Nước cứng: phân loại, tác hại, cách làm mềm nước cứng, nhận biết và bài tập có đáp án Hóa 12
Nước cứng là nước chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+. Bài viết phân loại nước cứng tạm thời, vĩnh cửu và toàn phần, tác hại, các phương pháp làm mềm nước cứng bằng đun sôi, Ca(OH)2, Na2CO3, trao đổi ion, ví dụ tính toán và bài tập có đáp án Hóa 12.
Nước cứng là gì?
Nước cứng là nước có chứa nhiều cation $\ce{Ca^{2+}}$ và $\ce{Mg^{2+}}$; ngược lại nước mềm chứa rất ít hoặc không chứa các ion này. Nước giếng khoan, nước suối ở vùng núi đá vôi thường là nước cứng. Dùng nước cứng lâu dài gây cặn và giảm hiệu quả của xà phòng.
Phân loại nước cứng
| Loại | Anion đi kèm | Đặc điểm |
|---|---|---|
| Tạm thời | $\ce{HCO3-}$ ($\ce{Ca(HCO3)2}$, $\ce{Mg(HCO3)2}$) | Mất tính cứng khi đun sôi |
| Vĩnh cửu | $\ce{Cl-}$, $\ce{SO4^{2-}}$ ($\ce{CaCl2}$, $\ce{MgSO4}$...) | Không mất tính cứng khi đun sôi |
| Toàn phần | Cả hai loại anion | Gồm tạm thời và vĩnh cửu |
Tác hại: tạo cặn đá vôi trong nồi hơi, ống dẫn gây tắc, giảm hiệu suất truyền nhiệt, có thể nổ nồi hơi; xà phòng tạo kết tủa, ít bọt; làm thức ăn lâu chín và giảm mùi vị; để lại cặn trên đồ dùng.
Cách làm mềm nước cứng
| Phương pháp | Phương trình | Áp dụng |
|---|---|---|
| Đun sôi | $\ce{Ca(HCO3)2 ->[t] CaCO3 v + CO2 + H2O}$ | Nước cứng tạm thời |
| Dùng $\ce{Ca(OH)2}$ vừa đủ | $\ce{Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 -> 2CaCO3 v + 2H2O}$ | Nước cứng tạm thời |
| Dùng $\ce{Na2CO3}$ hoặc $\ce{Na3PO4}$ | $\ce{Ca^{2+} + CO3^{2-} -> CaCO3 v}$; $\ce{Mg^{2+} + CO3^{2-} -> MgCO3 v}$ | Cả tạm thời và vĩnh cửu |
| Trao đổi ion | Nhựa trao đổi cation thay $\ce{Ca^{2+}}$, $\ce{Mg^{2+}}$ bằng $\ce{Na+}$ hoặc $\ce{H+}$ | Mọi loại nước cứng |
Ví dụ 1
Đun sôi nước chứa $0{,}01$ mol $\ce{Ca(HCO3)2}$. Tính khối lượng kết tủa.
$n_{\ce{CaCO3}} = 0{,}01$ mol nên $m = 1$ g.
Ví dụ 2
Tính khối lượng $\ce{Na2CO3}$ cần để làm mềm hoàn toàn nước chứa $0{,}02$ mol $\ce{Ca^{2+}}$ và $0{,}01$ mol $\ce{Mg^{2+}}$ ($M = 106$).
$n_{\ce{CO3^{2-}}} = 0{,}03$ mol nên $m = 0{,}03 \cdot 106 = 3{,}18$ g.
Ví dụ 3
Nước chứa $\ce{Ca^{2+}}$, $\ce{Cl-}$ có thể làm mềm bằng cách đun sôi không?
Không, vì đó là nước cứng vĩnh cửu; cần dùng $\ce{Na2CO3}$ hoặc trao đổi ion.
Xem bài: Hợp chất của sodium và calcium
Nhận biết nước cứng
Thêm dung dịch xà phòng vào mẫu nước: nước cứng tạo ít bọt và có kết tủa trắng đục. Dùng dung dịch $\ce{Na2CO3}$ hoặc $\ce{Na3PO4}$ để định tính: có kết tủa trắng là nước cứng.
Những lỗi thường gặp
Bài tập thực hành
- Nước cứng là gì? Nêu hai tác hại.
- Phân biệt nước cứng tạm thời và vĩnh cửu.
- Viết phương trình làm mềm nước chứa $\ce{MgCl2}$ bằng $\ce{Na2CO3}$.
- Cần bao nhiêu mol $\ce{Ca(OH)2}$ vừa đủ để làm mềm nước chứa $0{,}02$ mol $\ce{Ca(HCO3)2}$?
- Nêu hai cách làm mềm nước cứng toàn phần.
Đáp án
- Nước chứa nhiều $\ce{Ca^{2+}}$, $\ce{Mg^{2+}}$; tạo cặn trong nồi hơi và làm giảm tác dụng xà phòng.
- Tạm thời chứa $\ce{HCO3-}$ và mất tính cứng khi đun; vĩnh cửu chứa $\ce{Cl-}$, $\ce{SO4^{2-}}$ và không mất khi đun.
- $\ce{MgCl2 + Na2CO3 -> MgCO3 v + 2NaCl}$.
- $\ce{Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 -> 2CaCO3 + 2H2O}$ nên cần $0{,}02$ mol $\ce{Ca(OH)2}$.
- Dùng $\ce{Na2CO3}$ hoặc $\ce{Na3PO4}$; trao đổi ion bằng nhựa.
Tổng kết
Bài học liên quan
Bài trước: Hợp chất quan trọng của sodium và calcium
Xem tất cả bài học chủ điểm Kim loại nhóm IA, IIA và nước cứng
Câu hỏi thường gặp
Nước cứng là gì?
Nước chứa nhiều ion $\ce{Ca^{2+}}$ và $\ce{Mg^{2+}}$.
Nước cứng tạm thời làm mềm thế nào?
Đun sôi hoặc dùng $\ce{Ca(OH)2}$ vừa đủ.
Nước cứng vĩnh cửu làm mềm thế nào?
Dùng $\ce{Na2CO3}$, $\ce{Na3PO4}$ hoặc trao đổi ion.
Nước cứng có hại gì?
Tạo cặn, tắc ống, giảm hiệu quả giặt rửa.