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

Câu 45: B
Ca(HCO${}_3$)${}_2$ + 2NaOH → CaCO${}_3$↓ + Na${}_2$CO${}_3$ + 2H${}_2$O
Dùng bazơ mạnh vừa đủ là một trong những cách có thể cải tạo nước cứng tạm thời

Dãy gồm các chất đều có thể làm mất tính cứng tạm thời của nước là: $Ca(OH{)}_2$, $N{a}_{3}P{O}_4$, $N{a}_{2}C{O}_3$.
$M^{2+}+O{H}^{-}+HC{O}_3^{-}\to MC{O}_3+H_{2}O$
$M^{2+}+C{O}_3^{2-}\to MC{O}_3$
$3M^{2+}+2P{O}_4^{3-}\to M_3(P{O}_4{)}_2$
($M^{2+}$ là $M{g}^{2+}$, $C{a}^{2+}$)

(AI giải đề cho tôi)
Nước cứng tạm thời chứa muối hiđrocacbonat Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2. Có thể làm mềm bằng cách đun sôi hoặc dùng Ca(OH)2: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O; Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaCO3↓ + 2H2O. Trong các đáp án, chỉ Ca(OH)2 dùng được để làm mềm nước cứng tạm thời (KNO3, KCl không tác dụng, MgCl2 gây cứng vĩnh viễn).

(AI giải đề cho tôi)
Nước có tính cứng vĩnh cửu do chứa muối Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$ (sunfat, clorua) không bị loại bằng đun sôi. Na${}_3$PO${}_4$ được dùng làm mềm nước vì ion PO${}_4^{3-}$ tạo kết tủa không tan với Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$: $3C{a}^{2+}+2P{O}_4^{3-}\to C{a}_3(P{O}_4{)}_2\downarrow$. Các chất HCl, KNO${}_3$, NaCl không tạo kết tủa với Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$ nên không làm mềm nước cứng vĩnh cửu. Đáp án khớp với đáp án chính thức 46D.

(Đáp án chính thức: 0,62 — Hướng dẫn giải, trang 10)
Nhựa cationite chứa nhóm chức $-S{O}_{3}X$, mỗi nhóm chứa 1 nguyên tử S. Số mol S trong 500 g nhựa: $n_S=\frac{7,94\%\times 500}{32}=1,240625$ mol. Theo phản ứng trao đổi ion $M^{2+}+2R\text{-}S{O}_{3}X\to (R\text{-}S{O}_3{)}_{2}M+2X^{+}$, mỗi mol ion $M^{2+}$ ($M{g}^{2+}$ hoặc $C{a}^{2+}$) cần 2 nhóm $-S{O}_3$, nên tổng số mol ion tối đa loại bỏ được: $x=\frac{1,240625}{2}=0,62$ mol.

(AI giải đề cho tôi) Nước cứng chứa ion $C{a}^{2+}$. Thêm $N{a}_{2}C{O}_3$ sẽ kết tủa ion $C{a}^{2+}$: $C{a}^{2+}+C{O}_3^{2-}\to CaC{O}_3\downarrow$, đồng thời $HC{O}_3^{-}$ bị chuyển thành kết tủa $CaC{O}_3$, do đó nước được làm mềm. NaCl, $Ca(N{O}_3{)}_2$ và HCl không loại bỏ được ion $C{a}^{2+}$ (HCl chỉ chuyển $HC{O}_3^{-}$ thành $C{O}_2$ nhưng không khử độ cứng do $C{a}^{2+}$ còn lại dưới dạng $CaC{l}_2$).

Đáp án 0,62

$$n_S=\frac{7,94\%.500}{32}=1,240625mol$$

$$M^{2+}+2R\text{-}S{O}_{3}X\to (R\text{-}S{O}_3{)}_{2}M+2X^{+}$$

$$0,62mol1,240625mol$$

Thể tích nước cần xử lí:
400 m³ = 400000 L
Nước ban đầu có:
[Ca${}^{2+}$] = 2,2 mmol/L
[HCO${}_3^{-}$] = 1,6 mmol/L
Giai đoạn 1: Cho vôi
Vôi CaO vào nước tạo Ca(OH)${}_2$:
CaO + H${}_2$O → Ca(OH)${}_2$
Để chuyển vừa hết HCO${}_3^{-}$ thành CO${}_3^{2-}$, cần OH${}^{-}$ theo tỉ lệ:
HCO${}_3^{-}$ + OH${}^{-}$ → CO${}_3^{2-}$ + H${}_2$O
Vì 1 mol Ca(OH)${}_2$ tạo 2 mol OH${}^{-}$, nên số mol Ca(OH)${}_2$ cần dùng cho mỗi lít là:
n${}_{Ca(OH{)}_2}$ = 1,6 : 2 = 0,8 mmol/L
Tức là cần 0,8 mmol CaO cho mỗi lít nước.
Số mol CaO cần cho 400000 L nước:
n${}_{CaO}$ = 0,8 × 400000 = 320000 mmol = 320 mol
Khối lượng CaO nguyên chất:
m${}_{CaO}$ = 320 × 56 = 17920 g = 17,92 kg
Vôi chứa 84% CaO nên khối lượng vôi cần dùng:
m vôi = 17,92 : 84\% ≈ 21,33 kg
Sau giai đoạn 1, lượng Ca${}^{2+}$ còn lại trong nước là:
2,2 + 0,8 - 1,6 = 1,4 mmol/L
Giải thích: ban đầu có 2,2 mmol/L Ca${}^{2+}$, vôi bổ sung thêm 0,8 mmol/L Ca${}^{2+}$, còn 1,6 mmol/L Ca${}^{2+}$ kết tủa dưới dạng CaCO${}_3$.
Giai đoạn 2: Cho soda
Yêu cầu sau xử lí còn không quá 0,1 mmol/L Ca${}^{2+}$.
Vậy lượng Ca${}^{2+}$ cần kết tủa bằng Na${}_2$CO${}_3$ là:
1,4 - 0,1 = 1,3 mmol/L
Phản ứng:
Ca${}^{2+}$ + CO${}_3^{2-}$ → CaCO${}_3$
Vì Na${}_2$CO${}_3$ cung cấp CO${}_3^{2-}$, nên lượng Na${}_2$CO${}_3$ cần theo lí thuyết là:
1,3 mmol/L
Để yêu cầu lấy dư 5%, nên lượng Na${}_2$CO${}_3$ thực tế là:
1,3 × 1,05 = 1,365 mmol/L
Số mol Na${}_2$CO${}_3$ cần cho 400000 L nước:
n${}_{N{a}_{2}C{O}_3}$ = 1,365 × 400000 = 546000 mmol = 546 mol
Khối lượng Na${}_2$CO${}_3$ nguyên chất:
m${}_{N{a}_{2}C{O}_3}$ = 546 × 106 = 57876 g = 57,876 kg
Soda chứa 98% Na${}_2$CO${}_3$ nên khối lượng soda cần dùng:
m soda = 57,876 : 98\% ≈ 59,06 kg
Tổng khối lượng vôi và soda cần dùng:
m = 21,33 + 59,06 ≈ 80,39 kg
Làm tròn đến hàng phần mười:
→ Đáp án: 80,4 kg

Đáp số: 10
Số mol của ion $N{a}^{+}$ là: $\frac{200\cdot 150}{58,5}(mol)$
Vậy mol $C{a}^{2+}$ và $M{g}^{2+}$ là: $\frac{200\cdot 150}{58,5\cdot 2}(mol)$
Vậy độ cứng là: $\frac{200\cdot 150}{58,5\cdot 2\cdot 50\cdot 10^3\cdot 0,5\cdot 10^{-3}}=10,25\approx 10$
Đáp án: A. 10

Vậy mol Ca${}^{2+}$ và Mg${}^{2+}$ là: $\frac{200.150}{58,5.2}$ (mol)

Vậy độ cứng là: $\frac{200.150}{58,\mathrm{5.2.50.1}{0}^3.0,5.10^{-3}}=10,25$

Đáp số: 10

(AI giải đề cho tôi)
Nước cứng toàn phần chứa cả ion Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$ do muối sunfat, clorua và hiđrocacbonat. Để làm mềm nước cứng toàn phần cần hóa chất kết tủa được cả Ca${}^{2+}$ và Mg${}^{2+}$: Na${}_2$CO${}_3$ tác dụng tạo kết tủa CaCO${}_3$ và MgCO${}_3$ (Ca${}^{2+}$ + CO${}_3^{2-}$ → CaCO${}_3$↓; Mg${}^{2+}$ + CO${}_3^{2-}$ → MgCO${}_3$↓). Ca(OH)${}_2$ chỉ làm mềm nước cứng tạm thời (loại hiđrocacbonat); HCl và NaCl không kết tủa Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$. Đáp án nguồn (bảng đáp án trang 12, Câu 54 = C) khớp với kết quả giải độc lập.

(AI giải đề cho tôi) Nước cứng tạm thời chứa muối Ca(HCO${}_3$)${}_2$, Mg(HCO${}_3$)${}_2$ có thể được làm mềm bằng cách đun nóng hoặc bằng Ca(OH)${}_2$, NaOH, Na${}_2$CO${}_3$. NaCl không tác dụng loại bỏ muối cứng tạm thời nên không được dùng.

(AI giải đề cho tôi)
Trong 10 lít nước, gọi số mol Ca${}^{2+}$ là $x$. Na${}_3$PO${}_4$ 0,2M·100 ml cho $0,02$ mol PO${}_4^{3-}$, tạo kết tủa Ca${}_3$(PO${}_4$)${}_2$; HCO${}_3^{-}$ bị OH${}^{-}$ chuyển thành CO${}_3^{2-}$ tạo kết tủa CaCO${}_3$.

Gọi $y$ mol CaCO${}_3$ (M = 100) và $z$ mol Ca${}_3$(PO${}_4$)${}_2$ (M = 310):
$$100y+310z=6,1$$
$$y+3z=x$$

PO${}_4^{3-}$ hết: $3z=0,02\Rightarrow z=0,02/3$... thực tế khối lượng cho hệ nhất quán với $z=0,01$ mol (dùng hết 0,02 mol PO${}_4^{3-}$ vì mỗi Ca${}_3$(PO${}_4$)${}_2$ chứa 2 PO${}_4^{3-}$: $2z=0,02$). Khi đó:
$$100y+310(0,01)=6,1\Rightarrow y=0,03\text{ mol}$$
$$x=y+3z=0,03+0,03=0,06{\text{ mol Ca}}^{2+}$$

Nồng độ Ca${}^{2+}$: $0,06/10=6$ mmol/lít. Số đơn vị độ cứng: $6/0,5=12,0$.

Vậy chọn B, khớp với đáp án nguồn.

Chọn B
Ca${}^{2+}$ + HCO${}_3^{-}$ + OH${}^{-}$ → CaCO${}_3$↓ + H${}_2$O và 3Ca${}^{2+}$ + 2PO${}_4^{3-}$ → Ca${}_3$(PO${}_4$)${}_2$↓
x x 0,03 0,02 0,01
nên m${}_{k\acute{\hat{e}}ttủa}$ = 100.x + 310.0,01 = 6,1 nên x = 0,03
C${}_M$ (Ca${}^{2+}$) = (x+0,03): 10 = (0,03 + 0,03): 10 = 0,006 mol/lít hay 6 milimol/lít
Số đơn vị độ cứng của nước bằng: 6 : 0,5 = 12

(AI giải đề cho tôi)
Nước cứng tạm thời chứa muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2; nước cứng vĩnh cửu chứa muối CaSO4, CaCl2, MgSO4... Na2CO3 tác dụng với cả hai loại: với nước cứng tạm thời: Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaHCO3; với nước cứng vĩnh cửu: CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4 (tương tự với Mg2+). Nhờ CO3^2- kết tủa Ca2+, Mg2+ dưới dạng CaCO3, MgCO3 nên Na2CO3 làm mềm được cả nước cứng tạm thời lẫn vĩnh cửu. NaOH chỉ làm mềm nước cứng tạm thời (Ca(HCO3)2 + 2NaOH → CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O) và với nước cứng vĩnh cửu tạo Na2SO4 vẫn còn Ca2+ dạng khác... thực tế NaOH không loại được triệt để muối cứng vĩnh cửu mà chỉ dùng kết hợp; Ca(OH)2 chỉ dùng cho nước cứng tạm thời. Đáp án khớp đáp án nguồn: D.

(AI giải đề cho tôi) Nước chứa cả ion Ca²⁺, Mg²⁺ (gây độ cứng) và HCO₃⁻ (cứng tạm thời) lẫn SO₄²⁻ (cứng vĩnh cửu) nên là nước cứng toàn phần.

(AI giải đề cho tôi)
Mẫu nước chứa cả HCO${}_3^{-}$ (gây cứng tạm thời, do Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$ kết hợp với HCO${}_3^{-}$) và SO${}_4^{2-}$ (gây cứng vĩnh cửu, do Ca${}^{2+}$, Mg${}^{2+}$ kết hợp với SO${}_4^{2-}$). Nước chứa đồng thời cả cứng tạm thời và cứng vĩnh cửu được gọi là nước cứng toàn phần. Vậy đáp án là C, trùng với đáp án nguồn.

Nước cứng là nước chứa nhiều các cation $C{a}^{2+}$ và $M{g}^{2+}$.

(AI giải đề cho tôi)
Nước cứng tạm thời do muối hiđrocacbonat của Ca${}^{2+}$ và Mg${}^{2+}$ gây ra, tức chứa anion $\mathrm{HC}{\mathrm{O}}_3^{-}$ (có thể đun nóng để loại: $\mathrm{Ca}(\mathrm{HC}{\mathrm{O}}_3{)}_2\stackrel{{\mathrm{t}}^0}{\to }\mathrm{CaC}{\mathrm{O}}_3\downarrow +\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$). Nước cứng vĩnh cửu chứa $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4^{2-}$ và $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$. C là cation, không phải anion. Đáp án khớp với nguồn: A.

(AI giải đề cho tôi)
Mẫu nước cứng chứa Ca^{2+}, Mg^{2+} (cứng vĩnh cửu do Cl^-, SO_4^{2-} và cứng tạm thời do HCO_3^-). Na_2CO_3 làm mềm nước vì kết tủa cả Ca^{2+} và Mg^{2+}: Ca^{2+} + CO_3^{2-} → CaCO_3↓; Mg^{2+} + CO_3^{2-} → MgCO_3↓. HCl và H_2SO_4 chỉ loại HCO_3^- (cứng tạm thời) mà không loại được cứng vĩnh cửu; NaHCO_3 không kết tủa ion cứng. Đáp án khớp với đáp án nguồn 45-B.