Властивості s-металів та їх сполук (стр. 8 из 10)
4.2 Усунення жорсткості води
Усуненням жорсткості води, або пом‘якшенням води називається з метою руйнування чи видалення шкідливих солей, що зумовлюють жорсткість. Усунення жорсткості - це складова частина водопідготовки - комплексу заходів з обробки природної води, що використовуються для технічних і технологічних потреб. Водопідготовка здійснюється за допомогою спеціальних методів, що поділяються на механічні, хімічні та фізико-хімічні.
Механічний метод, який застосувується на першому етапі, полягає у тому, що із води шляхом відстоювання і фільтрації видаляються механічні домішки.
Хімічний метод реалізується, по-перше, при кип’ятінні води - у випадку гідрокарбонатної жорсткості, про що вже згадувалося раніше. По-друге, - при карбонатній жорсткості - через додавання до води певних реагентів, що вступають у хімічну взаємодію із забруднюючими речовинами і осаджують їх у вигляді нерозчинних сполук. Один із шляхів - додавання до води гашеного вапна Сa (OH) 2 чи соди Na2CO3, під час чого протікають реакції
CaSO4 (тв) + Na2CO3 (р-н) -CaCO3 (тв) ↓+ Na2SO4 (р-н),
Ca (HCO3) 2 (р-н) + Сa (OH) 2 (р-н) -CaCO3 (тв) ↓+ 2H2O (p),
MgSO4 (р-н) + Сa (OH) 2 (р-н) -Mg (OH) 2 (тв) ↓+ CaSO4 (тв) ↓.
Для видалення йонів Ca2+ і Mg2+ також застосовують фосфати лужних металів Na3PO4, буру Na2B4O7, поташ K2CO3 тощо. Наприклад:
3MgSO4 (р-н) + 2Na3PO4 (р-н) -Mg3 (PO4) 2 (тв) ↓ + 3Na2SO4 (р-н),
Ca (HCO3) 2 (р-н) +Na2B4O7 (р-н) -CaB4O7 (тв) ↓ + 2NaHCO3 (р-н),
CaSO4 (тв) + K2CO3 (р-н) -CaCO3 (тв) ↓+ К2SO4 (р-н).
Фізико-хімічні методи базуються на зворотному осмосі та електродіалізі, а також на використанні іоннообмінних властивостей деяких природних і синтетичних високомолекулярних матеріалів, які за природою йонів, що обмінюються, поділяються на катіоніти і аніоніти.
Рисунок 3 - Моделі катіоніта і аніоніта
Органічні та неорганічні іоніти нерозчинні у воді. Вони являють собою тримірний каркас, в який включені групи атомів, що несуть позитивний (у катіонітах) чи негативний (в аніонітах) заряд (рис.3).
| атіоніти - це найчастіше алюмосилікати приблизного складу Na2 [Al2Si2O8] ·nH2O, а також органічні смоли, які мають у своєму складі рухливі, здатні до обміну, катіони Н+ - їх позначають загальною формулою HR. Для пом’якшання воду пропускають через колону, заповнену шаром катіоніту, де проходять реакції йонного обмінуNa2 [Al2Si2O8· (H2O) n] + Ca (HCO3) 2 ↔↔ 2NaHCO3 +Ca [Al2Si2O8· (H2O) n],Na2 [Al2Si2O8· (H2O) n] + CaSO4↔↔Na2SO4 + Ca [Al2Si2O8· (H2O) n].У деяких випадках необхідно видалити з води не тільки катіони Ca2+ і Mg2+, але й аніони. Тоді використовують аніоніти, в яких обмінними групами є гідроксильні йони ОН-, що містяться на поверхні йонообмінної смоли.Якщо пропускати природну жорстку воду спочатку через катінообмінну колону (рис.4), а потім - через аніонообмінну, то вдається одержати майже повністю очищену воду.Катіонообмінна реакція:2HR + Ca2+-CaR2 + 2H+.Аніонообмінна реакція:2ROH + SO42-- R2SO4 + 2OH-. |  Рисунок 4 - Схема катіонитної колони |
5. Тестові питання для самоперевірки
1. Чим визначається належність елементів до s-електронної родини?
а) атомною массою; б) порядковим номером;
в) кількістю енергетичних рівнів;
г) знаходженням всіх валентних електронів на зовнішньому s-підрівні.
2. Завдяки якому явищу залізо може існувати в α-, β-, γ - і δ-модифікаціях?
а) алотропія; б) ізотопія; в) поліморфізм; г) ізомерія.
3. До якої родини за природним походженням належить барій?
а) лужні; б) лужноземельні; в) рідкоземельні; г) поширені.
4. Зазначте найважчий метал.
а) Os; б) Cu; в) Pb; г) Hg.
5. Якою є температура, вище якої плавляться метали тугоплавкої групи?
а) >1000oC; б) >1350oC; в) >1800oC; г) >1500oC.
6. Метали виявляють таку характерну ознаку: підвищена хімічнастійкість відносно окиснювальних і агресивних реагентів. До якої класифікаційної групи належать такі метали?
а) рідкі; б) розсіяні; в) благородні; г) інертні.
7. Нижче якої величини повинна бути густина металу, щоб віднести його до групи легких металів?
а) <3,5г/см3; б) <5,0г/см3; в) <3,0г/см3; г) <5,3г/см3.
8. До якої групи металів належать технецій 43Tc, прометій 61Pm, полоній 84Poі всіметали з більшими, ніж у полонія атомними номерами?
а) рідкоземельні; б) рідкі; в) радіоактивні; г) розсіяні.
9. Назвіть найлегкоплавкіший метал.
а) Fr; б) Cs; в) Ga; г) Hg.
10. Який метал є найлегшим?
а) Li; б) Na; в) Mg; г) Al.
11. Які ступені окисненя можуть виявляти s-метали ІІ групи у сполуках?
а) +1; б) +2; в) -1; г) -2.
12. Які s-елементи не належать до металів?
а) Na, K; б) H, He; в) Sr, Sc; г) Fr, Ra.
13. Якими є значення стандартних електродних потенціалів для лужних металів?
а) < -2,5B; б) > -2,5B; в) >-0,43B; г) < -3,5B.
14. Яка властивість металічного зв’язку забезпечує теплопровідність металів?
а) ненасиченість; б) багатоелектронність;
в) багатоцентровість; г) ненапрямленість.
15. Що є причиною високих температур плавлення та великої механічної міцності d-металів?
а) утворення валентними електронами напрямленого ковалентного зв’язку між сусідніми атомами;
б) ненасиченність металічного зв’язку;
в) щільність пакування елементарної кристалічної комірки; г) наявність електронного газу, що переміщується по всьому кристалу металу.
16. Чим пояснити, що s-метали у природі ніколи не зустрічаються у вільному стані?
а) великими розмірами ефективних радіусів s-металів;
б) значеннями термодинамічних функцій;
в) тим, що атоми s-металів містять на зовнішньому енергетичному рівні по 1-2 електрони;
г) високою хімічною активністю s-металів і найсильнішими відновними властивостями.
17. Чому s-метали неможливо виділити із водних розчинів у вільному стані?
а) способи добування s-металів пов’язані з їх виділенням із розплавів;
б) s-метали мають великі негативні значення електродних потенціалів;
в) для s-металів притаманні металічні зв’язки у чистому вигляді;
г) атоми s-металів містять на зовнішньому енергетичному рівні по 1-2 електрони.
18. Як змінюються величини першого потенціалу йонізації s-металів?
а) збільшуються по групі зверху вниз;
б) зменшуються по групі зверху вниз;
в) від Liдо Naзменшуються, а потім зростають;
г) від Liдо Naзростають, а потім зменшуються.
19. Як пояснити існування у газуватому стані ковалентних молекул Na2, Cs2?
а) у газоподібному стані відсутня металічна кристалічна решітка, тому валентні електрони, щоскладали електронний газ, вивільняються для утворення ковалентних зв’язків;
б) зв’язки утворюються делокалізованими валентними електронами, які утримують разом позитивно заряджені йони;
в) всі s-метали мають на зовнішньому енергетичному рівні по одному-два електрони і можуть легко їх віддавати;
г) чим вище значення потенціалу йонізації, тим сильнішоє є поляризувальна дія катіону і тим вищою є його схільність до утворення ковалентних зв’язків.
20. Вкажіть метал, що не належить до лужних:
а) Ca; б) Sr; в) Mg; г) Ba.
21. Атоми яких металів містять незаповнений (n-1) d-енергетичний підрівень?
а) Li; б) Be; в) Cs; г) Mg.
22. Який метал дає фіолетове забарвлення при внесенні його парів у вогонь?
а) К; б) Li; в) Na; г) Cs.
23. Всі лужні метали у вільному стані - сріблясто-білі речовини, крім одного, у якого золотаве забарвлення. Який це метал?
а) Li; б) K; в) Rb; г) Cs.
24. Чому лужні метали неможливо використовувати як конструкційні матеріали?
а) атоми лужних металів мають великі радіуси;
б) лужні метали дуже м’які, пластичні, легко ріжуться ножем;
в) для лужних металів характерні низькі значення потенціалів йонізації;
г) лужні метали у вільному стані майже не утворюють ковалентних зв’язків.
25. Як можна одержати оксиди калію та натрію?
а) при безпосередній взаємодії металу з киснем;
б) тільки при нагріванні суміші пероксиду з надлишком металу при повній відсутності кисню;
в) при розкладанні гідроксиду;
г) при розкладанні нітрату.
26. Який лужний метал здатний взаємодіяти з азотом навіть при кімнатній температурі?
а) Li; б) Na; в) K; г) Rb.
27. З якою органічною сполукою лужні метали не вступають у взаємодію?
а) CH3COOH; б) HCOOH; в) CH3CH2OH; г) C5H12.
28. Зазначте формулу нітриду натрію.
а) NaNO2; б) Na3N; в) NaNO3; г) NaNH2.
29. Чим пояснюється зменшення температур плавлення для солей типу Me (NO3) 2і MeCO3зі збільшенням порядкового номера металу?
а) зменшуюються ефективні радіуси йонів Ме2+;
б) збільшується міцність зв’язків у солях;
в) збільшуються енергії кристалічних решіток;
г) зростає атомна маса металів.
30. Який метал взаємодіє з водою за схемою
2 Ме + 2Н2О - 2МеОН + Н2?
а) Ca; б) Sr; в) Cs; г) Mg.
31. Який s-метал утворює гідриди при безпосередній взаємодії з воднем за схемою Мe+H2-MeH2?
а) жоден; б) Ве; в) Са; г) всі.
32. Який метал при безпосередньому окисненні киснем дає оксид?