Жесткость воды и методы ее устранения.
Жёсткость воды выражается суммой миллиэквивалентов ионов Са2+ и Mg2+, содержащихся в 1 дм3 воды (мэкв /дм3). Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/дм3 Са2+- или 12,16 мг/ дм3 Mg2+.
Пример 1. Вычислите жесткость воды, зная, что в 500дм3ее содержится 202,5 г Са(НСО3)2.
Решение. В 1дм3воды содержится 202,5 : 500 = 0,405 г Са(НСОз )2, что составляет 0,405 : 81 = 0,005 эквивалентных масс или 5 мэкв/ дм3 (81 г/моль – молярная маса эквивалента) Са (НСО3)2]. Следовательно, жесткость воды 5 мэкв.
Пример 2. Сколько граммов CaSO4 содержится в 1 м3 воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 мэкв?
Решение. Мольная масса CaSO4 136,14 г/моль; эквивалентная масса равна 136,14 :2 = 68,07 г/моль. В 1 м3 воды жесткостью 4 мэкв содержится 4 × 1000 = = 4000 мэкв, или 4000 × 68,07 = 272 280 мг = 272,280 г CaSO4.
Пример 3. Какую массу соды надо добавить к 500 дм3 воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 5 мэкв?
Решение. В 500 дм3 воды содержится 500 × 5 = 2500 мэкв солей, обусловливающих жесткость воды. Для устранения жесткости следует прибавить 2500 × 53 = 132 500 мг = 132,5 г соды (53 г/моль — эквивалентная масса Na2CO3).
Пример 4. Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100 см3 этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см3 0,08 н. раствора HCI.
Решение. Вычисляем нормальность раствора гидрокарбоната кальция. Обозначив число эквивалентов растворенного вещества в 1 дм3 раствора, т.е. нормальность, через x,составляем пропорцию: 
Таким образом, в 1 дм3 исследуемой воды содержится 0,005 × 1000 = 5 мэкв гидрокарбоната кальциядли 5 мэкв Са2+-ионов. Карбонатная жесткость воды 5 мэкв. Приведенные примеры решают, применяя формулу:
Ж= m/ЭV.
где m - масса вещества, обусловливающего жесткость воды или применяемого для устранения жесткости воды, мг; Э - эквивалентная масса этого вещества; V - объем воды, дм3.
Решение примера 1. Ж= m/ЭV= 202 500/81 × 500 = 5 мэкв. 81г/моль - эквивалентная масса Са (НСО3) 2, равная половине его мольной массы.
Решение примера 2. Из формулы Ж = m/ЭV,m = 4 × 68,07 × 1000 = 272 280 мг = 272,280 г CaSO4.
Контрольные вопросы
341. Какую массу Na3PO4 надо прибавить к 500дм3 воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5 мэкв? Ответ: 136,6 г.
342.Какие соли обусловливают жесткость природной воды? Какую жесткость называют карбонатной, не карбонатной? Как можно устранить карбонатную, некарбонатную жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций. Чему равна жесткость воды, в 100 дм3 которой содержится 14,632 г гидрокарбоната магния? Ответ: 2 мэкв/ дм3.
343.Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 200 см3 воды, требуется 15 см3 раствора HCI с концентрацией 0,08 моль/ дм3. Ответ: 6 мэкв/ дм3.
344. В 1 дм3 воды содержится ионов магния 36,47 мг и ионов кальция 50,1 мг. Чему равна жесткость этой воды? Ответ: 5,5 мэкв/ дм3.
345. Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 400 дм3 воды, чтобы устранить жесткость, равную 3 мэкв. Ответ: 63,6 г.
346. Вода, содержащая только сульфат магния, имеет жесткость 7 мэкв. Какая масса сульфата магния содержится в 300 дм3 этой воды? Ответ: 126,3 г.
347. Вычислите жесткость воды, зная, что в 600 дм3 ее содержится 65,7 г гидрокарбоната магния и 61,2 сульфата калия. Ответ: 3,2 мэкв/л.
348. В 220 дм3 воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды? Ответ: 0,83 мэкв/ дм3.
349. Жесткость воды, в которой растворен только гидрокарбонат кальция, равна 4 мэкв. Какой объем раствора HCI с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/ дм3 потребуется для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 75 см3 этой воды? Ответ: 3 см3.
350. В 1 м3 воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды. Ответ: 2,33 мэкв/л.
351. Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жесткость 3,5 мэкв. Какая масса гидрокарбоната магния содержится в 200 дм3 этой воды? Ответ: 51,1 г.
352. К 1 м3 жесткой воды прибавили 132,5 г карбоната натрия. Насколько понизилась жесткость? Ответ: на 2 мэкв/ дм3.
353.Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к 50 л воды потребовалось прибавить 21,2 г карбоната натрия? Ответ: 8 мэкв.
354.Какая масса CaSO4 содержится в 200 дм3 воды, если жесткость, обусловливаемая этой солью, равна 8 мэкв? Ответ: 108,9 г.
355.Вода, содержащая только гидрокарбонат кальция, имеет жесткость 9 мэкв. Какая масса гидрокарбоната кальция содержится в 500 дм3 воды? Ответ: 364,5 г.
356.Какие ионы надо удалить из природной воды, чтобы сделать ее мягкой? Введением каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения соответствующих реакций. Какую массу Са(ОН)2 надо прибавить к 2,5 дм3 воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 4,43 мэкв? Ответ: 0,406 г.
357. Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м3 воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 мэкв? Ответ: 21,2 г.
358. К 100 дм3 жесткой воды прибавили 12,95 г гидроксида кальция. Насколько понизилась карбонатная жесткость? Ответ: на 3,5 мэкв/ дм3.
359.Чему равна карбонатная жесткость воды, если в 1 дм3 ее содержится 0,292 г гидрокарбоната магния и 0,2025 г гидрокарбоната кальция? Ответ: 6,5 мэкв.
360.Какую массу гидроксида кальция надо прибавить к 275 дм3 воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5,5 мэкв? Ответ: 56,06 г.
P-Элементы.
Контрольные вопросы
361.Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений: Al → AI2(SO4)3 → Al(OH)3 → Na[Al(OH)4] → Al(NO3)3.
362. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) алюминия с раствором щелочи; б) бора с концентрированной азотной кислотой.
363. Какой процесс называется алюминотермией? Для восстановления каких металлов может быть использован алюминий? Ответ обоснуйте термодинамическими расчетами.
364. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений: В → Н3ВО3 → Na2B4O7 → Н3ВО3. Уравнение окислительно-восстановительной реакции составьте на основании электронных уравнений.
365. Какая степень окисления наиболее характерна для олова и какая для свинца? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций олова и свинца с концентрированной азотной кислотой.
366. Чем можно объяснить восстановительные свойства соединений олова (II) и окислительные свинца (IV)? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций: a) SnCl2 с НgСl2; б) РbО2 с HCl конц.
367. Какие оксиды и гидроксиды образуют олово и свинец? Как изменяются их кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства в зависимости от степени окисления элементов? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия раствора гидроксида натрия: а) с оловом; б) с гидроксидом свинца (II).
368. Что такое амфотерность? Проиллюстрируйте это свойство на примере алюминия и его соединений. Напишите соответствующие уравнения реакций.
369. На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции фосфора с азотной кислотой, учитывая, что фосфор приобретает высшую, а азот степень окисления + 4.
370. Почему атомы большинства р-элементов способны к реакциям диспропорционирования (самоокисления - самовосстановления)? На основании электронных уравнений напишите уравнение реакции растворения серы в концентрированном растворе щелочи. Один из продуктов содержит серу в степени окисления +4.
371. Почему сернистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций H2S03: а) с сероводородом; б) с хлором.
372. Как проявляет себя сероводород в окислительно-восстановительных реакциях? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия раствора сероводорода: а) с хлором; б) скислородом.
373. Почему азотистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций HNO2: а) с бромной водой; б) с HI.
374. Почему диоксид азота способен к реакциям самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования)?На основании электронных уравнений напишите уравнение реакции растворения NО2, в гидроксиде натрия.
375. Какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях проявляет серная кислота? Напишите уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием и концентрированной -с медью. Укажите окислитель и восстановитель.
376. В каком газообразном соединении азот проявляет своюнизшую степень окисления? Напишите уравнения реакций получения этого соединения: а) при взаимодействии хлорида аммония с гидроксидом кальция; б) разложением нитрида магния водой.
377. Почему фосфористая кислота способна к реакциям самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования)? На основании электронных уравнений составьте уравнение процесса разложения Н3РО3, учитывая, что при этом фосфор приобретает низшую и высшую степени окисления.
378. В каком газообразном соединении фосфор проявляет свою низшую степень окисления? Напишите уравнения реакций: а) получения этого соединения при взаимодействии фосфида кальция с хлороводородной (соляной) кислотой; б) горения его в кислороде.
379. Какую степень окисления проявляют мышьяк, сурьма и висмут? Какая степень окисления является более характерной для каждого из них? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) мышьяка с концентрированной азотной кислотой; б) висмута с концентрированной серной кислотой.
380. Как изменяются окислительные свойства галогенов при переходе от фтора к йоду и восстановительные свойства их отрицательно заряженных ионов? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: a) CI2 + I2 + Н2О=; б) KI + Вг2 =. Укажите окислитель и восстановитель.
381. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции, происходящей при пропускании хлора через горячий раствор гидроксида калия. К какому типу окислительно - восстановительных процессов относится данная реакция?
382. Какие реакции нужно провести для осуществления следующих превращений:
NaCl → HCl → Сl2 → КСlO → КСlO3 → КСlO4.
Уравнения окислительно-восстановительных реакций составьте на основании электронных уравнений.
383. К раствору, содержащему SbCl3, и BiCl3, добавили избыток раствора гидроксида калия. Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций. Какое вещество находится в осадке?
384. Чем существенно отличается действие разбавленной азотной кислоты на металлы от действия хлороводородной (соляной) и разбавленной серной кислот? Что является окислителем в первом случае, что - в двух других? Приведите примеры.
385. Какие степени окисления характерны для элементов V-A группы? Как изменяются металлические и неметаллические свойства этих элементов с ростом порядкового номера? Ответ подтвердите примерами соответствующих реакций.
386. Напишите соответствующее уравнение реакции и рассчитайте, какой объем углекислого газа (н.у.) можно получить из 1 т известняка, содержащего 10% (масс) некарбонатных примесей.
387. Какую степень окисления может проявлять кремний в своих соединениях? Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:
Mg2Si → SiH4 → SiO2 → K2SiO3 → H2SiO3
При каком превращении происходит окислительно - восстановительная реакция?
388. Какие металлы можно восстановить из оксидов (Al2O3, CuO, Na2O) с помощью СО? Ответ подтвердите термодинамическими расчетами.
389. Как получают диоксид углерода в промышленности и в лаборатории? Напишите уравнения соответствующих реакций и реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
NaHCO3 → СО2 → СаСО3 → Са(НСО3)2.
390. Какие из солей угольной кислоты имеют наибольшее промышленное применение? Как получить соду, исходя из металлического натрия, хлороводородной (соляной) кислоты, мрамора и воды? Почему в растворе соды лакмус приобретает синий цвет? Ответ подтвердите составлением уравнений соответствующих реакций.
D-Элементы.
Контрольные вопросы
391. Серебро не взаимодействует с разбавленной серной кислотой, тогда как в концентрированной оно растворяется. Чем это можно объяснить? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующей реакции.
392. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:
Сu → Cu(NO3)2 → Сu(ОН)2 → СuСl2 → [Cu(NH3)4]Cl2.
393. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций цинка: а) с раствором гидроксида натрия; б) с концентрированной серной кислотой, учитывая восстановление серы до нулевой степени окисления.
394. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:
Ag → AgNO3 → AgCl → [Ag(NH3)2]Cl → AgCl.
395. При постепенном прибавлении раствора KI к раствору Hg(NO3)2 образующийся вначале осадок растворяется. Какое комплексное соединение при этом получается? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.
396. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:
Cd → Cd(NO3)2 → Cd(OH)2 → [Cd(NH3)6](OH)2 → CdSO4.
397. При сливании растворов нитрата серебра и цианида калия выпадает осадок, который легко растворяется в избытке KCN. Какое комплексное соединение при этом получается? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.
398. К какому классу соединений относятся вещества, полученные при действии избытка гидроксида натрия на растворы ZnCl2, CdCl2, HgCl2? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.
399. При действии на титан концентрированной хлороводородной (соляной) кислоты образуется трихлорид титана, а при действии азотной - осадок метатитановой кислоты. Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
400. При растворении титана в концентрированной серной кислоте последняя восстанавливается минимально, а титан переходит в катион с высшей степенью окисления. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.
401. Какую степень окисления проявляют медь, серебро и золото в соединениях? Какая степень окисления наиболее характерна для каждого из них? Иодид калия восстанавливает ионы меди (II) в соединения меди со степенью окисления +1. Составьте электронные и молекулярные уравнения взаимодействия KI с сульфатом меди.
402. 10 г. сплава меди с цинком растворили в растворе соляной кислоты. При этом выделилось 2 м3 водорода (н.у.). Определите состав сплава в массовых процентах.
403. На гидроксиды цинка и кадмия подействовали избытком растворов серной кислоты, гидроксида натрия и аммиака. Какие соединения цинка и кадмия образуются в каждой из этих реакций? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций?
404. Какие химические реакции лежат в основе промышленных методов получения металлов подгруппы ванадия? Опишите эти методы. Окислительно-восстановительные реакции составьте на основе электронных уравнений.
405. В присутствии влаги и диоксида углерода медь окисляется и покрывается зеленым налетом. Как называется и каков состав образующегося соединения? Что произойдет, если на него подействовать хлороводородной (соляной) кислотой? Напишите уравнения соответствующих реакций. Окислительно-восстановительную реакцию составьте на основании электронных уравнений.
406. Кусок латуни обработали азотной кислотой. Раствор разделили на две части. К одной из них прибавили избыток раствора аммиака, к другой - избыток раствора щелочи. Какие соединения цинка и меди образуются при этом? Составьте уравнения соответствующих реакций.
407. Ванадий получают алюминотермически или кальцийтермически восстановлением оксида ванадия (V) V2O5. Последний легко растворяется в щелочах с образованием метаванадатов. Напишите уравнения соответствующих реакций. Уравнения окислительно-восстановительных реакций составьте на основании электронных уравнений.
408. Опишите несколько возможных способов получения металлических Cr, Mo и W. Приведите соответствующие уравнения реакций.
409. Какую степень окисления проявляет ванадий в соединениях? Составьте формулы оксидов ванадия, отвечающих этим степеням окисления. Как меняются кислотно-основные свойства оксидов ванадия при переходе от низшей к высшей степени окисления? Составьте уравнения реакций: a) V203 c H2SO4; б) V2O5 с NaOH.
410. При внесении цинка в подкисленный серной кислотой раствор метаванадата аммония NH4V03 желтая окраска постепенно переходит в фиолетовую за счет образования сульфата ванадия (II). Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции.
411. Хромит калия окисляется бромом в щелочной среде. Зеленая окраска раствора переходит в желтую. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции. Какие ионы обусловливают начальную и конечную окраску раствора?
412. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) растворения молибдена в азотной кислоте; б) растворения вольфрама в щелочи в присутствии кислорода. Учтите, что молибден и вольфрам приобретают высшую степень окисления.
413. Как перевести оксиды Cr2O3, MoO3, WO3 в растворимые в воде соединения? Напишите соответствующие уравнения реакций.
414. К подкисленному серной кислотой раствору дихромата калия прибавили порошок алюминия. Через некоторое время оранжевая окраска раствора перешла в зеленую. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакций.
415. Хром получают методом алюминотермии из его оксида (III), а вольфрам - восстановлением оксида вольфрама (VI) водородом. Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
416. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления превращений:
Cr → CrCl3 → Na2Cr2O7 → Cr2(SO4)3 → Cr(OH)3.
Уравнение окислительно-восстановительной реакции напишите на основании электронных уравнений.
417. Марганец азотной кислотой окисляется до низшей степени окисления, а рений приобретает высшую степень окисления. Какие соединения при этом получаются? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
418. Хлор окисляет манганат калия K2МnО4. Какое соединение при этом получается? Как меняется окраска раствора в результате этой реакции? Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.
419. Как меняется степень окисления марганца при восстановлении KМпО4 в кислой, нейтральной и щелочной средах? Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции между KMnО4 и KNО2 в нейтральной среде.
420. На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции получения манганата калия K2МпО4 сплавлением оксида марганца (IV) с хлоратом калия KlO3 в присутствии гидроксида калия. Окислитель восстанавливается максимально, приобретая низшую степень окисления.
421. Почему оксид марганца (IV) может проявлять и окислительные, и восстановительные свойства? Исходя из электронных уравнений, составьте уравнение реакций:
а) МnО2 + KI + H2SO4 =;
б) МnO2 + КNО3 + КОН =.
422. Для получения хлора в лаборатории смешивают оксид марганца (IV) с хлоридом натрия в присутствии концентрированной серной кислоты. Составьте электронные и молекулярное уравнения этой реакции.
423. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:
Fe → FeSO4 → Fe(OH)2 → Fe(OH)3 → FeCI3.
Уравнения окислительно-восстановительных реакций напишите на основании электронных уравнений.
424. Какую степень окисления проявляет железо в соединениях? Как можно обнаружить ионы Fe2+ и Fe3+ врастворе? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций.
425. Как изменяется кислотно-основной характер оксидов и гидроксидов марганца с изменением степени его окисления. Напишите соответствующие уравнения реакций.
426. Могут ли в растворе существовать совместно следующие вещества: а) FеСl3 и SnCl2; б) FeSO4 и NaOH; в) FeCI3 и К3[Fe(CN)6]? Для взаимодействующих веществ составьте уравнения реакций.
427. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления превращений:
Ni → Ni(NO3)2 → Ni(OH)2 → Ni(OH)3 → NiCl2.
Уравнения окислительно-восстановительных реакций напишите на основании электронных уравнений.
428. Составьте уравнения реакций взаимодействия цинка, кадмия и ртути с разбавленной и концентрированной серной и азотной кислотами.
429. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:
Fe → FeCl2 → Fe(CN)2 → K4[Fe(CN)6] → K3[Fe(CN)6]
К окислительно-восстановительным реакциям составьте электронные уравнения.
430. Феррат калия K2FeO4 образуется при сплавлении Fe2O3 с калийной селитрой KNО3 в присутствии KOH. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.
Таблица вариантов контрольных заданий (одна контрольная работа)
| № вар-та | Номера задач | |||||||||||
Таблица вариантов контрольных заданий (две контрольные работы)