Phương pháp trao đổi ion để làm mềm nước cứng dựa trên sự thay thế các ion $\text{Mg}^{2 +}$ và $\text{Ca}^{2^{+}}$ trong nước cứng (kí hiệu chung là $\text{M}^{2 +}$) bằng các cation $\text{Na}^{+},\text{H}^{+}$có trong các gốc $- \text{SO}_{3}\text{Na}$ hoặc $- \text{SO}_{3}\text{H}$ được gắn vào trong nhựa trao đổi ion. Khi nước cứng đi qua nhựa, các ion $\text{Ca}^{2 +},\text{Mg}^{2 +}$ sẽ được giữ lại và các ion H+, Na+ từ nhựa sẽ đi vào nước theo phản ứng:
$\text{M}^{2 +} + 2 - \text{SO}_{3}\text{X}\overset{}{\rightarrow}{( - \text{SO}_{3})}_{2}\text{M} + 2\text{X}^{+}$ $\left( \text{X}^{+} \right.$ là $\text{H}^{+}$ hoặc $\left. \text{Na}^{+} \right)$.

Một loại nhựa cationite có phần trăm khối lượng sulfur là 7,94% được sử dụng để loại bỏ các ion $\text{Mg}^{2 +},\text{Ca}^{2 +}$ trong nước cứng. Nếu khối lượng nhựa cationite đó là 500 gam thì tổng số mol $\text{Mg}^{2 +},\text{Ca}^{2 +}$ tối đa có thể được loại bỏ là x mol. Giá trị của x là bao nhiêu? (Làm tròn kết quả đến hàng phần trăm)
Phương pháp giải
Xác định khối lượng của $\text{SO}_3^-$ trong nhựa cationite.
Tính số mol S trong nhựa.
Viết PTHH phản ứng trao đổi ion, tính theo PTHH được số mol $\text{M}^{2+}$.
Lời giải chi tiết
Vì tỷ lệ khối lượng của sulfur là 7,94%, nên:
\[ \text{Khối lượng S trong nhựa} = \frac{7,94}{100} \times 500 = 39,7 \text{ gam} \]
Số mol S trong nhựa là:
\[ \text{Số mol S} = \frac{39,7}{32} = 1,24 \text{ mol} \]
Do $\text{SO}_3^-$ chứa một nguyên tử S, nên số mol $\text{SO}_3^-$ cũng là 1,24 mol.
Theo phản ứng trao đổi ion:
\[ \text{M}^{2+} + 2(\text{-SO}_3\text{X}) \rightarrow (\text{-SO}_3)_2\text{M} + 2\text{X}^+ \]
Số mol $\text{M}^{2+}$ cực đại bị loại bỏ tương ứng với 1/2 số mol $\text{SO}_3^-$.
\[ \text{Số mol M}^{2+} = \frac{1,24}{2} = 0,62 \text{ mol} \]
Vậy, giá trị của x là 0,62.