Метод ионного обмена используется для удаления как временной (карбонатной), так и постоянной жесткости воды, то есть для снижения общей жесткости. Он заменяет ионы кальция и магния на ионы натрия или калия.
check_circle
Подробное решение
Вот решение задачи, оформленное так, чтобы было удобно переписать в тетрадь школьнику.
Задача 26
Вопрос:
Для удаления какого вида жесткости воды используется метод ионного обмена?
Варианты ответов:
1. не применяется для умягчения
2. постоянной
3. временной
4. общей
Решение:
Для ответа на этот вопрос необходимо вспомнить, что такое жесткость воды и какие виды жесткости существуют, а также принцип работы метода ионного обмена.
* **Жесткость воды** обусловлена наличием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, в основном кальция \( \text{Ca}^{2+} \) и магния \( \text{Mg}^{2+} \).
* **Временная (карбонатная) жесткость** обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция \( \text{Ca(HCO}_3)_2 \) и магния \( \text{Mg(HCO}_3)_2 \). Она называется временной, потому что может быть устранена кипячением, при котором гидрокарбонаты разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов, выпадающих в осадок:
\[ \text{Ca(HCO}_3)_2 \xrightarrow{t} \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \]
* **Постоянная (некарбонатная) жесткость** обусловлена присутствием других солей кальция и магния, таких как сульфаты \( \text{CaSO}_4, \text{MgSO}_4 \), хлориды \( \text{CaCl}_2, \text{MgCl}_2 \) и нитраты. Эта жесткость не устраняется кипячением.
* **Общая жесткость** – это сумма временной и постоянной жесткости.
**Метод ионного обмена** основан на использовании ионообменных смол (ионитов), которые способны обменивать свои ионы на ионы, находящиеся в растворе. Чаще всего для умягчения воды используются катиониты в натриевой форме \( \text{R-Na} \). При прохождении жесткой воды через слой катионита, ионы кальция и магния из воды обмениваются на ионы натрия из смолы:
\[ 2\text{R-Na} + \text{Ca}^{2+} \rightarrow \text{R}_2\text{Ca} + 2\text{Na}^{+} \]
\[ 2\text{R-Na} + \text{Mg}^{2+} \rightarrow \text{R}_2\text{Mg} + 2\text{Na}^{+} \]
В результате вода становится мягкой, так как ионы \( \text{Ca}^{2+} \) и \( \text{Mg}^{2+} \) удаляются, а ионы \( \text{Na}^{+} \) не вызывают жесткости.
Важно отметить, что метод ионного обмена эффективно удаляет **все катионы, вызывающие жесткость**, независимо от того, являются ли они частью гидрокарбонатов (временная жесткость) или других солей (постоянная жесткость). То есть, ионообменные смолы удаляют как ионы \( \text{Ca}^{2+} \) и \( \text{Mg}^{2+} \), связанные с гидрокарбонатами, так и те, что связаны с сульфатами, хлоридами и т.д.
Следовательно, метод ионного обмена используется для удаления **общей жесткости** воды, поскольку он эффективно удаляет как временную, так и постоянную жесткость.
