Дослід 1. Приготування твердої води

У колбу наливають 20-30 мл вапняної води, стільки ж –дистильованої і додають 5-6 мл насиченого розчину сульфату кальцію.

У розчин пропускають вуглекислий газ. Утворений спочатку осад повністю розчиняється. Записують рівняння цих реакцій. Які солі містяться в розчині? Одержану тверду воду залишають для нас­тупних дослідів.

Дослід 2. Пом’якшення води

Наливають у чотири пробірки по 4-5 мл води, одержаної в пер­шому досліді. Воду в одній пробірці нагрівають до кипіння. Чому ви­никло помутніння? Яка твердість усувається кип’ятінням? Складають рів­няння реакції. В решту пробірок додають: в першу – розчин соди, в дру­гу – вапняну воду і в третю – розчин фосфату натрію. Що відбувається в пробірках? Скласти рівняння всіх реакцій.

Дослід 3. Визначення тимчасової (карбонатної) твердості води

В основі методу лежить реакція між соляною кислотою і гідрокарбонатами: Ca(HCO₃)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O + 2CO₂↑.

Тимчасова твердість дорівнює кількості хлорогідрогенної кислоти, що витрачена на титрування води.

Наливають в дві колби по 100 мл досліджуваної води і додають по
2-3 краплі метилоранжу. Воду в одній колбі залишають для контролю, а в другу колбу бюреткою краплями додають розчин хлорогідрогенної кислоти моляр­ної концентрації еквівалента 0,1 моль/л, доки від останньої краплі кислоти забарвлення з жовтого не перейде в жовтогаряче (порівняйте із забарвленням води в контрольній колбі). Титрування проводять 2-3 рази; для розрахунків необхідно взяти середній результат. Оскільки розчини однакової нормальності реагують між собою в кількостях, рівних їх об’ємам, тобто N₁V₁ = N₂V₂, то для конкретного випадку запишемо розрахункову формулу:

,

де Ж_тим - карбонатна (тимчасова) твердість води;

N_HCl - молярна кон­центрація розчину еквівалента хлорогідрогенної кислоти;

V_HCl – об’єм розчину HCl, що пішов на титрування води в мл;

V_H2O – об’єм взя­тої для титрування води в мл.

Дослід 4. Якісне визначення іонів Ca²⁺ у воді

Беруть три однакові пробірки, в одну наливають 5 мл води, отриманої в досліді 1, в другу – 5 мл води водопровідної, у третю – 5 мл дистильо­ваної води. У кожну пробірку додають по 1 мг розчину NH₄OH і по 2-3 мл розчину оксалату амонію (NH₄)₂C₂O₄. Де утворився осад? Записують рівняння реакцій.

Дослід 5. Дія мила на м’яку та тверду воду

Наливають в одну пробірку 5-6 мл водопровідної води, а в дру­гу – такий самий об’єм дистильованої води. Додають в кожну пробірку піпеткою по 0,5 мл мильного розчину і, закривши корки, струшують вміст пробірок до зникнення піни. Після цього додають ще по 0,5 мл мильного розчину і знову струшують. Так повторюють доти, доки не утвориться стійка піна. Яка кіль­кість мильного розчину пішла на утворення стійкої піни в кожній пробірці? Чому? Напишіть рівняння реакції взаємодії солей, які визначають твердість води з милом.

МЕТОДИЧНІ ПОРАДИ

В природі чиста вода не зустрічається – вона завжди має домішки. Наявність у воді розчинених солей магнію і кальцію робить її твердою. Занадто тверда вода не придатна для технічних, побутових потреб і шкідлива для здоров’я. В парових котлах тверда вода створює нашарування нерозчинних солей (накип), що погіршує теплопровідність, веде до перевитрати палива і навіть може статись аварія. Тверда вода уповільнює виникнення мильної піни внаслідок утворення нерозчинених солей магнію і кальцію жирних кислот за рівнянням:

2C₁₇H₃₅COONa + Ca²⁺ = (C₁₇H₃₅COO)₂ Ca + 2Na⁺.

Сумарний вміст солей магнію і кальцію у воді називається загальною твердістю. Загальну твердість води поділяють на тимчасову, або карбонатну, і постійну, або некарбонатну.

Тимчасова твердість води зумовлена наявністю гідрокарбонатів магнію і кальцію, і її можна усунути кип’ятінням:

Mg(HCO₃)₂ MgCO₃ + H₂O + CO₂

Якщо вода містить багато гідрокарбонатів, то її можна пом’якшити додаванням вапна, яке переводить кислу сіль у середню:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃ + 2H₂O.

Кількість вапна повинна точно відповідати аналізу води, тому що надлишок приведе до збільшення твердості.

Постійна твердість води зумовлена наявністю у воді солей сильних кислот – сульфатів і хлоридів магнію і кальцію.

Твердість води прийнято виражати числом мілімоль-еквівалентів (ммоль-екв) іонів Mg²⁺ і Ca²⁺, що містяться в 1 л води.

Якщо твердість зумовлена наявністю сульфатів і хлоридів магнію, кальцію, то до води добавляють соду:

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃ + 2NaCl

Замість соди для пом’якшення води застосовують ортофосфат натрію Na₃PO₄.

Можливий і натронний метод пом’якшення води:

MgCl₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂ + 2NaCl

Усунути твердість води можна також методом іонного обміну. Для цього тверду воду пропускають крізь шар катіоніту, який здатний обмінювати іони Na⁺ на Са²⁺ і Мg²⁺.

 

Часто для таких потреб використовують природний мінерал цеоліт:

2Na[AlSi₂O₆] + CaCl₂ Ca[AlSi₂O₆]₂ + 2 NaCl

Оскільки ця реакція оборотна, то катіон легко піддається регенерації. Для цього крізь катіоніт достатньо пропустити концентрований розчин NaCl, і його знову можна використовувати.

П р и к л а д 1. Визначити твердість води, знаючи, що в 500 л її знаходиться 202,5 г Ca(HCO₃)₂.

Р о з в’ я з а н н я: В одному літрі міститься цієї солі:

= 0,405 г, розділивши на еквівалент солі, який становить
81 г/моль, маємо твердість води: ∙ 100 = 5 ммоль-екв/л.

 

П р и к л а д 2. Скільки грамів сульфату кальцію CaSO₄ міститься в 800 л води, твердість якої становить 3 ммоль-екв/л?

Р о з в’ я з а н н я: Якщо в 1 л води знаходиться 3 ммоль-екв, то в 800 л буде: 800 ∙ 3 = 2400 ммоль-екв. Еквівалент цієї солі становить:

= 68,07 г/моль, а кількість солі в грамах буде:

= 163,37 г.

П р и к л а д 3. Скільки грамів ортофосфату натрію необхідно додати до 300 л води, щоб усунути її твердість, яка обумовлена хлоридом кальцію і становить 4 ммоль-екв/л?

Р о з в’ я з а н н я: Якщо в 1 л води знаходиться 4 ммоль-екв/л, то в 300 л буде: 300 ∙ 4 = 1200 ммоль-екв/л.

Для усунення цієї твердості необхідно добавити ортофосфату натрію:

1200 ∙ 54,7 = 65640 мг або 65,64 г

54,7 г/моль-еквівалент ортофосфату натрію.

 

Л А Б О Р А Т О Р Н А Р О Б О Т А № 10

АЛЮМІНІЙ ТА ЙОГО СПОЛУКИ

Запитання і задачі:

1. З яких природних сполук добувають алюміній?

Написати рівняння реакцій, які відбуваються на катоді й аноді при добуванні алюмінію.

2. Напишіть найважливіші реакції, які характеризують хімічні властивості алюмінію. Чому алюміній не реагує з нітратною кислотою?

3. Які властивості має гідроксид алюмінію?

Скласти реакції електролітичної дисоціації гідроксиду алюмінію як основи і як кислоти.

4. Напишіть реакцію гідролізу хлориду алюмінію. Яке буде середовище?

5. Який процес називається алюмотермією?

Складіть реакцію хімічного процесу взаємодії Al і Fe₃O₄.

6. Як отримують карбід алюмінію і який газ утворюється при взаємодії його з водою?

7. Де використовують алюміній і деякі його сполуки?

Проведення дослідів