"Жесткость воды и способы ее устранения"

Цели урока:

• образовательная:

  • сформировать представление о составе природных вод;

  • отработать навыки составления химических реакций, лежащих в основе устранения жёсткости воды.

• развивающая:

  • развивать познавательную активность.

• воспитательная:

  • расширить кругозор учащихся.

  • Класс: 9-10

Оборудование и реактивы:

• раствор мыла,

• дистиллированная вода,

• СаCl2,

• MgSO4,

• Ca(HCO3)2,

• растворы Са(ОН)2,

• Na2CO3,

• спиртовка,

• пробирки.

Ход урока.

I. Актуализация знаний.

1. Тестовый контроль по ранее изученной теме “Магний и кальций, их соединения”.

Вариант I.

1. Электронная формула атома кальции:

• 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

• 1s2 2s2 2p2

• 1s2 2s2 2p63s2

• 1s2 2s2

2. Общая формула высших оксидов элементов главной подгруппы II группы:

• R2O

• RO

• RO2

• R2O3

3. Названиям: гашёная известь, известковое молоко, известковая вода – соответствует химическая формула:

• СаО

• Са(ОН)2

• СаС2

• СаSО4

4. При взаимодействии кальция с водой образуется:

• СаО и Н2О

• Са(ОН)2 и Н2

• Са(ОН)2 и Н2О

• Са(ОН)2

5. Взаимодействие негашёной извести с водой относится к реакциям:

• разложения

• соединения

• обмена

• окислительно-восстановительным

Вариант II.

1. Электронная формула атома магния:

• 1s2 2s2 2p2

• 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

• 1s2 2s2

• 1s2 2s2 2p63s2

2. Число электронов на внешнем энергетическом уровне элементов главной подгруппы II группы равно:

• 1

• 2

• 3

• 4

3. При взаимодействии магния с водой образуются:

• Mg(OH)2 и H2O

• Mg(OH)2

• Mg(OH)2 и H2

• MgO и H2O

4. Природное соединение кальция гипс отвечает формуле:

• СаSO4

• CaCO3

• Ca3(PO4)2

• CaSO2 • 2H2O

5. Водород можно получить при взаимодействии кальция с:

• HCl

• CO2

• NaOH

• H2

У доски двое учащихся выполняют работу по карточкам.

Карточка №1.

Закончить уравнения реакций. Указать условия их протекания.

Са + О2 

Mg + CO2 

Mg + HCl 

Mg(OH)2 + H2SO4 

MgCO3 

Карточка №2.

Осуществить практически следующие превращения:

Са(ОН)2   CaCO3   Ca(HCO3)2   CaCO3

Учащийся выполняет опыты и на доске записывает уравнения соответствующих реакций.

II. Изложение нового материала.

Какие соединения кальция и магния и в каком виде встречаются в природе?

Какие соединения кальция используются в технике и в быту?

Кальций и магний не только входят в состав различных соединений. Ионы кальция и магния также содержатся в обыкновенной воде. Повышенное содержание Са2+ и Mg2+ придаёт воде отрицательное качество, называемое жёсткостью.

Постановка цели: изучить природу жёсткости воды и способы её устранения.

Демонстрационный опыт:

1). Образование мыльной пены при перемешивании раствора мыла и дистиллированной воды.

2). Отсутствие пены при перемешивании раствора мыла и воды с растворёнными в ней хлоридами кальция и магния и появление пены после многократного добавления мыльного раствора.

Разбирается ионная сущность процесса.

Мыло – это соль натрия или калия и органической кислоты. Обозначив анион органической кислоты как R- , получаем.

2NaR + CaCl2   CaR2v + 2NaCl

2Na+ + 2R- + Ca2+ + 2Cl-    CaR2v + 2Na+ + 2Cl-

Ca2+ + 2R-   CaR2

Лабораторный опыт №1.

Учащиеся размешивают раствор мыла и жёсткой воды. Образуются хлопья нерастворимых солей CaR2 и MgR2, которые препятствуют образованию пены.

Даётся определение жёсткости воды.

Жесткость воды – это совокупность свойств воды, обусловленных содержанием в воде катионов Са2+ и Mg2+.

Суммарная концентрация Са2+ и Mg2+ определяет общую жёсткость воды. Она подразделяется на временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жёсткость.

Сообщение учащегося.

Причины, вызывающие жёсткость воды. Отрицательное значение жёсткой воды.

Содержащиеся в природе нерастворимые в воде карбонаты магния и кальция под воздействием воды и присутствующего в воздухе углекислого газа способны превращаться в гидрокарбонаты, которые хорошо растворяются в воде.

СаСО3 + СО2 + Н2О   Са(НСО3)2

MgСО3 + СО2 + Н2О   Mg(НСО3)2

Этот процесс широко осуществляется в природных условиях, приводя к выносу размываемых известняков поверхностные воды, а затем – в моря и океаны.

В природные воды переходят и содержащиеся в земной коре растворимые соли СаCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4.

В жесткой воде плохо развариваются продукты питания, так как катионы кальция с белками пищи образуют нерастворимые соединения. Постоянное употребление жесткой воды может привести к отложению солей (мочекаменная болезнь) в организме человека. В такой воде плохо завариваются чай, кофе. В ней труднее развариваются многие продукты, их питательная ценность уменьшается. Жёсткая вода непригодна для многих технических целей. Из-за образования накипи непригодна для использования в паровых котлах, вредна для металлических конструкций, трубопроводов. В жесткой воде плохо мылится мыло и возрастает его расход. Жёсткой водой нельзя пользоваться при проведении некоторых технологических процессов, например при крашении.

Приведённые примеры указывают на необходимость удаления из воды солей кальция и магния.

Способы устранения жёсткости воды.

Временную (карбонатную) жёсткость устраняют:

1. Кипячением.

Са(НСО3)2   СаО + Н2О + СО2

Mg(НСО3)2   Mg(OH)2 + 2СО2

При длительном кипячении растворимые Са(НСО3)2 и Mg(НСО3)2 переходят в нерастворимые соединения и выпадают в осадок. Поэтому карбонатную жёсткость называют также временной жёсткостью. Количественно временную жёсткость характеризуют содержанием гидрокарбонатов, удаляющихся из воды при её кипячении в течение часа. Жёсткость, остающаяся после такого кипячения, называется постоянной.

2. Добавлением гашёной извести.

Са(НСО3)2 + Са(ОН)2   2CaCO3  + 2H2O

Mg(НСО3)2 + 2Са(ОН)2   Mg(OH)2  + 2CaCO3 + 2H2O

Постоянную (некарбонатную) жёсткость устраняют добавлением соды Na2CO3.

CaCl2 + Na2CO3   CaCO3  + 2NaCl

MgSO4 + Na2CO3   MgCO3  + Na2SO4

В целях одновременного устранения обоих видов жёсткости применяют смесь гашёной извести и соды – содово-известковый метод.

Лабораторный опыт №2.

1). Нагревание воды с временной жёсткостью.

2). Приливание раствора соды к воде с постоянной жёсткостью.

III. Систематизация полученных знаний.

Полученные знания систематизируют, оформляя таблицу.

Жесткость воды и способы ее устранения

IV. Подведение итогов урока.

Учащиеся отвечают на вопросы учителя.

• Чем обусловлена жёсткость воды?

• Какие виды жёсткости воды различают?

• Присутствием каких соединений обусловлена временная жёсткость?

• Присутствием каких соединений обусловлена постоянная жёсткость воды?

• Какими способами устраняют временную жёсткость?

• Какими способами устраняют постоянную жёсткость?

V. Задание на дом.

Учебник: 9 класс. § 47 стр.195-197.

Задание 1. Для устранения жёсткости воды иногда применяют ортофосфат натрия. На чём основано применение этой соли? Ответ подтвердите, составив соответствующие уравнения реакций.

Задание 2. Сколько осадка образуется при продолжительном кипячении 1 т воды, содержащей 8,1% гидрокарбоната кальция?