Урок по теме "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.

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:

1. 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²
2. 1s² 2s² 2p²
3. 1s² 2s² 2p⁶3s²
4. 1s² 2s²

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

1. R₂O
2. RO
3. RO₂
4. R₂O₃

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

1. СаО
2. Са(ОН)₂
3. СаС₂
4. СаSО₄

4. При взаимодействии кальция с водой образуется:

1. СаО и Н₂О
2. Са(ОН)₂ и Н₂
3. Са(ОН)₂ и Н₂О
4. Са(ОН)₂

5. Взаимодействие негашёной извести с водой относится к реакциям:

1. разложения
2. соединения
3. обмена
4. окислительно-восстановительным

Вариант II.

1. Электронная формула атома магния:

1. 1s² 2s² 2p²
2. 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²
3. 1s² 2s²
4. 1s² 2s² 2p⁶3s²

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

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

3. При взаимодействии магния с водой образуются:

1. Mg(OH)₂ и H₂O
2. Mg(OH)₂
3. Mg(OH)₂ и H₂
4. MgO и H₂O

4. Природное соединение кальция гипс отвечает формуле:

1. СаSO₄
2. CaCO₃
3. Ca₃(PO₄)₂
4. CaSO₂ • 2H₂O

5. Водород можно получить при взаимодействии кальция с:

1. HCl
2. CO₂
3. NaOH
4. 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.

Записывают молекулярные и ионные уравнения.

Приводятся результаты исследования карбонатной жёсткости воды в г.Гулькевичи и поселениях Гулькевичского района, выполненного учащимися класса.

На основании полученных данных можно сделать вывод, что вода на территории г.Гулькевичи и Гулькевичского района соответствует общепринятым нормам.

III. Систематизация полученных знаний.

Полученные знания систематизируют, оформляя таблицу.

IV. Подведение итогов урока.

Учащиеся отвечают на вопросы учителя.

1. Чем обусловлена жёсткость воды?
2. Какие виды жёсткости воды различают?
3. Присутствием каких соединений обусловлена временная жёсткость?
4. Присутствием каких соединений обусловлена постоянная жёсткость воды?
5. Какими способами устраняют временную жёсткость?
6. Какими способами устраняют постоянную жёсткость?

V. Задание на дом.

Учебник: И.И.Новошинский, Н.С.Новошинская, 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?