Номер 6, страница 263 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

6. Постоянная жёсткость воды может быть устранена применением реагентов, образующих с растворёнными солями кальция и магния осадки. Используя таблицу растворимости, предложите эти реагенты и приведите для иллюстрации необходимые уравнения возможных реакций.

Постоянная (некарбонатная) жёсткость воды обусловлена присутствием в ней растворимых солей кальция и магния, в основном сульфатов и хлоридов (например, $CaSO_4, CaCl_2, MgSO_4, MgCl_2$). Для устранения постоянной жёсткости необходимо перевести ионы кальция $Ca^{2+}$ и магния $Mg^{2+}$ в нерастворимые соединения (осадки), которые затем можно отделить от воды фильтрованием. Согласно таблице растворимости, катионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ образуют нерастворимые или малорастворимые соли с такими анионами, как карбонат-ион $CO_3^{2-}$, фосфат-ион $PO_4^{3-}$ и гидроксид-ион $OH^-$ (особенно эффективно для магния). Следовательно, в качестве реагентов можно использовать растворимые вещества, содержащие эти анионы.

1. Карбонат натрия ($Na_2CO_3$)

Карбонат натрия (кальцинированная сода) является одним из наиболее распространённых и доступных реагентов для умягчения воды. При его добавлении в воду образуются карбонат-ионы $CO_3^{2-}$, которые связывают ионы кальция и магния в нерастворимые осадки карбоната кальция $CaCO_3$ и карбоната магния $MgCO_3$.

Уравнения реакций с солями, вызывающими постоянную жёсткость:

Осаждение ионов кальция:

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

$CaSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$

Осаждение ионов магния:

$MgCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow MgCO_3 \downarrow + 2NaCl$

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

Ответ: Для устранения постоянной жёсткости можно использовать карбонат натрия ($Na_2CO_3$), который осаждает ионы кальция и магния в виде нерастворимых карбонатов $CaCO_3$ и $MgCO_3$.

2. Ортофосфат натрия ($Na_3PO_4$)

Ортофосфат натрия является очень эффективным умягчителем воды. Он образует с ионами кальция и магния крайне малорастворимые фосфаты $Ca_3(PO_4)_2$ и $Mg_3(PO_4)_2$, что позволяет достичь очень высокой степени очистки воды от ионов жёсткости.

Уравнения реакций с солями, вызывающими постоянную жёсткость:

Осаждение ионов кальция (на примере хлорида кальция):

$3CaCl_2 + 2Na_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6NaCl$

Осаждение ионов магния (на примере сульфата магния):

$3MgSO_4 + 2Na_3PO_4 \rightarrow Mg_3(PO_4)_2 \downarrow + 3Na_2SO_4$

Ответ: Для устранения постоянной жёсткости можно использовать ортофосфат натрия ($Na_3PO_4$), который осаждает ионы кальция и магния в виде нерастворимых фосфатов $Ca_3(PO_4)_2$ и $Mg_3(PO_4)_2$.

3. Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) и карбонат натрия ($Na_2CO_3$)

Этот комбинированный метод (известково-содовый) часто используется в промышленности. Гидроксид кальция (гашеная известь) эффективно осаждает ионы магния в виде нерастворимого гидроксида магния $Mg(OH)_2$. Однако эта реакция вводит в воду эквивалентное количество ионов кальция. Затем добавляют карбонат натрия (соду) для осаждения всех ионов кальция (как исходных, так и образовавшихся на первом этапе) в виде карбоната кальция $CaCO_3$.

Уравнения реакций:

Этап 1: Осаждение ионов магния гидроксидом кальция:

$MgSO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + CaSO_4$

Этап 2: Осаждение ионов кальция карбонатом натрия:

$CaSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$

Ответ: Для устранения постоянной жёсткости, особенно при высоком содержании солей магния, эффективен совместный метод с использованием гидроксида кальция $Ca(OH)_2$ (для осаждения $Mg^{2+}$ в виде $Mg(OH)_2$) и карбоната натрия $Na_2CO_3$ (для осаждения $Ca^{2+}$ в виде $CaCO_3$).