Содержание
Урок химии в 11 классе на тему «Жесткость воды и способы ее устранения. Минеральные воды, их использование». – Учительская газета
Цели урока: Развить у учащихся представление о жесткости воды и способах ее устранения, познакомить с минеральными водами, их использованием в столовых и лечебных целях. Рассказать о минеральных источниках Кавказских минеральных вод. Сформировать представление о жидких кристаллах и их применении в быту.
Тип урока: комбинированный урок.
Задачи урока
Образовательные:
1. Сформировать у учащихся представление о жесткости воды и способах ее устранения, познакомить с минеральными водами, их использованием в столовых, лечебных целях.
2. Познакомить учащихся с минеральными источниками Кавказских минеральных вод и различием в их химическом составе.
3. Сформировать знания о жидких кристаллах и их применении.
Развивающие:
1. Сформировать навыки анализа и сопоставления известных химических фактов.
2. Совершенствовать умение логически мыслить.
3. Развить умение обобщать и делать правильные выводы.
Воспитательные:
1. Продолжить развитие наблюдательности и умения делать выводы на основе наблюдаемого интереса к предмету, детской фантазии и представлений.
2. Продолжить развитие речевых навыков.
3. Продолжить развитие умений переносить знания в новые ситуации и устанавливать межпредметные связи.
Методы и методические приемы:
1. Объяснительно-иллюстративный.
2. Исследовательский.
3. Монологические: описание, объяснение.
4. Диалогические: беседа.
5. Словесно-наглядно-практические: демонстрационный эксперимент, ЦОР.
Оборудование и реактивы:
Химия. 11 класс. Базовый уровень: учеб. для общеобразовательных учреждений/О.С.Габриелян. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2012. – 267, [6] c.: ил.
Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: ООО «Издательство Новая Волна»: Издатель Умереков, 2010. – 222 с.
Рабочая тетрадь.
Компьютер.
Проектор.
Раздаточный материал.
Пробирки.
Жесткая вода.
Раствор мыла.
Презентация к уроку (создана в среде приложения Office 2007 MS Power Point).
Мультимедийная презентация.
Домашнее задание:
Инструктирование учеников о домашнем задании, его объеме и целях, требованиях к оформлению и возможных затруднениях.
§9 с. 83-86, упражнения 7-9,11(у), тетрадь №№ 4.34(б), 4.35, 16.43, 16.44.
Литература, используемая для подготовки к уроку:
1. Химия. 11 класс. Базовый уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/О.С.Габриелян. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2012. -267, [6] c.: ил.
2. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: ООО «Издательство Новая Волна»: Издатель Умереков, 2010. – 222 с.
3. Г.М. Чернобельская Методика обучения химии в средней школе: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. Заведений. – М.: ВЛАДОС, 2000. – 336 с.: ил.
4. Дъяченко В. Н. Организационная структура учебного процесса и ее развитие – М.: 2009.
5. Мультимедийный курс химии «Открытая химия 2.6».
6. Интерактивный курс химии «Уроки Кирилла и Мефодия».
7. Химия для всех: иллюстративные материалы по общей, органической и неорганической химии. http://scool-sector.relarn/ru/nsm/.
8. Основы химии: электронный учебник http://www.hemi.nsu.ru.
9. «Химия. 8 класс» ЗАО \”Просвещение-МЕДИА\” ЗАО \”Новый Диск\”2004.
План урока
Организационный момент – 2 мин.
Обеспечение общей готовности учащихся, стимулирование и мотивирование учебной деятельности на уроке.
Проверка домашнего задания – 10 мин.
Основная часть урока – 20 мин:
1. Коррекция и актуализация знаний.
2. Сообщение темы, цели урока, мотивация деятельности учащихся.
3. Организация восприятия и осознания материала.
4. Самостоятельное выполнение заданий под контролем и с помощью учителя.
5. Обобщение и систематизация учащимися результатов работы.
Заключительная часть урока – 8 мин:
1. Подведение итогов работы на уроке.
2. Сообщение и комментирование домашнего задания.
Конспект урока
Подача рапорта дежурных, самопроверка рабочих мест, мотивирование интереса учащихся к изучаемой теме.
Учитель: Для того чтобы обратиться к материалам прошлого урока и провести опрос домашнего задания, предлагаю просмотреть фильм о воде.
Просмотр фильма.
Учитель: Тема прошлого урока звучала так: «Жидкое состояние вещества. Вода. Потребление воды в быту и на производстве» Давайте вспомним, какими физическими и химическими свойствами обладает вода? Вам в этом поможет данная схема (см. слайд 3 презентации).
Вам представлены набор количественных характеристик распространенность воды и ее роли. Охарактеризуйте представленные характеристики (см. слайд 5 презентации).
На слайде 6 представлен круговорот воды в природе. Расскажите о нем, используя данную схему.
Какие физические процессы происходят при круговороте воды?
Дайте название процессу перехода вещества из жидкого состояния в твердое, процессу перехода вещества из твердого состояния в жидкое.
На прошлом уроке вы изучили физические характеристики воды, сегодня я предлагаю изучить химические характеристики, одной из которых является жесткость.
Тема сегодняшнего урока: «Жесткость воды и способы ее устранения. Минеральные воды, их использование в столовых и лечебных целях».
Как вы думаете, есть ли разница между подземными водами, талой водой, пресной и соленой водой? В чем заключается разница?
Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния.
Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают.
Различают следующие виды жесткости.
Временная жесткость – обусловленная содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния.
Постоянная жесткость – обусловленная содержанием в воде других соединений кальция и магния.
Временная и постоянная жесткость составляют общую жесткость, устраняемую добавлением соды.
Демонстрационный эксперимент
В пробирку наливаю 3-4 мл жесткой воды в другую мягкой. Затем наливаем 1 мл раствор мыла. Встряхнем пробирку. Что наблюдаем? Приливаем мыло порциями, встряхиваем до образования пены. В пробирку с жесткой водой прильем раствор соды. Что наблюдаем? Выпадает осадок карбоната кальция. Запишим уравнения реакций.
СаСl2+ Na2CO3 = Са CO3 + 2 NaСl
Все вы видели накипь в чайнике, чем она обусловлена? А тем, что содержащийся в воде гидрокарбонат кальция при кипячении переходит в карбонат кальция, выпадающий в виде осадка.
Са (НCO3)2 = Са CO3 + Н2O + CO2
Предложите способы устранения жесткости воды.
Откройте, пожалуйста, учебник на страницах 83-84. Запишите в тетради возможные последствия в бытовой сфере от использования жесткой воды.
Для проверки демонстрируется слайд.
Единицы измерения
В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3). Как концентрация содержания катионов в определенном объеме воды.
Кроме этого в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус, ppm CaCO3.
Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующей таблице (см. слайд 11 презентации).
Происхождение жесткости
Жесткость воды колеблется в широких пределах, и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости. В таблице (слайд 12 презентации) приведены целых четыре примера классификации. Две классификации из российских источников – справочника \”Гидрохимические показатели состояния окружающей среды\” и учебника для вузов \”Водоподготовка\”. A две – из зарубежных: нормы жесткости немецкого института стандартизации (DIN 19643) и классификация, принятая Агентством по охране окружающей среды США (USEPA) в 1986.
Таблица наглядно иллюстрирует гораздо более \”жесткий\” подход к проблеме жесткости \”у них\”. Тому есть причины, о которых – ниже.
Как, по вашему мнению, связано химическое вещество – вода и регион – кавказские минеральные воды?
Назовите знакомые вам минеральные воды? В этом вам помогут этикетки минеральных вод на столе.
Ответы учеников.
Основные группы минеральных вод следующие:
1. Минеральные воды, действие которых определяется ионным составом и минерализацией.
2. Углекислые воды.
3. Сероводородные воды.
4. Железистые воды.
5. Бромные, йодные и йодобромные воды.
6. Кремнистые термальные воды.
7. Мышьяксодержащие воды.
8. Радоновые (радиоактивные) воды.
9. Борсодержащие воды.
10. Воды, обогащенные органическим веществом.
Так же существуют природные минеральные питьевые воды — это подземные воды различного химического состава, насыщенные двуокисью углерода (СО2) и используемые в качестве лечебных, лечебно-столовых и столовых вод.
К лечебным относят воды с минерализацией от 8 до 12 г/л. В отдельных случаях допускаются воды с более высокой минерализацией (баталинская — 21 г/л, лугела — 52 г/л), а также с минерализацией менее 8 г/л при наличии в воде увеличенных количеств мышьяка, бора и некоторых других веществ. Лечебные минеральные воды оказывают выраженное действие на организм и применяются только по назначению врача.
К лечебно-столовым относят воды с минерализацией от 2 до 8 г/л. Исключение составляет вода ессентуки № 4 с минерализацией до 10 г/л. Лечебно-столовые воды применяют как лечебные по назначению врача и в качестве столового напитка, но не систематически.
Столовые воды подразделяют на природные минеральные столовые (минерализация от 1 до 2 г/л или меньшая — при наличии биологически активных веществ) и природные столовые (минерализация менее 1 г/л), которые используются в качестве столового жаждоутоляющего и освежающего напитка.
Учитель: На ваших столах лежат этикетки минеральных вод. Опираясь на данные таблиц, определите, к какому виду они относятся по назначению и по химическому составу? Какие есть отклонения по процентному содержанию некоторых минералов?
«Архыз» – иодированая, столовая вода;
«Царская» – лечебно-столовая, с нормальным содержанием фосфора;
«Ессентуки» – лечебно-столовая, гидрокарбонатно-хлоридно-натриевая;
«Аквастандарт»- столовая, гидрокарбонатно-хлоридно-натриевая.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Переходными свойствами от жидких веществ к твердым кристаллическим обладают жидкие кристаллы (сокращённо ЖК). Честь открытия жидких кристаллов (ЖК) принадлежит немецкому ученому Рихарду Рейнитцеру. В 1888 году он обнаружил странности в поведении некоторых органических веществ. При нагревании эти вещества плавились и превращались в мутную жидкость. В дальнейшем, при повышении температуры, расплав, как и положено жидкости, без твердых примесей, становился совершенно прозрачным. Но оказалось, что оптические свойства этих веществ такие, как у кристаллов, а не как у жидкости.
Специфика жидких кристаллов заключается в особой форме молекул, имеющих форму, стержней. В жидком состоянии эти молекулы выстраиваются определенным упорядоченным образом, придавая жидкости свойства кристалла, при этом ЖК проявляют необычные свойства, например, изменение цвета. Благодаря своим свойствам они и нашли широкое применение.
Все формы жизни так или иначе связаны с деятельностью живой клетки, многие структурные звенья которой похожи на структуру жидких кристаллов. Таким образом, установление закономерностей поведения ЖК открывает новые перспективы в развитии молекулярной биологии. С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука. Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ — информационная техника. От первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном размером с почтовую открытку прошло лишь несколько лет. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя ничтожное количество энергии от малогабаритного аккумулятора или батарейки.
Тамара Редько, учитель химии гимназии №24 города Ставрополя
В прикрепленных файлах: презентация, раздаточный материал, буклет.
Доклад Жесткость воды и ее устранение 9 класс сообщение
- Энциклопедия
- Разное
- Жесткость воды и ее устранение
Под жёсткостью воды понимается присутствие в ней таких физико-химических свойств, которые связанны с определённой величиной содержащихся в воде солей щёлочноземельных металлов в растворённом состоянии, чаще всего магния или кальция.
Исходя из определения, воду можно назвать жёсткой в том случае, если в её составе присутствует повышенное содержание солей, в то время как незначительное их содержание в составе воды делает её мягкой.
Вода может иметь либо временную, либо постоянную жёсткость. Временная жёсткость воды подразумевает несложную возможность устранения этой жесткости, и достигается это путём кипячения воды, во время которого происходит разложение соли под термическим воздействием. Постоянная же жёсткость зависит от наличия таких солей в составе, которые не выделяются при кипячении воды.
Если же температурное воздействие способно устранить только временную жёсткость, то в случае с постоянной жёсткостью требуется использование более эффективных и сложных методов. Примером может служить добавление в воду реагентов, а именно кальцинированной соды или ортофосфата натрия, входящего во многие бытовые препараты. Результатом такой химической реакции являются перешедшие в нерастворимые соединения соли, которые превращаются в осадок.
Наивысшей эффективности очистки воды возможно добиться путём её прохождения через специальные полупроницаемые полиамидные мембраны, в результате которой удаляются не только соли жёсткости, но и практически все присутствующие соли в воде. Однако такой метод не лишён недостатков, поскольку готовая вода имеет низкую минерализацию и достаточно высокую стоимость.
Чтобы добиться полного избавления от жёсткости воды необходимо прибегнуть к её дистилляции, в процессе которой испаренная жидкость проходит процесс охлаждения и конденсации, переходя обратно в жидкое, но уже очищенное состояние.
Важность использования воды с уровнем солей в пределах нормы или очищенной воды объясняется пагубным воздействием жесткой воды на человеческое здоровье. Регулярное использование жесткой воды повышает риск возникновения мочекаменной или почечнокаменной болезни в организме взрослого человека, а организм еще новорожденных детей от купания в такой воде подвержен риску развития атопического дерматита или экземы, которые способны привести к астме или пищевой аллергии у ребёнка.
Доклад №2
Можно часто услышать жалобы на жесткую воду и проблемы с ней связанные. Что же такое «жесткая вода»? Какие проблемы она несет? Как смягчить воду?
Жёсткость воды — свойства воды, связанные с содержанием в ней солей жесткости. При большом количестве солей щёлочноземельных металлов в воде она называется жесткой (название произошло от того, что после стирки в такой воде ткань более жесткая). Показатель жесткости воды различен и изменяется в течение года, для его контролирования в России установлен специальный стандарт.
Жесткая вода приносит человеку много неприятностей. В ней плохо пенится мыло, она губительно действует на кожу, создает накипь на стенках котлов, чайников, труб, способствует образованию камней в мочевом пузыре и почках.
Существует несколько способов борьбы с жесткой водой, но все они имеют свои плюсы и минусы.
Термический. При кипячении воды гидрокарбонаты магния и кальция разлагаются.
- Временное смягчение воды
- Выгодно применять в домашних условиях
- Отсутствие специального оборудования
- Образуется накипь.
Реагентное умягчение. В воду добавляются реагенты: кальцинированная сода, гашеная известь или ортофосфат натрия, в итоге соли жесткости выпадают в осадок.
Смягчение воды
- Невыгодность способа в домашних условиях
- Необходимость в реагентах
- Необходимость отделения осадка.
Катионирование. В воду помещают ионообменную гранулированную загрузку, которая поглощает катионы солей щёлочноземельных металлов и отдает ионы натрия и водорода.
Смягчение воды
- Невыгодность способа в домашних условиях
- Сложность способа.
Обратный осмос. Вода проходит через полупроницаемые мембраны, которые удаляют из жидкости практически все соли.
Большая эффективность (99,9%)
- Вода очищается от всех солей, а не только от солей жесткости
- Высокая стоимость, частая смена мембран
- Невыгодность способа в домашних условиях
- Предварительная подготовка воды.
Электродиализ. Такой процесс смягчения воды имеет большое сходство с обратным осмосом, но проходит под воздействием электрического поля.
- Большая эффективность
- Редкая смена мембран
- Отсутствие предварительной подготовки воды.
- Вода очищается от всех солей, а не только от солей жесткости
- Невыгодность способа в домашних условиях
Дистилляция. Воду нагревают, она испаряется, охлаждается и конденсируется.
- Большая эффективность
- Можно применять в небольших объемах (домашних условиях)
- Вода становится дистиллированной
Жесткая вода часто причиняет неудобства человеку, но существует множество способов, помогающих избавиться от излишней жесткости воды. Все методы имеют свои недостатки и преимущества, и каждый выбирает себе тот, который ему подходит.
9 класс
Жесткость воды и ее устранение
Популярные темы сообщений
- Вороны
Ворона – очень умная птица. В ее характере присутствует осторожность, терпение и наглость. Эта птица загадочна и неповторима. Вороны – крупные птицы отряда Воробьинообразные. Они относятся к роду Вороны семейства Врановые.
- Творчество Гранина
Известный советский а позже и российский писатель Даниил Александрович Герман более известный как Гранин.
Родился в небольшом селе Волынь под Курском, в 1919 году первого января.
- Молния (природное явление)
Часто во время грозы мы можем наблюдать на небе яркую вспышку света, которая затем сопровождается ударной звуковой волной – громом. Данный электрический разряд в атмосфере называется молнией. Молнии бывают не только на Земле.
- Астрид Линдгрен
«Волшебница из Швеции» – так во всем мире уважительно называют великую сказочницу Астрид Анну Эмилию Линдгрен (1907 – 2002), из-под пера которой вышли десятки чудесных историй,
- Великие композиторы
Мировая классическая музыка не мыслима без русских композиторов. Зарождение отечественной композиторской школы произошло еще в далеком XIX веке. Об основоположниках можно рассказывать долго, у каждого свой путь, своя судьба,
Жесткость воды — MEL Химия
Реагенты
Хлорид кальция
Гидрокарбонат натрия
Безопасность
- Наденьте защитные перчатки и очки.
- Проведите эксперимент на подносе.
- Поставьте плиту на пробковую подставку для горячих кастрюль. Не прикасайтесь к плите после эксперимента — подождите, пока она остынет.
- Снимите защитные перчатки перед тем, как зажечь свечу.
Общие правила безопасности
- Не допускайте попадания химических веществ в глаза или рот.
- Держите маленьких детей, животных и тех, кто не носит защитные очки, подальше от экспериментальной зоны.
- Храните этот экспериментальный набор в недоступном для детей младше 12 лет месте.
- Очистите все оборудование после использования.
- Убедитесь, что все контейнеры полностью закрыты и правильно хранятся после использования.
- Убедитесь, что все пустые контейнеры утилизированы надлежащим образом.
- Не используйте оборудование, которое не входит в комплект поставки или не рекомендовано в инструкции по эксплуатации.
- Не заменяйте продукты питания в оригинальной упаковке. Утилизируйте немедленно.
Общая информация по оказанию первой помощи
- При попадании в глаза: Промыть глаза большим количеством воды, при необходимости держать глаза открытыми. Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
- При проглатывании: прополоскать рот водой, выпить немного пресной воды. Не вызывает рвоту. Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
- При вдыхании: Вынести пострадавшего на свежий воздух.
- При попадании на кожу и при ожогах: промыть пораженный участок большим количеством воды не менее 10 минут.
- В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химикат и его контейнер.
- В случае травмы всегда обращайтесь за медицинской помощью.
Консультации для присматривающих за взрослыми
- Неправильное использование химикатов может привести к травмам и ущербу для здоровья. Проводите только те опыты, которые указаны в инструкции.
- Этот экспериментальный набор предназначен для использования только детьми старше 12 лет.
- Поскольку способности детей сильно различаются даже в пределах возрастных групп, наблюдающие взрослые должны проявлять осторожность в отношении того, какие эксперименты подходят и безопасны для них. Инструкции должны позволять наблюдателям оценивать любой эксперимент, чтобы установить его пригодность для конкретного ребенка.
- Перед началом экспериментов надзирающий взрослый должен обсудить предупреждения и информацию о безопасности с ребенком или детьми. Особое внимание следует уделять безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
- Территория, окружающая эксперимент, должна быть свободна от каких-либо препятствий и вдали от места хранения продуктов питания. Она должна быть хорошо освещена и проветрена, а также находиться рядом с водопроводом. Должен быть обеспечен прочный стол с термостойкой столешницей.
- Вещества в одноразовой упаковке должны быть израсходованы (полностью) в течение одного эксперимента, т.е. после вскрытия упаковки.
Часто задаваемые вопросы и устранение неполадок
Раствор в колбе не мутнеет после шага 6.
Вероятно, раствор в колбе еще недостаточно нагрелся. Подождите 5 мин. дольше.
Как пользоваться термостикером?
Наклейте наклейку на флягу или плиту. При температуре около 60–70 o С треугольник меняет цвет с черного на желтый, чтобы предупредить, что объект, к которому он был прикреплен, горячий и его нельзя трогать! Вы можете взять или прикоснуться к колбе, только когда она остынет и треугольник снова станет черным.
Другие эксперименты
Запальное железо
Ракетостроение
Отпечатки пальцев копоти
Травление железа
Пошаговые инструкции
- Налить в колбу воду до отметки «40».
- Добавить туда все 0,2М хлорида кальция CaCl 2 раствор из флакона.
- Возьмите плиту с топливными таблетками и поставьте на нее свечу. Снимите защитные перчатки и зажгите свечу. Установите на плиту рассеиватель пламени, как показано на рисунке.
- Поместите колбу на рассеиватель пламени. Подождите 15 мин.
- Вылейте весь 0,3 М раствор гидрокарбоната натрия NaHCO 3 из флакона.
- Вода в колбе станет мутной.
Утилизация
Твердые отходы утилизируйте вместе с бытовым мусором. Вылейте растворы в раковину. Смыть большим количеством воды.
Научное описание
Что такое жесткость воды?
Жесткость воды — это значение, отражающее количество растворенных в воде солей кальция, магния и железа. Существует временная жесткость (которую можно удалить) и постоянная жесткость. Временная жесткость вызвана бикарбонатами кальция и магния (Ca(HCO 3 ) 2 и Mg(HCO 3 ) 2 ), и постоянная жгут – по их сульфатам ((CaSO 4 и MgSO 4 ) и хлоридам (CaCl 2 и MgCl 2 ).
Таким образом, жесткая вода – это вода, содержащая одновременно много солей кальция, магния и железа.
Почему мы добавляем СаCl
2 ?
Добавляя в воду хлорид кальция CaCl 2 , мы искусственно повышаем ее жесткость. Как упоминалось выше, CaCl 2 вызывает постоянную (т.е. неустранимую кипячением) жесткость воды. И первая часть эксперимента продемонстрировала этот факт: при кипячении на стенках не происходит заметных осадков.
Что произойдет, если мы добавим NaHCO
3 ?
Добавление бикарбоната натрия NaHCO 3 приводит к образованию бикарбоната кальция в растворе:
2NaHCO 3 + СаCl 2 ↔ Ca(HCO 3 ) 2 + 2NaCl
А за счет образования Ca(HCO 3 ) 2 жесткость нашей воды становится временной – теперь ее можно убрать кипячением.
Что происходит при нагревании воды?
Когда мы нагреваем воду, хорошо растворимый бикарбонат кальция превращается в плохо растворимый карбонат:
Ca(HCO 3 ) 2 → CaCO 3 ↓ + CO 2 ↑ + H 2 O
Белый налет на дне и стенках колбы – это карбонат кальция.
Почему образуется накипь и как ее удалить?
Накипь (или известковый налет) представляет собой нерастворимый карбонат кальция CaCO 3 , который выпадает в осадок при термическом разложении бикарбоната кальция Ca(HCO 3 ) 2 :
Ca(HCO 3 ) 2 → CaCO 3 ↓ + CO 2 ↑ + H 2 O
Толстый серый слой накипи хоть и не украшает посуду, но и вреда не приносит. Кроме того, он может устранить чрезмерную жесткость водопроводной воды. Кроме того, накипь легко удаляется с чайников и кастрюль очисткой их лимонной кислотой С 6 H 8 O 7 раствор:
3CaCO 3 + 2С 6 H 8 O 7 → Ca 3 (C 6 H 5 O 7 ) 2 + 3CO 2 + 3H 2 O
В результате реакции образуется цитрат кальция Ca 3 (C 6 H 5 O 7 ) 2 , хорошо растворимый в воде.
Узнать больше
Грязно-бежевый цвет накипи обусловлен присутствием оксида железа Fe 2 O 3 . Водопроводная вода содержит некоторое количество железа в виде ионов Fe 2+ , но при кипячении оно выпадает в осадок.
Интересно, что накипь имеет тот же химический состав, что и природный известковый налет. Иногда находят целые горы, образованные из этого минерала. Обычно в таких массивных природных образованиях есть многочисленные пещеры – излюбленные места спелеологов! Эти пещеры легко образуются в известняке: даже слабокислая природная вода на своем пути растворяет карбонаты, образуя причудливые ходы в минерале.
Кроме того, карбонат кальция является основным компонентом обычного мела, используемого для письма на доске или рисования на асфальте. Кроме того, в качестве пищевой добавки используется мел – пищевой краситель белый Е170.
Напомним, что карбонат кальция — это вещество, которое делает яичную скорлупу твердой. В наборе MEL Chemistry есть опыт «Химия продуктов питания», в котором карбонат кальция растворяют с помощью обычного уксуса (см. опыт «Резиновое яйцо»).
Как смягчить воду?
Вода, содержащая небольшое количество солей кальция и магния, называется мягкой. А процесс удаления жесткости воды – умягчение.
Самый простой способ умягчения воды, как показал наш эксперимент, это кипячение. При нагревании гидрокарбонаты кальция и магния (Ca(HCO 3 ) 2 и Mg(HCO 3 ) 2 ) подвергаются термическому разложению:
Ca(HCO 3 ) 2 → CaCO 3 ↓ + CO 2 ↑ + H 2 O
Mg(HCO 3 ) 2 → MgCO 3 + CO 2 ↑ + H 2 O
MgCO 3 + H 2 O → Mg(OH) 2 ↓ + CO 2 ↑
Кипячение (термическое умягчение) – древнейший способ умягчения воды для бытовых нужд. Конечно, этот процесс устраняет только временную (карбонатную) жесткость. Постоянная жесткость сохраняется, как мы можем наблюдать в первой части нашего опыта: вода, насыщенная хлоридом кальция CaCl 2 не оставляет осадка при кипячении.
Перегонка тесно связана с кипячением. При перегонке испарившаяся жидкость последовательно конденсируется на охлаждаемой поверхности и, таким образом, собирается в виде капель. Вода, очищенная таким способом, называется дистиллированной и не содержит ионов металлов. Из-за низкой минерализации дистиллированная вода не пригодна для питья, так как «вымывает» минералы из организма. Однако дистиллированная вода широко используется в науке и промышленности.
Ниже вы можете найти более подробную информацию о современных методах смягчения воды.
Узнать больше
Очевидно, что кипячение — один из самых простых способов смягчения воды. Однако такой процесс имеет существенные недостатки, а именно низкий КПД и большие энергозатраты.
Еще один способ смягчения воды – использование реагентов. Они переводят ионы магния и кальция в нерастворимую форму путем добавления некоторых химических веществ, например, гидроксида кальция Ca(OH) 2 (the process is called lime softening):
Ca(OH) 2 + Ca(HCO 3 ) 2 → 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O
Mg(HCO 3 ) 2 + 2Ca(OH) 2 → Mg(OH) 2 ↓ + 2CaCO 3 + 2H 2 O
Аналогично кипячению, размягчение известью устраняет только карбонатную жесткость. Для того чтобы убрать постоянную (некарбонатную) жесткость необходимо более глубокое умягчение воды, поэтому помимо гашеной извести используют карбонат натрия Na 2 CO 3 :
Ca 2+ + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + 2Na +
Mg 2+ + Na 2 CO 3 → MGCO 3 ↓ + 2NA +
MGCO 3 + CA (OH) 2 → MG (OH) 2 ↓ + CACO 3 ↓
22222222222222 гг. ионы кальция и магния из воды, используют «большие пушки» – фосфат натрия Na 3 PO 4 :
3Ca 2+ + 2Na 3 PO 4 → Ca 3 (PO 4 ) 2 ↓ + 6Na +
3Mg 2+ + 2Na 3 PO 4 → Mg 3 (PO 4 ) 2 ↓ + 6Na +
Недостатком этого метода умягчения воды является необходимость точного дозирования реагентов.
Наиболее широко используемый в промышленности метод умягчения воды включает ионообменные смолы . Вода проходит через специальный фильтр, задерживающий ионы кальция Ca 2+ , магния Mg 2+ , железа Fe 2+ и марганца Mn 2+ . Эти «пойманные» ионы замещаются выделившимися в раствор ионами калия К + , натрия Na + или водорода Н + .
Этот метод очень эффективен для умягчения воды. Преимуществами этого метода являются низкая стоимость реагентов и отсутствие сложных процедур, таких как осаждение и удаление осадка. Кстати, именно таким способом происходит смягчение воды в посудомоечной машине. Чтобы фильтр прослужил дольше, в посудомоечную машину высыпают соль NaCl, чтобы она заменила там кальций и магний и насытила фильтр ионами натрия.
В лаборатории часто используют другой процесс очистки воды, называемый обратным осмосом. Кроме того, этот метод иногда используется даже в домашних условиях. Вода проходит через мембрану, которая не пропускает соли металлов. Важно отметить, что обратный осмос может принимать только уже предварительно очищенную воду. Мембрана очень тонкая и нежная: она может быть повреждена при высокой концентрации солей. Обратный осмос — очень дорогой процесс очистки воды, но, в свою очередь, относительно быстрый и удобный.
Это интересно!
Что такое жесткость воды?
В химии под жесткостью воды понимается количество минералов, в основном ионов кальция и магния, растворенных в воде.
Жесткость воды является одним из важнейших параметров во многих отраслях пищевой промышленности, особенно в водоочистных сооружениях.
В основном, 9Уровень жесткости 0483 определяет, насколько хорошо мыло будет реагировать с водой, или свойство потребления мыла . Жесткая вода требует больше мыла для производства пены или пены. Поэтому для очистки с использованием жесткой воды может потребоваться больше мыла.
Примерами мягкой воды является водопроводная вода или питьевая вода (равная или ниже 60 ppm) . Интересно, что в горной воде очень мало минералов. С другой стороны, хорошим примером жесткой воды является морская вода по очевидным причинам. Морская вода богата растворенными солями и обычно имеет жесткость не менее 6 600 частей на миллион (очень жесткая).
Давайте обсудим дальше.
Содержание
Химия мыла с водой
Загрузите эти иллюстрации на Pinterest Ионы кальция (Ca2+) и ионы магния (Mg2+), растворенные в воде, реагируют с мылом . Обратите внимание, что также могут присутствовать ионы других тяжелых металлов, таких как Mn2+, Fe2+ и Al2+. Соли натрия в мыле превращаются в соответствующие соли кальция и магния. Эти соли очень легко растворяются в мягкой воде. Но в жесткой воде они выпадают в осадок в виде нерастворимого белого твердого вещества, называемого мыльной пеной.
Вам также могут быть интересны: Нерассказанная правда о облачном льду
Ключевые различия между мягкой и жесткой водой
Различия между мягкой и жесткой водой определяются количеством растворенных минералов, в первую очередь кальция и магния . Чем больше минералов содержится в воде, тем меньше мыльной пены образуется. См. таблицу ниже.
ЖЕСТКАЯ ВОДА | МЯГКАЯ ВОДА |
содержит больше ионов кальция и магния | содержит меньше ионов кальция и магния |
. ppm как CaCO 3 | Общая жесткость равна или меньше 60 ppm как CaCO 3 |
2 типа воды жесткость
Временная жесткость
Временная жесткость относится к жесткости воды, обусловленной карбонатами кальция и других металлов . Этот тип жесткости можно удалить кипячением. Повышенная температура превращает бикарбонаты кальция в карбонат кальция, воду и углекислый газ. Бикарбонат магния превращается в гидроксид магния и диоксид углерода. В то время как оксид углерода улетучивается, образующиеся соли карбонаты кальция и карбонаты магния нерастворимы в воде и осаждаются только на дно контейнера. Смотрите ниже реакцию.
Оставшиеся ионы Ca2+ и Mg2+ можно удалить фильтрацией, превращая воду в мягкую.
Временная твердость очень заметна в оборудовании, связанном с теплом, таком как бойлеры и чайники. Твердые отложения обычно белые, но цвет может варьироваться в зависимости от присутствующих металлов. Железо отвечает за красновато-коричневый цвет. Одним из примеров этого является ваша коричневая раковина. Вы добываете воду под землей? Возможно, он богат железом.
Вам также может быть интересно: Руководство по использованию хлора в пищевой промышленности
Помимо кипячения и фильтрации, постоянная жесткость также может быть устранена методом Кларка , также называемым умягчением известью. Метод Кларка заключается в добавлении извести или гидроксида кальция (Ca(OH) 2) для осаждения ионов кальция и магния. Используйте известь с осторожностью. Поскольку Ca(OH) 2 сам по себе является источником ионов кальция, его следует использовать очень осторожно.
Постоянная жесткость s
Постоянная жесткость относится к жесткости воды из-за содержания хлоридов и сульфатов кальция, магния и других металлов. Он так называется, потому что кипячение неэффективно для его удаления. Вместо этого может быть применен химический метод, такой как следующий:
- Метод Калгона
При использовании метода Калгона вода обрабатывается гексаметафосфатом натрия (NaPO 3 ) 6. Это вытесняет ионы кальция, образует ионы натрия и в процессе вода мягкая.
- Ионообменный метод
Как следует из названия, ионообменная работа путем обмена ионов кальция и магния в воде на ионы натрия . Благодаря своей способности удалять другие вещества ионный обмен также используется для денитрификации, декальцинации и дезинфекции.
- Обработка содой для стирки
Сода для стирки — это общее название карбоната натрия (Na 2 CO 3 ). На самом деле мы используем стиральную соду в виде моющего средства для мытья посуды или при стирке. Его иона карбоната хорошо реагируют с растворенными в воде ионами кальция и магния . Образовавшиеся осадки CaCO 3 и MgCO 3 удаляют фильтрованием, чтобы сделать воду мягкой.
- Метод синтетических смол
Метод синтетических смол использует синтетические ионообменные смолы (RNa + ) , которые при обработке хлоридом натрия (NaCl) заменяют ионы натрия на ионы Ca2+ и Mg2+. После удаления ионов Ca2+ и Mg2+ вода становится мягкой.
В пищевой промышленности
Жесткость воды тщательно контролируется, особенно на установках по умягчению воды и питьевой воде.
Уровень жесткости воды является обязательной частью производства пищевых продуктов. Это особенно актуально для процессов, требующих нагрева воды. Возьмем, к примеру, машину для мытья бутылок при производстве безалкогольных напитков, для которой требуется мойка при температуре около 158 °F (70 °C). Бутылкомоечная машина имеет множество трубок и форсунок. Чтобы предотвратить его эффективную работу (без засорения), необходимо использовать мягкую воду, чтобы предотвратить образование накипи. Чтобы добиться этого, жесткость поддерживается на низком уровне с помощью определенного метода умягчения воды, одним из которых является метод Кларка. Твердость неукоснительно контролируется и регистрируется.
Уровень жесткости должен поддерживаться равным или ниже 60 частей на миллион CaCO 3 . Накипь или накипь могут образоваться, если оборудование длительное время находилось в контакте с жесткой водой.
Некоторые неблагоприятные последствия образования накипи в оборудовании для пищевой промышленности включают:
- Засорение деталей оборудования
- Снижение эффективности
- Снижение срока службы оборудования
5 Увеличение расхода чистящего средства0006
- Процессы обходятся дороже
В лаборатории использование жесткой воды категорически запрещено. Это связано с тем, что его использование только добавит больше ионов кальция и магния и даст вам ложные показания. Вместо этого используйте дистиллированную или деионизированную воду.
Дома
Когда вы в последний раз мыли руки, вы чувствовали, что на них остались следы? Как насчет того, когда вы в последний раз мыли посуду? Если вы это сделали, возможно, вы используете дома жесткую воду. Не беспокойтесь, так как это не опасно для вашего здоровья. Но, как и в любой другой отрасли, жесткая вода вызывает беспокойство по нескольким причинам.
Вот некоторые.
При нагревании карбонат кальция в воде выпадает в осадок и прилипает ко дну и стенкам чайника
- Затруднение вспенивания мыла
- Отложения накипи на стеклянной посуде, раковинах, смесителях, душах с нагревателем и ваннах
- Повышенный расход топлива при приготовлении пищи (повышенная температура кипения воды)
- Потребность в кондиционере для белья при стирке
- Повышенное энергопотребление приборов (засорение форсунок и труб)
Анализ жесткости воды
Когда мы определяем уровень жесткости воды, мы обычно говорим об общей жесткости , сумме временной и постоянной жесткости.
Общая жесткость воды
Общая жесткость воды представляет собой сумму временной и постоянной жесткости . Его определяют химическим титрованием. Результат обычно выражается в частях на миллион (ppm) или миллиграммах на литр (мг/л) в виде карбоната кальция. Вот как это делается.
Что вам нужно:
- Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) – хелатирующий агент, реагирующий с ионами Ca и Mg
- Буферный раствор аммиака – для поддержания уровня pH на уровне 10 вода
- Бюретка 50,0 мл
- Проба воды
- Для этого наполните бюретку ЭДТА. Убедитесь, что вы уже промыли его деионизированной водой и ЭДТА.
- Используя промытую пипетку на 10,0 мл, перенесите 10,0 мл вашего образца в коническую колбу.
- Добавьте 5,0 мл буферного раствора аммиака, чтобы поддерживать pH на уровне 10.
- Добавьте немного индикатора EBT. 2 капли достаточно. Это придаст образцу винно-красный цвет.
- Титруйте образец раствором ЭДТА до тех пор, пока цвет не изменится с винно-красного на синий, что является конечной точкой. К этому моменту все ионы Ca и Mg уже находятся в комплексе с ЭДТА.
- Титруйте образец трижды, чтобы получить 3 результата точности.
- Рассчитайте общую жесткость воды по приведенной ниже формуле.
Временная и постоянная жесткость
Итак, выше указана только общая жесткость воды, верно? Как найти временную жесткость? Постоянная жесткость?
Это просто.
Вскипятить воду. Это устранит временную жесткость воды. Теперь титруйте кипяченую воду. Как и ожидалось, вы получите меньшее значение — это постоянная жесткость воды.
Вот пример.
Допустим, до кипячения общая жесткость воды составляла 50 ppm CaCO 3 .
Затем после кипячения вместо 50 ppm CaCO 3 значение снижается до 38 ppm CaCO 3 . Поскольку вы удалили временную жесткость кипячением, это 38 ppm CaCO 3 теперь является вашей постоянной жесткостью. Чтобы получить значение временной жесткости, просто вычтите 38 из 50. Это даст вам временную жесткость 12 ppm CaCO 3 .
Классификация жесткости воды
Как правило, любая вода с жесткостью 60 частей на миллион или ниже считается мягкой.
Классификация приведена в таблице ниже.
Hardness type | PPM | Grains per gallon | German degrees | Clark degrees |
Soft | <60 | 1026 | 3.36 | 4,2 |
Умеренно жесткий | 61-120 | 1043-2052 | 3,42-6,72 | 4.27-8.4 |
Hard | 121-180 | 2069-3078 | 6.78-10.1 | 8.47-12.6 |
Very hard | >180 | >3078 | >10.![]() |