Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Nước cứng và làm mềm nước (Hóa học Lớp 12)

(AI giải đề cho tôi)
Tính cứng vĩnh cửu của nước do các muối của Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$ (trừ muối hiđrocacbonat gây cứng tạm thời) tạo nên. Trong các lựa chọn, chỉ có $MgC{l}_2$ và $CaS{O}_4$ là muối của Ca, Mg không phải hiđrocacbonat, nên chúng gây tính cứng vĩnh cửu. Các đáp án A, B, C chứa muối Na, K nên không gây cứng nước. Đáp án D khớp với đáp án tham khảo (Câu 50: D).

(AI giải đề cho tôi)
Nước cứng vĩnh cửu chứa ion $C{a}^{2+}$, $M{g}^{2+}$ dưới dạng muối sunfat hoặc clorua, không thể làm mềm bằng đun sôi. Muối $N{a}_{2}C{O}_3$ làm mềm được cả nước cứng tạm thời lẫn vĩnh cửu vì $C{O}_3^{2-}$ kết tủa $C{a}^{2+}$, $M{g}^{2+}$: $C{a}^{2+}+C{O}_3^{2-}ightarrowCaC{O}_{3}downarrow$; $M{g}^{2+}+C{O}_3^{2-}ightarrowMgC{O}_{3}downarrow$. Các chất NaCl, $NaN{O}_3$, $N{a}_{2}S{O}_4$ không tạo kết tủa với $C{a}^{2+}$, $M{g}^{2+}$ nên không làm mềm nước cứng. Đáp án khớp với đáp án nguồn (57C).

Đun nóng nước cứng tạm thời thu được kết tủa, vì nước cứng tạm thời chứa muối $Ca(HC{O}_3{)}_2$:
$Ca(HC{O}_3{)}_2⟶CaC{O}_3+C{O}_2+H_{2}O$

(AI giải đề cho tôi)
Nước cứng tạm thời chứa ion Ca²⁺ và HCO₃⁻. Các dung dịch Na₂CO₃, Ca(OH)₂, Na₃PO₄ đều có thể kết tủa Ca²⁺ (tạo CaCO₃ hoặc Ca₃(PO₄)₂) nên làm mềm được nước cứng. Ví dụ: Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O; Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaHCO₃. Dung dịch HCl chỉ phản ứng với HCO₃⁻ tạo CO₂ và CaCl₂ tan, ion Ca²⁺ vẫn còn trong nước nên không làm mềm nước cứng tạm thời. Đáp án D, khớp với đáp án nguồn.

Mẫu nước có Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$ nên dùng Na${}_2$CO${}_3$ để kết tủa ion kim loại:
Ca${}^{2+}$ + CO${}_3^{2-}$ → CaCO${}_3$↓
Mg${}^{2+}$ + CO${}_3^{2-}$ → MgCO${}_3$↓
Vậy hóa chất phù hợp là Na${}_2$CO${}_3$.

(AI giải đề cho tôi)
Tính cứng tạm thời của nước gây ra bởi các muối hiđrocacbonat của Ca${}^{2+}$ và Mg${}^{2+}$, tức là $Ca(HC{O}_3{)}_2$ và $Mg(HC{O}_3{)}_2$, vì khi đun nóng chúng bị phân hủy thành kết tủa $CaC{O}_3$/$MgC{O}_3$ nên có thể loại bỏ bằng cách đun sôi: $Ca(HC{O}_3{)}_2\stackrel{t^o}{\to }CaC{O}_3\downarrow +C{O}_2+H_{2}O$. Các muối $MgC{l}_2$, $CaC{l}_2$, $MgS{O}_4$, $CaS{O}_4$ gây tính cứng vĩnh cửu (không loại bỏ được bằng đun nóng), còn $NaHC{O}_3$, $KHC{O}_3$ không chứa Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$ nên không gây độ cứng. Kết quả khớp với đáp án nguồn: C.

Hướng dẫn: Gọi thể tích nước cứng xử lý được là x m${}^3$. Ta có: $n_S=\frac{1000.14,4\%}{32}=4,5$ mol. Do hiệu suất là 60%: $n_S^{pu}=4,5.60\%=2n_{M^{2+}}\Rightarrow n_{M^{2+}}=1,35$ mol. Nước cứng 150 nghĩa là 0,0015M được hạ về nước độ cứng 60 nghĩa là: 0,0006M. $x.10^3.(0,0015-0,0006)=1,35\Rightarrow x=1,5$ m³

(AI giải đề cho tôi)
Nước cứng tạm thời chứa muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2. Có thể làm mềm bằng cách đun sôi hoặc dùng Na3PO4: 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6NaHCO3, loại bỏ ion Ca2+, Mg2+ gây cứng. HCl, NaNO3, NaCl không loại được ion Ca2+/Mg2+. Đáp án khớp với bảng đáp án nguồn (65B).

Chọn đáp án C. Nguyên tắc làm mềm nước cứng là làm giảm nồng độ của $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$ và $\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$ bằng cách dùng các chất tạo kết tủa như $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$, ${\mathrm{K}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4$…hoặc đun nóng… Với nước cứng vĩnh cửu có thể dùng các chất như $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$ hoặc ${\mathrm{K}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4$ vì khi đó xảy ra phản ứng tạo kết tủa $$\{\begin{array}{l}\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}\\ \mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}\end{array}+\{\begin{array}{l}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{2-}\\ \mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{3-}\end{array}⟶\{\begin{array}{l}\mathrm{MgC}{\mathrm{O}}_3,\mathrm{CaC}{\mathrm{O}}_3\\ \mathrm{C}{\mathrm{a}}_3(\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4{)}_2,\mathrm{M}{\mathrm{g}}_3(\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4{)}_2\end{array}$$

(AI giải đề cho tôi)
Nước cứng vĩnh cửu chứa ion Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$ dưới dạng muối sunfat (CaSO${}_4$, MgSO${}_4$) không bị loại bỏ khi đun sôi. Để làm mất tính cứng, cần dùng Na${}_2$CO${}_3$ vì CO${}_3^{2-}$ kết tủa Ca${}^{2+}$ và Mg${}^{2+}$: CaSO${}_4$ + Na${}_2$CO${}_3$ → CaCO${}_3$↓ + Na${}_2$SO${}_4$; MgSO${}_4$ + Na${}_2$CO${}_3$ → MgCO${}_3$↓ + Na${}_2$SO${}_4$. Các chất HCl, NaCl, NaNO${}_3$ không tạo kết tủa với Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$ nên không làm mất tính cứng. Kết quả khớp với đáp án nguồn (Câu 8: C).

Dùng lượng Ca(OH)${}_2$ vừa đủ có khả năng cải tạo nước cứng tạm thời (do có chứa gốc HCO${}_3^{-}$)

Chọn B.
$$C{a}^{2+}+C{O}_3^{2-}\to CaC{O}_3$$
0,02 0,02
$$O{H}^{-}+HC{O}_3^{-}\to C{O}_3^{2-}+H_{2}O$$
0,02 0,02
$$3C{a}^{2+}+2P{O}_4^{3-}\to C{a}_3(P{O}_4{)}_2$$
0,03 0,02
Vậy trong 10 lít nước có 0,05 mol Ca²⁺ ⟹ trong 1 lít có 0,005 mol. Trong 1 lít nước có 0,5 milimol = 0,0005 mol Ca²⁺ ⟹ Số đơn vị độ cứng đó là 0,005/0,0005 = 10.

Dung dịch là nước cứng vĩnh cửu, nên được cải thiện bằng Na${}_2$CO${}_3$ hoặc Na${}_3$PO${}_4$

Nhựa cationite giữ lại $C{a}^{2+}$, $M{g}^{2+}$ và giải phóng $N{a}^{+}$ hoặc $H^{+}$ vào nước. Đây là phương pháp trao đổi ion. Chọn A.

Calcium hydrogencarbonate có công thức $Ca(HC{O}_3{)}_2$.

(AI giải đề cho tôi)
Nước có tính cứng tạm thời chứa muối hiđrocacbonat như Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2. Khi đun nóng, các muối này bị phân hủy: Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O, do đó có thể làm mềm bằng cách đun nóng. Trong các đáp án, NaOH cũng có thể làm mềm nước cứng tạm thời vì phản ứng: Ca(HCO3)2 + 2NaOH → CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O (và Mg(HCO3)2 + 4NaOH → Mg(OH)2↓ + Na2CO3 + 2H2O), loại bỏ ion Ca2+, Mg2+ ra khỏi nước. Các chất còn lại không phù hợp: CaCO3 không tan, không tác dụng loại ion cứng; MgCl2 và Fe(OH)2 không làm mềm nước mà chính chúng là nguồn gây cứng. Đáp án đúng là C, khớp với đáp án nguồn (53C).

Nước cứng vĩnh cửu có thể làm mềm bằng Na${}_3$PO${}_4$.
3Ca${}^{2+}$ + 2PO${}_4^{3-}$ → Ca${}_3$(PO${}_4$)${}_2$
3Mg${}^{2+}$ + 2PO${}_4^{3-}$ → Mg${}_3$(PO${}_4$)${}_2$

Đáp án D
Cặn bám vào ấm đun nước gây ra thất thoát nhiệt trong quá trình đun nóng; đây là một trong những tác hại của nước cứng. Để loại bỏ lớp cặn này ta dùng giấm ăn theo phương trình:
$$CaC{O}_3+2C{H}_{3}COOH⟶(C{H}_{3}COO{)}_{2}Ca+H_{2}O+C{O}_2$$

Chọn A
Bảo toàn diện tích (mỗi Mg${}^{2+}$ được thay bằng 1Ca${}^{2+}$):
CM (Ca${}^{2+}$) = (0,0004.2 + 0,00042 + 0,0003)/2 = 7,6.10^-4 mol/l = 0,76 mmol/l
Độ cứng = mCaCO${}_3$/lit = 0,76.100 = 76 mg/l

(AI giải đề cho tôi)
Nước cứng vĩnh cửu chứa muối Ca²⁺, Mg²⁺ (chủ yếu SO₄²⁻, Cl⁻) không bị loại khi đun sôi. Na₂CO₃ làm kết tủa Ca²⁺, Mg²⁺: Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓; Mg²⁺ + CO₃²⁻ → MgCO₃↓, do đó làm mất tính cứng của nước cứng vĩnh cửu. NaCl, NaNO₃ không phản ứng với Ca²⁺/Mg²⁺; HCl không tạo kết tủa. Đáp án khớp với đáp án nguồn (45.D).