Tại khu vực xử lí nước cứng của một nhà máy người ta sử dụng kết hợp vôi và soda để làm mềm nước cứng. Yêu cầu đặt ra của nhà máy là: nước sau xử lí chứa Ca2+ với nồng độ không quá 0,1 mmol/L. Biết rằng mẫu nước cứng ban đầu có các chỉ số sau: [Ca2+] = 2,2 mmol/L; [HCO3-] = 1,6 mmol/L, còn lại là các ion Na+, Cl-, SO42-. Một kĩ sư tính toán và đưa ra hướng xử lí như sau:
• Giai đoạn 1: cho vôi trước để chuyển vừa hết HCO3- thành kết tủa CaCO3.
• Giai đoạn 2: cho soda vào sau và lượng Na2CO3 phải lấy dư 5% (so với lượng Na2CO3 tạo kết tủa CaCO3).
Tính tổng khối lượng (theo kg) nhỏ nhất của vôi (chứa 84% CaO) và soda (chứa 98% Na2CO3) mà người kĩ sư cần sử dụng theo như tính toán để xử lí 400 m³ nước cứng đó. Biết rằng các tạp chất trong vôi và soda đều trơ và sự thay đổi thể tích do việc thêm vôi, soda vào cũng như sự tạo thành kết tủa CaCO3 là không đáng kể. (Không làm tròn các phép tính trung gian, làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng phần mười).
Câu trả lời tốt nhất
1 mmol/L = 1 mol/m³ nên 400 m³ nước cứng chứa:
nCa2+ = 400.2,2 = 880 mol
nHCO3- = 400.1,6 = 640 mol
Giai đoạn 1: CaO + Ca(HCO3)2 —> 2CaCO3 + H2O
nCa(HCO3)2 = 640/2 = 320 —> nCaO = 320 mol
Sau giai đoạn 1 còn lại 880 – 320 = 560 mol Ca2+
Nước đạt chỉ tiêu chứa 400.0,1 = 40 mol Ca2+, vậy cần phải loại bỏ thêm 560 – 40 = 520 mol Ca2+ trong giai đoạn 2:
Ca2+ + CO32- —> CaCO3
—> nNa2CO3 phản ứng = 520 mol
m hóa chất tổng = 320.56/84% + 520.106.105%/98% = 80390 gam = 80,4 kg