Giải Hóa học 12 trang 125

🔍 Kiến thức cần nhớ

Nước cứng:

• Nước chứa nhiều ion Ca²⁺ và Mg²⁺ gọi là nước cứng.
• Nước chứa ít hoặc không chứa Ca²⁺, Mg²⁺ gọi là nước mềm.

Phân loại nước cứng:

• Tính cứng tạm thời: chứa Ca²⁺, Mg²⁺ kèm anion HCO₃⁻
• Tính cứng vĩnh cửu: chứa Ca²⁺, Mg²⁺ kèm anion SO₄²⁻, Cl⁻
• Tính cứng toàn phần: có cả tính cứng tạm thời và vĩnh cửu

Nguyên tắc làm mềm nước cứng: Giảm nồng độ Ca²⁺ và Mg²⁺ bằng cách:

• Phương pháp kết tủa: chuyển Ca²⁺, Mg²⁺ thành hợp chất không tan
• Phương pháp trao đổi ion: thay thế Ca²⁺, Mg²⁺ bằng cation khác (Na⁺, H⁺)

---

⚙️ Bài tập

---

Câu 3

Đề bài: Tìm hiểu và trình bày vai trò của calcium trong cơ thể con người mà em biết.

Cách 1 — Trình bày theo chức năng

Calcium là nguyên tố khoáng chất quan trọng nhất trong cơ thể người, chiếm khoảng 1,5 – 2% khối lượng cơ thể. Vai trò chính:

1. Cấu tạo xương và răng:

• Calcium phosphate Ca₃(PO₄)₂ và hydroxylapatite Ca₅(PO₄)₃OH là thành phần chính tạo nên xương và răng.
• Khoảng 99% calcium trong cơ thể tập trung ở xương và răng, giúp chúng cứng chắc.

2. Tham gia quá trình đông máu:

• Ion Ca²⁺ là yếu tố cần thiết trong chuỗi phản ứng đông máu, giúp cầm máu khi bị thương.

3. Dẫn truyền thần kinh và co cơ:

• Ca²⁺ tham gia truyền tín hiệu thần kinh giữa các tế bào.
• Đóng vai trò quan trọng trong quá trình co và giãn cơ (bao gồm cơ tim).

4. Điều hòa hoạt động enzyme:

• Ca²⁺ hoạt hóa nhiều enzyme trong cơ thể, tham gia điều hòa các quá trình trao đổi chất.

5. Duy trì huyết áp và nhịp tim:

• Nồng độ Ca²⁺ trong máu ảnh hưởng đến hoạt động của tim và mạch máu.

⚠️ Lưu ý: Thiếu calcium gây loãng xương, còi xương ở trẻ em, chuột rút. Thừa calcium có thể gây sỏi thận.

Cách 2 — Trình bày dạng bảng tóm tắt

---

Câu 4

Đề bài:
a) Khi đun nóng nước có tính cứng tạm thời, phần lớn các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ được tách ra khỏi nước ở dạng kết tủa muối carbonate. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra.
b) Giải thích sự tạo thành cặn đá vôi trong phích nước, ấm đun nước.

---

Câu 4a

Cách 1 — Phân tích từng muối

Nước cứng tạm thời chứa Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂. Khi đun nóng, các muối hydrogencarbonate bị phân hủy:

Phản ứng 1:

Ca(HCO₃)₂ ---(t°)--→ CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑

Phản ứng 2:

Mg(HCO₃)₂ ---(t°)--→ MgCO₃↓ + H₂O + CO₂↑

Giải thích: Muối hydrogencarbonate kém bền nhiệt, khi đun nóng bị phân hủy tạo muối carbonate không tan (kết tủa), nước và khí CO₂. Nhờ đó, ion Ca²⁺ và Mg²⁺ bị loại khỏi dung dịch dưới dạng kết tủa.

Cách 2 — Viết dạng ion thu gọn

Bản chất phản ứng khi đun nóng:

2HCO₃⁻ ---(t°)--→ CO₃²⁻ + H₂O + CO₂↑

Ion CO₃²⁻ sinh ra kết hợp với Ca²⁺ và Mg²⁺ tạo kết tủa:

Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓

Mg²⁺ + CO₃²⁻ → MgCO₃↓

---

Câu 4b

Cách 1 — Giải thích theo phản ứng hóa học

Nước máy, nước giếng thường là nước cứng tạm thời, chứa Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂ hòa tan.

Khi đun nước trong ấm hoặc đổ nước nóng vào phích, nhiệt độ cao làm phân hủy muối hydrogencarbonate:

Ca(HCO₃)₂ ---(t°)--→ CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑

Mg(HCO₃)₂ ---(t°)--→ MgCO₃↓ + H₂O + CO₂↑

Kết tủa CaCO₃ và MgCO₃ không tan trong nước, bám vào thành ấm, đáy phích tạo thành lớp cặn trắng (cặn đá vôi). Sử dụng lâu ngày, lớp cặn ngày càng dày.

Cách 2 — Giải thích thực tiễn mở rộng

• Cặn đá vôi chủ yếu là CaCO₃ (vì hàm lượng Ca²⁺ trong nước thường lớn hơn Mg²⁺).
• Cặn bám nhiều ở đáy ấm (nơi tiếp xúc nhiệt trực tiếp) và thành phích (nơi nước nóng tiếp xúc lâu).
• Để loại cặn, có thể dùng giấm ăn (CH₃COOH) hoặc dung dịch acid loãng:

CaCO₃ + 2CH₃COOH → Ca(CH₃COO)₂ + H₂O + CO₂↑

💡 Mẹo nhớ: Muối hydrogencarbonate kém bền nhiệt → đun nóng → phân hủy → kết tủa carbonate. Đây là cơ sở của phương pháp đun sôi để làm mềm nước cứng tạm thời.

---

Câu 5

Đề bài: Trình bày về tác hại của nước cứng với sản xuất và đời sống.

Cách 1 — Trình bày theo lĩnh vực

1. Trong đời sống:

• Nấu ăn: Nước cứng làm thực phẩm lâu chín, giảm mùi vị, giảm giá trị dinh dưỡng.
• Giặt giũ: Xà phòng (muối natri của acid béo, ví dụ C₁₇H₃₅COONa) phản ứng với Ca²⁺, Mg²⁺ tạo muối không tan:
• 2C₁₇H₃₅COONa + Ca²⁺ → (C₁₇H₃₅COO)₂Ca↓ + 2Na⁺
• Kết tủa bám vào vải, làm quần áo cứng, mau hỏng, tốn xà phòng, ít bọt.
• Sức khỏe: Uống nước cứng lâu dài có thể gây sỏi thận, ảnh hưởng tiêu hóa.

2. Trong sản xuất:

• Nồi hơi: Cặn CaCO₃, MgCO₃ đóng trong nồi hơi làm giảm khả năng truyền nhiệt, tốn nhiên liệu, có thể gây nổ nồi hơi (rất nguy hiểm).
• Đường ống: Cặn đóng trong ống dẫn nước làm giảm lưu lượng, tắc đường ống, tăng chi phí bảo trì.
• Công nghiệp dệt, nhuộm: Nước cứng làm giảm chất lượng sản phẩm, vải nhuộm không đều màu.
• Công nghiệp thực phẩm, dược phẩm: Ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Cách 2 — Trình bày dạng bảng

⚠️ Lưu ý thi: Câu hỏi về tác hại nước cứng thường xuất hiện dạng trắc nghiệm. Cần nhớ 4 tác hại chính: (1) đóng cặn nồi hơi/ống, (2) tốn xà phòng, (3) thực phẩm lâu chín, (4) hỏng quần áo.

---

Câu hỏi trong mục "Phương pháp kết tủa" (câu 1 và 2)

Đề bài:

1. Đề xuất hai cách (không dùng hoá chất và có dùng hoá chất) để làm mềm mẫu nước có tính cứng tạm thời chứa Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂. Viết phương trình hoá học để minh hoạ.
2. Đề xuất hai hoá chất có thể dùng để làm mềm mẫu nước có tính cứng vĩnh cửu chứa CaCl₂ và MgSO₄. Giải thích.

---

Câu 1 — Làm mềm nước cứng tạm thời

Cách 1 — Không dùng hoá chất (Đun sôi)

Đun nóng nước, muối hydrogencarbonate phân hủy tạo kết tủa:

Ca(HCO₃)₂ ---(t°)--→ CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑

Mg(HCO₃)₂ ---(t°)--→ MgCO₃↓ + H₂O + CO₂↑

Lọc bỏ kết tủa, thu được nước mềm.

Ưu điểm: Đơn giản, không cần hoá chất.

Nhược điểm: Chỉ áp dụng cho nước cứng tạm thời, tốn năng lượng.

Cách 2 — Có dùng hoá chất (Dùng Ca(OH)₂ vừa đủ)

Thêm nước vôi trong Ca(OH)₂ với lượng vừa đủ:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → MgCO₃↓ + CaCO₃↓ + 2H₂O

Hoặc nếu dùng dư Ca(OH)₂:

Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O

Lọc bỏ kết tủa, thu được nước mềm.

Có thể dùng Na₂CO₃ thay thế:

Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaHCO₃

Mg(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ → MgCO₃↓ + 2NaHCO₃

💡 Mẹo nhớ: Nước cứng tạm thời → đun sôi hoặc dùng Ca(OH)₂ vừa đủ. Nhớ: "Tạm thời thì đun, vĩnh cửu thì dùng Na₂CO₃."

---

Câu 2 — Làm mềm nước cứng vĩnh cửu chứa CaCl₂ và MgSO₄

Cách 1 — Dùng Na₂CO₃ (soda)

Na₂CO₃ cung cấp ion CO₃²⁻, kết tủa cả Ca²⁺ và Mg²⁺:

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl

MgSO₄ + Na₂CO₃ → MgCO₃↓ + Na₂SO₄

Lọc bỏ kết tủa, thu được nước mềm.

Giải thích: Ion CO₃²⁻ tạo kết tủa với cả Ca²⁺ (CaCO₃, Ksp rất nhỏ) và Mg²⁺ (MgCO₃, ít tan), loại bỏ cả hai ion gây cứng ra khỏi dung dịch.

Cách 2 — Dùng Na₃PO₄ (sodium phosphate)

Na₃PO₄ cung cấp ion PO₄³⁻, kết tủa Ca²⁺ và Mg²⁺:

3CaCl₂ + 2Na₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂↓ + 6NaCl

3MgSO₄ + 2Na₃PO₄ → Mg₃(PO₄)₂↓ + 3Na₂SO₄

Giải thích: Ion PO₄³⁻ tạo muối phosphate không tan với Ca²⁺ và Mg²⁺, hiệu quả kết tủa cao.

Ngoài ra có thể dùng NaOH (chỉ kết tủa Mg²⁺):

MgSO₄ + 2NaOH → Mg(OH)₂↓ + Na₂SO₄

(NaOH không kết tủa được Ca²⁺ vì Ca(OH)₂ tan được, nên cần kết hợp thêm Na₂CO₃ để loại Ca²⁺)

⚠️ Lưu ý thi: Na₂CO₃ là hoá chất "vạn năng" — làm mềm được CẢ nước cứng tạm thời, vĩnh cửu và toàn phần. Đây là kiến thức hay ra trong đề thi.

💡 Mẹo nhớ: - Cứng tạm thời → đun sôi / Ca(OH)₂ / Na₂CO₃ - Cứng vĩnh cửu → Na₂CO₃ / Na₃PO₄ - Cứng toàn phần → Na₂CO₃ (xử lý cả hai loại)

---

🎯 Ghi nhớ: - Nước cứng chứa nhiều Ca²⁺, Mg²⁺. Phân loại dựa vào anion đi kèm (HCO₃⁻ → tạm thời; SO₄²⁻, Cl⁻ → vĩnh cửu). - Đun sôi chỉ làm mềm nước cứng tạm thời (phân hủy HCO₃⁻). - Na₂CO₃ làm mềm được mọi loại nước cứng nhờ tạo kết tủa CaCO₃ và MgCO₃. - Tác hại nước cứng: đóng cặn, tốn xà phòng, hỏng vải, thực phẩm lâu chín.