Bài 19. Nước cứng và làm mềm nước cứng trang 63,64

19.1

Những loại nước nào sau đây không phải là nước cứng?

(a) Nước có chứa nhiều ion Ca²⁺.

(b) Nước có chứa nhiều ion Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃^-.

(c) Nước có chứa ít ion Ca²⁺, Mg²⁺.

(d) Nước có chứa ít ion Ca²⁺ nhưng chứa nhiều ion Mg²⁺.

(e) Nước có chứa nhiều ion Na⁺, Cu²⁺, HCO₃^-.

Phương pháp giải:

Dựa vào khái niệm của nước cứng.

Lời giải chi tiết:

Đáp án: (c) và (e) vì theo định nghĩa nước cứng là nước có chứa nhiều ion Ca²⁺ và Mg²⁺.

19.2

Những phát biểu nào sau đây về nước cứng tạm thời là đúng?

(a) Chứa nhiều ion HCO₃^-.

(b) Chỉ chứa 2 loại cation Ca²⁺, Mg²⁺.

(c) Có thể loại bỏ tính cứng tạm thời của nước bằng cách dùng lượng vừa đủ Ca(OH)₂ hoặc Na₂CO₃.

(d) Không gây nhiều tác hại như nước có tính cứng vĩnh cửu hoặc nước có tính cứng toàn phần.

(e) Có thể được làm mềm bằng phương pháp trao đổi ion.

Phương pháp giải:

Dựa vào khái niệm nước cứng tạm thời.

Lời giải chi tiết:

(a) Sai vì nước chứa nhiều ion HCO₃^- mà không chứa hoặc chứa rất ít cation Ca²⁺, Mg²⁺ thì đó không phải là nước cứng.

(b) Sai vì trong nước cứng vẫn có thể có các cation khác ngoài Ca²⁺, Mg²⁺.

(c) Đúng: Dùng Ca(OH)₂ hoặc Na₂CO₃ với lượng vừa đủ có thể loại bỏ tính cứng tạm thời của nước.

(d) Sai vì nước có tính cứng tạm thời còn có nhiều tác hại hơn nước có tính cứng vĩnh cửu hoặc nước có tính cứng toàn phần (gây đóng cặn trong nồi hơi, bình nước nóng, ống đẫn nước nóng…)

(e) Đúng vì phương pháp trao đổi ion làm mềm được tất cả các loại nước cứng.

19.3

Đặc điểm nào sau đây là đặc điểm chung của nước có tính cứng vĩnh cửu và nước có tính cứng toàn phần?

A. Đều có thể làm mềm bằng Na₃PO₄.

B. Đều không có chứa anion HCO₃^-.

C. Đều bị mất một phần tính cứng khi đun sôi nước.

D. Thành phần anion giống nhau.

Phương pháp giải:

Dựa vào các biện pháp làm mềm nước cứng.

Lời giải chi tiết:

Na₃PO₄ với lượng vừa đủ có thể làm mềm được các loại nước cứng

                                               3Ca²⁺(aq) +   2PO₄^3-(aq)  →  Ca₃(PO₄)₂ (s).

                                               3Mg²⁺(aq) +   2PO₄^3-(aq)  →  Mg₃(PO₄)₂ (s).

19.4

Những phát biểu nào sau đây đúng?

(a) Nước có chứa nhiều ion HCO₃^- được gọi là nước có tính cứng tạm thời.

(b) Có thể làm mềm nước có tính cứng tạm thời bằng cách đun sôi nước.

(c) Có thể loại bỏ một phần tính cứng của nước có tính cứng vĩnh cửu bằng cách dùng một lượng vừa đủ Ca(OH)₂.

(d) Không thể dùng cách đun sôi để loại bỏ hoàn toàn tính cứng của nước có chứa các ion sau: Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^-, HCO₃^-, SO₄^2-.

(e) Nước cứng có thể là nguyên nhân gây nổ nồi hơi.

Phương pháp giải:

Dựa vào các biện pháp làm mềm nước cứng.

Lời giải chi tiết:

Những phát biểu đúng: b, d, e.

(a) Sai vì nước có chứa nhiều ion HCO₃^- mà không chứa hoặc chứa rất ít Ca²⁺, Mg²⁺ thì không phải là nước  cứng.

(b) Đúng

(c) Sai vì dùng Ca(OH)₂ không làm giảm tổng nồng độ của Ca²⁺, Mg²⁺  có trong nước có tính cứng vĩnh cửu.

(d) Đúng vì đun sôi chỉ loại bỏ được một phần tính cứng của nước có chứa các ion sau: Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^-, HCO₃^-, SO₄^2-.

(e) Đúng vì nước cứng có thể gây đóng cặn CaCO₃, MgCO₃ trong nồi hơi tạo thành lớp cách nhiệt ngay dưới đáy nồi, làm cản trở quá trình dẫn nhiệt từ đó có thể gây hiện tượng nổ nồi hơi.

19.5

Dùng dung dịch Ca(OH)₂ với lượng vừa đủ có thể làm mềm nước có tính cứng tạm thời, giải thích và viết phương trình hóa học của phản ứng (nếu có)

Phương pháp giải:

Dựa vào tính cứng.

Lời giải chi tiết:

Nước có tính cứng tạm thời là nước có chứa các muối Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂. Nếu dùng dung dịch Ca(OH)₂ với lượng vừa đủ có thể kết tủa hoàn toàn ion Mg²⁺, Ca²⁺ có trong nước có tính cứng tạm thời.

     Ca(HCO₃)₂(aq) +   Ca(OH)₂(aq) →  2CaCO₃ (s) + 2H₂O.

     Mg(HCO₃)₂(aq) +   2Ca(OH)₂(aq)  →  Mg(OH)₂ (s) + 2CaCO₃(s) + 2H₂O.

19.6

Hoàn thành bảng sau bằng cách điền dấu X vào ô ứng với thông tin đúng.

Phương pháp giải:

Dựa vào các biện pháp làm mềm nước cứng.

Lời giải chi tiết:

19.7

Một mẫu nước cứng có nồng độ các ion Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, SO₄^2-  và HCO₃^-  tương ứng là: 1,2 mM; 3,0 mM; 1,0 mM; 0,6 mM; 0,1 mM và x mM (1 mM = 1 mmol.L^-1), ngoài ra không chứa các ion nào khác.

a) Có thể làm mất tính cứng của loại nước này khi đun sôi hay không?

b) Tính tổng khối lượng chất tan còn lại sau khi đun sôi kĩ 2 lít mẫu nước cứng này. Giả sử các muối CaCO₃, MgCO₃ hầu như không tan trong nước.

Phương pháp giải:

Dựa vào bảo toàn điện tích.

Lời giải chi tiết:

a) Bảo toàn điện tích ta có: x = 1,2 + 3,0.2 + 1,0.2 - 0,6 - 0,1.2 = 8,4mM

Khi đun sôi xảy ra các phản ứng:

                  2HCO₃^-(aq)   CO₃^2-(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)

                     8,4mM       →       4,2mM

                  CO₃^2-(aq)   +   M²⁺(aq) ®  MCO₃(s)  (M²⁺là Ca²⁺, Mg²⁺)

                   4,0mM    ←    4,0mM

Như vậy, sau khi đun sôi nếu các phản ứng xảy ra hoàn toàn thì toàn bộ ion Ca²⁺, Mg²⁺ bị kết tủa hết. Vì vậy khi đun sôi có thể làm mất tính cứng của loại nước này.

b) Trong 2 lít nước: Ta có số mmol các ion Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, SO₄^2-  và HCO₃^-  tương ứng là: 2,4;  6,0; 2,0; 1,2; 0,2 và 16,8.

Khi đun sôi kĩ 2 lít mẫu nước cứng này:

2HCO₃^-(aq)      CO₃^2-(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)

                    16,8 mmol       →       8,4 mmol

                  CO₃^2-(aq)    +      M²⁺(aq) ®  MCO₃(s)  (M²⁺là Ca²⁺, Mg²⁺)

                   8,0 mmol    ←    8,0 mmol

Trong dung dịch còn lại: Na⁺ (2,4 mmol), Cl^- (1,2 mmol), SO₄^2- (0,2 mmol) và CO₃^2- (0,4 mmol). Vậy khối lượng chất tan còn lại trong dung dịch là:

     m_ct = m _{các ion} = (2,4.23 + 1,2.35,5 + 0,2.96 + 0,4.60).10^-3 = 0,141 gam.