Методы ионного обмена

Катионитовый метод умягчения воды основан на способности некоторых практически нерастворимых в воде веществ, называемых катионитами, обменивать содержащиеся в них активные группы катионов (натрия, водорода и др.), на катионы кальция или магния, находящиеся в воде.

В настоящее время большое распространение получили ионообменные смолы, которые получают на основе синтетических полимеров. Ионнообменные смолы – это сетчатые, трёхмерные полимеры, не растворяющиеся в воде, но ограниченно набухающие в ней и содержащие групы, способные к обмену ионов

Умягчаемую воду фильтруют через слой катионита, при этом катионы кальция и магния из воды переходят в катионит, а в воду переходят катионы натрия или водорода. Химизм Na-катионирования описывается уравнениями реакций:

2NaR + Ca(HCO₃)₂ = CaR₂ + 2NaHCO₃

2NaR + Mg(HCO₃)₂ = MgR₂ + 2NaHCO₃

2NaR + CaSO₄ = CaR₂ + Na₂SO₄

2NaR + MgCl₂ = MgR₂ + 2NaCl

(где R – комплекс катионита, практически нерастворимый в воде)

ПРИМЕР 3. Жесткость воды равна 5,4 мэкв ионов кальция в 1 л воды. Какое количество фосфата натрия Na₃P0₄ необходимо взять, чтобы понизить жесткость 100л воды практически до нуля.

РЕШЕНИЕ: Задачу решаем, используя формулу

Ж = m•1000 / М_э•V, (1)

Где m – масса вещества, обусловливающего жёсткость воды, или применяемого для устранения жёсткости воды, г; Мэ – эквивалентная масса этого вещества; г/моль; V – объём воды, л, 1000 – коэффициент перевода экв/л в мэкв/л

М_э (Na₃PO₄) = М(Na₃PO₄) / n•В, (2)

где n – количество ионов металла; В – валентность металла.

М_э(Na₃PO₄) = 164 / 3 =54,7 (г/моль)

Из уравнения (1) выразим массу

m = Ж•Э•V/1000 = 5,4•54,7•100/1000 = 29,538 (г)

Ответ: m = 29,538г.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

101. Вода содержит 0,12 г MgSO₄ и 0,243 г Са(НСОз)₂ на 1 литр. Определить общую жёсткость воды. Привести реакции фосфатного метода умягчения воды, содержащей данные соли.

102. Какова постоянная и временная жёсткость воды, если в ней содержится ионов Са²⁺ - 0,110 г/л; Mg²⁺ - 0,0425 г/л; НСО₃^- - 0,07 г/л.Составить уравнение реакции, лежащее в основе термического умягчения воды.

103. Общая жесткость воды равна 7,8 мэкв/л. Определить постоянную жесткость воды, если при определении временной жесткости на 100 мл испытуемой воды при титровании пошло 5,2 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты

104. Какая масса сульфата кальция содержится в 200 л воды, если жёсткость, обуславливаемая этой солью, равна 8 мэкв/л? Привести уравнение реакции бариевого метода умягчения воды.

105. Какова общая и карбонатная жёсткость воды, если в 1 л воды содержатся ионы Са²⁺ - 0,111 г; Mg²⁺ - 06 г; SO₄^2- - 0,098 г; С1^- - 0,14 г.

106. Вычислить временную жёсткость воды, зная, что для реакции с гидрокарбонатом магния, содержащемся в 200 см³ воды, требуется 15 см³ 0,08 н раствора соляной кислоты. Привести уравнение соответствующей реакции.

107. Общая жесткость воды равна 11,7 мэкв/л. Определить постоянную жесткость воды, если при определении временной жесткости на 100 мл испытуемой воды при титровании пошло 6,5 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты

108. Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 1 м³ воды, чтобы устранить жёсткость, равную 8 мэкв/л? Привести уравнение реакции.

109. В 10 л воды содержится 38 мг гидрокарбоната магния и 108 мг гидрокарбоната кальция. Вычислить общую жёсткость воды. Привести уравнения реакций термического умягчения воды.

110. При кипячении 250 мл воды, содержащей только гидрокарбонат магния, выпал осадок массой 4,5 мг. Чему равна жёсткость воды. Привести уравнение реакции.

111. Вычислить временную жёсткость воды, зная, что на реакцию с гидрокарбонатом магния, содержащимся в 200 мл этой воды, потребовалось 5 мл 0,1 н раствора соляной кислоты. Составить уравнение реакции.

112. Сколько граммов гидроксида кальция необходимо прибавить к 1000 л воды, чтобы удалить временную жёсткость, равную 2,86 мэкв/л? Составить уравнение реакции.

113. В 1 м³ воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды. Привести уравнение реакции умягчения воды содовым способом..

114. Чему равна жесткость природной воды, если содержание ионов магния в ней составляет 121,6 мг/л? Привести уравнения реакции катионитного умягчения воды с использованием Н-катионита.

115. Определить жесткость воды, если в 1 л ее содержится 0,1002 г ионов Са²⁺ и 0,03648 г ионов Mg^2+. Привести уравнения реакций устранения карбонатной жесткости термическим методом.

116. Какова общая и временная жёсткость воды, если в 1 л воды содержатся ионы Mg²⁺ - 0,3 г; SO₄^2- -0,049 г; С1^- - 0,07 г, Са²⁺ -0,055 г;

117. Определить общую жёсткость воды, в 100 л которой содержится 8,5 г хлорида магния, 11,8 г хлорида кальция, 6,1 г гидрокарбоната магния и 18,3 г гидрокарбоната кальция.

118. Определить общую жёсткость воды, в 10 л которой содержится 0,95 г хлорида магния, 2,22 г хлорида кальция, 0,73 г гидрокарбоната магния и 2,43 г гидрокарбоната кальция.

119. Рассчитайте карбонатную, некарбонатную и общую жёсткость воды, содержащую в 10 л: Са²⁺ - 40 мг; НСО₃^- - 61 мг; С1^- - 35 мг; Mg²⁺ - 24 мг.

120. Общая жесткость воды равна 8,5 мэкв/л. Определить постоянную жесткость воды, если при определении временной жесткости на 100 мл испытуемой воды при титровании пошло 6,5 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты