Соли и жёсткость воды
Откуда берётся накипь и как убрать жёсткость — временную и постоянную.
5.3. Соли и жесткость воды
Разложение нитратов
| Соль / Условие | Описание процесса и уравнения реакций |
|---|---|
| Термическое разложение |
Нитраты щелочноземельных металлов при прокаливании разлагаются до нитритов и кислорода, однако при более сильном нагреве нитриты распадаются до оксидов. Нитрат магния разлагается напрямую до оксида, диоксида азота и кислорода:
Ca(NO3)2 t°→
Ca(NO2)2 + O2↑
Примечание: В некоторых условиях или источниках указывается
разложение до оксида (как при получении оксидов).
|
Карбонаты
| Свойство / Реагент | Описание процесса и уравнения реакций |
|---|---|
| Термическое разложение |
Карбонаты щелочноземельных металлов, а также магния разлагаются при сильном нагревании на оксид металла и углекислый газ. Обжиг известняка (CaCO₃) — основной промышленный способ получения негашеной извести:
CaCO3 1000°C→
CaO + CO2
|
| С сильными кислотами |
Карбонаты растворяются в кислотах, более сильных чем угольная, с выделением углекислого газа:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ +
H2O
|
| Превращение в гидрокарбонаты (растворение осадка) |
При длительном пропускании углекислого газа через водную суспензию нерастворимого карбоната образуется растворимая кислая соль — гидрокарбонат:
CaCO3 + H2O + CO2(изб) →
Ca(HCO3)2
|
| Сплавление с менее летучими оксидами (SiO2, Al2O3) |
В процессах сплавления более массивные и нелетучие кислотные (или амфотерные) оксиды с легкостью вытесняют летучий углекислый газ из карбонатов:
CaCO3 + Al2O3 t°→ Ca(AlO2)2 +
CO2↑ |
Жесткость воды
Обусловлена наличием солей кальция и магния.
Временная (карбонатная) жесткость: Гидрокарбонаты Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2.
Постоянная (некарбонатная) жесткость: Хлориды и сульфаты (CaCl2, MgSO4 и др.).
Способы устранения:
| Способ (Реагент) | Описание процесса и уравнения реакций |
|---|---|
| Кипячение (только для временной) |
При кипячении гидрокарбонаты кальция и магния разрушаются, образуя нерастворимые карбонаты (накипь), которые выпадают в осадок, умягчая воду:
Ca(HCO3)2 t°→ CaCO3↓ + CO2↑ +
H2O |
| Добавление извести Ca(OH)2 (для временной) |
Известковое молоко связывает избыточную углекислоту в гидрокарбонатах, переводя их в нерастворимые средние соли:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 →
2CaCO3↓ + 2H2O |
| Добавление соды Na2CO3 (для постоянной) |
Сода осаждает растворимые хлориды и сульфаты кальция и магния в виде нерастворимых карбонатов:
CaCl2 + Na2CO3 →
CaCO3↓ + 2NaCl |
| Добавление фосфатов Na3PO4 (для постоянной) |
Ортофосфаты образуют крайне нерастворимые соединения с кальцием и магнием, полно удаляя их из раствора:
3CaCl2 + 2Na3PO4 →
Ca3(PO4)2↓ + 6NaCl |
Вопрос 1: Свойства солей и бинарных соединений (Уравнения)
ПроверкаДопишите уравнения реакций солей:
- $Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} \dots\downarrow + \dots\uparrow + \dots$
- $Ca(HCO_3)_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow \dots\downarrow + \dots$
- $CaC_2 + H_2O \rightarrow \dots\downarrow + \dots\uparrow$
- $Mg_3P_2 + HCl \rightarrow \dots + \dots\uparrow$
- $BaCl_2 + K_2SO_4 \rightarrow \dots\downarrow + \dots$
Ответ:
- $Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} CaCO_3\downarrow + CO_2\uparrow + H_2O$ (устранение временной жесткости)
- $Ca(HCO_3)_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow 2CaCO_3\downarrow + 2H_2O$
- $CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2\downarrow + C_2H_2\uparrow$ (получение ацетилена)
- $Mg_3P_2 + 6HCl \rightarrow 3MgCl_2 + 2PH_3\uparrow$ (получение фосфина)
- $BaCl_2 + K_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2KCl$
6. Качественные реакции
Окрашивание пламени
- Кальций (Ca2+): Кирпично-красный цвет
- Стронций (Sr2+): Карминово-красный (алый)
- Барий (Ba2+): Яблочно-зеленый
Осаждение ионов
- На ионы Mg2+: Взаимодействие с щелочами (белый осадок):
Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2↓
- На ионы Ca2+, Sr2+, Ba2+: Взаимодействие с
карбонатами (белый осадок):
Ca2+ + CO32- → CaCO3↓
Ba2+ + CO32- → BaCO3↓ - На ионы Sr2+, Ba2+: Взаимодействие с сульфатами (белый
осадок):
Ba2+ + SO42- → BaSO4↓
- Фосфаты также дают белые осадки:
3Ca2+ + 2PO43- → Ca3(PO_4)2↓
Вопрос 1: Качественные реакции
ПроверкаКак визуально отличить соли кальция, стронция и бария по окрашиванию пламени? Каков качественный реагент на ион $Ba^{2+}$ в растворе?
Ответ:
Пламя: $Ca^{2+}$ — кирпично-красный, $Sr^{2+}$ — карминово-красный, $Ba^{2+}$ — желто-зеленый.
Качественный реагент на барий — сульфат-ион $SO_4^{2-}$ (выпадает белый осадок, нерастворимый в кислотах).
7. Видео эксперименты
Рекомендуем посмотреть опыты с щелочноземельными металлами на канале Thoisoi:
- Бериллий (Beryllium)
- Магний (Magnesium)
- Кальций (Calcium)
- Стронций (Strontium)
- Барий (Barium)
- Радий (Radium)