ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ

ОТЧЁТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

 

По окончании опыта экспериментальные данные и все наблюдения следует записать в лабораторный журнал (специальную тетрадь).

 

Лабораторную работу следует оформлять с новой страницы по следующему плану.

1. Название лабораторной работы и опыта.

2. Цель работы.

3. Реактивы и оборудование.

4. Содержание работы [уравнения химических реакций, краткое их описание, условия опыта, наблюдаемые явления (выпадение или растворение осадка, изменение цвета, выделение или поглощение теплоты, выделение газа), полученные данные и результаты].

5. Выводы (после каждого опыта и лабораторной работы в целом).

Записи в лабораторном журнале должны быть аккуратными, с достаточно широкими интервалами между строками и полями, содержать ответы на вопросы, сформулированные в методическом руководстве лабораторной работы, таблицы и рисунки.

Расчёты следует приводить полностью, не опуская промежуточных вычислений.

 

Указания по оформлению лабораторной работы, приводимые в методическом руководстве, необходимо выполнить все без исключения.

 

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ

ПО ТЕМЕ "ЖЁСТКОСТЬ ВОДЫ"

 

Задача 1.

 

Рассчитайте общую жёсткость воды, если в её 0,25 л содержится 16,20 мг Са(НСО₃)₂, 2,92 мг Мg(НСО₃)₂, 11,10 мг СаСl₂ и 9,50 мг МgСl₂.

 

Решение.

 

Дано:

= 16,20 мг; = 2,92 мг;

= 11,10 мг; = 9,50 мг; V_воды = 0,25 л.

 

Найти:

Ж_О. – ?

 

Формула для расчёта общей жёсткости воды:

 

Ж_О = , (1)

 

где М_экв(В) – эквивалентная масса вещества В.

 

Эквивалентные массы растворённых солей вычислим по формуле:

 

= , (2)

 

где М– молярная масса вещества, г/моль;

N – число катионов в формульной единице соли;

Z – модуль1 заряда катиона в соли.

 

= = 81,05 = = 73,17

= = 55,5 = = 47,6

 

Определим общую жёсткость воды по формуле (1):

Ж_О = = 2,56 (ммоль/л).

 

По значению жёсткости исследуемая вода является мягкой.

 

Задача 2.

Для устранения общей жёсткости к 50 л воды добавлено 7,4 г Са(ОН)₂ и 5,3 г Nа₂СО₃. Рассчитайте временную, постоянную и общую жёсткость воды.

Решение.

 

Дано:

= 50 л; = 7,4 г; = 5,3 г.

 

Найти:

Ж_К., Ж_НК., Ж_О – ?

 

При добавлении к воде гашёной извести Са(ОН)₂ можно устранить временную жёсткость, а при добавлении кальцинированной соды Nа₂СО₃ – и временную, и постоянную.

 

М(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ = МСО₃↓ + СаСО₃↓ + 2Н₂О

 

М(НСО₃)₂ + Nа₂СО₃ = МСО₃↓ + 2NаНСО₃

 

МСl₂ + Nа₂СО₃ = МСО₃↓ + 2NаСl

 

(М – катион жёсткости)

 

Постоянную (некарбонатную) жёстокость воды находим по количеству добавленной к раствору соды по формуле:

 

Ж_НК = , (3)

 

а временную (карбонатную) жёсткость воды – по количеству добавленной извести:

Ж_К = (4)

 

Эквивалентную массу соды вычислим по формуле (2):

 

= = 53 (г/моль).

 

Эквивалентную массу извести (основания) определим по формуле:

 

= ; (5)

 

где N – кислотность основания – число ионов ОН в формульной единице основания, которые замещаются на кислотные остатки.

 

= = 37,05 (г/моль).

 

Определим жёсткость воды:

 

Ж_К = = 0,004 (моль/л) или 4 (ммоль/л);

 

Ж_НК = = 0,002 (моль/л) или 2 (ммоль/л);

 

Ж_О = 4 + 2 = 6 (ммоль/л).

 

По значению жёсткости исследуемая вода является средней жёсткости.

 

Задача 3.

 

Определите жёсткость воды для устранения которой в 0,1 м³ воды требуется 21,2 г карбоната натрия.

 

Решение.

 

Дано:

= 0,1 м³ = 100 л; = 21,2 г.

 

Найти:

Ж – ?

 

При добавлении карбоната натрия (кальцинированной соды) можно устранить как временную, так и постоянную жёсткость воды.

По формуле (2) вычислим эквивалентную массу карбоната натрия:

 

= = 53 (г/моль).

 

По формуле (3) определим жёсткость воды:

 

Ж_О = = 0,004 (моль/л) или 4 (ммоль/л).

 

По значению жёсткости исследуемая вода является средней жёсткости.

Задача 4.

 

Общая жёсткость воды равна 6,52 ммоль/л, а временная – 3,32 ммоль/л. Какую массу Nа₂СО₃ и Са(ОН)₂ надо взять для устранения жёсткости 5 л воды ?

 

Решение.

Дано:

Ж_К = 3,32 ммоль/л; Ж_О = 6,52 ммоль/л; = 5 л.

 

Найти:

и – ?

 

Определим некарбонатную (постоянную) жёсткость:

 

Ж_НК = Ж_О – Ж_К (6)

 

Ж_НК = 6,52 – 3,32 = 3,2 (ммоль/л)

 

Воспользуясь формулами (3) и (4), запишем выражения для определения масс гашёной извести и кальцинированной соды, которые необходимо последовательно добавить в воду для устранения её временной и постоянной жёсткости.

 

= Ж_К · · V;

 

= Ж_НК · · V.

 

По формулам (2) и (5) вычислим эквивалентные массы извести и соды:

= = 37,05 (г/моль);

= = 53 (г/моль),

следовательно:

 

= 3,32 · 37,05 · 5 = 615,03 (мг) или 0,615 (г).

 

= 3,2 · 53 · 5 = 848 (мг) или 0,848 (г).

 

Задача 5.

 

Сколько по массе гидроксида кальция (гашёная известь) следует добавить в 2,5 л воды, чтобы устранить её временную жёсткость, равную 4,43 ммоль/л ?

 

Решение.

 

Дано:

= 2,5 л; Ж_К = 4,43 ммоль/л.

 

Найти:

– ?

 

Воспользуясь формулой (4) запишем выражение для определения массы гашёной извести, необходимой для устранения временной жёсткости воды.

 

= Ж_К · · V.

 

Эквивалентную массу извести вычислим по формуле (5):

 

= = 37,05 (г/моль),

 

следовательно,

 

m = 4,43 · 2,5 · 37,05 = 410,32 (мг) или 0,41 (г).

 

Задача 6.

 

В 10 л воды с общей жёсткостью 6,05 ммоль/л для устранения жёсткости добавлено 1,5 г гашёной извести. Чему равна постоянная жёсткость воды ?

 

Решение.

 

Дано:

= 10 л; Ж_О = 6,05 ммоль/л.

 

Найти:

Ж_НК – ?

 

При добавлении к воде Са(ОН)₂ произойдёт устранение карбонатной (временной) жёсткости.

По формулам (2) и (4) определим эквивалентную массу извести и карбонатную жёсткость воды.

= = 37,05 (г/моль);

Ж_К = = 0,00405 (моль/л) или 4,05 (ммоль/л)

 

Постоянную (некарбонатную) жёсткость воды вычислим по формуле (6):

Ж_НК = 6,05 – 4,05 = 2,0 (моль/л)

 

Задача 7.

 

Вода обладает некарбонатной жёсткостью: содержит сульфат кальция (массовая доля 0,02 %) и хлорид магния (массовая доля 0,01 %). Какой объём раствора карбоната натрия с массовой долей 15 % (ρ = 1,16 г/мл) надо добавить к 100 л воды для устранения постоянной жесткости ?

Решение.

 

Дано:

= 0,02 %; = 0,01 %;

= 15 % = 0,15; = 1,16 г/мл; V_В = 100 л.

 

Найти:

Ж_НК, – ?

 

Жёсткость воды показывает, какое количество вещества эквивалента солей кальция и магния (в ммоль/л) содержится в 1 л воды. Поэтому сначала опре­делим массу солей кальция и магния, содержащихся в 1 л (ρ = 1 г/мл) воды:

 

= = = 0,2 (г)

 

= = = 0,1 (г)

 

По формуле (2) определим эквивалентные массы солей СаSО₄ и МgСl₂, а также Nа₂СО₃:

 

= = 68 (г/моль); = = 47,5 (г/моль);

= = 53 (г/моль).

 

Кальциевую и магниевую жёсткость воды находим следующим образом::

= = = 0,00294 (моль/л);

= = = 0,00210 (моль/л)

 

Отсюда находим суммарную некарбонатную жёсткость воды:

 

0,00294 + 0,00210 = 0,00504 моль/л или 5,04 ммоль/л

 

Применяя формулу (3), и выражая массу соды через объём, плотность и концентрацию её раствора:

 

= · ·

 

определим, какой объём раствора соды необходим, чтобы устранить некарбонатную жёсткость.

 

Ж_НК =

 

= = = 153,5 (мл).

 

Задача 8.

 

Минеральная вода содержит 389,4 мг/л ионов кальция и 84,4 мг/л ионов магния. Какова общая жёсткость этой воды ?

 

Решение.

 

Дано:

= 389,4 мг/л; = 84,4 мг/л; V – 1 л.

 

Найти:

Ж_О – ?

 

Так как жёсткость воды выражают суммой ммоль эквивалентов ионов кальция и магния, то 1 ммоль эквивалентов ионов жёсткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Са²⁺ или 12,16 мг/л Мg²⁺.

Общую жёсткость воды вычислим по формуле (1):

 

Ж_О = = 19,43 + 6,94 = 26,37 (ммоль/л)

 

По значению жёсткости исследуемая вода является средней жёсткости.

Задача 9.

 

Сравните жёсткость природной воды озера Байкал и Каспий­ского моря, если содержание ионов кальция (в мг/л) в озере – 15,2, а в мо­ре – 36,0; а содержание ионов магния соответственно – 4,2 и 730,0.

 

Решение.

 

Дано:

= 15,2 мг; = 4,2 мг;

= 36,0 мг; = 730,0 мг.

 

Найти:

Ж₁, Ж₂ – ?

 

Вычислим общую жёсткость воды в озере Байкал и Каспийском море по формуле (1), учитывая, что в 1 ммоль эквивалентов ионов жёсткости содержится 20,04 мг/л Са²⁺ или 12,16 мг/л Мg²⁺. Если учесть, что концентрация дана в мг/л, то объём воды можно взять равным 1 л и получим:

Ж₁ = = 1,1 (ммоль/л)

 

Ж₂ = = 61,83 (ммоль/л)

 

По значениям жёсткости вода Каспийского моря очень жёсткая, а вода озера Байкал очень мягкая.

 

Задача 10.

 

При определении временной (карбонатной) жёсткости воды на титро­вание 100 мл воды израсходовано 5,25 мл раствора хлороводородной (соляной) кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,101 моль/л, а для определения постоянной (некарбонатной) жёсткости воды на титрование такого же объёма воды – 8,5 мл раствора трилона Б с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л. Чему равна общая жёст­кость воды ?

 

Решение.

 

Дано:

V_{р-ра НСl} = 5,25 мл; = 0,101 моль/л; V_В = 100 мл.

 

V_тр.Б = 8,5 мл; = 0,05 моль/л; V_В = 100 мл.

 

Найти:

Ж_О – ?

 

При титровании воды соляной кислотой протекает реакция:

 

М(НСО₃)₂ + 2НС1 = МС1₂ + 2СО₂↑ + 2Н₂О.

 

В соответствии с законом эквивалентов число моль эквивалентов со­ляной кислоты, пошедшей на титрование, равно количеству моль экви­валентов солей, обуславливающих временную жёсткость воды:

 

Ж_К = · 10³ = · 10³ = 5,30 (ммоль/л).

 

При взаимодействии трилона Б с солями кальция и магния выполня­ется закон эквивалентов, следовательно общая жёсткость воды будет равна:

Ж_НК = · 10³ = · 10³ = 4,25 (ммоль/л).

 

Общая жёсткость воды равна сумме карбонатной и некарбонатной жесткостей:

Ж_О = Ж_К + Ж_НК = 5,30 + 4,25 = 9,55 (моль/л).

 

Исследуемая вода является жёсткой.

ЗАДАЧИ

 

1. Чему равна жёсткость воды – раствора хлорида кальция с молярной концен­трацией эквивалента 0,05 моль/л ?
2. В 100 л воды содержится 2 г сульфата кальция, 1,5 г сульфата магния и 4,6 г гидрокарбоната магния. Какова общая, временная и постоянная жёсткость воды ?
3. При определении общей жёсткости воды на титрование 100 мл воды израсходовано 9,5 мл раствора трилона Б с молярной концентрацией эквива­лента 0,05 моль/л. Какова общая жёсткость воды ?
4. Жёсткость воды равна 4,5 ммоль/л. Какую массу гашёной извести необходимо до­бавить к 2 м³ такой воды, чтобы устранить её временную жёсткость ?
5. К 3 м³ воды для устранения её жёсткости добавили 468 г карбоната на­трия. Какова жёсткость данной воды ?
6. Жёсткость воды равна 5,4 ммоль/л. Какую массу ортофосфата натрия необ­ходимо добавить к 1 м³ воды, чтобы устранить её жёсткость ?
7. Временная жёсткость воды, обусловленная ионами кальция, равна 3,0 ммоль/л. Какая масса гидрокарбоната кальция содержится в 10 л этой воды ?
8. Для определения временной жёсткости воды к 100 мл её было прилито 12 мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией 0,01 моль/л до нейтрализации. Чему равна временная жёсткость этой воды ?
9. Какую массу гашёной извести надо прибавить к 2 м³ воды, чтобы уст­ранить её временную жёсткость, равную 5,2 ммоль/л ?

10. Какова временная жёсткость воды, если на её устранение в 200 л воды было затрачено 8 г гидроксида натрия?

11. Чему равна жёсткость воды, если для её устранения в 2 м³ воды добавлено 2 кг древесной золы, со­держащей 20 % поташа К₂СО₃.

12. Общая жёсткость воды равна 4,72 ммоль/л, а временная – 1,15 ммоль/л. Какую массу Са(ОН)₂ и Nа₂СО₃ надо добавить к 3,5 л воды, чтобы устранить жёсткость?

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Каково назначение технических жидкостей ?

2. Основные требования, предъявляемые к техническим жидкостям (вязкость, теплоёмкость, температуры кипения и кристаллизации (замерзания), накипе- и шламообразование, агрессивность (коррозионные свойства), коэффициент объёмного расширения, стоимость, доступность, вспениваемость, пожаробезопасность, безвредность (экологические свойства).

3. Каков химический состав воды ?

4. Какова структура жидкой и твёрдой воды ?

5. Температура плавления и температура кипения воды, её зависимость от давления.

6. Пресная вода, её количество и нахождение на планете (льды, вечные снега и мерзлота, озёра, реки, грунтовые воды).

7. Состав природных вод: катионы и анионы, газы, органические вещества, взвеси, эмульсии.

8. Применение воды в быту, сельском хозяйстве и промышленности.

9. Качественное и количественное (визуально-органолептическое) определение прозрачности (мутности) воды и обнаружение нефтепродуктов в воде.

10. Что такое рН и как его определяют?.

11. Определение содержания взвешенных частиц в воде.

12. Охарактеризуйте понятия ‹‹индикатор›› (метилоранж, лакмус, фенолфталеин, универсальный индикатор), ‹‹свидетель››, ‹‹комплексон›› (трилон Б), ‹‹внутрикомплексное (хелатное) соединение››, ‹‹буферная смесь››,приведите примеры.

13. Что называют жёсткостью воды ?

Почему жёсткость воды следует устранять ?

14. За счёт чего в природе образуется жёсткая вода ?

15. Какие виды жёсткости воды различают ?

Чем обуславливается временная и постоянная жёсткость воды ?

16. Перечислите методы устранения жёсткости воды.

17. Какой метод умягчения воды называют термическим ?

Какие химические реакции протекают при умягчении воды этим методом ?

18. В чём сущность химических (реагентных) методов умягчения воды ?

Какие реагенты при этом используются и какие реакции при этом протекают ?

19. Охарактеризуйте ионно-обменный метод умягчения воды ?

20. Перечислите основные физические методы снижения жёсткости воды.

21. Какие преимущества имеют физические методы уменьшения жёсткости воды по сравнению с другими методами ?

ПРИЛОЖЕНИЕ