в реакции, а постоянная жесткость Жпост −числоммиллимоль-эквивалентовкарбонатанатрия:
Жвр |
mCa(OH) |
|
|
|
|
Жвр |
mNa CO |
|||||||
|
|
2 |
; |
|
|
|
|
|
2 |
3 |
; |
|||
Э |
|
V |
|
|
Э |
|
V |
|||||||
|
Ca(OH) |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Na CO |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
|
|
||
|
|
ЭCa(OH)2 |
|
M |
|
74,09 |
37,04 |
; |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
67 |
|
|
|
|
|
|
|
ЭNa2CO3 |
M |
|
106,00 |
53,0; |
|||||
|
|
|
|
||||||
|
2 |
|
|
2 |
|
||||
Жвр |
7400 |
|
|
|
4ммоль экв/дм3 ; |
||||
37,04 50 |
|||||||||
|
|
|
|
||||||
Жпост |
|
5300 |
|
2ммоль экв/дм3 ; |
|||||
53,0 50 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||
Жобщ = Жвр + Жпост =4 +2= 6ммоль-экв/дм3 (вода среднейжесткости).
Вопросы для самоконтроля
1.Какиеионы,содержащиесявприродныхводах,обусловливаютеёжесткость?
2.Какую жесткость называют карбонатной?
3.Как можно устранить карбонатную жесткость? Напишите уравнения реакций.
4.Какую жесткость называют некарбонатной?
5.Как можно устранить некарбонатную жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций.
6.Какиеионынадоудалитьизприроднойводы,чтобысделатьеемягкой?
7.Введением каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения соответствующих реакций.
8.На титрование 0,05л образца воды израсходовано 4,8∙10 -3 0,1 N НСl. Чему равна карбонатная жеcткость воды?
(Ответ: 9,6 ммоль-экв/дм3) 9. Один литр образца воды содержит 48,6 мг дикарбоната кальция и 29,6 мг сульфата магния. Сколько молей Ca2+ и Mg2+ содержится в 1 л образца воды? Чему равна общая жесткость воды?
(Ответ: 0,6 ·10-3 ммоль-экв/дм3)
Тест для подготовки к экзамену
1.Жесткая вода содержит в своем составе большое количество солей
1)алюминия и железа;
2)кальция и магния;
3)калия и натрия;
4)свинца и кадмия.
2.Временная жесткость обусловлена наличием
1)средних солей;
68
2)кислых солей;
3)комплексных солей;
4)основных солей.
3.Временную жесткость можно устранить
1)кипячением;
2)разбавлением;
3)охлаждением;
4)добавлением соды.
4.Постоянная жесткость обусловлена наличием
1)фосфатов и сульфидов кальция и магния;
2)хлоридов и сульфатов кальция и магния;
3)силикатов и ацетатов кальция и магния;
4)гидроксидов кальция и магния.
5.Наиболее мягкой водой является
1)атмосферная;
2)морская;
3)грунтовая;
4)из подземных источников.
6.В лаборатории временную жесткость определяют методом
1)титрования;
2)хроматографическим;
3)фотометрическим;
4)весовым.
7.Какой индикатор используют при определении общей жесткости?
1)метиловый оранжевый;
2)хромоген черный;
3)лакмус;
4)фенолфталеин.
8.Жесткость воды измеряется в
1)ммоль/дм3;
2)моль/см3;
3)моль/мм3;
4)моль/см2.
69