Nước có chứa các ion: Ca2+, Mg2+, HCO3–, SO42– và Cl– gọi là
Loại nước trên là nước cứng có tính cứng toàn phần. Bao gồm tính cứng tạm thời (gây ra bởi Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2) và tính cứng vĩnh cửu (gây nên bởi các muối sulfate, chloride của calcium và magnesium).
Có thể làm mềm nước cứng tạm thời là những chất hòa vào nước để kết hợp với ion Ca2+ , Mg2+ thành các chất kết tủa không tan trong nước.
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaHCO3
Đun nước cứng lâu ngày, trong ấm nước xuất hiện một lớp cặn. Thành phần chính của lớp cặn đó là
Đun nước cứng lâu ngày, trong ấm nước xuất hiện một lớp cặn. Thành phần chính của lớp cặn đó là CaCO3.
Trong thể tích nước cứng có chứa 6.10–5 mol CaSO4 cần số gam Na2CO3 đủ làm mềm thể tích nước đó là:
Phản ứng: Na2CO3 + CaSO4 → CaCO3 + Na2SO4
Số mol Na2SO4 = số mol CaSO4 = 6.10–5 (mol)
Khối lượng Na2CO3 cần dùng là:
106 . 6.10–5 gam = 636.10–5 (gam) = 6,36 (mg)
Phân tích một mẫu nước cứng thấy có chứa các ion: Ca2+, Mg2+, Cl–, HCO3–; trong đó nồng độ Cl– là 0,006 M và của HCO3– là 0,01 M. Cần lấy bao nhiêu ml dung dịch Na2CO3 0,2 M để chuyển 1 lít nước cứng trên thành nước mềm? (Coi nước mềm là nước không chứa các ion Ca2+, Mg2+)
nCl– = 0,006 mol; nHCO3– = 0,01 mol
Bảo toàn điện tích → nCa2+ + nMg2+ = 0,008 (mol)
⇒ nNa2CO3 = 0,008 ⇒ Vdd = = 0,,4 (l) = 40 (ml)
Có 4 mẫu nước chứa: nước mềm; nước cứng tạm thời; nước cứng vĩnh cửu; nước cứng toàn phần. Dùng các hóa chất nào dưới đây có thể nhận biết 4 mẫu nước trên?
Cách nhận biết: Khi đun nóng thì nước mềm và nước cứng vĩnh cửu không hiện tượng (nhóm 1) , nước cứng tạm thời và nước cứng toàn phần tạo kết tủa (nhóm 2).
Ca(HCO3)2 CaCO3↓ + CO2↑ + H2O
Mg(HCO3)2 MgCO3↓ + CO2↑ + H2O
Sau khi đun nóng thì nước cứng tạm thời chỉ còn H2O, nước cứng toàn phần chỉ chứa Ca2+, Mg2+, Cl–, SO42–.
Cho dung dịch Na2CO3 vào dung dịch sau khi đun nóng của nhóm (1) thì nước mềm không hiện tượng, nước cứng vĩnh cửu tạo kết tuả. Khi cho Na2CO3 vào dung dịch sau khi đun nóng nhóm (2) thì nước cứng toàn phần tạo kết tủa.
Ca2+ + CO32– → CaCO3
Mg2+ + CO32– → MgCO3
Nguyên tắc làm mềm nước cứng là
Nguyên tắc làm mềm nước cứng là làm giảm nồng độ ion Ca2+, Mg2+ trong nước cứng bằng phương pháp hóa học hoặc phương pháp trao đổi ion.
Để làm sạch lớp cặn trong các dụng cụ đun và chứa nước nóng, người ta dùng
Để làm sạch lớp cặn trong các dụng cụ đun và chứa nước nóng, người ta dùng giấm để hòa tan các chất cặn (thường là CaCO3) ⇒ Dùng acid yếu để hòa tan CaCO3 nhưng không làm hư hại đến vật liệu làm ấm nước (do giấm ăn có tính acid).
Cho các phát biểu về tính cứng của nước như sau:
(1) Đun sôi nước ta chỉ loại được độ cứng tạm thời.
(2) Có thể dùng Na2CO3 để loại cả độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu.
(3) Có thể dùng HCl để loại độ cứng của nước.
(4) Có thể dùng Ca(OH)2 với lượng vừa đủ để loại độ cứng của nước.
Những phát biểu đúng là
(1) đúng.
(2) đúng.
(3) sai, dùng HCl thì không loại bỏ được ion Ca2+ và Mg2+.
(4) đúng.
Nhận định nào sau đây là đúng?
- Nước cứng không gây ô nhiễm nguồn nước.
- Nước ngầm chảy qua các vùng đất có khoáng vật calcite, gypsum, apatite,... sẽ hòa tan nhiều hợp chất của calcium, magnesium và trở thành nước cứng.
- Nước cứng là nước chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+.
- Đun nóng chỉ làm mềm nước cứng có tính cứng tạm thời.
Cho các các phát biểu sau về phương pháp trao đổi ion, phát biểu nào sai?
Phương pháp trao đổi ion làm giảm được cả tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu.
Trong một bể nước gia đình, người ta xử lí nước cứng vĩnh cửu bằng cách cho Ca(OH)2 vào bể nước. Biết rằng khi trích mẫu thử nghiên cứu thì người ta phân tích được trong nước có nồng độ các ion Ca2+ 0,004 M; Mg2+ 0,003 M và HCO3–. Thể tích dung dịch Ca(OH)2 0,02 M vừa đủ để xử lí bể nước có thể tích 1000 lít nước cứng thành nước mềm là V lít. Coi như các phản ứng xảy ra hoàn toàn và kết tủa thu được gồm CaCO3 và Mg(OH)2. Giá trị của V là
Xét 1 lít nước cứng cần xử lí ta có: nCa2+ = 0,004 mol và nMg2+ = 0,003 mol.
Giả sử số mol Ca(OH)2 cần dùng vừa đủ để xử lí 1 lít nước cứng là x (mol).
Khi đó ta có: nCa2+ = x + 0,004 mol; nOH− = 2x, nMg2+ = 0,03 mol
Mg2+ + 2OH- ⟶ Mg(OH)2 ↓
mol: 0,003 ⟶ 0,006
HCO3– + OH– ⟶ CO32– + H2O
mol: (2x – 0,006) ⟶ (2x – 0,006)
Ca2+ + CO32– ⟶ CaCO3↓
mol: (x + 0,004) (2x – 0,006)
Lượng Ca(OH)2 cần dùng vừa đủ:
nCa2+ = nCO32− ⇒ x + 0,004 = 2x − 0,006 ⇒ x = 0,01 (mol)
Ta có thể tích dung dịch Ca(OH)2 cần dùng vừa đủ để xử lí 1 lít nước cứng là:
V1 = = 0,5 lít.
Vậy thể tích dung dịch Ca(OH)2 cần dùng vừa đủ để xử lí 1000 lít nước cứng là:
V = 0,5.1000 = 500 lít.
Một cốc nước có chứa các ion Na+ (0,02 mol), Mg2+ (0,02 mol), Ca2+ (0,04 mol), Cl– (0,02 mol), HCO3− (0,1 mol), SO42− (0,01 mol). Đun sôi cốc trên đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thì nước còn lại trong cốc
2HCO3– CO32– + CO2 + H2O
mol: 0,1 → 0,05
Mg2+ + CO32– → MgCO3↓
Ca2+ + CO32– → CaCO3↓
Vì lượng CO32– không đủ để kết tủa hết ion Mg2+ hoặc Ca2+ nên trong dung dịch thu được sau phản ứng chứa Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, SO42– đó là nước cứng vĩnh cửu.
Nước cứng không gây ra tác hại nào dưới đây?
Nước cứng gây ra nhiều tác hại trong đời sống và sản xuất:
- Ống dẫn nước, nồi hơi sử dụng nước cứng lâu ngày sẽ bị đóng cặn (thành phần chính là CaCO3 và MgCO3). Lớp cặn này làm giảm lưu lượng nước trong ống dẫn, làm hỏng thiết bị, làm tiêu hao thêm nhiên liệu khi đun nóng nồi hơi, thậm chí có thể gây ra nổi nồi hơi.
- Nước cứng làm giảm tác dụng của xà phòng, làm hại quần áo.
- Nước cứng làm giảm hương vị của trà khi pha và của thực phẩm khi nấu.
Trong một cái cốc có chứa a mol Ca2+, b mol Mg2+ và c mol. Khi thêm V lít dung dịch Ca(OH)2 (nồng độ xM) để giảm độ cứng của nước là nhỏ nhất. Biểu thức liên hệ giữa V, a, b, x là: (biết giảm độ cứng của nước là làm giảm nồng độ của Ca2+ và Mg2+ trong dung dịch)
Để độ cứng của nước là nhỏ nhất thì lượng Ca2+ và Mg2+ loại bỏ khỏi dung dịch càng nhiều càng tốt.
Khi đó các chất phản ứng vừa đủ theo các phản ứng sau:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → MgCO3↓ + CaCO3↓ + 2H2O
Do đó: nCa(OH)2 = nCa2+ + nMg2+ ⇒ V.x = a + b
Cho dung dịch Mg(HCO3)2 lần lượt tác dụng với các dung dịch sau: HNO3, Ca(OH)2, Na2CO3, NaHSO4 dư. Khi đó số phản ứng có thể làm giảm tính cứng của dung dịch trên là
Các chất có thể giảm tính cứng là Ca(OH)2 và Na2CO3.
Chú ý khi dùng Ca(OH)2 vừa đủ thì:
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → MgCO3↓ + CaCO3↓ + 2H2O
Có thể loại bỏ tính cứng tạm thời của nước bằng cách đun sôi vì
Có thể loại bỏ tính cứng tạm thời của nước bằng cách đun sôi vì các muối hydrogencarbonate của Mg và Ca bị phân hủy bởi nhiệt để tạo kết tủa.
Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O
Mg(HCO3)2 MgCO3 + CO2 + H2O
Ðể làm mềm nước cứng vĩnh cửu ta có thể dùng:
Ðể làm mềm nước cứng vĩnh cửu ta có thể dùng Na3PO4:
Ca2+ + PO43– → Ca3(PO4)2
Mg2+ + PO43– → Mg3(PO4)2
Một dung dịch chứa các ion: 0,01 mol Ca2+; 0,02 mol Mg2+; 0,04 mol K+; 0,065 mol HCO3–; 0,015 mol Cl– và 0,02 mol NO3–. Cần dùng bao nhiêu mol Ca(OH)2 để làm mất hoàn toàn tính cứng?
Gọi số mol Ca(OH)2 cần dùng là x mol:
⇒ Trong dung dịch chứa x + 0,01 mol Ca2+ và 0,02 mol Mg2+.
⇒ Cần dùng (x + 0,03) mol CO32– để kết tủa hoàn toàn ion Ca2+ và Mg2+.
HCO3− + OH− → CO32− + H2O
mol: x + 0,03 ← x + 0,03 ← x + 0,03
⇒ nOH– cần dùng = 2nCa(OH)2
⇒ x + 0,03 = 2x
⇒ x = 0,03 mol
Nước cứng là nước chứa nhiều cation
Nước cứng là nước chứa nhiều cation Ca2+, Mg2+.
Nước chứa ít hoặc không chứa Ca2+, Mg2+ được gọi là nước mềm.
