Жесткость воды и методы ее устранения

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Жесткость воды (Ж) выражается суммой миллиэквивалентов ионов кальция и магния, содержащихся в одном литре воды (ммоль/л). Один миллимоль жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Ca²⁺ или 12,16 мг/л Mg²⁺.

Ж = , (1)

где m - масса вещества, обусловливающего жесткость воды или

применяемого для устранения жесткости, мг;

- молярная масса эквивалента этого вещества, г/моль;

V – объем воды, л.

Различают карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную) жесткость. Карбонатная жесткость (Ж_к) обусловлена содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная жесткость (Ж_п) представляет собой разность между общей (Ж_о) и карбонатной жесткостью. Постоянная жесткость вызывается присутствием в воде хлоридов, сульфатов и других растворимых солей кальция и магния.

Соли жесткости образуют плотные осадки (накипь) на стенках котлов, трубопроводов и другого оборудования, существенно снижая эффективность его работы. Поэтому используемая в производстве вода предварительно умягчается. Умягчением называют процесс уменьшения жесткости, т.е. удаление из воды ионов кальция и магния.

Карбонатная жесткость уменьшается при простом кипячении воды (поэтому ее называют временной):

Ca(HCO₃)₂® _¯CaCO₃ + H₂O + CO₂;

Mg(HCO₃)₂ ® _¯Mg(OH)₂+ 2 CO₂.

На практике этот метод применяют редко. Обычно для осаждения ионов кальция и магния используют соответствующие химические реагенты: гашеную известь – Ca(OH)₂ и соду – Na₂CO₃.

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ ® 2 _¯CaCO₃ + 2 H₂O;

Mg(HCO₃)₂ + 2 Ca(OH)₂® _¯Mg(OH)₂ + 2 _¯CaCO₃ + 2 H₂O.

При введении гашеной извести устраняется только карбонатная жесткость. Количество извести должно точно соответствовать содержанию гидрокарбонатов, так как избыток Ca(OH)₂ приведет к увеличению содержания ионов кальция, т.е. к возрастанию жесткости.

Для уменьшения всех видов жесткости применяют смесь соды и извести:

CaCl₂ + Na₂CO₃ ® _¯CaCO₃ = 2 NaCl;

MgSO₄ + Ca(OH)₂ ® _¯Mg(OH)₂ + CaSO₄;

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ ® 2 _¯CaCO₃ + 2 H₂O;

Для устранения общей жесткости можно применять одну только соду. Но преимущественно используют смесь соды с известью, что является более экономичным, так как сода значительно дороже извести.

Наиболее эффективным способом устранения жесткости воды является метод ионного обмена. Воду пропускают через колонки, заполненные слоем ионита. Иониты представляют собой твердые синтетические высокомолекулярные соединения, у которых ионы одного знака закреплены на полимерной матрице, а ионы противоположного знака способны переходить в раствор и замещаться на другие ионы того же знака. В зависимости от заряда ионов, переходящих в раствор, различают катиониты и аниониты. Для устранения жесткости, т. е. для удаления из воды ионов Ca²⁺ и Mg²⁺, используют катиониты (Na⁺-kt или H⁺-kt). Ионы кальция и магния обмениваются на ионы натрия или водорода. При использовании Н⁺-катионита снижается не только жесткость. но и солесодержание. Однако может повыситься коррозионная агрессивность воды за счет понижения рН. Поэтому для обессоливания применяют метод последовательного пропускания воды через Н⁺-катионит и ОН^—анионит.

Отработанный катионит легко подвергается регенерации растворами солей натрия (Na⁺-kt) или кислот(Н⁺-kt).

Пример 1. Вычислить жесткость воды, если известно, что в 500 л содержится 202,5 г Ca(HCO₃)₂.

Решение. Найдем молярную массу эквивалента соли Ca(HCO₃)₂:

г/моль.

Вычисляем жесткость воды по формуле (1):

Ж = ммоль/л.

Пример 2. Сколько граммов CaSO₄ содержится в 1 м³ воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 ммоль?

Решение. Молярная масса CaSO₄ равна 136,14 г/моль; молярная масса эквивалента составляет 136,14/2 = 68,07 г/моль. Применяем формулу (1):

мг = 272,280г.

В 1 м³воды жесткостью 4 ммоль содержится 272,280 г CaSO₄.

Пример 3. Какую массу соды надо добавить к 500 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 5 ммоль?

Решение. В 500 л воды содержится 500 ´ 5 = 2500 моль солей, обусловливающих жесткость воды. Для устранения жесткости следует прибавить 2500 ´53 = 132500 мг = 132,5 г соды (53 г/моль – молярная масса эквивалента Na₂CO₃).

Или по формуле (1): мг = 132,5 г.

Пример 4. Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100см³ этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см³ 0,08 н. Раствора HCl.

Решение. В соответствии с законом эквивалентов:

V_HCl∙N_HCl = V_{H O}∙N_{H O}.

н.

Таким образом, в 1 л исследуемой воды содержится 0,005 моль эквивалентов гидрокарбоната кальция или 5 ммоль Ca²⁺-ионов. Карбонатная жесткость воды Ж_к = 5 ммоль/л.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

301. Какую массу Na₃PO₄надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить жесткость, равную 5 ммоль/л?
Ответ: 136,6 г.

302. Какие соли обусловливают жесткость природной воды? Какую жесткость называют карбонатной, некарбонатной? Как можно устранить карбонатную, некарбонатную жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций. Чему равна жесткость воды, в 100 л которой содержится 14, 632 г гидрокарбоната магния?
Ответ: 2 ммоль/л.

303. Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 200 см³ воды, требуется 15 см³ 0,08 н. раствора HCl.
Ответ: 6 ммоль/л.

304. В 1 л воды содержится 36,47 мг ионов магния и 50,1 мг ионов кальция. Чему равна жесткость этой воды?
Ответ: 5,5 ммоль/л.

305. Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 400 л воды, чтобы устранить жесткость, равную 3 ммоль/л?
Ответ: 63,6 г.

306. Вода, содержащая только сульфат магния, имеет жесткость, равную 7 ммоль/л. Какая масса сульфата магния содержится в 300 л этой воды?
Ответ: 126,3 г.

307. Вычислите жесткость воды, зная, что в 600 л ее содержится 65,7 г гидрокарбоната магния и 61.2 г сульфата кальция.
Ответ: 3 ммоль/л.

308. В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды?
Ответ: 0,83 ммоль/л.

309. Жесткость воды, в которой растворен только гидрокарбонат кальция, равна 4 ммоль/л. Какой объем 0,1 н. Раствора HCl потребуется для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 75 см³этой воды?
Ответ: 3 см³.

310. В 1 м³ воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды.
Ответ: 2,33 ммоль/л.

311. Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жесткость 3,5 ммоль/л. Какая масса гидрокарбоната магния содержится в 200 л этой воды?
Ответ: 51,1 г.

312. К 1 м³ жесткой воды прибавили 132,5 г карбоната натрия. На сколько понизилась жесткость?
Ответ: на 2, 5 ммоль/л.

313. Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к 50 л воды потребовалось прибавить 21, 2 г карбоната натрия?
Ответ: 8 ммоль/л.

314. Какая масса CaSO₄ содержится в 200 л воды, если жесткость, обусловливаемая этой солью, равна 8 ммоль/л.
Ответ:108, 9г.

315. Вода, содержащая только гидрокарбонат кальция, имеет жесткость 9 ммоль/л. Какая масса гидрокарбоната кальция содержится в 500 л воды?
Ответ:364,5 г.

316. Какие ионы надо удалить из природной воды, чтобы сделать ее мягкой? Введением каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения соответствующих реакций. Какую массу Ca(OH)₂ надо прибавить к 2,5 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 4,43ммоль/л?
Ответ: 0,406 г.

317. Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м³ воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 ммоль/л?
Ответ: 21,2 г.

318. К 100 л жесткой воды прибавили 12,95 г гидроксида кальция. На сколько понизилась карбонатная жесткость?
Ответ: на 3,5 ммоль/л.

319. Чему равна карбонатная жесткость воды, если в 1 л ее содержится 0,292 г гидрокарбоната магния и 0,2025 г гидрокарбоната кальция?
Ответ: 6,5 ммоль/л.

320. Какую массу гидроксида кальция надо прибавить к 275 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5,5 ммоль/л?
Ответ: 55,96 г.

ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

№ вари- анта	Номера задач, относящихся к данному варианту
1	1	21	41	61	81	101	121	141	161	181	201	221	241	261	281	301
2	2	22	42	62	82	102	122	142	162	182	202	222	242	262	282	302
3	3	23	43	63	83	103	123	143	163	183	203	223	243	263	283	303
4	4	24	44	64	84	104	124	144	164	184	204	224	244	264	284	304
5	5	25	45	65	85	105	125	145	165	185	205	225	245	265	285	305
6	6	26	46	66	86	106	126	146	166	186	206	226	246	266	286	306
7	7	27	47	67	87	107	127	147	167	187	207	227	247	267	287	307
8	8	28	48	68	88	108	128	148	168	188	208	228	248	268	288	308
9	9	29	49	69	89	109	129	149	169	189	209	229	249	269	289	309
10	10	30	50	70	90	110	130	150	170	190	210	230	250	270	290	310
11	11	31	51	71	91	111	131	151	171	191	211	231	251	271	291	311
12	12	32	52	72	92	112	132	152	172	192	212	232	252	272	292	312
13	13	33	53	73	93	113	133	153	173	193	213	233	253	273	293	313
14	14	34	54	74	94	114	134	154	174	194	214	234	254	274	294	314
15	15	35	55	75	95	115	135	155	175	195	215	235	255	275	295	315
16	16	36	56	76	96	116	136	156	176	196	216	236	256	276	296	316
17	17	37	57	77	97	117	137	157	177	197	217	237	257	277	297	317
18	18	38	58	78	98	118	138	158	178	198	218	238	258	278	298	318
19	19	39	59	79	99	119	139	159	179	199	219	239	259	279	299	319
20	20	40	60	80	100	120	140	160	180	200	220	240	260	280	300	320
21	1	22	43	64	85	106	127	148	169	190	211	222	243	264	285	306
22	2	23	44	65	86	107	128	149	170	191	212	223	244	265	286	307
23	3	24	45	66	87	108	129	150	171	192	213	224	245	266	287	308
24	4	25	46	67	88	109	130	151	172	193	214	225	246	267	288	309
25	5	26	47	68	89	110	131	152	173	194	215	226	247	268	289	310
26	6	27	48	69	90	111	132	153	174	195	216	227	248	269	290	311
27	7	28	49	70	91	112	133	154	175	196	217	228	249	270	291	312
28	8	29	50	71	92	113	134	155	176	197	218	229	250	271	292	313
29	9	30	51	72	93	114	135	156	177	198	219	230	251	272	293	314
30	10	31	52	73	94	115	136	157	178	199	220	231	252	273	294	315
31	11	32	53	74	95	116	137	158	179	200	201	232	253	274	295	316
32	12	33	54	75	96	117	138	159	180	181	202	233	254	275	296	317
33	13	34	55	76	97	118	139	160	161	182	203	234	255	276	297	318
34	14	35	56	77	98	119	140	141	162	183	204	235	256	277	298	319
35	15	36	57	78	99	120	121	142	163	184	205	236	257	278	299	320
36	16	37	58	79	100	101	122	143	164	185	206	237	258	279	300	301
37	17	38	59	80	81	102	123	144	165	186	207	238	259	280	281	302
38	18	39	60	65	86	107	128	145	166	187	208	239	260	261	282	303
39	19	40	44	66	87	108	129	146	167	188	209	240	241	262	283	304
40	20	23	45	67	88	109	130	147	168	189	210	221	242	263	284	305
41	2	24	46	68	89	110	131	148	169	190	201	223	241	265	281	306
42	3	25	47	69	90	111	132	149	170	191	202	224	242	266	282	307
43	4	26	48	70	91	112	133	150	171	192	203	225	243	267	283	308
44	5	27	49	71	92	113	134	151	172	193	204	226	244	268	284	309
45	6	28	50	72	93	114	135	152	173	194	205	227	245	269	285	310
46	7	29	51	73	94	115	136	153	174	195	206	228	246	270	286	311
47	8	30	52	74	95	116	137	154	175	196	207	229	247	271	287	312
48	9	31	53	75	96	117	138	155	176	197	208	230	248	272	288	313
49	10	32	54	76	97	118	139	156	177	198	209	231	249	273	289	314
50	11	33	55	77	98	119	140	157	178	199	210	232	250	274	290	315
51	12	34	56	78	99	120	122	158	179	200	211	233	251	275	291	316
52	13	35	57	79	100	103	121	159	180	182	212	234	252	276	292	317
53	14	36	58	80	85	104	123	160	161	183	213	235	253	277	293	318
54	15	37	59	61	84	105	124	141	162	184	214	236	254	278	294	319
55	16	38	60	62	83	106	125	143	163	185	215	237	255	279	295	320
56	17	33	41	63	82	101	126	142	164	186	216	238	256	280	296	301
57	18	40	42	61	81	102	127	144	165	187	217	239	257	271	297	302
58	19	21	43	62	87	103	128	145	166	188	218	240	258	272	298	303
59	20	22	41	63	88	104	129	146	167	189	219	223	259	273	299	304
60	1	24	42	64	89	105	130	147	168	190	220	222	260	274	300	305
61	3	25	43	65	90	106	131	148	169	191	201	221	250	275	281	301
62	4	26	44	66	91	107	132	149	170	192	202	222	251	276	282	302
63	5	27	45	67	92	108	133	150	171	193	203	223	252	277	283	303
64	6	28	46	68	93	109	134	151	172	194	204	224	253	278	284	304
65	7	29	47	69	94	110	135	152	173	195	205	225	254	279	285	305
66	8	30	48	70	95	111	136	153	174	196	206	226	255	280	286	306
67	9	31	49	71	96	112	137	154	175	197	207	227	256	261	287	307
68	10	32	50	72	97	113	138	155	176	198	208	228	257	262	288	308
69	11	33	51	73	98	114	139	156	177	199	209	229	258	263	289	309
70	12	34	52	74	99	115	140	157	178	200	210	230	259	264	290	310
71	13	35	53	75	100	116	121	158	179	181	211	231	260	265	291	311
72	14	36	54	76	86	117	122	159	180	182	212	232	241	266	292	312
73	15	37	55	77	85	118	123	160	162	183	213	233	242	267	293	313
74	16	38	56	78	84	119	124	142	161	184	214	234	243	268	294	314
75	17	39	57	79	83	120	125	141	163	185	215	235	244	269	295	315
76	18	40	58	80	82	101	126	143	164	186	216	236	245	270	296	316
77	19	23	59	61	81	102	127	144	165	187	217	237	246	271	297	317
78	20	21	60	62	100	103	128	145	166	188	218	238	247	272	298	318
79	4	22	51	63	99	104	129	146	167	189	219	239	248	273	300	319
80	5	23	52	64	98	105	130	147	168	190	200	240	249	274	281	320
81	6	24	53	65	97	106	131	148	169	191	201	231	250	275	282	301
82	7	25	54	66	96	107	132	149	170	192	202	232	251	276	283	302
83	8	26	55	67	95	108	133	150	171	193	203	233	252	277	284	303
84	9	27	56	68	94	109	134	151	172	194	204	234	253	278	285	304
85	10	28	57	69	93	110	135	152	173	195	205	235	254	279	286	305
86	11	29	58	70	92	111	136	153	174	196	206	236	255	280	287	306
87	12	30	59	71	91	112	137	154	175	197	207	237	256	264	288	307
88	13	31	60	72	90	113	138	155	176	198	208	238	257	265	289	308
89	14	32	41	73	89	114	139	156	177	199	209	239	258	266	290	309
90	15	33	42	74	88	115	140	157	178	200	210	240	259	267	291	310
91	16	34	43	75	87	116	131	158	179	181	201	221	260	268	292	311
92	17	35	44	76	86	117	132	159	180	182	202	222	241	269	293	312
93	18	36	45	77	85	118	133	160	161	183	203	223	242	270	294	313
94	19	37	46	78	84	119	134	141	162	184	204	224	243	261	295	314
95	20	38	47	79	83	120	135	142	163	185	205	225	244	262	296	315
96	1	39	48	80	82	110	136	143	164	186	206	226	245	263	297	316
97	2	40	49	61	81	111	137	144	165	187	207	227	246	271	298	317
98	3	24	50	62	100	112	138	145	166	188	208	228	247	272	299	318
99	4	25	51	63	99	113	139	146	167	189	209	229	248	273	300	319
00	5	26	52	64	98	114	140	147	168	190	210	230	249	274	281	320

Дата: 2019-04-23, просмотров: 224.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78