Урок по теме Жесткость воды и способы ее устранения
Чернышова О.А.
Учитель химии МБОУ гимназии «УВК №1»
Тема урока: Жесткость воды и способы ее устранения.
Цель урока: познакомить учащихся с понятием жесткости воды, ее видах и способах устранения; формирование творческого отношения к учебной деятельности, развитие внимания и воображения, формирование общенаучных умений, воспитывать бережное отношение к водным ресурсам.
Ход урока: 1. Орг.момент (3-5 мин).
2. Беседа по новому материалу ( 35 мин).
Здравствуйте, ребята! Садитесь. Сегодня у нас с вами урок изучения нового материала с выполнением лабораторной работы по теме «Жесткость воды и способы ее устранения». Вы сегодня узнаете, что означает это новое понятие – жесткость, какие виды жесткости бывают, способы устранения жесткости и, конечно, мы будем говорить о сохранении нашего здоровья. Скажите, пжл, кто знает, какой вчера был день (чистый четверг)? Что принято делать в этот день? Наверняка, кто-то из вас принимал ванну. Хорошо ли пенилось мыло? Вы бывали в других городах? Вода отличается по вкусу? А как там пенится мыло? Сравним как пенится мыло в разных водах, проведем опыт 1. Но прежде всего прочитаем правила ТБ.
Правила ТБ.
Работай с малыми количествами реактивов, выполняй все операции аккуратно. Растворы, взятые в большем объеме, чем нужно, обратно в сосуд не выливай.
Опыт 1. Качественное определение жесткости воды с помощью раствора мыла.
В пробирках под номерами 1,2,3 находятся соответственно водопроводная, водопроводная кипяченая, питьевая вода. В каждую пробирку опускают по одинаковому кусочку мыла, сильно встряхивают в течение 1-2 мин, добиваясь более полного его растворения. Далее вода отстаивается.
Делаем выводы: водопроводная вода – раствор мутный, много осадка в виде хлопьев; водопроводная кипяченая – раствор мутный, осадка почти нет; дистиллированная вода – раствор почти прозрачный, осадка нет. ФИЛЬМ.
Итак, почему же дистиллированная вода не показала осадка, как вы думаете? (Ответы учащихся).
Вода благоволила литься.
Она блистала , столь чиста,
Что ни напиться, ни умыться.
И это было неспроста.
Ей не хватало ивы, тала
И горечи цветущих лоз,
Ей водорослей не хватало
И рыбы, жирной от стрекоз.
Ей не хватало быть волнистой,
Ей не хватало течь везде,
Ей жизни не хватало, чистой
Дистиллированной воде.
Абсолютно чистой воды в природе не существует. Природная вода всегда содержит растворенные в ней соли. Анализ жесткой воды показывает, что в ней содержатся значительные количества растворимых солей кальция и магния. Эти соли образуют с мылом нерастворимые соединения. Делаем вывод, что такое жесткость воды.
Жесткость воды – совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней ионов кальция и магния.
Если содержание ионов кальция и магния малое, то вода мягкая; если велико – жесткая.
Жесткость бывает: 1. Временная или карбонатная (HCO3-)
2. Постоянная или некарбонатная (Cl-, SO42-)
Временная и постоянная жесткости составляют общую жесткость.
Плохо это или хорошо? Такая вода непригодна для охлаждения двигателей внутреннего сгорания и питания паровых котлов. Постоянное употребление жесткой воды может привести к отложению солей (мочекаменная болезнь) в организме человека. («Человек выпивает 90% всех своих болезней» Луи Пастер). В такой воде плохо завариваются чай, кофе. В ней труднее развариваются многие продукты, их питательная ценность уменьшается. Жесткая вода мало пригодна для стирки. Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя, она ухудшает еще и моющие свойства мыла.
Подведем итоги, вредные воздействия высокого уровня общей жесткости воды:
Заболевания суставов.
Накопление солей в организме.
Образование камней в почках, желчном и мочевом пузырях.
Образование накипи на нагревательных элементах в бытовой технике и промышленном оборудовании, что приводит к повышенному износу и преждевременному выходу из строя.
Засорение трубопроводов отопления и водоснабжения.
Ухудшение вкуса пищи, приготовленной на жесткой воде.
Как же нам «смягчить» воду?
Способы устранения жесткости: 1. Временная
А) нагревание ФИЛЬМ.
Ca(HCO3)2=CaCO3 +CO2+H2O (накипь на стенках чайника) . Такая вода непригодна для охлаждения двигателей внутреннего сгорания и питания паровых котлов. Почему? Так как при нагревании жесткой воды на стенках водонагревательных и охладительных систем образуется накипь. Накипь плохо проводит теплоту, поэтому возможен перегрев моторов и паровых котлов: кроме того, ускоряется их изнашивание. Случайное отделение части накипи от раскаленной стенки может вызвать быстрое испарение воды и даже взрыв котла. Накипь внутри чайника это осадок карбонатов кальция и магния с примесью сульфата кальция. Время, за которое закипает вода в вашем чайнике, все увеличивается по мере того, как растет накипь на стенках. Как можно удалить накипь? Накипь можно удалить со стенок, используя разбавленный раствор уксусной кислоты.
Кипячение снижает общую жесткость на 30-40%.
Б) действие известковой воды
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3 +2H2O
В)действие соды
Ca(HCO3)2+Na2CO3= CaCO3 +2NaHCO3 (+в ионном виде)
2. Постоянная
А) действие соды
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. К полученному раствору добавьте раствор карбоната натрия. Что наблюдаете? Составьте уравнения реакций.
CaCl2+Na2CO3=CaCO3+2NaCl(+в ионном виде)
С постоянной жесткостью бороться труднее. Один из вариантов: вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лед превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жесткость, остаются в не замершей воде. Вымораживание снижает общую жесткость на 30-80%.
Еде один способ – перегонка, то есть, испарение воды с последующие ее конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются, а вода испаряется.
Добавление умягчителей (Калгон) в стиральных машинах снижает общую жесткость на 100%. Такую воду нельзя использовать для приготовления пищи, нельзя пить.
Но такие методы, как замораживание и перегонка пригодны только для смягчения небольшого количества воды. Промышленность же имеет дело с тоннами. Поэтому используют другие методы. Наиболее широко используется катионообменный способ, основанный на применении специальных реагентов – катионитов, которые загружаются в фильтры и при пропускании через них воды, заменяют катионы кальция и магния на катион натрия.
Фильтрование бытовым фильтром «Барьер» снижает общую жесткость до 80%. Внутри картриджа фильтра содержится смесь из активированного угля ( черные частицы) и катионообменники (гранулы смолы белого цвета). Уголь адсорбирует вредные органические вещества и хлориды. Катионообменники снижают общую жесткость.
Б) пропускание воды через ионообменные мембраны. При этом ионы кальция и магния переходят в состав мембран, а из мембран в раствор переходят ионы водорода или натрия, и вода умягчается, ее жесткость снижается. ФИЛЬМ.
Общая жесткость реки Дон( Калач)-14, Ока -14,6, Днестр – 15,2; а вот Нева- 1,4, Енисей – 3,6. Почему жесткая вода на Дону ( меловые горы- Дивногорье ездили?).
Как можно устранить общую жесткость? ( добавлением соды)
Почему до изобретения антифриза и тосола (жидкости, охлаждающие двигатель) в системы охлаждения двигателей заливали дистиллированную воду, а не воду из-под крана?
Как доказать, что накипь содержит карбонаты? Как химическим путем можно очистить в домашних условиях поверхность посуды от накипи?
Привести примеры реакций устранения жесткости, если вода содержит ионы магния, реакции обмена записать в ионном виде.
Образец жесткой воды содержит 100 мг\л гидрокарбоната кальция и 30 мг\л сульфата кальция. Сколько карбоната натрия потребуется для умягчения 1 м3 такой воды?
Суточная потребность человеческого организма в кальции составляет 0,7 г. Массовая доля кальция в коровьем молоке составляет приблизительно 0,13%. Какова масса молока, которое следовало бы ввести в суточный рацион для удовлетворения потребности организма в кальции при условии, что человек не получает кальций с другими продуктами?
Д\з: п 52
Лабораторная работа «Жесткость воды и способы ее устранения»
Правила ТБ.
Работай с малыми количествами реактивов, выполняй все операции аккуратно. Растворы, взятые в большем объеме, чем нужно, обратно в сосуд не выливай.
Опыт 1. Качественное определение жесткости воды с помощью раствора мыла.
В пробирках под номерами 1,2,3 находятся соответственно водопроводная, водопроводная кипяченая, питьевая 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.
_____________________________________________________________________________
Лабораторная работа «Жесткость воды и способы ее устранения»
Правила ТБ.
Работай с малыми количествами реактивов, выполняй все операции аккуратно. Растворы, взятые в большем объеме, чем нужно, обратно в сосуд не выливай.
Опыт 1. Качественное определение жесткости воды с помощью раствора мыла.
В пробирках под номерами 1,2,3 находятся соответственно водопроводная, водопроводная кипяченая, питьевая 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.
15