Определение временной и постоянной жесткости воды по количеству реагентов, необходимых для устранения жесткости

Пример 3. Для устранения общей жесткости по известково-содовому методу к 50 л воды добавлено 7,4 г Сa(OH)₂ и 5,5 г Na₂CO₃. Рассчитайте временную и постоянную жесткость воды.

Решение. Добавление к воде Сa(OH)₂ может устранить временную жесткость, а добавление Na₂CO₃ – постоянную жесткость. При добавлении этих реагентов к воде происходят следующие химические реакции:

Me(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = MeCO₃↓ + CaCO₃↓ + 2H₂O,

Me(NO₃)₂ + Na₂CO₃ = MeCO₃↓ +2NaNO₃,

где Ме²⁺: Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ и др.

Временную жесткость воды (Ж_вр, ммоль/л) измеряют количеством гидроксида кальция, участвующего в реакции, а постоянную жесткость (Ж_пост) − количеством карбоната натрия.

M(Сa(OH)₂) = M / 2 = 74,02 / 2 = 37,04 моль/л;

М(Na₂CO₃) = M / 2 = 106,00 / 2 = 53,0 моль/л;

Ж_вр = 7400 / (37,04 ∙ 50) = 4 ммоль/л;

Ж_пост = 5300 / (53,0 ∙ 50) = 2 ммоль/л.

Общая жесткость воды равна:

Ж_общ = Ж_вр + Ж_пост = 4 + 2 = 6 ммоль/л.

Определение общей (Ж_общ), временной жесткости (карбонатной, Ж_вр) и постоянной (некарбонатной, Ж_пост) воды по объему трилона Б и соляной кислоты, пошедших на титрование образца воды

Пример 4. Определите общую, карбонатную и некарбонатную жесткость воды, если на титрование ее 100 мл потребовалось 8 мл 0,1 н. раствора трилона Б и 5 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты.

Решение. Общую и карбонатную жесткость воды можно определить методом титрования. Для определения общей жесткости производится комплексонометрическое титрование пробы анализируемой воды раствором двузамещенной натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б) в щелочной среде (рН 8−10) в присутствии индикатора (наиболее часто используют эриохром четный Т или мурексид). Карбонатная жесткость определяется кислотно-основным титрованием воды раствором соляной кислоты в присутствии индикатора метилового оранжевого, фиксируется переход желтой окраски в оранжевую.

Расчет жесткости воды ведется по закону эквивалентов:

где V_в – объем анализируемой пробы воды, мл;

V_т – объем титрующего раствора, мл;

– нормальность титрующего раствора, моль/л.

После подстановки заданных значений получим:

Ж_пост = Ж_общ – Ж_вр = 8 – 5 = 3 ммоль/л.

Определение жесткости и солесодержания воды

Пример 5. Анализ воды показал, что в ней содержатся гидрокарбонат кальция Ca(HCO₃)₂ массой 1386 мг, хлорид кальция CaCl₂ массой 610 мг, хлорид натрия NaCl массой 480 мг. Объем воды составил 5 л. Определите общую жесткость и солесодержание воды.

Решение. Общая жесткость воды – суммарная концентрация ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ , выраженная в ммоль/л.

Молярные массы эквивалентов солей, обусловливающих жесткость воды:

M(Ca(HCO₃)₂) = 162,11 г/моль, Mэ(Ca(HCO₃)₂) = 162,11 / 2 = 81,05 г/моль;

M(CaCl₂) = 111,0 г/моль, Mэ(CaCl₂) = 111,0 / 2 = 55,5 г/моль.

Общая жесткость воды равна:

Солесодержание – суммарная концентрация растворенных в воде солей, выраженная в г/л:

Определение жесткости и солесодержания воды после

Na-катионирования

Пример 6.Природная вода имеет следующие исходные показатели качества: общая жесткость 5,15 ммоль/л, солесодержание 0,47 г/л. Солевой состав воды: 1386 мг Ca(HCO₃)₂, 500 мг MgCl₂ ,480 мг NaCl. Объем воды 5 л. Определите жесткость и солесодержание после Na-катионирования.

Решение. При Na-катионировании исходная вода пропускается через слой Na-катионита. При этом ионы Ca²⁺ и Mg²⁺ из природной воды обмениваются на ионы Na⁺ из катионита:

2R⁻Na⁺ + Ca²⁺ R₂⁻Ca²⁺ + 2Na⁺,

2R⁻Na⁺ + Mg²⁺ R₂⁻Mg²⁺ + 2Na⁺.

Обмен происходит по закону эквивалентов:

.

Молярные массы эквивалентов солей жесткости и солей натрия:

M(Ca(HCO₃)₂) = 162,11 г/моль, M_э(Ca(HCO₃)₂) = 162,11 / 2 = 81,05 г/моль;

M(MgCl₂) = 95,21 г/моль, M_э(MgCl₂) = 95,21  / 2 = 47,62 г/моль;

M_э(NaHCO₃) = 84 г/моль, M_э(NaCl) = 58,5 г/моль.

Тогда солесодержание Na-катионированной воды будет определяться содержанием в воде солей Na⁺:

Как видим, после полного Na-катионирования воды ее солесодержание осталось примерно, как в исходной воде. Жесткость воды стала практически нулевой.