Жесткость воды

Жесткость воды обусловлена наличием в ней ионов двухвалентных металлов (Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺). Различают временную и постоянную жесткость.

Временная (или карбонатная) жесткость обусловлена наличием бикарбонатов Ме(НСО₃)₂, которые разлагаются в процессе кипячения:

Ca(HCO₃)₂ =¯ CaCО₃ + CO₂ + H₂O

Fe(HCO₃)₂ =¯ Fe(OH)₂ + 2СO₂.

Твердый осадок покрывает поверхность водонагревательных систем, что снижает их нагревательную способность, эффективность теплопередачи.

Постоянная (или некарбонатная) жесткость обусловлена наличием растворимых хлоридов и сульфатов, которые при кипячении не разлагаются.

Сумма временной и постоянной жесткости дает общую жесткость:

Ж_общ. = Ж_врем. + Ж_пост.

По ГОСТу жесткость воды оценивается в мг-экв/л (ммоль/л).

Одним из методов определения жесткости воды является титрование определенного объема воды раствором соляной кислоты известной концентрации. Применяются и весовые методы определения жесткости. Устранение жесткости сводится к удалению из воды ионов кальция и магния обычно путем перевода их в осадок в виде нерастворимых солей.

Пример 1. Вычислить временную жесткость, если в 2 л воды содержится 60, 12 мг ионов Ca²⁺ и 28, 37 мг ионов Mg²⁺.

Решение. Число ммоль эквивалентов Ca²⁺ вычисляем из соотношения:

1 ммоль Ca²⁺ – 20, 04 мг Ca²⁺

Х – 60, 12 мг Ca²⁺, .

Число ммоль эквивалентов Mg²⁺определяем аналогично:

1 ммоль Mg – 12, 15 мг Mg²⁺

Х – 28, 37 мг, .

Общее число ммоль эквивалентов ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ составит в расчете на 1 л воды:

Ж = 3 + 2, 5 = 5, 5 ммоль/л.

Следовательно, согласно ГОСТу, вода умеренно жесткая.

Пример 2. Определить временную жесткость воды, если на титрование
100 мл образца воды, содержащей гидрокарбонат магния, израсходовано 8^.10^–3 л 0, 1Н раствора соляной кислоты.

Решение. При титровании жесткой воды соляной кислотой происходит следующая реакция:

Mg(HCO₃)₂ + 2HCl = MgCl₂ + 2CO₂ + 2H₂O.

В соответствии с законом эквивалентов количество эквивалентов всех участвующих в химической реакции веществ должно быть одинаковым:

Н_р · V_р = Н_к ·V_к,

где Н_к и Н_р – эквивалентные (нормальные) концентрации кислоты и раствора, V_к и V_р – объемы кислоты и раствора (л).

Откуда моль/л.

Так как жесткость измеряется в ммоль/л, то Ж = Н_р ·1000 = 8·10^-3 ·1000 = 8 ммоль/л, т.е. вода жесткая.

Пример 3. Вычислить постоянную жесткость воды, зная, что для удаления ионов кальция, содержащихся в 50 л этой воды, потребовалось прибавить к воде 10, 8 г безводной буры.

Решение. При действии буры на воду, содержащую сернокислый кальций, ионы кальция переходят в осадок вследствие реакции:

CaSO₄ + Na₂B₄O₇ =¯ CaB₄O₇ + Na₂SO₄.

Из уравнения реакции следует, что для осаждения ионов кальция в виде CaB₄O₇ на 1 эквивалент сернокислого кальция, т.е. на 1 г-экв ионов кальция надо взять 1 эквивалент буры или на 1 мг-экв ионов кальция - 1 мг-экв буры. Молярная масса эквивалента буры 202^.1/2 = 101 г, следовательно, 1 мг-экв ее равен 101 мг. На осаждение ионов кальция, содержащихся в 50 л воды, израсходовано 10, 8 г или 10800 мг буры, что составляет:

мг-экв.

Поскольку, согласно закону эквивалентов, вещества взаимодействуют в эквивалентных соотношениях, столько же мг-экв ионов кальция будет содержаться в 50 л воды.

Отсюда жесткость воды равняется ммоль-экв/л.

326. Присутствие каких солей в природной воде обуславливает ее жесткость? Почему употребление жесткой воды при стирке белья вызывает большой расход мыла? Отразится ли на расходе мыла присутствие в воде хлористого кальция?

327. Почему жесткость, обусловленная присутствием в воде гидрокарбонатов кальция или магния, называется временной? Какие химические реакции будут происходить: а) при кипячении жесткой воды, содержащей Ca(HCO₃)₂; б) при добавлении к ней соды; в) при добавлении к ней едкого натра?

328. Какую массу Na₂CO₃ надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5 ммоль-экв?

329. Как временная, так и постоянная жесткость воды может быть устранена прибавлением к воде соды. Можно ли заменить соду: а) карбонатом калия; б) гидроксидом бария, который хорошо растворим в воде? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

330. Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 200 см³ воды, требуется 15 см³ раствора HCl с эквивалентной концентрацией, равной 0, 08.

331. Чему равняется жесткость воды, если для устранения ее к 100 мл воды потребовалось прибавить 15, 9 г соды?

332. Жесткость воды, в которой растворен только гидрокарбонат кальция, равна 4 ммоль-экв. Какой объем 0, 1н раствора HCl потребуется для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 75 см³ этой воды?

333. Введением каких ионов в природную воду можно устранить:
а) временную жесткость воды; б) постоянную ее жесткость?

334. В 1 м³ воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость воды.

335. Сколько граммов гашеной извести надо прибавить к 1000 л воды, чтобы устранить ее временную жесткость, равную 2, 86 ммоль-экв/л?

336. Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к 50 л воды потребовалось прибавить 21, 2 г карбоната натрия?

337. Вычислите временную жесткость воды, зная, что на реакцию с гидрокарбонатом, содержащимся в 100 мл этой воды, израсходовано 5 мл 0, 1н раствора НСl.

338. Какие ионы надо удалить из природной воды, чтобы сделать ее мягкой? Введением каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения реакций. Какую массу Ca(OH)₂ надо прибавить к 2, 5л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 4, 43 ммоль-экв?

339. Жесткость воды, содержащей только гидрокарбонат кальция, равна 1, 78 ммоль-экв. Определите количество гидрокарбоната в литре этой воды.

340. Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 0, 1 м³ воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 ммоль-экв/л?

341. Какова временная жесткость воды, в литре которой содержится 0, 146 г гидрокарбоната магния?

342. К 100 л жесткой воды прибавили 12, 95 г гидроксида кальция. Насколько понизилась карбонатная жесткость?

343. Вычислите постоянную жесткость воды, зная, что для удаления ионов кальция, содержащихся в 50 л этой воды, потребовалось прибавить к воде 10, 8 г безводной буры.

344. Чему равна карбонатная жесткость воды, если в 1 л ее содержится 0, 292 г гидрокарбоната магния и 0, 2025 г гидрокарбоната кальция?

345. Путем анализа было установлено, что в одном литре исследуемой воды содержится 42 мг ионов магния и 112 мг ионов кальция. Вычислите общую жесткость воды.