Nước cứng là gì (chi tiết nhất)

Bài viết Nước cứng là gì lớp 12 chi tiết nhất là kiến thức có trong chương trình Hóa học 12 giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm về Nước cứng.

Nước cứng là gì (chi tiết nhất)

1. Nước cứng là gì?

- Nước trong tự nhiên như nước mặt (nước sông, suối, ao, hồ,...) và nước ngầm thường hòa tan muối của nhiều ion kim loại như Ca²⁺, Mg²⁺.

- Nước chứa nhiều ion Ca²⁺ và Mg²⁺ được gọi là nước cứng. Nước chứa ít hoặc không chứa các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ được gọi là nước mềm.

2. Kiến thức mở rộng

2.1. Phân loại nước cứng

- Căn cứ vào thành phần của anion gốc acid tạo muối với ion Ca²⁺ và Mg²⁺, nước cứng được phân làm ba loại: nước có tính cứng tạm thời, nước có tính cứng vĩnh cửu và nước có tính cứng toàn phần.

- Nước tự nhiên thường có tính cứng toàn phần, tức là có cả tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu.

2.2. Tác hại của nước cứng

  Nước cứng ảnh hưởng nhiều đến các hoạt động trong sản xuất và đời sống.

  Một số ví dụ về tác hại của nước cứng:

  - Nồi hơi dễ bị đóng cặn gây tốn nhiên liệu và không an toàn.

  - Đường ống dẫn nước dễ bị đóng cặn làm giảm lưu lượng nước hoặc tắc đường ống.

  - Giặt bằng xà phòng sẽ tạo ra muối tí tan bám vào quần áo, xà phòng tạo tí bọt, tốn xà phòng, quần áo mau hỏng.

  - Nấu ăn bằng nước cứng làm cho thực phẩm lâu chín, giảm mùi vị.

2.3. Làm mềm nước cứng

  Nguyên tắc làm mềm nước cứng là làm giảm nồng độ các cation Ca²⁺ và Mg²⁺ trong nước cứng. Có hai phương pháp làm mềm nước cứng phổ biến: chuyển các cation Ca²⁺ và Mg²⁺ vào hợp chất không tan (phương pháp kết tủa) và thay thế những cation này bằng các cation khác (phương pháp trao đổi ion).

a) Phương pháp kết tủa

- Khi đun sôi nước cứng, muối Ca(HCO₃)₂ ­và Mg(HCO₃)₂ bị phân huỷ tạo ra muối không tan, làm mất tính cứng tạm thời của nước.

Ví dụ:

Mg(HCO₃)₂(aq) $\stackrel{{\text{t}}^{\text{0}}}{\to }$ MgCO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(l)

- Dùng Ca(OH)₂ với lượng vừa đủ để phản ứng với muối Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂ tạo ra hợp chất không tan, làm mất tính cứng tạm thời của nước.

Ví dụ:

Ca(HCO₃)₂(aq) + Ca(OH)₂(aq) $\to$ 2CaCO₃(s) + 2H₂O(l)

- Dùng Na₂CO₃ hoặc Na₃PO₄ để làm mất tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu của nước.

Ví dụ:

MgSO₄(aq) + Na₂CO₃(aq) $\to$ Na₂SO₄(aq) + MgCO₃(s)

Mg(HCO₃)₂(aq) + Na₂CO₃(aq) $\to$ 2NaHCO₃ (aq) + MgCO₃(s)

3CaCl₂(aq) + 2Na₃PO₄(aq) $\to$ 6NaCl(aq) + Ca₃(PO₄)₂(s)

  b) Phương pháp trao đổi ion

- Vật liệu có khả năng trao đổi một số ion trong thành phần cấu tạo của chúng với các ion có trong dung dịch gọi là vật liệu trao đổi ion.

- Các vật liệu trao đổi ion thường dùng trong xử lí nước cứng là các vật liệu polymer có khả năng trao đổi cation, thường gọi là nhựa cationite. Khi nước cứng chảy qua cột chứa nhựa trao đổi ion, các ion Ca²⁺, Mg²⁺ trong nước sẽ bị hấp thụ và ở lại trên cột, đồng thời các cation như Na⁺, H⁺ được giải phóng từ cột vào nước.

3. Bài tập minh họa

Câu 1. Nước cứng không gây tác hại nào sau đây?

A. Làm giảm khả năng tẩy rửa của xà phòng, làm cho quần áo mau mục nát.

B. Gây lãng phí nhiên liệu và mất an toàn cho các nồi hơi, làm tắc các đường ống nước nóng.

C. Gây ngộ độc cho nước uống.

D. Làm hỏng dung dịch pha chế, làm thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị của thực phẩm.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Nước cứng không gây ngộ độc cho nước uống. Nước cứng giảm khả năng tẩy rửa của xà phòng, làm cho quần áo mau mục nát, gây lãng phí nhiên liệu và mất an toàn cho các nồi hơi, làm tắc các đường ống nước nóng, làm hỏng dung dịch pha chế, làm thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị của thực phẩm.

Câu 2. Nước cứng gây nhiều tác hại trong đời sống và sản xuất như đóng cặn đường ống dẫn nước, làm cho xà phòng có ít bọt khi giặt quần áo, làm giảm mùi vị thực phẩm khi nấu ăn. Nước cứng là nước có chứa nhiều các ion

A. Ca²⁺ và Mg²⁺.            

B. Cl⁻ và $S{O}_4^{2-}$.             

C. $HC{O}_3^{-}$ và Cl⁻.           

D. Na⁺ và K⁺.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Nước cứng là nước có chứa nhiều các ion Ca²⁺ và Mg²⁺.

Câu 3. Cho các nhận định sau về tác hại của nước cứng:

(1) làm giảm bọt khi giặt quần áo bằng xà phòng;

(2) làm đường ống dẫn nước đóng cặn, giảm lưu lượng nước;

(3) làm thức ăn lâu chín và giảm mùi vị;

(4) làm nồi hơi phủ cặn, gây tốn nhiên liệu và có nguy cơ gây nổ.

Số nhận định đúng là

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Nước cứng có các tác hại: làm giảm bọt khi giặt quần áo bằng xà phòng; làm đường ống dẫn nước đóng cặn, giảm lưu lượng nước; làm thức ăn lâu chín và giảm mùi vị; làm nồi hơi phủ cặn, gây tốn nhiên liệu và có nguy cơ gây nổ.

Câu 4. Phát biểu nào dưới đây không đúng?

A. Nước cứng là nước chứa nhiều cation Ca²⁺ và Mg²⁺.

B. Nước chứa ít hoặc không chứa các cation Ca²⁺ và Mg²⁺ được gọi là nước mềm.

C. Soda, nước vôi trong, sodium phosphate có tác dụng làm mềm nước cứng.

D. Phương pháp trao đổi ion làm giảm được cả tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu của nước.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

C. Sai vì nước vôi trong (dung dịch Ca(OH)₂) chỉ làm mất tính cứng tạm thời của nước mà không làm mất tính cứng vĩnh cửu của nước.

Câu 5. Loại nước nào sau đây không phải là nước cứng?

A. Nước có chứa nhiều ion Ca²⁺.

B. Nước có chứa nhiều ion Ca²⁺, Mg²⁺, $HC{O}_3^{-}$.

C. Nước có chứa nhiều ion Na⁺, Cu²⁺, $HC{O}_3^{-}$.

D. Nước có chứa ít ion Ca²⁺ nhưng chứa nhiều ion Mg²⁺.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Đáp án: C vì theo định nghĩa nước cứng là nước có chứa nhiều ion Ca²⁺ và Mg²⁺.

Câu 6. Cho các phát biểu sau:

(a) Nước có chứa nhiều ion $HC{O}_3^{-}$ được gọi là nước có tính cứng tạm thời.

(b) Có thể làm mềm nước có tính cứng tạm thời bằng cách đun sôi nước.

(c) Có thể loại bỏ một phần tính cứng của nước có tính cứng vĩnh cửu bằng cách dùng một lượng vừa đủ Ca(OH)₂.

(d) Không thể dùng cách đun sôi để loại bỏ hoàn toàn tính cứng của nước có chứa các ion sau: Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^-, HCO₃^-, $S{O}_4^{2-}$.

(e) Nước cứng có thể là nguyên nhân gây nổ nồi hơi.

Những phát biểu đúng là

A. (a), (b), (c).

B. (b), (d), (e).

C. (a), (b), (e).

D. (c), (d), (e).

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Những phát biểu đúng: b, d, e.

(a) Sai vì nước có chứa nhiều ion $HC{O}_3^{-}$ mà không chứa hoặc chứa rất ít Ca²⁺, Mg²⁺ thì không phải là nước  cứng.

(b) Đúng

(c) Sai vì dùng Ca(OH)₂ không làm giảm tổng nồng độ của Ca²⁺, Mg²⁺  có trong nước có tính cứng vĩnh cửu.

(d) Đúng vì đun sôi chỉ loại bỏ được một phần tính cứng của nước có chứa các ion sau: Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^-, HCO₃^-, $S{O}_4^{2-}$

(e) Đúng vì nước cứng có thể gây đóng cặn CaCO₃, MgCO₃ trong nồi hơi tạo thành lớp cách nhiệt ngay dưới đáy nồi, làm cản trở quá trình dẫn nhiệt từ đó có thể gây hiện tượng nổ nồi hơi.

Câu 7. Phát biểu nào không đúng khi nói về tác hại của nước cứng?

A. Khi pha trà, cafe bằng nước cứng sẽ làm giảm hương vị của trà, cafe.

B. Nước cứng gây hiện tượng đóng cặn trong bình nước nóng gây tốn điện, lâu ngày làm hỏng thanh đốt, gây tắc ống dẫn.

C. Giặt quần áo bằng nước cứng, quần áo nhanh bị ố vàng, nhanh bị mục nát.

D. Sử dụng nước cứng làm nước uống, để nấu ăn sẽ bị ngộ độc.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

D. Sai vì nước cứng không gây ngộ độc cho người sử dụng

Câu 8. Cho một mẫu nước cứng chứa a mol Ca²⁺, b mol Mg²⁺, c mol $HC{O}_3^{-}$, d mol $S{O}_4^{2-}$. Phát biểu nào sau đây về mẫu nước cứng trên không đúng?

A. Mẫu nước trên có tính cứng toàn phần.

B. Dùng dung dịch Ca(OH)₂ có thể làm mềm hoàn toàn mẫu nước trên.

C. Mối quan hệ giữa a,b,c,d là: 2a + 2b = c + 2d

D. Dùng dung dịch có chứa 106(a + b) gam soda có thể làm mềm hoàn toàn mẫu nước trên.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

B. Sai vì dung dịch Ca(OH)₂ không làm mềm hoàn toàn (loại bỏ hoàn toàn Ca²⁺, Mg²⁺) nước có tính cứng toàn phần.

Câu 9. Tiến hành thí nghiệm với hai mẫu nước thu được kết quả như sau:

- Đun nóng: Cả hai mẫu đều có hiện tượng nước bị vẩn đục, để yên một thời gian thấy lắng cặn màu trắng.

- Lọc bỏ cặn, thêm tiếp dung dịch Na₂CO₃ ta thấy mẫu 1 không bị vẩn đục, mẫu 2 tiếp tục bị vẩn đục.

- Nhỏ dung dịch giấm ăn vào cặn trắng thấy cặn tan, sủi bọt khí. Khí sinh ra làm tắt que đóm đang cháy.

Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Mẫu 1 là nước có tính cứng tạm thời, mẫu 2 là nước có tính cứng vĩnh cửu.

B. Khi đun nóng hai mẫu nước trên đã xảy ra phản ứng nhiệt phân Ca(HCO₃)₂ tạo thành CaCO₃ không tan làm cho nước bị vẩn đục.

C. Dùng máy lọc nước có vật liệu trao đổi ion hoặc máy lọc nước RO (phương pháp thẩm thấu ngược) sẽ làm mềm được cả hai mẫu nước trên.

D. Bọt khí sinh ra khi cho giấm ăn tác dụng với cặn trắng đó là khí oxygen.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

A. Sai vì mẫu 2 là nước có tính cứng toàn phần.

B. Sai vì trong các mẫu nước đó có thể là Ca(HCO₃)₂ hoặc Mg(HCO₃)₂ hoặc cả hai. Vậy phản ứng có thể tạo thành CaCO₃, MgCO₃ hoặc cả hai.

C. Đúng.

D. Sai vì bọt khí sinh ra khi cho giấm ăn tác dụng với cặn trắng đó là khí carbon dioxide.

Câu 10. Cho các phát biểu sau đây:

a. Tất cả các loại nước cứng đều gây hiện tượng đóng cặn trong ấm đun nước, bình nước nóng.

b. Một mẫu nước giếng khoan khi mới bơm lên nước trong suốt, không màu. Để trong không khí một thời gian thấy xuất hiện lớp váng màu vàng, mùi tanh. Mẫu nước đó là nước có tính cứng tạm thời.

c. Khi gội đầu, nếu thấy hiện tượng dầu tạo bọt kém, tốn dầu gội. Tóc sau khi gội bị xơ, khô cứng thì nước đó là nước cứng.

d. Nước ngầm ở những vùng núi đá vôi, những nơi có mỏ thạch cao thường có độ cứng rất cao.

Số phát biểu đúng là

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

a. Sai vì nước có tính cứng vĩnh cửu khi đun nóng không gây hiện tượng đóng cặn.

b. Sai vì căn cứ vào hiện tượng trên không thể kết luận mẫu nước đó là nước cứng có tính cứng tạm thời. Mẫu nước trên là mẫu nước bị nhiễm sắt (iron) dưới dạng Fe²⁺. Khi tiếp xúc với không khí Fe²⁺ bị oxy hóa tạo thành hợp chất iron (III) có màu vàng, mùi tanh.

c. Đúng.

d. Đúng.

Câu 11. Độ cứng của nước cứng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như thành phần các nguyên tố hòa tan trong nước, độ pH, nhiệt độ; do vậy, một thang đo rất khó mô tả chính xác độ cứng của nước. Tuy nhiên độ cứng của nước có thể được phân loại như sau (độ cứng tính theo CaCO₃):

·  CaCO₃ <50 mg/L là nước mềm 

·  CaCO₃ ~ 150mg/L là nước cứng ở mức độ trung bình

·  CaCO₃ >300 mg/L là nước rất cứng, gây hại cho người sử dụng.

Tại Việt Nam, theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt QCVN 01-1:2018/BYT do Bộ Y tế ban hành kèm theo Thông tư số 41/2018/TT-BYT ngày 14 tháng 12 năm 2018, độ cứng tính theo CaCO₃ trong nước sinh hoạt có giới hạn tối đa là 300 mg/L.

Phân tích một mẫu ngầm ở tỉnh Phú Thọ cho kết quả về nồng độ Ca²⁺, Mg²⁺ như sau:

Cation	Ca2+	Mg2+
Nồng độ (mol/L)	3,0.10-3	1,2.10-4

Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Độ cứng của mẫu nước trên  tính theo CaCO₃ là 312 mg/L

B. Mẫu nước trên là nước rất cứng, độ cứng vượt quá Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt.

C. Có thể dùng lượng vừa đủ Ca(OH)₂ để loại bỏ hoàn toàn Ca²⁺, Mg²⁺ trong mẫu nước trên.

D. Để loại bỏ hoàn toàn Ca²⁺, Mg²⁺ trong 1m³ nước trên cần tối thiểu 330,72 gam sodium carbonate.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

A. Đúng vì độ cứng toàn phần của mẫu nước trên là 312 mg CaCO₃/L

Trong 1 lít nước: $m_{CaC{O}_3}=(n_{C{a}^{2+}}+n_{M{g}^{2+}}).100=$ $3,{12.10}^{-3}.100g=312mg$

B. Đúng.

C. Sai vì mẫu trên chưa biết thuộc loại nước cứng nào. Dùng Ca(OH)₂ chỉ có thể loại bỏ hoàn toàn Ca²⁺, Mg²⁺ trong nước có tính cứng tạm thời.

D. Đúng. $m_{N{a}_{2}C{O}_3}=(n_{C{a}^{2+}}+n_{M{g}^{2+}}){\mathrm{.106.10}}^3$ $=3,{12.10}^{-3}{\mathrm{.106.10}}^{3}g=330,72g$

Câu 12. Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Khi đun sôi ta có thể loại được độ cứng tạm thời của nước.

B. Có thể dùng HCl hoặc Ca(OH)₂ với lượng vừa đủ để làm mềm nước có tính cứng tạm thời.

C. Các hóa chất: NaOH, Na₂CO₃, Na₃PO₄, Ca(OH)₂ đều có thể làm mềm được nước có tính cứng tạm thời.

D. Vật liệu trao đổi ion có thể làm mềm tất cả các loại nước cứng.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

B. Sai vì HCl không làm mềm được nước cứng (dùng HCl biến nước có tính cứng tạm thời thành nước có tính cứng vĩnh cửu)

Xem thêm các bài viết về định nghĩa & khái niệm môn Hóa học hay, chi tiết khác:

• Phương pháp thủy luyện là gì

• Nước cứng tạm thời là gì

• Nước cứng toàn phần là gì

• Nước cứng vĩnh cửu là gì

• Phức chất là gì

• Kim loại chuyển tiếp dãy thử nhất là gì

---