Съдържание

НОХ 2012, II кръг (областен), 10–12 клас — Задача 2

Оригинал на условието (PDF)Съобщи за грешка

Всички материали от НОХ 2012

МОМН, 44-та НАЦИОНАЛНА ОЛИМПИАДА ПО ХИМИЯ И ОПАЗВАНЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА – 2012 година. Областен кръг, 23-ти февруари. X-ти – XII-ти клас · 23 февруари 2012 г. · 25 т.

Условие

Твърдостта на вода се определя от съдържанието в нея на двузарядни катиони – главно калциеви и магнезиеви. Тези йони постъпват във водата при разтваряне на техни минерали, в наситени на въглероден диоксид подпочвени води. Основен източник на калций във водата е минералът калцит, Cal (CaCO $_3$ ), а на магнезий – минералът доломит, Dol (CaMg(CO $_3$ ) $_2$ ).

1. Колко е молното отношение $n(\mathrm{Mg^{2+}})/n(\mathrm{Ca^{2+}})$ :

а) Когато водата умива само доломит?

б) Когато водата умива смес Cal-Dol в масово отношение $m(\mathrm{Cal})/m(\mathrm{Dol}) = 2 : 1$ ?

Съотношението между разтворимостта ( $s$ , mol/L) на следните съединения е:

s(\mathrm{Ca(OH)_2}) : s(\mathrm{MgCO_3}) : s(\mathrm{Mg(OH)_2}) : s(\mathrm{CaCO_3}) = 160 : 91 : 2.4 : 1

[7 т.]

Разтварянето на тези минерали е обратим химичен процес. Той протича с участие на вода и въглероден диоксид и може да се представи със схемата: ( M e Ca или Mg)

\mathrm{MCO_3}(s) \longrightarrow \mathrm{M^{2+}} + \mathrm{CO_3^{2-}} \longrightarrow \mathrm{M^{2+}} + \mathrm{HCO_3^{-}}

2. Изразете процеса с едно изравнено химично уравнение. [4 т.]

При нагряване на „твърда вода” се получава така наречения „котлен камък”, който се отлага като твърд, здраво прилепващ материал по стените на тръби, бойлери, охладители, перални, домакински съдове и др. Котленият камък се състои главно от калциев карбонат и магнезиев хидроксид. Причината за тяхното получаване, принципно, е термичното разлагане на хидрогенкарбонатните йони.

3. Изразете с химични уравнения получаването на тези съединения от йоните, съдържащи се в твърда вода. [6 т.]

Твърдостта, причинена от карбонатни соли може да бъде намалена и водата да се омекоти, като се добави контролирано количество гасена вар (калциев хидроксид). Гасената вар утаява магнезиев хидроксид и превръща разтворения въглероден диоксид в карбонат, който утаява.

4. Изразете с изравнени химични уравнения двата процеса. [4 т.]

Отличителна особеност на омекотяването с гасена вар е, че се намалява не само съдържанието на магнезий, но и на калций, тъй като, освен добавения с гасената вар калций, се утаява и калций от твърдата вода.

5. Как ще обясните факта, че при добавяне на калциев хидроксид към твърда вода, съдържанието на калций в нея не се увеличава, а намалява? [4 т.]

Отговори

Решение

Задача 2 (25 т.)

а) $s(\mathrm{MgCO_3}) : s(\mathrm{CaCO_3}) = n(\mathrm{Mg^{2+}}) : n(\mathrm{Ca^{2+}}) = 91 : 1$ 2 т.

б) $n(\mathrm{Mg^{2+}}) : n(\mathrm{Ca^{2+}})$ е същото (91 : 1), 2 т.

защото разтворимостта не зависи от масата на веществото за разтваряне. 3 т.

$\begin{aligned} &\mathrm{MCO_3}(s) \rightleftarrows \mathrm{M^{2+} + CO_3^{2-}} \\ +\ &\mathrm{CO_3^{2-} + CO_2 + H_2O \rightleftarrows 2HCO_3^{-}} \\ \hline &\mathrm{MCO_3}(s) + \mathrm{CO_2 + H_2O \rightleftarrows M^{2+} + 2HCO_3^{-}} \end{aligned}$
4 т.
$\mathrm{Mg^{2+} + 2HCO_3^{-}} \xrightarrow{t^{\circ}} \mathrm{Mg(OH)_2}(s) + 2\mathrm{CO_2}(g)$ 3 т.

$\mathrm{Ca^{2+} + 2HCO_3^{-}} \xrightarrow{t^{\circ}} \mathrm{CaCO_3}(s) + \mathrm{CO_2}(g) + \mathrm{H_2O}$ 3 т.

$2\mathrm{Ca(OH)_2} + \underbrace{\mathrm{Mg^{2+} + 2HCO_3^{-}}} \longrightarrow 2\mathrm{CaCO_3}(s) + \mathrm{Mg(OH)_2}(s) + \mathrm{H_2O}$ (i) 1 т.

$\mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2} \dashrightarrow \mathrm{CaCO_3}(s) + \mathrm{H_2O}$ 3 т.

$\mathrm{Ca(OH)_2} + \underbrace{\mathrm{Ca^{2+} + 2HCO_3^{-}}} \dashrightarrow 2\mathrm{CaCO_3}(s) + 2\mathrm{H_2O}$ (ii) 1 т.

От уравнения (i) и (ii) следва, че при добавяне на гасена вар, съдържанието на калций в твърда вода не се увеличава, а намалява. 1 т.

А процесите (i) и (ii) протичат, защото CaCO $_3$ е по-малко разтворим от Ca(OH) $_2$ . 2 т.

Оригинал в Архива: Problems.pdf · официални решения: Solutions.pdf