Как приготовить жесткую воду для урока химии

Урок №32. Жёсткость воды, ее определение и устранение

Цель: усвоение умений самостоятельно в комплексе применять знания, умения и навыки, осуществлять их перенос в новые условия практической и исследовательской деятельности

Образовательные: освоение содержания экологического образования, смысл которого заключается в понимании естественных законов природы и их соотнесение с «искусственными законами» развития социума.

Развивающие: развитие ключевых компетентностей школьников на примере содержания экологического образования; развитие исследовательских умений учащихся по оценке состояния различных компонентов окружающей среды.

Воспитательные: формирование системы базовых ценностей (жизнь, здоровье, человек, сохранение биологического разнообразия, культурного наследия и др.), создание условий для творческой самореализации и саморазвития школьников.

Регулятивные: организовывать своё рабочее место под руководством учителя; определять план выполнения заданий на уроке, оценивать результат своей деятельности.

Коммуникативные: выработанные умения и навыки экологически грамотного поведения в окружающей среде, с другими людьми, гармоничное взаимодействие и устойчивое развитие в системе « Природа — Общество».

Познавательные: осмысление учащимися ценностей феномена жизни, ценности каждой формы существования жизни; ценности существования человека, его здоровья, социо-космической значимости; формирование ключевых компетентностей на содержании экологического образования;

Предметные: формирование природосообразного стиля поведения человека в окружающей среде, базирующегося на знании законов взаимодействия человека с окружающей средой; развитие экологического мышления –предполагающего способность к установлению причинно-следственных связей, системному анализу действительности, моделированию и прогнозированию развития окружающей среды;

Личностные: развитие экологического мышления – гибкого вероятностного мышления, предполагающего способность к установлению причинно-следственных связей, системному анализу действительности, моделированию и прогнозированию развития, окружающей среды; развитие исследовательских умений по оценке и системному анализу состояния окружающей среды.

Метапредметные: связи с такими учебными дисциплинами как биология, химия, физика, география — будут способствовать более высокому уровню владения навыками по данному курсу и реализации задач пред профильной подготовки школьников.

Тип урока –— исследование, на котором экспери­мент служит наглядным пособием

Форма –практико-ориентированная деятельность учащихся

Методы:, частично-поисковый, исследовательский, проведении учащимися экспериментов.

Приготовление модельных растворов и образцов

Мутность воды. Обучающимся раздают пробирки с водой различной мутности. Можно использовать воду с добавлением различных веществ (молока, почвы и т.д.). Обучающиеся должны научиться пользоваться мутномером и определять показатель мут­ности, пользуясь соответствующей картой-инструкцией.

Изучение запаха. Для приготовления растворов используют конические или плоскодонные колбы на 250 мл. Приготовленные растворы разливают в пронумерованные пробирки до половины высоты и закрывают пробками. Пробирки ставят в штативы.

Вода с временной жесткостью. В стакан с известковой во­дой пропускают углекислый газ из аппарата Киппа (или другого прибора) до появления осадка, а затем его растворения.

Вода с постоянной жесткостью. В колбе на 250-500 мл с дистиллированной или чистой кипяченой водой растворяют 1,0 г

хлорида кальция. Если останется осадок, то его надо отфильтро­вать либо декантировать (слить жидкость с отстоявшегося осадка).

Вода, загрязненная нефтепродуктом (жиром). В 0,5 л теп­лой или горячей воды наливают 1 чайную ложку растительного масла, интенсивно перемешивают. Используют мутный раствор, который может иметь масляную пленку. Аналогично можно при­готовить раствор из реального нефтепродукта, используя отрабо­танное карбюраторное масло, керосин и др. малолетучие нефте­продукты.

Вода, загрязненная механическими примесями. В 0,5 л воды помещают 1 чайную ложку измельченной почвы, строительного мусора, твердых атмосферных выпадений и т.п. Смесь интенсивно перемешивают. Используют мутный раствор, содержащий види­мые глазом взвешенные частицы.

Вода, содержащая ионы меди и железа. В колбу на 500 мл наливают дистиллированную или чистую кипяченую воду на 3/4 ее объема. Добавляют по 2-3 мл 5%-ных растворов солей сульфата меди, сульфата железа, хлорида железа. Хорошо перемешивают содержимое.

Жёсткость воды, ее определение и устранение

В природе вода, прежде чем попасть в колодец или водопровод­ную сеть, просачивается сквозь почву и насыщается в ней раствори­мыми и малорастворимыми солями-минералами. Природные воды содержат сульфаты и гидрокарбонаты металлов, главным образом кальция (Са2+) и магния (М§2+). Кроме указанных, к солям жесткости относят также соли стронция (8Г+), цинка (2П2+) и др. В поверхност­ных и грунтовых природных водах из перечисленных катионов в за­метных концентрациях присутствуют практически исключительно кальций и магний. Величина жесткости воды может варьироваться в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года, погодных условий.

Суммарная жесткость воды, т.е. общее содержание растворимых солей кальция и магния, получила название «общей жесткости».

Ввиду того, что солями жесткости являются соли разных катио­нов, имеющие разную молекулярную массу, концентрация солей же­сткости, или жесткость воды, измеряется в единицах эквивалентной (молярной) концентрации (см. п. 3.11) — количеством моль/л или ммоль/л. При жесткости до 4 ммоль/л вода считается мягкой; от 4 до 8 ммоль/л — средней жесткости; от 8 до 12 ммоль/л — жесткой; более 12 ммоль/л — очень жесткой (встречается и другая классификация воды по степеням жесткости).

Допустимая величина общей жесткости для питьевой воды и источников централизованного водоснабжения составляет не бо­лее 7 ммоль/л (в отдельных случаях — до 10 ммоль/л).

Для хозяйственно-бытовых нужд требуется мягкая вода или вода с очень незначительной жесткостью, т.к. при кипячении же­сткой воды образуется накипь, в ней плохо развариваются продук­ты. К тому же жесткая вода вызывает образование камней в поч­ках, печени, желчном пузыре, нарушает кальциевый баланс в ор­ганизме, что приводит к заболеваниям костей, крови. При стирке тканей в жесткой воде образуются нерастворимые соединения (стеараты кальция), которые осаждаются на поверхности нитей и постепенно разрушают волокна

Жесткость воды — одно из важнейших свойств, имеющее большое значение при водопользовании. Если в воде находятся ионы металлов, образующие с мылом нерастворимые соли жирных кислот, то в такой воде затрудняется образование пены при стирке белья или мытье рук, в результате чего возникает ощущение жест­кости. Жесткость воды пагубно сказывается на трубопроводах при использовании воды в тепловых сетях, приводя к образованию на­кипи. По этой причине в воду приходится добавлять специальные «смягчающие» химикаты. Например, при питании паровых котлов жесткой водой образуется накипь, которая затрудняет нагревание воды, вызывает увеличение расхода топлива, ускоряет изнашива­ние стенок котла.

Общая жесткость воды в озерах и реках тундры, например, со­ставляет 0,1-0,2 ммоль/л, а в морях, океанах, подземных водах достигает 80-100 ммоль/л и даже больше (Мертвое море). В таблице приведены значения общей жесткости воды некоторых рек и водоемов России.

Значения общей жесткости воды некоторых рек и водоемов России

Источник

Лабораторная работа «Получение жесткой воды и изучение ее свойств. Устранение временной и постоянной жесткости»
план-конспект урока по химии

Цель: формирование понятия «жесткость» воды, развитие умений по устранению жесткости воды; продолжить формирование умения проводить химические реакции.

Скачать:

Вложение	Размер
poluchenie_zhestkoy_vody_i_izuchenie_ee_svoystv._ustranenie_vremennoy_i_postoyannoy_zhestkosti.docx	42.68 КБ

Предварительный просмотр:

«Получение жесткой воды и изучение ее свойств. Устранение временной и постоянной жесткости»

Цель: закрепление знаний по теме «Растворы», формирование понятия «жесткость» воды, развитие умений по устранению жесткости воды; продолжить формирование умения проводить химические реакции.

Оборудование : набор реактивов и лабораторной посуды для проведения реакций.

ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

Выполняя опыты, нужно пользоваться растворами только указанной концентрации и соблюдать рекомендуемую дозировку. Не делать дополнительных опытов без разрешения преподавателя.

Следует аккуратно работать с реактивами: внимательно читать этикетки, не уносить реактивы общего пользования на свои рабочие столы, во избежание загрязнения реактивов держать склянки с растворами и сухими веществами закрытыми, не путать пробки, не высыпать и не выливать обратно в склянки неиспользованные или частично использованные реактивы.

Если во время работы будет пролита кислота или щелочь, удалять их следует быстро, так как эти реактивы портят стол и другие предметы, и осторожно, чтобы не прожечь одежду и не повредить руки.

При нагревании растворов на электроплитке будьте внимательны: избегайте термических ожогов.

Важнейшим свойством природных вод является их жесткость. Если в воде

находятся ионы металлов, образующие с мылом нерастворимые соли жирных кислот, то в

такой воде затрудняется образование пены при стирке белья или мытье рук, вследствие

чего возникает ощущение жесткости. Отсюда и возникло понятие «жесткой» воды.

Жесткость природных вод более всего обусловлена содержанием в них

растворимых солей кальция и магния.

Для промышленного водоснабжения жесткая вода почти всегда является

нежелательной, а иногда и недопустимой, нежелательна она и для бытовых нужд. К тому

же некоторые соли, обусловливающие постоянную жесткость природных вод,

способствуют разрушению (коррозии) металлических и бетонных конструкций.

Возможность коррозии бетона следует учитывать при строительстве зданий и

сооружений и предусматривать меры защиты. В каждом отдельном случае надо, прежде

всего, выяснить характер возможного воздействия среды на бетон, в том числе и

природных вод. Для этого необходимо знать их важнейшую характеристику — жесткость.

Жесткость, вызванная присутствием гидрокарбонатов кальция и магния,

называется временной жесткостью, поскольку устраняется при кипячении.

Жесткость, обусловленная хлоридами и сульфатами этих металлов, не устраняется

при кипячении. Этот вид жесткости называется постоянной жесткостью.

Суммарная жесткость воды носит название общей жесткости.

В промышленности жесткая вода, используемая для питания паросиловых

установок, приносит особенно большой вред. При работе паровых котлов в жесткой воде, содержащей Са(НСОз)2, Mg(HCO3)2 или CaSO4, на внутренней поверхности стенок котла образуется слой накипи, уменьшающий их теплопроводность и тем самым понижающий коэффициент полезного действия установки. Замедленная теплопередача через стенки котла приводит к их перегреву и вследствие этого к ускоренной коррозии (окислению кислородом воздуха). В результате прочность стенок котла постепенно понижается, что может привести к его взрыву.

Образование осадка (накипи) при использовании воды, обладающей временной

жесткостью, связано с выпадением в осадок малорастворимых карбонатов — СаСОз и

MgCO3. Если в воде присутствует сульфат кальция, то он выпадает в осадок из-за резкого

понижения его растворимости при нагревании. Особенно прочная, но вместе с тем

пористая, малотеплопроводная накипь образуется при одновременном содержании в воде

гидрокарбонатов и сульфата кальция.

Соли магния (MgCl2 и MgSO4) и СаСl2, содержащиеся в воде, не приводят к

образованию в котлах накипи, так как они хорошо растворимы в воде, но вызывают

коррозию стенок и металлической арматуры. Эти соли, как электролиты, способствуют

протеканию электрохимических процессов на поверхности стали и тем самым ускоряют

процесс ее коррозии под действием воды и кислорода. Кроме того, MgCl2 и MgSO4, как

соли слабого основания и сильных кислот, гидролизуются, повышая концентрацию

водородных ионов и, создавая кислую среду, что также ускоряет процесс коррозии стали.

Методы устранения и снижения жесткости воды.

Устранение или снижение жесткости воды называют умягчением. Его осуществляют различными методами.

1. Метод кипячения. Он позволяет устранить только временную (карбонатную) жесткость, обусловленную наличием в воде хорошо растворимых гидрокарбонатов кальция, магния и железа. При этом катионы Са 2+ , Mg 2+ ,Fe 2+ осаждаются в виде нерастворимых соединений.

Сa(HCO 3 ) 2 = СaCO 3 + СО 2 + H 2 O

Mg(HCO 3 ) 2 = MgCO 3 + СО 2 + H 2 O

1. Химическая обработка воды (реагентный метод). Этот метод позволяет устранить как временную жесткость, так и постоянную. Сущность его заключается в обработке воды специальными реагентами, образующими с ионами, вызывающими жесткость, малорастворимые соединения. К числу таких реагентов относятся: сода Na 2 CO 3 , негашеная CaO и гашеная Ca(OH) 2 извести, различные фосфаты натрия (Na 3 PO 4 , Na 6 P 6 O 18 ) и др. Обработка известью позволяет связать и растворенный в воде углекислый газ. Использование фосфатов натрия предпочтительнее, так как образующие фосфаты кальция, магния и железа менее растворимы, чем соответствующие их карбонаты и гидроксиды.

CaS О 4 + Na 2 C О 3 = CaC О 3 ↓+ Na 2 C О 3

MgCl 2 + Na 2 C О 3 = MgC О 3 ↓ + 2 NaCl

1. Ионообменный метод. Это современный физико – химический метод основан на способности некоторых веществ, не растворимых в воде, стехиометрически обменивать свои ионы на ионы внешней среды (воды, растворов электролитов). Вещества, обладающие такими свойствами, называют ионообменниками (ионообменными сорбентами) или сокращенно ионитами. Большинство ионитов – твердые, ограниченно набухающие вещества, аморфной или кристаллической структуры. Они состоят из каркаса (матрицы) и закрепленных на нем ионогенных (активных функциональных) или комплексообразующих групп.

Опыт 1. Качественное определение жесткости воды с помощью раствора мыла.

В пробирках под номерами 1,2,3 находятся соответственно водопроводная, водопроводная кипяченая, дистиллированная вода. В каждую пробирку опускают по одинаковому кусочку мыла, сильно встряхивают в течение 1-2 мин, добиваясь более полного его растворения. Далее вода отстаивается. Сделайте выводы – опишите наблюдаемое.

Опыт 2. Устранение некарбонатной жесткости воды с помощью реакций ионного обмена.

Получите воду с постоянной, некарбонатной жесткостью. Для этого в пробирку с водой добавьте 1-2 капли хлорида кальция. Устраните некарбонатную жесткость: к полученному раствору добавьте раствор карбоната натрия. Что наблюдаете? Составьте уравнения реакций.

Сделать общий вывод.

1. Что такое жесткость воды?

2. Виды жесткости воды.

3. В каких единицах выражается жесткость воды?

4. Какому содержанию Са2* и Mg2+ соответствует жесткость 1 мэкв/л?

5. Как определить временную жесткость воды?

6. Как определить общую жесткость воды?

7. Как определить постоянную жесткость воды?

8. Известковый способ умягчения воды.

9. Известково-содовый способ умягчения воды.

Источник