О.С.ГАБРИЕЛЯН, Т.Н.ПОПКОВА,
Г.А.СИВКОВА, С.А.СЛАДКОВ

Вода в нашей жизни

Учебно-методическое пособие к элективному курсу
для 9 класса основной школы или 10–11 классов
базового уровня средней школы

Продолжение. Начало см. в № 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 18/2009

§ 14. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА «СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ  ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ»

Цель. Систематизировать знания о видах жесткости воды и способах ее устранения. Продолжить формирование представлений о реакциях ионного обмена. Развивать навыки работы с веществами и простейшим оборудованием.

Форма занятия. Выполнение экспериментальных и теоретических заданий в группах. Исследовательская работа.

Оборудование и реактивы. Пробирки, спиртовка, держатель для пробирок, линейка, кисточки для художественных работ; растворы солей натрия (сульфат, ортофосфат, гидрокарбонат, карбонат), растворы сульфата магния, гидрокарбонатов кальция и магния, хлорида магния, мыло, стиральный порошок, пробы воды: дистиллированная, талая снеговая, с гидрокарбонатной жесткостью, с постоянной жесткостью (сульфат магния), нумерованные пробирки с пробами воды.

План занятия

Работа в группах по заданиям.

Подведение итогов.

При обобщении материала целесообразно разделить учеников класса на пять групп, в каждой из которых выбирается организатор. Он распределяет предлагаемые учителем теоретические и экспериментальные задания среди членов творческого коллектива. Учащиеся планируют и выполняют эксперимент, решают теоретические задания, используя рекомендуемую учебную литературу, записывают соответствующие уравнения реакций.

Работа в группе проводится в течение 15–20 минут.

На классной доске записана форма (названия столбцов) таблицы «Жесткость воды», которую учащиеся заполняют по ходу выполнения заданий (табл. 1):

Таблица 1

Жесткость воды

Задания

Г р у п п а 1.

1) Сформулируйте определение жесткости воды, составьте схему классификации видов жесткости.

2) Как и с какой целью устраняют жесткость воды в промышленности и в быту?

3) Предложите план эксперимента по получению воды с временной жесткостью.

4) Поясните химическую причину образования пещер в известковых породах.

Г р у п п а 2.

1) Сформулируйте определение временной (карбонатной) жесткости воды. Заполните соответствующую строку таблицы «Жесткость воды».

2) Проведите опыт по устранению карбонатной жесткости воды, используя термический метод. Запишите уравнения реакций в ионном виде.

3) Составьте план по устранению временной жесткости воды содово-карбонатным методом. Запишите соответствующие уравнения реакций в ионном виде.

4) В пробирках № 1, 2 и 3 содержатся пробы воды: дистиллированная, с гидрокарбонатной жесткостью, талая снеговая. Как экспериментально определить, где находится образец воды с временной жесткостью? Определите и запишите соответствующие уравнения реакций в ионном виде.

Г р у п п а 3.

1) Сформулируйте определение постоянной, некарбонатной жесткости, поясните, какие ионы присутствуют в такой воде. Заполните соответствующую строку таблицы «Жесткость воды».

2) Проведите опыт по устранению постоянной, некарбонатной жесткости воды добавлением соды (карбоната натрия).

3) В пробирках № 1 и 2 находятся мягкая вода и вода с постоянной жесткостью (содержит сульфат магния). Распознайте, в какой пробирке находится вода с постоянной жесткостью. Запишите уравнения проведенных реакций в ионном виде.

4) Какими реагентами необходимо воспользоваться, чтобы получить воду с постоянной, некарбонатной жесткостью? Поясните ваши действия.

Г р у п п а 4.

1) Сформулируйте определение общей жесткости воды и заполните соответствующую строку таблицы «Жесткость воды».

2) Проведите опыт по устранению общей жесткости воды, используя соду. Запишите уравнения реакций в ионном виде.

3) В пробирках № 1 и 2 находятся мягкая вода и вода с общей жесткостью (содержит гидрокарбонат магния и хлорид кальция). Распознайте, в какой пробирке находится жесткая вода. Поясните свои действия. Запишите уравнения проведенных реакций в ионном виде.

4) Поясните химическую причину образования сталактитов и сталагмитов в известковых пещерах.

Г р у п п а 5.

1) Получите воду с временной жесткостью, приготовив две пробы для последующих опытов. Устраните жесткость с помощью мыла (0,5 г), добавляя его кисточкой в 5 мл воды и взбивая пену в течение 1 мин. Измерьте линейкой высоту пены в пробирке. Что представляет собой беловатый налет на кисточке и каков его химический состав?

2) Во второй пробе объемом 5 мл устраните временную жесткость, добавив 0,5 г стирального порошка. Взбивайте пену 1 мин., как и в первом опыте. Появляется ли на кисточке налет? Сравните объем полученной пены в двух опытах и сделайте вывод, каким моющим средством – мылом или стиральным порошком – лучше пользоваться в быту для стирки в жесткой воде. Ответ обоснуйте.

3) Повторите аналогичные опыты, приготовив два образца воды с постоянной жесткостью. В первую пробирку добавьте мыло, во вторую порошок (по 0,5 г). На основании опытов сделайте вывод, каким моющим средством – мылом или стиральным порошком – лучше пользоваться в быту для стирки. Ответ обоснуйте.

При подготовке итогового сообщения результаты эксперимента лучше оформить в виде таблицы (табл. 2).

Таблица 2

Экспертная оценка эффективности моющих средств

Подведение итогов

По теоретическим вопросам и результатам выполненных опытов учащиеся каждой группы выступают с сообщениями и делают выводы.

Учитель выставляет оценки группам теоретиков и практиков. Ученикам можно предложить измерить способность к пенообразованию моющих средств различных торговых марок. Эта серия домашних экспериментов позволит протестировать средства для мытья посуды, порошки для ручной или машинной стирки.

Для закрепления знаний по теме учащимся предлагается домашняя работа, состоящая из задания и задач разного уровня сложности.

Домашняя работа

З а д а н и е

Подберите наиболее эффективный способ подготовки белья к стирке:

а) подогреть воду до 45 °С, добавить хозяйственное мыло и замочить белье;

б) подогреть воду до 45 °С, растворить в ней синтетическое моющее средство и сделать закладку белья;

в) прокипятить воду в течение нескольких минут, охладить до 45 °С, аккуратно перелить в тазик, не взмучивая осадка, и замочить белье;

г) подогреть воду до 45 °С, добавить в воду соды и поместить белье.

Расчетные задачи по теме «Жесткость воды и способы ее устранения»

Задача 1. Определите, соответствует ли санитарным нормам (допустимая общая жесткость – 7 ммоль экв/л) питьевая вода, если при определении общей жесткости было обнаружено, что в 4 литрах содержится 220 мг Са(НСО₃)₂ и 160 мг Mg(НСО₃)₂.

О т в е т: 1,2 ммоль экв/л.

Задача 2. Определите временную жесткость воды, если на титрование пробы воды объемом 0,2 л, содержащей гидрокарбонат кальция, была израсходована соляная кислота объемом 0,08 л, c(НСl) = 0,001 моль/л.

О т в е т: 0,2 ммоль/л.

Задача 3. Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что на реакцию с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в воде объемом 100 мл, потребовалось 5 мл 0,1 М раствора соляной кислоты.

О т в е т: 0,25 ммоль/л.

Задача 4. Жесткость воды обусловлена присутствием в ней катионов кальция или магния. Содержание этих ионов в пределах от 0,002 до 0,01 моль/л отвечает воде средней жесткости, а свыше 0,01 моль/л – жесткой. Определите массовые доли (в %) катионов кальция или магния в воде средней жесткости. Плотность воды примите равной 1 мг/мл.

О т в е т: В воде средней жесткости содержится от 0,08 до 0,04 % ионов Са²⁺
или от 0,0048 до 0,024 % ионов Mg²⁺.

Задача 5. В заводской аналитической лаборатории было определено, что в воде содержатся гидрокарбонат кальция и гидрокарбонат магния, их массовые доли (в %) соответственно равны 0,015 и 0,005. Какую массу гидроксида кальция надо добавить к воде объемом 10 л для устранения жесткости? Плотность воды принять равной 1 кг/л.

О т в е т: 0,94 г.

Задача 6. В природном водоеме содержались сульфаты кальция и магния с массовыми долями 0,02 и 0,01 %. Для технологического процесса требовалась мягкая вода. Какой объем раствора карбоната натрия с массовой долей 15 %  ( = 1,16 г/мл) следует добавить технологам, чтобы устранить постоянную жесткость в воде объемом 100 л? Плотность воды принять равной 1 кг/л.

О т в е т: 140 мл.

Печатается с продолжением