Практическая работа № 6 по теме "Жёсткость воды и методы её устранения"

Научимся понимать, что такое жёсткость воды, чем она вызвана и какими способами её можно уменьшить.

Жёсткая вода — частая проблема в домах и на производствах: она портит чайники, стиральные машины, котлы, увеличивает расход мыла и моющих средств. Знание методов умягчения помогает экономить ресурсы и продлевать срок службы техники.

• Жёсткость воды обусловлена присутствием растворимых солей кальция и магния.
• Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жёсткость.
• Временную жёсткость можно устранить кипячением, так как гидрокарбонаты разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов.
• Постоянную жёсткость кипячением не устранить — нужны химические реагенты или ионообменные фильтры.
• Умягчение воды — это процесс удаления из неё ионов Ca2+ и Mg2+.
• В промышленности широко применяют ионообменные смолы, которые заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия.
• Жёсткая вода снижает пенообразование мыла, поэтому её расход увеличивается.
• Накипь — это твёрдые отложения, образующиеся при нагревании жёсткой воды, в основном карбонат кальция.

Жёсткость воды

Свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния (обычно гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов).

Временная (карбонатная) жёсткость

Жёсткость, вызванная гидрокарбонатами кальция и магния (Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2). Устраняется кипячением.

Постоянная (некарбонатная) жёсткость

Жёсткость, вызванная хлоридами и сульфатами кальция и магния (CaCl2, MgSO4 и др.). Кипячением не устраняется.

Накипь

Твёрдый осадок, образующийся при нагревании жёсткой воды, состоящий в основном из карбоната кальция CaCO3.

Умягчение воды

Процесс удаления из воды ионов Ca2+ и Mg2+ для снижения её жёсткости.

Ионный обмен

Метод умягчения, при котором вода пропускается через специальные смолы, заменяющие ионы Ca2+ и Mg2+ на ионы Na+.

• Временная жёсткость устраняется кипячением: Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + H2O + CO2↑.
• Постоянную жёсткость можно устранить добавлением соды Na2CO3: CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl.
• Для устранения временной жёсткости также используют гашёную известь Ca(OH)2: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O.
• Ионообменные фильтры (например, с катионитом) заменяют Ca2+ и Mg2+ на Na+, что делает воду мягкой.
• Жёсткость воды измеряется в градусах жёсткости (например, в России — °Ж, где 1°Ж = 1 мг-экв/л).
• Мыло в жёсткой воде образует нерастворимые соли кальция и магния, поэтому пена почти не появляется.

1. Пример 1случай

   Если вскипятить воду из-под крана в чайнике, на стенках остаётся белый налёт

   Пояснение

   • это карбонат кальция, образовавшийся из гидрокарбоната
2. Пример 2случай

   При стирке в жёсткой воде мыло почти не пенится, а на ткани остаются серые разводы

   Пояснение

   • это нерастворимые соли кальция и магния
3. Пример 3случай
   • В аквариумистике жёсткую воду специально смягчают, пропуская через ионообменные смолы, чтобы создать комфортные условия для рыб
4. Пример 4случай
   • На производстве перед подачей воды в котлы её обязательно умягчают, иначе накипь может вывести оборудование из строя

• В природе дождевая вода мягкая, но, просачиваясь через известняки и доломиты, она обогащается ионами Ca2+ и Mg2+ и становится жёсткой.
• В старину хозяйки определяли жёсткость воды по тому, насколько хорошо в ней мылится мыло: чем хуже пена, тем жёстче вода.
• Накипь в чайнике — это не просто налёт: она снижает теплопередачу, поэтому чайник греется дольше и тратит больше энергии.

• При кипячении воды для определения жёсткости соблюдайте осторожность, чтобы не обжечься паром.
• При работе с растворами кислот и щелочей (если они используются) надевайте защитные очки и перчатки.
• Не пробуйте химические реагенты на вкус и не вдыхайте их пары.

• Соединения кальция и магния (тема 8 класса)
• Растворы и растворимость (тема 8 класса)
• Химические свойства оснований и солей (тема 8 класса)
• Электролитическая диссоциация (тема 9 класса)