Классификация воды по уровню жесткости

Класс воды	Общая жесткость, ммоль/л
Очень мягкая	до 1,5
Мягкая	1,5 – 3,0
Умеренно жесткая	3 – 6
Жесткая	6 – 9
Очень жесткая	более 9

 

Жесткость выражается количеством миллимолей эквивалентов ионов кальция, магния или их солей в одном литре воды. Расчет жесткости можно произвести по следующей формуле:

где Ж – жесткость воды, ммоль/л; m – масса ионов кальция или магния (или их солей), г; M _Э – эквивалентная масса кальция или магния (или их солей), г/моль; V – объем воды, л.

По указанной формуле жесткость рассчитывается отдельно по кальцию и магнию, а затем суммируется.

Пример 1.

Вычислить жесткость воды, зная, что в 1500 л ее содержится 607,5 г Ca(HCO₃)₂.

Решение.

Эквивалентная масса Ca(HCO₃)₂ равна 81 г/моль. Рассчитываем жесткость воды по формуле

.

Класс воды – умеренно жесткая.

Пример 2.

Сколько граммов СaSO₄ содержится в 2 м³ воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 ммоль/л?

Решение.

Эквивалентная масса CaSO₄ равна 136,14/2 = 68,07 г/моль.

Выражаем массу соли через формулу определения жесткости:

подставляя значения, получаем: .

Пример 3.

Сколько граммов соды надо прибавить к 750 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 6 ммоль/л?

Решение.

В 750 л воды содержится 750 × 6 = 4500 ммоль/л солей, обусловливающих жесткость воды. Эквивалентная масса соды Na₂CO₃ – 53 г/моль. Для устранения жесткости следует прибавить: 4500 × 53 × 10^–3 = 238,5 г соды.

Пример 4.

Вычислить карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100 см³ этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см³ 0,08 н. раствора HCl.

Решение.

Вычисляем количество миллимолей соляной кислоты, пошедшей на титрование: 6,25 × 0,08 = 0,5ммоль.

Такое же количество гидрокарбоната будет содержаться в 100 см³ воды.

В литре воды будет присутствовать ммоль/л гидрокарбоната кальция.

Следовательно, карбонатная жесткость воды равна 5 ммоль/л.

Контрольные вопросы и задачи

201.	Cколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 400 л воды, чтобы устранить жесткость, равную 3 ммоль/л?
202.	Вода, содержащая только сульфат магния, имеет жесткость 7 мэкв. Сколько граммов сульфата магния содержится в 300 л этой воды?
203.	Вычислите жесткость воды, зная, что в 600 л ее содержится 65,7 г гидрокарбоната магния и 61,2 г сульфата кальция.
204.	Жесткость воды, в которой растворен только гидрокарбонат кальция, равна 4 ммоль/л. Сколько 0,1 н. раствора НСl потребуется для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 75 см3 этой воды?
205.	В 1 м3 воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды.
206.	Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жесткость 3,5 ммоль/л. Сколько граммов гидрокарбоната магния содержится в 200 л этой воды?
207.	К 1 м3 жесткой воды прибавили 132,5 г карбоната натрия. На сколько миллимоль на литр понизилась жесткость?
208.	Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к 50 л воды потребовалось прибавить 21,2 г карбоната натрия?
209.	Сколько граммов CaSO4 содержится в 200 л воды, если жесткость, обусловливаемая этой солью, равна 8 ммоль/л?
210.	Сколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м3 воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 ммоль/л?
211.	К 100 л жесткой воды прибавили 12,95 г гидроксида кальция. На сколько миллимоль на литр понизилась карбонатная жесткость?
212.	Чему равна карбонатная жесткость воды, если в 1 л ее содержится 0,292 г гидрокарбоната магния и 0,2025 г гидрокарбоната кальция?
213.	Сколько граммов гидроксида кальция надо прибавить к 275 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5,5 ммоль/л?
214.	Скольким миллимолям - эквивалентам равняется жесткость воды, если для устранения ее к 100 л воды потребовалось прибавить 15,9 г соды?
215.	Сколько граммов гашеной извести надо прибавить к 1000 л воды, чтобы устранить ее временную жесткость, равную 2,86 ммоль/л?
216.	Вычислите временную жесткость воды, зная, что на реакцию с гидрокарбонатом, содержащимся в 100 мл этой воды, израсходовано 5 миллилитров 0,1 н. раствора соляной кислоты.
217.	Жесткость воды, содержащей только гидрокарбонат кальция, равна 1,785 ммоль/л. Определите количество гидрокарбоната в литре этой воды.
218.	Какова временная жесткость воды, в литре которой содержится 0,146 г гидрокарбоната магния?
219.	Вычислите постоянную жесткость воды, зная, что для удаления ионов кальция, содержащихся в 50 л этой воды, потребовалось прибавить к воде 10,8 г безводной буры.
220.	Путем анализа было установлено, что в одном литре исследуемой воды содержится 42 мг ионов магния и 112 мг ионов кальция. Вычислите общую жесткость воды.

 

 

тема 12. Комплексные соединения

 

Сложные соединения, у которых имеются ковалентные связи, образованные по донорно-акцепторному механизму, называются комплексными соединениями.

Пример образования комплексного соединения:

CuSO₄ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]SO₄.

Комплексные соединения состоят из двух сфер: внешней и внутренней. В приведенном примере внешняя сфера , внутренняя – .

Внутренняя сфера, называемая комплексом, включает нейтральный ион или атом, вокруг которого координируются отрицательно заряженные ионы или молекулы. При записи комплексного соединения внутреннюю сферу или комплекс заключают в скобки, например [Cu(NH₃)₄]²⁺.

Центральный ион или атомназывается комплексообразователем, а координируемые им ионы или молекулы – лигандами.

Число лигандов, координируемых комплексообразователем, называют координационным числом (к.ч.).

В приведенном примере ион Cu²⁺ – комплексообразователь, молекулы NH₃ – лиганды, к.ч. = 4.

Степенью окисления или зарядом комплексообразователя называется его действительный или условный заряд.

В соединении [Cu(NH₃)₄]SO₄ степень окисления (заряд иона) комплексообразователя равна +2 (Cu²⁺).

Комплексные соединения классифицируют по заряду их внутренней сферы:

а) катионные комплексы. В этих соединениях комплексная часть вещества имеет положительный заряд, например, [Cu(NH₃)₄]²⁺, [Ni(H₂O)₄]²⁺;

б) анионные комплексы. В соединениях данного типа комплексная часть молекулы имеет отрицательный заряд например, [PtF₆]^–, [Zn(CN)₄]^2–.

в) нейтральные комплексы. К ним относятся комплексные соединения, состоящие только из внутренней сферы, например, [Ni(CO)6], [Pt(NH₃)₂Cl₂].

Заряд комплекса численно равен алгебраической сумме заряда центрального иона и зарядов лигандов. Например, заряд комплекса [Zn(CN)₄]^2– равен Z = Z _Zn2++ 4 Z _CN–= 2 + 4(–1) = –2.

Комплексообразователями служат атомы или ионы, имеющие вакантные орбитали. Способность к комплексообразованию возрастает с увеличением заряда иона и уменьшением его размера. К наиболее распространенным комплексообразователям относятся ионы d- элементов VII, VIII, I и II групп периодической таблицы элементов.

К числу лигандов относятся простые анионы, такие как F^–, Cl^–, Br^–, I^–, S^2–; сложные анионы, например, CN^–, CNS^–, NO₂; молекулы, например, H₂O, NH₃, CO. Ионы или отдельные атомы ионов и молекул лигандов имеют неподеленные пары электронов.

Комплексные соединения диссоциируют в растворах как сильные электролиты на внешнюю и внутреннюю сферы (комплексы). Например:

[Cu(NH₃)₄]SO₄ ® [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2–,

K₂[Zn(CN)₄] ® 2K⁺ + [Zn(CN)₄]^2–.

Комплексы (комплексные ионы), в свою очередь, диссоциируют как слабые электролиты, причем диссоциация их происходит как многоступенчатый процесс, например:

[Zn(CN)₄]^2– «[Zn(CN)₃]^– + CN^– K ₁;

[Zn(CN)₃]^– «[Zn(CN)₂] + CN^– K ₂;

[Zn(CN)₂] «[Zn(CN)]⁺ + CN^– K ₃;

[Zn(CN)]⁺ «Zn²⁺ + CN^– K ₄;

___________________________________

[Zn(CN)₄]^2– «Zn²⁺ + CN^– K _Н.

Константа суммарной реакции диссоциации комплекса K_Н называется константой нестойкости и равна произведению констант ступенчатых диссоциаций:

K _Н = K ₁ K ₂ K ₃ K ₄.

В соответствии с уравнением равновесия суммарной реакции диссоциации комплекса константу нестойкости можно выразить уравнением:

.

или в общем виде для диссоциации комплекса:

;

_,

где Z – заряд комплекса; n ⁺ – заряд комплексообразователя; m – заряд лиганда, а – активности продуктов диссоциации, моль/л.

Чем ниже константа нестойкости комплекса, тем прочнее комплекс, тем меньше концентрация в растворе простых ионов, образующихся при диссоциации комплекса.

Константа процесса, обратного диссоциации комплекса, то есть процесса образования комплекса, называется константой устойчивости комплекса.

Например, константа образования цианистого комплексного иона цинка

Zn²⁺ + 4CN^– «[Zn(CN)₄]^2–

или константа устойчивости этого комплекса равна,

, .

Константа устойчивости и соответственно прочность комплекса зависит от природы лигандов и комплексообразователей, а также от значения координационного числа.

Контрольные вопросы и задачи

221.	Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях Cu[(NH3)4]SO4, K2[PlCl6], K[Ag(CN)2]. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.
222.	Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений платины: PtCl4∙6NH3, PtCl4∙6NH3, PtCl4∙6NH3. Координационное число платины (IV) равно шести. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах. Какое из них является комплексным неэлектролитом?
223.	Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений кобальта: CoCl4∙6NH3, CoCl4∙5NH3, CoCl4∙4NH3. Координационное число кобальта (III) равно шести. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.
224.	Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число сурьмы в соединениях Rb[SbBr6], K[SbCl6], Na[Sb(SO4)2]. Как диссоциируют эти соединения в водных растворах?
225.	Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений серебра: Ag∙2NH3, AgCN∙KCN, AgNO2∙NaNO2. Координационное число серебра (I) равно двум. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.
226.	Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях K4[Fe(CN)6], K4[TiCl8], K2[HgI4]. Как диссоциируют эти соединения в водных растворах?
227.	Из сочетания частиц Co3+, NH3, NO2–, K+ можно составить семь координационных формул комплексных соединений кобальта, одна из которых [Co(NH3)6](NO2)3. Составьте формулы других шести соединений и напишите уравнения их диссоциации в водных растворах.
228.	Определите, чему равен заряд следующих комплексных ионов: [Cr(H2O)4Cl2], [HgBr4], [Fe(CN)6], если комплексообразователями являются Cr3+, Hg2+, Fe3+. Напишите формулы соединений, содержащие эти комплексные ионы.
229.	Определите, чему равен заряд комплексных ионов Cr[(NH3)5(NO)3], [Pd(NH3)Cl3], [Ni(CN)4], если комплексообразователями являются Cr3+, Pd2+, Ni2+. Напишите формулы комплексных соединений, содержащих эти ионы.
230.	Из сочетания частиц Cr3+, H2O, Cl– и K+ можно составить семь координационных формул комплексных соединений хрома, одна из которых [Cr(H2O)6]Cl3. Составьте формулы других шести соединений и напишите уравнения их диссоциации в водных растворах.
231.	Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений кобальта: CoCl3∙3NH3∙2H2O, 2KNO2∙NH3∙Co(NO2)3, 3NaNO2∙Co(NO2)3. Координационное число кобальта (III) равно шести. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.
232.	Напишите выражения для констант нестойкости комплексных ионов [Ag(NH3)2]+, [Fe(CN)6]4–, [PtCl6]2–. Чему равны степень окисления и координационное число комплексообразователей в этих ионах?
233.	Константы нестойкости комплексных ионов [Co(CN)4]2–, [Hg(CN)4]2–, [Cd(CN)4]2– соответственно равны 8∙10–20, 4∙10–41, 1,4∙10–17. В каком растворе, содержащем эти ионы (при равной молярной концентрации), ионов CN– больше? Напишите выражения для констант нестойкости указанных комплексных ионов.
234.	Напишите выражения для констант нестойкости следующих комплексных ионов: [Ag(CN)2]–, [Ag(NH3)2]+, [Ag(SCN)2]–. Зная, что они соответственно равны 1,0∙10–21, 6,8∙10–8, 2,0∙10–11, укажите, в каком растворе, содержащем эти ионы (при равной молярной концентрации), больше ионов Ag+.
235.	При прибавлении раствора KCN к раствору [Zn(NH3)4]SO4 образуется растворимое комплексное соединение K2[Zn(CN)4]. Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнения реакции. Константа нестойкости какого иона: [Zn(NH3)4]2+ или [Zn(CN)4]2– больше? Почему?
236.	Напишите уравнения диссоциации солей K3[Fe(CN)6] и NH4Fe(SO4)2 в водном растворе. К каждой из них прилили раствор щелочи. В каком случае выпадает осадок гидроксида железа? Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции. Какие комплексные соединения называются двойными солями?
237.	Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений платины (II), координационное число которой равно четырем: PtCl2∙3NH3, PtCl2∙NH3∙KCl, PtCl2∙2NH3. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах. Какое из них является комплексным неэлектролитом?
238.	Хлорид серебра растворяется в растворах аммиака и тиосульфата натрия. Дайте этому объяснение и напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.
239.	Какие комплексные соединения называются двойными солями? Напишите уравнения диссоциации солей K4[Fe(CN)6] и (NH4)2Fe(SO4)2 в водном растворе. В каком случае выпадает осадок гидроксида железа, если к каждой из солей прилить раствор щелочи? Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнения реакции.
240.	Константы нестойкости комплексных ионов [Co(NH3)6]3+, [Fe(CN)6]4–, [Fe(CN)6]3– соответственно равны 6,2∙10–36, 1,0∙10–37, 1,0∙10–44. Какой из этих ионов является более прочным? Напишите выражения для констант нестойкости указанных комплексных ионов и формулы соединений, содержащих эти ионы.

 

Приложение

Варианты заданий и номера задач

Вариант

Номера задач

П р о д о л ж е н и е п р и л о ж е н и я

Вариант

Номера задач

О к о н ч а н и е п р и л о ж е н и я

Вариант

Номера задач