g9k-4.3· Глава 4: Металлы· ~13 мин

Жёсткость воды

Жёсткая вода, Ca²⁺/Mg²⁺ и способы устранения.

Жёсткость воды обусловлена избыточным содержанием в ней ионов кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺). Различают два вида жёсткости: временная жёсткость обусловлена такими гидрокарбонатами, как Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂ — при кипячении воды происходит гидролиз: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O; образующийся при этой реакции осадок (CaCO₃) составляет накипь. Постоянная же жёсткость обусловлена такими солями, как CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄, и кипячением не устраняется. Для устранения постоянной жёсткости добавляют соду (Na₂CO₃): CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl. В жёсткой воде мыло плохо пенится, так как ионы Ca²⁺ образуют осадок с натриевыми солями мыла.

📌Пример

Например: при кипячении 0,5 моль Ca(HCO₃)₂ образуется осадок 0,5 моль CaCO₃ (массой 0,5 × 100 = 50 г).

Ключевые термины

Жёсткость воды — Свойство, возникающее из-за избыточного содержания ионов Ca2+\text{Ca}^{2+} и Mg2+\text{Mg}^{2+} в составе воды.
Временная жёсткость — Вид жёсткости, обусловленный бикарбонатами, такими как Ca(HCO3)2\text{Ca}(\text{HCO}_3)_2 и Mg(HCO3)2\text{Mg}(\text{HCO}_3)_2, которая устраняется кипячением воды.
Постоянная жёсткость — Вид жёсткости, обусловленный такими солями, как CaCl2\text{CaCl}_2, MgCl2\text{MgCl}_2, CaSO4\text{CaSO}_4, которая не устраняется кипячением.
Накипь — Осадок CaCO3\text{CaCO}_3, образующийся при кипячении воды с временной жёсткостью; снижает теплопроводность.
Содовый метод — Устранение постоянной жёсткости путём добавления Na2CO3\text{Na}_2\text{CO}_3 (соды): CaCl2+Na2CO3→CaCO3 ⁣↓+2NaCl\text{CaCl}_2 + \text{Na}_2\text{CO}_3 \rightarrow \text{CaCO}_3\!\downarrow + 2\text{NaCl}.
Бикарбонаты — Гидрокарбонатные соли, вызывающие временную жёсткость; при нагревании разлагаются, образуя карбонатный осадок, углекислый газ и воду.
Сравнение временной и постоянной жёсткости
ХарактеристикаВременная жёсткостьПостоянная жёсткость
Вызывающие солиCa(HCO3)2\text{Ca}(\text{HCO}_3)_2, Mg(HCO3)2\text{Mg}(\text{HCO}_3)_2CaCl2\text{CaCl}_2, MgCl2\text{MgCl}_2, CaSO4\text{CaSO}_4
Устраняется ли кипячением?Да: Ca(HCO3)2→CaCO3 ⁣↓+CO2 ⁣↑+H2O\text{Ca}(\text{HCO}_3)_2 \rightarrow \text{CaCO}_3\!\downarrow + \text{CO}_2\!\uparrow + \text{H}_2\text{O}Нет, кипячением не устраняется
Метод устраненияКипячениеДобавление соды (Na2CO3\text{Na}_2\text{CO}_3)
Образует ли накипь?Да, осадок CaCO3\text{CaCO}_3 образует накипьНет

Два вида жёсткости воды: временная жёсткость устраняется кипячением, постоянная — добавлением соды.

✎Расчёт массы осадка, образующегося при временной жёсткости
  1. 1Задача: Какая масса накипи (CaCO3\text{CaCO}_3) образуется при кипячении жёсткой воды, содержащей 0,50{,}5 моль Ca(HCO3)2\text{Ca}(\text{HCO}_3)_2?
  2. 2Уравнение реакции: Ca(HCO3)2→CaCO3 ⁣↓+CO2 ⁣↑+H2O\text{Ca}(\text{HCO}_3)_2 \rightarrow \text{CaCO}_3\!\downarrow + \text{CO}_2\!\uparrow + \text{H}_2\text{O}
  3. 3Молярное соотношение: Из уравнения видно, что при разложении 11 моль Ca(HCO3)2\text{Ca}(\text{HCO}_3)_2 образуется 11 моль CaCO3\text{CaCO}_3. Следовательно, n(CaCO3)=n(Ca(HCO3)2)=0,5n(\text{CaCO}_3) = n(\text{Ca}(\text{HCO}_3)_2) = 0{,}5 моль.
  4. 4Молярная масса CaCO3\text{CaCO}_3: M(CaCO3)=40+12+3×16=100 г/мольM(\text{CaCO}_3) = 40 + 12 + 3 \times 16 = 100\ \text{г/моль}
  5. 5Масса осадка: m(CaCO3)=n×M=0,5×100=50 гm(\text{CaCO}_3) = n \times M = 0{,}5 \times 100 = 50\ \text{г}
  6. 6Ответ: При кипячении 0,50{,}5 моль Ca(HCO3)2\text{Ca}(\text{HCO}_3)_2 образуется 5050 грамм осадка CaCO3\text{CaCO}_3 (накипи).
🚫Частая ошибка

Учащиеся часто путают временную и постоянную жёсткость. Запомните: временная жёсткость обусловлена БИКАРБОНАТНЫМИ солями (Ca(HCO3)2\text{Ca}(\text{HCO}_3)_2, Mg(HCO3)2\text{Mg}(\text{HCO}_3)_2) и устраняется КИПЯЧЕНИЕМ. Постоянная жёсткость обусловлена ХЛОРИДНЫМИ и СУЛЬФАТНЫМИ солями (CaCl2\text{CaCl}_2, MgCl2\text{MgCl}_2, CaSO4\text{CaSO}_4), кипячением не устраняется — только добавлением соды.

⚠️Внимание

Накипь (CaCO3\text{CaCO}_3) серьёзно снижает теплопроводность: толстый слой CaCO3\text{CaCO}_3 в котлах и чайниках увеличивает расход энергии и может привести к перегреву сосуда. В экзаменационных вопросах не путайте, что состав накипи — CaCO3\text{CaCO}_3 и что она образуется в результате временной жёсткости.

Правила

  1. 1Временная жёсткость обусловлена ионами Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂; устраняется кипячением: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O.
  2. 2Постоянная жёсткость обусловлена солями CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄; кипячением не устраняется.
  3. 3Для устранения постоянной жёсткости добавляют соду (Na₂CO₃): CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl.
  4. 4Накипь состоит из CaCO₃; во время нагрева она снижает теплопроводность.
  5. 5В жёсткой воде мыло плохо пенится, так как ионы Ca²⁺ и Mg²⁺ образуют с молекулами мыла нерастворимые соли.

Тренировка

10 лёгких · 10 средних · 10 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс