Giải SGK Hoá học 12 Cánh Diều Bài 19. Nước cứng và làm mềm nước cứng có đáp án

Để làm giảm nồng độ các cation Ca$^{2+}$ và Mg$^{2+}$ trong nguồn nước trước khi sử dụng ta có thể dùng phương pháp:

- Phương pháp tạo kết tủa:

+ Có thể cho vào nước dung dịch soda (Na$_{2}$CO$_{3}$) hoặc nước vôi trong (Ca(OH)$_{2}$) để tạo kết tủa CaCO$_{3}$, MgCO$_{3}$. Sau đó lọc bỏ kết tủa.

MgSO$_{4}$(aq) + Na$_{2}$CO$_{3}$(aq) ⟶ Na$_{2}$SO$_{4}$(aq) + MgCO$_{3}$(s)

Ca(HCO$_{3}$)$_{2}$(aq) + Ca(OH)$_{2}$(aq) ⟶ 2CaCO$_{3}$(s) + 2H$_{2}$O(l)

+ Đun sôi nước, sau đó lọc bỏ kết tủa.

Mg(HCO$_{3}$)$_{2}$(aq)MgCO$_{3}$(s) + CO$_{2}$(g) + H$_{2}$O(l)

Ca(HCO$_{3}$)$_{2}$(aq)CaCO$_{3}$(s) + CO$_{2}$(g) + H$_{2}$O(l)

- Phương pháp trao đổi ion: Cho nước chứa các cation Ca$^{2+}$ và Mg$^{2+}$ đi qua lớp vật liệu hay màng vật liệu trao đổi ion.

Ta có:

Tính cứng tạm thời là tính cứng gây nên bởi các muối Ca(HCO$_{3}$)$_{2}$ và Mg(HCO$_{3}$)$_{2}$.

Tính cứng vĩnh cửu là tính cứng gây nên bởi các muối sulfate, chloride của calcium và magnesium.

Tính cứng toàn phần gồm tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu.

Như vậy, loại nước có chứa nhiều CaCl$_{2}$, Ca(HCO$_{3}$)$_{2}$, MgSO$_{4}$ thì CaCl$_{2}$, MgSO$_{4}$ gây lên tính cứng vĩnh cửu còn Ca(HCO$_{3}$)$_{2}$ gây tính cứng tạm thời.

Vậy loại nước có chứa nhiều CaCl$_{2}$, Ca(HCO$_{3}$)$_{2}$, MgSO$_{4}$ có tính cứng toàn phần.

Hiện tượng tắc ống dẫn nước khi sử dụng nước cứng có chứa Mg(HCO$_{3}$)$_{2}$ là do xuất hiện kết tủa MgCO$_{3}$ theo phương trình hóa học:

Mg(HCO$_{3}$)$_{2}$(aq) ⟶ Mg$^{2+}$(aq) + 2 (aq)

Mg$^{2+}$(aq) + (aq) + OH$^{−}$(aq) ⟶ MgCO$_{3}$(s) + H$_{2}$O(l)

- Cách kiểm tra nguồn nước đang được sử dụng tại gia đình hoặc địa phương có phải nước cứng:

+ Đun nóng nước, nếu xuất hiện cặn trắng dưới đáy thì nước đó là nước cứng.

+ Thêm một ít dung dịch Ca(OH)$_{2}$ trong vào bát nước, nếu xuất hiện vẩn đục trắng thì nước đó là nước cứng.

- Biện pháp làm mềm nước: Dùng Na$_{2}$CO$_{3}$, Na$_{3}$PO$_{4}$, Ca(OH)$_{2}$ hoặc các vật liệu trao đổi ion để loại bỏ các cation Ca$^{2+}$ và Mg$^{2+}$ ra khỏi nước.

1) Nước cứng là nước chứa nhiều cation Ca$^{2+}$ và Mg$^{2+}$. ⇒ Đúng.

(2) Nước chứa ít hoặc không chứa các cation Ca$^{2+}$ và Mg$^{2+}$ được gọi là nước mềm. ⇒ Đúng.

(3) Soda, nước vôi trong, sodium phosphate có tác dụng làm mềm nước cứng. ⇒ Sai.

Vì: Nước vôi trong Ca(OH)$_{2}$ làm mất tính cứng tạm thời của nước; không làm mất tính cứng vĩnh cửu của nước.

(4) Phương pháp trao đổi ion làm giảm được cả tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu của nước. ⇒ Đúng.

(5) Sự đóng cặn calcium carbonate trong dụng cụ đun nước hay trong đường ống dẫn nước là một dấu hiệu của việc sử dụng nước cứng. ⇒ Đúng.

Sử dụng lượng soda phù hợp có thể làm mất tính cứng toàn phần của nước.

Vì nước cứng toàn phần chứa các chất như: Ca(HCO$_{3}$)$_{2}$, Mg(HCO$_{3}$)$_{2}$, MgSO$_{4}$, CaSO$_{4}$, MgCl$_{2}$, CaCl$_{2}$. Mà soda (Na$_{2}$CO$_{3}$) có thể tạo kết tủa với các cation Ca$^{2+}$ và Mg$^{2+}$để loại bỏ các cation này ra khỏi nước theo phương trình hóa học:

Ca$^{2+}$(aq) + (aq) ⟶ CaCO$_{3}$(s)

Mg$^{2+}$(aq) + (aq) ⟶ MgCO$_{3}$(s)

a) Để kiểm chứng xem lớp cặn màu trắng đó có phải là calcium carbonate (CaCO$_{3}$) ta dùng thí nghiệm sau:

- Lấy một ít cặn trắng đó cho vào cốc thủy tinh. Sau đó cho thêm một lượng giấm ăn (CH$_{3}$COOH) vào rồi lắc đều.

- Nếu thấy lớp cặn tan và có sủi bọt khí làm tắt que đóm đang cháy thì lớp cặn trắng đó có calcium carbonate.

CaCO$_{3}$(s) + 2CH$_{3}$COOH(aq) ⟶ (CH$_{3}$COO)$_{2}$Ca(aq) + CO$_{2}$(g) + H$_{2}$O(l)

b)

• Cách tiến hành để loại bớt cation Ca$^{2+}$ có trong nguồn nước sinh hoạt của nhà bạn Hà trước khi nấu:

+ Dùng một lượng soda vừa đủ.

+ Dùng máy lọc nước có vật liệu trao đổi ion.

• Cách tiến hành để làm sạch lớp cặn calcium carbonate ở đáy của ấm đun nước.

+ Sử dụng chanh hoặc giấm: Đổ nước vào ấm sau đó cho vào vài lát chanh tươi hoặc vài thìa giấm. Đun sôi, để nguội sau đó rửa bằng nước sạch.

a) 3MgSO$_{4}$(aq) + 2Na$_{3}$PO$_{4}$(aq) ⟶ Mg$_{3}$(PO$_{4}$)$_{2}$(s) + 3Na$_{2}$SO$_{4}$

b) MgSO$_{4}$(aq) + Ca(OH)$_{2}$(aq) ⟶ Mg(OH)$_{2}$(s) + CaSO$_{4}$(s)

c) Ca(HCO$_{3}$)$_{2}$(aq) CaCO$_{3}$(s) + H$_{2}$O(l) + CO$_{2}$(g)

d) Ca(OH)$_{2}$(aq) + 2HCl(aq) ⟶ CaCl$_{2}$(aq) + 2H$_{2}$O(l)

Phản ứng a và c được sử dụng để làm mềm nước cứng vì làm giảm nồng độ của các cation Ca$^{2+}$ và Mg$^{2+}$ trong nước bằng cách tạo kết tủa.

Phản ứng b mặc dù cũng tạo kết tủa với cation Mg$^{2+}$, tuy nhiên CaSO$_{4}$ là chất ít tan, vẫn tan một phần trong nước là tăng nồng độ cation Ca$^{2+}$ trong nước.