Умягчение воды: решение задачи

Задача: Умягчение воды это удаление из неё:

Варианты ответов:

1. солей калия и натрия
2. всех солей
3. солей железа и алюминия
4. солей кальция и магния

Решение:

Для того чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить, что такое "жёсткость воды" и какие вещества её вызывают.

1. Что такое жёсткость воды?

Жёсткость воды — это свойство воды, обусловленное содержанием в ней растворённых солей некоторых металлов. Основными ионами, которые вызывают жёсткость, являются ионы кальция (\(Ca^{2+}\)) и магния (\(Mg^{2+}\)).

2. Почему именно эти ионы?

• Ионы кальция и магния при нагревании или при взаимодействии с мылом образуют нерастворимые соединения (накипь, мыльный налёт).
• Например, при нагревании воды, содержащей гидрокарбонаты кальция и магния (временная жёсткость), происходит реакция:
\[Ca(HCO_3)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow\] \[Mg(HCO_3)_2 \rightarrow MgCO_3 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow\]

Образующийся карбонат кальция (\(CaCO_3\)) и карбонат магния (\(MgCO_3\)) выпадают в осадок, образуя накипь.

• При использовании мыла (солей высших карбоновых кислот) с жёсткой водой, ионы кальция и магния реагируют с мылом, образуя нерастворимые соли, которые не обладают моющими свойствами и образуют осадок:
\[2C_{17}H_{35}COONa + CaCl_2 \rightarrow (C_{17}H_{35}COO)_2Ca \downarrow + 2NaCl\]

Это приводит к перерасходу мыла и образованию налёта на поверхностях.

3. Что такое умягчение воды?

Умягчение воды — это процесс удаления из неё ионов, вызывающих жёсткость, то есть ионов кальция и магния. Целью умягчения является предотвращение образования накипи в водонагревательных приборах, улучшение моющих свойств воды и защита оборудования.

4. Рассмотрим предложенные варианты:

• солей калия и натрия: Соли калия и натрия (например, хлорид натрия, поваренная соль) хорошо растворимы в воде и не вызывают жёсткости. Они не удаляются при умягчении воды.
• всех солей: Удаление всех солей из воды называется обессоливанием или деминерализацией. Это более глубокая очистка, чем умягчение, и она не является целью процесса умягчения.
• солей железа и алюминия: Соли железа и алюминия могут присутствовать в воде и вызывать другие проблемы (например, окрашивание воды, образование осадка), но они не являются основными причинами жёсткости воды. Их удаление относится к другим процессам водоподготовки (например, обезжелезивание).
• солей кальция и магния: Именно эти соли являются причиной жёсткости воды, и их удаление является сутью процесса умягчения.

Вывод:

Умягчение воды направлено на удаление тех солей, которые делают воду "жёсткой", а это в первую очередь соли кальция и магния.

Правильный ответ:

4. солей кальция и магния