4. Контрольное задание

Вариант контрольного задания выбирается в соответствии с последней цифрой номера зачетной книжки. Соответствующие ему номера вопросов и задач для решения указаны в таблице. Работы, выполненные не в соответствии с данными указаниями, к проверке приниматься не будут.

Таблица

Вариант	Вопрос	Задачи
1	1	1, 11, 30, 40
2	2	2, 12, 29, 39
3	3	3, 13, 28, 38
4	4	4, 14, 27, 37
5	5	5, 15, 26, 36
6	6	6, 16, 25, 35
7	7	7, 17, 24, 34
8	8	8, 18, 23, 33
9	9	9, 19, 22, 32
0	10	10, 20, 21, 31

Контрольные вопросы

1. Очистка медьсодержащих стоков.

2. Основные факторы, влияющие на процесс реагентной коагуляции загрязнений воды. Способы интенсификации процесса коагуляции.

3. «Углекислотное равновесие» в водах. Константа равновесия.

4. Жесткость воды. Карбонатная, некарбонатная, общая.

5. Умягчение воды. Способы умягчения воды. Известково-содовый метод умягчения воды.

6. Умягчение воды. Фосфатный метод умягчения воды.

7. Процессы обессоливания и опреснения воды.

8. Обезжелезивание сточных вод. Удаление ионов марганца из вод.

9. Химические способы удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод.

10. Физико-химические способы очистки хромсодержащих сточных вод

Контрольные задачи

Строение коллоидных частиц

Пример 1. Определение удельной и общей площади поверхности раздробленных частиц золя. Вычислите удельную поверхность и суммарную площадь поверхности частиц золя золота, полученного в результате дробления 0,5 г золота на частицы шарообразной формы с диаметром 7,0·10^-9 м. Плотность золота ρ = 19 320 кг/м³.

Решение. Под удельной поверхностью S_уд раздробленных частиц понимают суммарную площадь поверхности всех частиц вещества, общий объём которых составляет 1,0·10^-6м³. Удельная поверхность S_уд равна отношению площади поверхности раздробленных частиц S к объёму раздробленного вещества V:

S_уд=S/V

Если раздробленные частицы шарообразной формы, то S_уд=3/r,

где г - радиус шарообразной частицы.

Определяем объём, занимаемый 0,5 г золота:

Удельная поверхность раздробленных шарообразных частиц золота равна

Находим общую площадь поверхности S частиц золя золота.

S = S_удV = 0,86·10⁹·2,58·10^-8 = 22,2 м².

Пример 2. Определение заряда коллоидных частиц. Золь иодида серебра AgI получен при добавлении к 0,02 л 0,01 н. KI 0,028 л 0,005 н. AgNO₃. Определите заряд частиц полученного золя и напишите формулу его мицеллы.

Решение. При смешении растворов AgNO₃ и KI протекает реакция

AgNO₃ + KI = AgI + KNO₃

Определяем число грамм-эквивалентов AgNO₃ и KI участвующих в ре­акции:

AgNO₃ : 0,005 ·0,028 = 1,4 · 10^-4 г-экв.

KI : 0,02 · 0,01 = 2,0 · 10^-4 г-экв.

Расчет показывает, что в растворе избыток KI, следовательно, ядром коллоидных частиц золя иодида серебра будут адсорбироваться ионы I^- и частицы золя приобретают отрицательный заряд. Противоионами являются ионы К⁺. Формула мицеллы золя иодида серебра при условии избытка KI

{m[AgI] ; nI^- ; (n-x)K⁺}^- xK⁺

Пример 3. Определение минимального объёма электролита, необходимого для получения золя. Каков объём 0,002 н. BaCl₂ надо добавить к 0,03 л 0,0006 н. Al₂(SO₄)₃, чтобы получить положительно заряженные частицы золя сульфата бария. Напишите формулу мицеллы золя BaSO₄.

Решение. Образование золя BaSO₄ происходит по реакции

ЗВаС1₂ + Al₂(SO₄)₃ = ЗВаSО₄ + 2А1С1₃

Если вещества в реакции участвуют в стехиометрическом соотношении, то для реакции необходимо

раствора BaCl₂

Для получения положительных частиц золя BaSO₄ в растворе должен быть избыток хлорида бария по сравнению с сульфатом алюминия. Следовательно, для реакции нужно взять более 0,009 л 0,002 н. BaCl₂ Формула мицеллы золя сульфата бария

{m[BaSO₄]; n Ba²⁺ ; 2 (n - х) С1^-}⁺ 2xCl^-

Задачи

1. Определите удельную поверхность и суммарную площадь поверхности частиц золя серебра, полученного при дроблении 1,2 г серебра на частицы шарообразной формы с диаметром 1,0·10^-8 м. Плотность серебра 10 500 кг/м³.

2. Вычислите суммарную площадь поверхности шарообразных частиц золя ртути, с диаметром 2,5·10^-8 м. Золь получен дроблением 5,2 г ртути. Плотность ртути 13 546 кг/м³.

3. Рассчитайте суммарную площадь поверхности частиц золя сульфида мышьяка и число частиц в 0,5 л золя, если 1 л золя содержит 2,25 г As₂S₃. Частицы золя имеют форму кубиков с длиной ребра 1,2·10^-7 м. Плотность As₂S₃ равна 3506 кг/м³.

4. Аэрозоль получен распылением 0,5 кг угля в 1 м³ воздуха. Частицы аэрозоля имеют шарообразную форму, диаметр частицы 8· 10^-5 м. Определите удельную поверхность и число частиц в этом аэрозоле. Плотность угля 1,8 кг/м³.

5. При пропускании избытка сероводорода в раствор соли мышьяка (III) АsСl₃ получился золь сульфида мышьяка. Учитывая условия образования, напишите формулу мицеллы золя и определите знак его заряда.

6. Золь кремниевой кислоты Н₂SiO₃ был получен при взаимодействии растворов K₂SiO₃ и НСl. Напишите формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к катоду.

7. Напишите формулу мицеллы золя золота (ядро коллоидной частицы m[Аu]), полученного распылением золота в растворе NaAuO₂.

8. Составьте формулу мицеллы золя гидроксида алюминия, полученного при глубоком гидролизе сульфата алюминия.

9. Какой объём 0,008 н. AgNO₃ надо прибавить к 0,025 л 0,016н. KI, чтобы получить отрицательно заряженные частицы золя иодида серебра. Напишите формулу мицеллы.

10. Золь бромида серебра получен путём смешивания равных объёмов 0,008 н. КВr и 0,009 н. AgNO₃. Определите знак заряда частиц золя и напишите формулу мицеллы.

11. Какой объём 0,001 М FеС1₃ надо прибавить к 0,03,л 0,002 н. AgNO₃ , чтобы частицы золя хлорида серебра в электрическом поле двигались к аноду? Напишите формулу мицеллы золя.

12. Золь гидроксида железа получен путем смешения равных объемов 0,002 н. NaOH и 0,0003 н. Fe₂(SO₄)₃. Какой знак заряда имеют частицы золя? Составьте формулу мицеллы.

13. Какой объём 0,001 М AsCl₃ надо добавить к 0,02 л 0,003 М H₂S, чтобы не произошло образования золя сульфида мышьяка, а выпал осадок As₂S₃?

14. Какой объём 0,0025 М KI надо добавить к 0,035 л 0,003 н. Рb(NО₃)₂, чтобы получить золь иодида свинца и при электрофорезе противоионы двигались бы к аноду. Напишите формулу мицеллы золя.

15. Какой объём 0,005 н. AgNO₃ надо прибавить к 0,03 л 0,02н. NaCl, чтобы получить положительно заряженные частицы золя хлорида серебра. Напишите формулу мицеллы.

16. Золь сульфида кадмия получен смешиванием равных объёмов растворов 0, 002 н. Na₂S и 0, 0006 н. Сd(NО₃)₂. Какой знак заряда имеют частицы золя? Составьте формулу мицеллы.

17. Золь гидроксида алюминия получен путем смешения равных объёмов 0,004 н. NaOH и 0,0006 н. Al₂(SO₄)₃. Какой знак заряда имеют частицы золя? Составьте формулу мицеллы.

18. Золь гидроксида меди получен при сливании 0,1 л 0,05 н. NaOH и 0,25 л 0,001 н. Сu(NО₃)₂. Какой знак заряда имеют частицы золя? Составьте формулу мицеллы.

19. Какой объём 0,0025 М K₂S надо добавить к 0,035 л 0,003 н. ZnSO₄, чтобы получить золь сульфида цинка и при электрофорезе противоионы двигались бы к катоду. Напишите формулу мицеллы золя.

20. Золь гидроксида магния получен путем смешения равных объёмов 0,001 н. NaOH и 0,003 н. MgCl₂. Какой знак заряда имеют частицы золя? Составьте формулу мицеллы.

Коагуляция золей. Порог коагуляции электролитов

Пример 1. Вычисление порога коагуляции электролита с учётом его концентрации. В каждую из трех колб налито по 0,01 л золя хлорида серебра. Для коагуляции золя в первую колбу добавлено 0,002 л 1 н. NаNО₃ во вторую — 0,012 л 0,01 н. Са(NО₃)₂, а в третью — 0,007л 0,001 н. А1(NО₃)₃. Вычислите пороги коагуляции электролитов и определите знак заряда частиц золя.

Решение. Минимальное количество электролита, прибавляемого к золю, которое может вызвать коагуляцию золя, называется порогом коагуляции с. Порог коагуляции принято выражать в миллимолях (ммоль) или миллиграмм-эквивалентах (мг-экв) электролита на 1 л золя.

Порог коагуляции можно вычислить по формуле

где N — концентрация электролита, г-экв/л; V_эл — объем электролита, л; V_з - объем золя, л.

Вычисляем пороги коагуляции добавляемых электролитов;

Добавляемые электролиты — NaNO₃, Са(NО₃)₂ и Al(NO₃)₃ — содержат анион NO₃^- и катионы Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺ разной зарядности. Наименьший порог коагуляции у А1(NО₃)₃, следовательно, частицы золя хлорида серебра заряжены отрицательно.

Пример 2. Вычисление порога коагуляции электролита с учетом заряда иона-коагулятора. Порог коагуляции раствора КNО₃ для золя гидроксида алюминия, частицы которого заряжены положительно, равен 60,0 ммоль/л. Рассчитайте порог коагуляции К₃[Fе(СN)₆] для этого золя.

Решение. Коагуляцию золя вызывает тот из ионов прибавленного электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. Коагулирующая способность иона определяется его зарядом: чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Значения порогов коагуляции электролитов с одно-, двух- и трехзарядными ионами относятся как числа 729 : 11 : 1. Следовательно, порог коагуляции К₃(Fе(СN₎₆] будет в 729 раз меньше, чем у КNО₃, т. е. С_{кз[Fе(СN)6]} = 60/729 = 0,082 ммоль/л.

Задачи

21. Пороги коагуляции золя электролитами оказались равными (мг-экв/л): C_NaNOз = 250,0, C_Mg(NOз)2= 20,0, C_Fe(NOз)з = 0,5. Какие ионы электролитов являются коагулирующими? Как заряжены частицы золя?

22. Вычислите порог коагуляции раствора сульфата натрия, если добавление 0,003 л 0,1 н. Na₂SO₄ вызывает коагуляцию 0,015 л золя.

23. Как расположатся пороги коагуляции в ряду CrCl₃, Ва(NО₃)₂, K₂SO₄ для золя кремниевой кислоты, частицы которого заряжены отрицательно?

24. Какой объём 0,0002М Fе(NО₃)₃ требуется для коагуляции 0,025 л золя сульфида мышьяка, если порог коагуляции С_Fе(NОз)з, = 0,067 мг-экв/л?

25. В три колбы налито по 0,1 л золя гидроксида железа. Для того чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 0,01 л 1 н. NH₄C1, в другую - 0,063 л 0,01 н. Na₂SO₄, в третью - 0,037 л 0,001 н. Nа₃РO₄. Вычислите порог коагуляции каждого электролита и определите знак заряда частиц золя.

26. Золь гидроксида меди получен при сливании 0,1 л 0,05 н. NaOH и 0,25 л 0,001 н. Сu(NО₃)₂. Какой из прибавленных электролитов: КВг, Ва(NО₃)₂, К₂СгO₄, MgSO₄, А1С1₃ — имеет наименьший порог коагуляции?

27. Золь сульфида кадмия получен смешиванием равных объёмов растворов Na₂S и Сd(NО₃)₂. Пороги коагуляции для различных электролитов имеют следующие значения (мг-экв/л); С(Cа(NO₃)₂) = 265; C(NaCl) = 250, C(MgCl₂) = 290, C(Na₃PO₄) = 0,4; C(Na₂SO₄) =15, C(AlCl₃)=300. Какой из электролитов: Na₂S или Сd(NО₃)₂- взят в избытке для приготовления золя?

28. Коагуляция золя иодида серебра, частицы которого заряжены отрицательно, вызывается катионами добавляемых электролитов. Порог коагуляции LiNО₃ для этого золя равен 165 ммоль/л. Вычислите порог коагуляции Ва(NО₃)₂ и А1(NO₃)₃ для этого золя.

29. Как изменится порог коагуляции электролита для золя бромида серебра, частицы которого заряжены положительно, если для коагуляции 0,1 л золя вместо 0,0015 л 0,1 н. К₂SО₄ взят раствор Fе(NO₃)₃?

30. Для коагуляции 0,05 л золя сульфида мышьяка можно добавить один из следующих растворов электролитов: 0,005 л 2 н. NaCl; 0,005 л 0,03 н. Na₂SO₄; 0,004 л 0,0005 н. Na₄[Fe(CN)₆]. У какого из приведённых электролитов наименьший порог коагуляции?

31. Порог коагуляции АlСl₃ для золя оксида мышьяка равен 0,093 мг-экв/л. Какой концентрации нужно взять раствор А1С1₃, чтобы 0,0008 л его хватило для коагуляции 0,125 л золя?

32. Вычислите порог коагуляции раствора сульфата натрия, если добавление 0,006 л 0,2 н. Na₂SO₄ вызывает коагуляцию 0,015 л золя.

33. Какой объем 0,0004М Fе(NО₃)₃ требуется для коагуляции 0,025 л золя гидроксида меди, если порог коагуляции С_Fе(NОз)з, = 0,067 мг-экв/л?

34. В три колбы налито по 0,1 л золя гидроксида алюминия. Для того чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 0,02 л 2 н. NH₄C1, в другую - 0,032 л 0,005 н. Na₂SO₄, в третью - 0,064 л 0,002 н. Nа₃РO₄. Вычислите порог коагуляции каждого электролита и определите знак заряда частиц золя.

35. Золь гидроксида никеля получен при сливании 0,1 л 0,05 н. NaOH и 0,25 л 0,001 н. Ni(NО₃)₂. Какой из прибавленных электролитов : NaВг, Ва(NО₃)₂, К₂СгO₄, MgSO₄, А1С1₃ — имеет наименьший порог коагуляции?

36. Золь сульфида свинца получен смешиванием равных объёмов растворов Na₂S и Pb(NО₃)₂. Пороги коагуляции для различных электролитов имеют следующие значения (мг-экв/л); С(Cа(NO₃)₂) = 265; C(NaCl) = 250, C(MgCl₂) = 290, C(Na₃PO₄) = 0,4; C(Na₂SO₄) =15, C(AlCl₃)=300. Какой из электролитов: Na₂S или Pb(NО₃)₂- взят в избытке для приготовления золя?

37. Коагуляция золя хлорида серебра, частицы которого заряжены отрицательно, вызывается катионами добавляемых электролитов. Порог коагуляции LiNО₃ для этого золя равен 165 ммоль/л. Вычислите порог коагуляции Ва(NО₃)₂ и А1(NO₃)₃ для этого золя.

38. Как изменится порог коагуляции электролита для золя йодида серебра, частицы которого заряжены положительно, если для коагуляции 1 л золя вместо 0,015 л 0,1 н. К₂SО₄ взят раствор Fе(NO₃)₃?

39. Для коагуляции 0,01 л золя сульфида мышьяка можно добавить один из следующих растворов электролитов: 0,001 л 2 н. NaCl; 0,001 л 0,03 н. Na₂SO₄; 0,0008 л 0,0005 н. Na₄[Fe(CN)₆]. У какого из приведённых электролитов наименьший порог коагуляции?

40. Порог коагуляции АlСl₃ для золя оксида мышьяка равен 0,093 мг-экв/л. Какой концентрации нужно взять раствор А1С1₃, чтобы 0,004 л его хватило для коагуляции 0,53 л золя?