Жесткость воды и способы ее устраненияРахимова М. , Нисковская В. 9 Д
Водаа -химическоеЭкзаменационная работа по химии на тему: « Жесткость воды и способы ее устранения» Выполнил Ученик 9класса «А» Олин Дмитрий Руководитель проекта Учитель химии Шушляпина Ю.П. ЗАПАДНОЕ ОКРУЖНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГОУ ЦЕНТР ОБРАЗОВАНИЯ «ШКОЛА ЗДОРОВЬЯ» 1941
Содержание работы: 1.Вода-источник всего живого.Вода-источник всего живого 2.Определение жесткости воды и ее негативное влияние.Определение жесткости воды и ее негативное влияние 3.Виды жесткости.Виды жесткости 4.Способы устранения жесткости.Способы устранения жесткости 5.Уравнения устранения жесткости.Уравнения устранения жесткости 6.Практическая часть.Практическая часть 7.Тест «Проверь себя».Тест «Проверь себя» 8.Используемые материалы.Используемые материалы
Вода-источник всего живого. Вода играет уникальную роль как вещество, определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов.
Жесткость воды. Жёсткость воды свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния. Вода Мягкая Жесткая менее 2 ммоль/л Средняя жесткость Высокая жесткость ммоль/л более 10 ммоль/л
Способы устранения жесткости. Бытовые: 1.Кипячение и вымораживаниеКипячение и вымораживание 2.ФильтрованиеФильтрование 3.Добавление умягчителейДобавление умягчителей Промышленные: 1.Добавление кальцинированной соды Na 2 CO 3Добавление кальцинированной соды Na 2 CO 3 2.Добавление гашеной извести Ca(OH) 2Добавление гашеной извести Ca(OH) 2
Практическая часть. Практическая работа: «Устранение жесткости различных видов воды». Цель работы: 1.Определить жесткость воды различных видов. 2.Изучить способ устранения жесткости с помощью соды. Оборудование и реактивы: 1.Пробирки, химический стакан 2.Раствор соды Na 2 CO 3. 3.Цифровой фотоаппарат.
Практическая часть Ход работы: В моей практической работе я исследовал жесткость природной воды: «Святой источник», родниковая вода микрорайона «Матвеевское», минеральная вода «Нарзан» и водопроводная вода. Для устранения жесткости можно использовать раствор соды Na 2 CO 3. Я прилил раствор в четыре пробирки и наблюдал за происходящим.
Практическая часть. Вывод: Минеральная вода «Нарзан» и родниковая вода микрорайона «Матвеевское» обладают большей жесткостью, то есть содержат наибольшее количество солей магния и кальция. Эти виды воды наиболее пригодны для питья, так как дают организму соли кальция и магния, но не пригодны для хозяйственных целей.
Вопрос2 Какое свойство НЕ проявляет жёсткая вода? 1.Хорошо проводит электрический токХорошо проводит электрический ток 2.Хорошо проводит теплоХорошо проводит тепло 3.Образует накипь при кипяченииОбразует накипь при кипячении 4.Плохо растворяет мыло (мыло плохо пенится)Плохо растворяет мыло (мыло плохо пенится)
Используемые материалы. 1.«Химия. Справочник школьника»-Москва Отдельное спасибо за помощь учителю химии Шушляпиной Ю.П.
Введение Введение В пещерах спелеологи встречаются с красивейшими известковыми образованиями – свешивающимися со сводов сталактитами и растущими вверх сталагмитами. С точки зрения химии, возникновение этих удивительных творений природы – это жесткость подземных вод. В пещерах спелеологи встречаются с красивейшими известковыми образованиями – свешивающимися со сводов сталактитами и растущими вверх сталагмитами. С точки зрения химии, возникновение этих удивительных творений природы – это жесткость подземных вод.
Насколько «жестка» жесткая вода? Насколько «жестка» жесткая вода? Жёсткость воды – это ее свойство, связанное с содержанием растворимых в ней соединений кальция и магния, это параметр, показывающий содержание катионов кальция, магния в воде. Накипь на стенках нагревательных котлов, отложения солей на бытовой технике, и т.д. - все это показатели жесткой воды. Жесткая вода мало пригодна для стирки. Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя, катионы Ca2+ и Mg2+ реагируют с жирными кислотами мыла, образуя малорастворимые соли, которые создают пленки и осадки, в итоге снижая качество стирки. В настоящее время известна взаимосвязь жесткости воды и образования камней в почках. Жесткость питьевой воды по действующим стандартам должна быть не выше 7 мг-экв/л. Существует два типа жесткости: временная и постоянная. При большом содержании ионов магния, вода горьковата на вкус и оказывает послабляющее действие на кишечник. Различают карбонатную и некарбонатную жесткость. Карбонатная жесткость вызвана присутствием растворенных гидрокарбонатов кальция Ca(HCO3)2 и магния Mg(HCO3)2. При кипячении гидрокарбонаты разрушаются с образованием осадков малорастворимых карбонатов CaCO3, жесткость уменьшается, поэтому карбонатную жесткость называют временной. При кипячении ионы Mg2+ и Ca2+ осаждаются в виде карбонатов. Жесткость, сохраняющаяся после кипячения воды, называется постоянной или некарбонатной. Она обусловлена растворенными в воде кальциевыми и магниевыми солями сильных кислот (сульфатами и хлоридами).
Влияние жесткости воды на здоровье человека Повышенная жесткость воды негативно сказывается на здоровье человека при умывании. Соли жесткости взаимодействуют с моющими веществами и образуют нерастворимые шлаки. Эти шлаки высыхают и остаются в виде микроскопической корки на кожном и волосяном покрове человека. Разрушается естественная жировая пленка кожного и волосяного покрова человека, забиваются поры, появляется сухость, шелушение, перхоть. Признак повышенной жесткости воды – скрип чисто вымытой кожи и волос. Чувство повышенной мылкости, признак того, что защитная пленка на коже невредима, и жесткость воды небольшая. Поэтому косметологи советуют умываться дождевой или талой водой. С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения. Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами происходит образование "мыльных шлаков" в виде пены, она после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах.
Химия жесткости воды Осадок и накипь (соли жесткости) образуются в результате взаимодействия катионов с анионами. Ниже в таблице приведены основные анионы и катиониты металлов, с которыми они ассоциируются и вызывают жесткость. Железо, марганец и стронций оказывают на жесткость не большое влияние по сравнению с кальцием и магнием. Растворимость Алюминия и трехвалентного Железа маленькая при уровне pH природной воды, поэтому их влияние на жесткость воды также небольшое. КатионыАнионы Магний (Mg2+) Сульфат (SO42-) Кальций (Ca2+) Гидрокарбонат (HCO3-) Железо (Fe2+) Нитрат (NO3-) Стронций (Sr2+) Хлорид (Cl-) Марганец (Mn2+) Силикат (SiO32-)
Возникновение Жесткости Ионы кальция и магния, а также прочих щелочноземельных металлов, определяющих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их образуют месторождения известняков и гипса. Ионы кальция и магния попадают в воду при процессах растворения и химического выветривания горных пород. Ионы образуются при микробиологических процессах, протекающих в земле, где сбрасывается вода в донных отложениях. Как правило, в маломинерализованных водах преобладает жесткость, обусловленная ионами. При повышении минерализации воды содержание ионов кальция стремительно уменьшается. Количество же ионов магния в высокоминерализованных водах может доходить до нескольких граммов, а в соленых озерах - десятков граммов на один литр воды. Обычно жесткость подземных вод выше жесткости поверхностных вод. Жесткость поверхностных вод колеблется в зависимости от сезона, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость.
Умягчение воды Умягчение воды – процесс снижения жесткости воды, т.е. уменьшение концентрации ионов кальция и магния. Жесткая вода негативно сказывается на здоровье человека, на работе сантехнического и котельного оборудования. Поэтому, чтобы не испортить оборудование, требуется умягчение воды. При повышенной жесткости воды в котлах и бойлерах умягчение воды обязательно. Применяются несколько методов умягчения воды, которые выбираются, опираясь на факторы: Глубина умягчения воды Качество исходной воды Экономические соображения
Методы умягчения воды: Реагентное умягчение воды, при этом способе очистки воды ионы Ca+2 и Mg+2 связываются различными веществами в нерастворимые соединения. Электромагнитное воздействие на воду. Данный метод очистки воды не снижает ее жесткость, а предотвращает выпадение накипи, карбонатных отложений. Данный метод используется, где умягчение воды не является самоцелью. Подробнее о химии жесткости воды. Чтобы избавиться от временной жесткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды, гидрокарбонатные анионы вступают в реакцию с катионами и образуют с ними очень мало растворимые карбонатные соли, которые выпадают в осадок. Ca2 + 2HCO3- = CaCO3v + H2O + CO2^ 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. Еде один способ – испарение воды с последующие ее конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются, а вода испаряется. Но такие методы, как замораживание и перегонка пригодны только для смягчения небольшого количества воды. С последствием жесткости воды - накипью, с точки зрения химии можно бороться очень просто. Нужно на соль слабой кислоты воздействовать кислотой более сильной.
12
О содержании железа в питьевой воде Высокое содержание железа в воде вызывает отложение осадка в трубах и их зарастание, а также ухудшает вкус питьевой воды (присутствует привкус ржавчины), а также после "железной" воды остаются желтые разводы на сантехнике и пятна на одежде. Железо практически всегда встречается в поверхностных и подземных скважинных водах. Также вследствие коррозии труб ржавчина попадает в питьевую воду. Соединения железа в воде присутствуют в растворенной и нерастворенной форме. 1. Для удаления ржавчины используют так называемые "механические" фильтры. Фильтрующие элементы представлены в виде промывающейся сетки из нержавеющей стали, также используются кварцевый песок, керамическая крошка. 2. Растворенное железо бывает в трехвалентной и в двухвалентной формах. Трехвалентная форма - это желтый раствор, двухвалентная - бесцветный раствор. В присутствии кислорода в воде двухвалентное железо очень быстро переходит в трехвалентную форму и образует малорастворимый гидроксид железа. 4Fe 2+ + O2 +2H2O = 4Fe(OH)3 При аэрировании происходит окисление двухвалентного железа в трехвалентную форму по следующей суммарной реакции: 4Fe2+ + O2 +10H2O = 4Fe (OH) 3 + 8H+ Также вместо кислорода воздуха для перевода Fe2+ в Fe3+ можно использовать и другие окислители, например, перманганат калия. Этими способами производят очистку воды от марганца (Mn2+), который часто сопутствует двухвалентному железу: 3Fe (HCO3)3 + KMnO3 + 2H2O = 3Fe (OH)3 + MnO2 + 5CO2 + KHCO3 В случае двухвалентного марганца происходит такая реакция окисления: 3Mn2+ + 2MnO4- + 2H2O = 5MnO2 + 4H+
Результаты ученического исследования Исследование жесткости воды в Новом Осколе п/п Исследуемая водаЖесткость воды Тип воды 1Снеговая вода0,8Очень мягкая 2Водопроводная вода5,6Средней жесткости 3Вода из колонки7,1Средней жесткости 4Вода из колодца (ул. Покровская) 11,64Очень жесткая 5Бутилированная вода 6Средней жесткости 6Вода с добавлением молока 9,6Жесткая
1. Жёсткость воды
Присутствие ионов Са 2+ и Mg 2+
2. Показатели жесткости воды
Образование жесткости воды в природе
Подземные воды – подземные залежи известняков, гипса, доломитов жесткость воды.
Поверхностные воды – сезонные колебания.
Морская и океанская вода – высокая жесткость.
Пресные природные водоемы – минимум жесткости в период паводка.
Типы жесткости воды.
почти полностью устраняется
при кипячении воды, поэтому
называется временной жесткостью.
соли кальция и магния при кипячении не устраняются
(постоянная жесткость).
Устранение временной жесткости
I. Термоумягчение . (Кипячением воды.)
Ca(HCO 3 ) 2 = CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O .
II. Реагентное умягчение.
1.
Ca(HCO 3 ) 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ↓ + 2NaHCO 3 .
2. Добавлением гашеной извести.
Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 = 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O.
Устранение постоянной жесткости
Проблема секущихся кончиков
волос
Влияние жесткости воды на бытовые и промышленные системы
Для современной бытовой техники,
автономных систем горячего водоснабжения и отопления,
новейших образцов сантехники жесткость воды –
катастрофа!
Список литературы:
1 . Иванов, Гева Химия в формулах. Дрофа 2004.
2. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии, 1962.
3. Дрица Е.М. Свойства элементом. Справочник. М.: Металлургия, 1985.
4. Коган Б.И . Редкие металлы. М.: Наука, 1979.
5. Бусев А.И. Определения, понятия, термины в химии. М.: Просвещение, 1981.
6. Никольский Б.П. Справочник химика. Т-2. М.: Химия, 1964.
7. Некрасов Б.В. Основы общей химии. М.: Химия, 1967.
8. Я.А. Угай. Неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1989.
9. Петрянов-Соколов И.В., Черненко М.Б., Станцо В.В.
Популярная библиотека химических элементов. М.: Наука, 1972.
10. Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. М.: Мир, 1971.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Вода, прежде чем попасть в колодец или водопроводную сеть, просачивается сквозь почву и насыщается в ней растворимыми солями. Природные воды содержат сульфаты и бикарбонаты кальция и магния, т.е. катионы Са 2+ и Мg 2+ , анионы SO 4 2- , CL - и НСО 3 - . Вода, в которой содержание ионов Са 2+ и Mg 2+ незначительно, называется мягкой, вода с повышенным содержанием их - жесткой.
Широко известно, что в жесткой воде мыло плохо мылится, плохо развариваются мясо, овощи, крупы. При стирке тканей жесткой водой образующиеся нерастворимые соединения, которые осаждаются на поверхности нитей и постепенно разрушают волокна.
При питании паровых котлов жесткой водой образуется накипь. Накипь затрудняет нагревание воды, вызывает увеличение расхода топлива, ускоряет изнашивание стенок котла.
Для понижения жесткости воды применяют различные методы. Перед направлением в паровой котел воду предварительно нагревают, чем устраняют временную жесткость. Для питания котлов высокого давления в настоящее время часто применяют дистиллированную воду. Для понижения жесткости воды используют химические методы, приводящие к переводу ионов кальция и магния в состав нерастворимых солей, обычно в карбонаты.
Виды жесткости
Временная или карбонатная жёсткость В воде присутствуют катионы Са 2+ и Мg 2+ , а также анионы НСО 3 - . Способы устранения: Кипячение Ca(HCO 3) 2 t = CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O Mg(HCO 3) 2 t = MgCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O
Способы устранения: 2) добавление известкового молока Са (НСО 3) 2 + Са (ОН) 2 = 2СаСO 3 ↓ + 2Н 2 O 3) добавление соды Ca (НСО 3) 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ↓ + NaНСО 3
Постоянная или некарбонатная жёсткость В воде присутствуют катионы Са 2+ и Мg 2+ , а также анионы SO 4 2- , CL - . Способы устранения: 1) добавление соды CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4 Mg SO 4 + Na 2 CO 3 = Mg CO 3 ↓ + Na 2 SO 4
2) Природную воду, содержащую ионы кальция Са 2+ и магния Mg 2+ , можно смягчить, освободить от этих ионов, заменив их, например, ионами натрия, при помощи ионообмена. Для этого воду на станциях водоочистки пропускают через ионнообменную колонку с катионитом, содержащим подвижные ионы Na + . Ионы кальция и магния удержатся в катионите, а в воду перейдет из катионита эквивалентное количество безвредных ионов натрия: Na + .
Пропускание через ионообменник
Общая жёсткость В воде присутствуют катионы Са 2+ и Мg 2+ , а также анионы SO 4 2- , CL - , НСО 3 - . Способы устранения: Устранение путём пропускания через ионообменник 2) Добавление соды
Спасибо за внимание!
Цели и задачи урока: - рассмотреть понятие и причину жесткости воды как основополагающей характеристики качества воды, пригодной для использования человеком;- изучить способы устранения жесткости воды...
Исследование жёсткости воды водоёмов Индустриального района города Перми (Андроновские пруды, река Мулянка) в зависимости от времени года
Однажды ко мне подошли ученицы 9А класса с вопросом: «Почему зимой после мытья посуды в посудомоечной машине на тарелках зимой остается белый налет, а в другое время года – нет. Так родился проект: «И...
