- Преподавателю
- Химия
- Методика исследовательской работы по химии Жесткость воды
Методика исследовательской работы по химии Жесткость воды
Раздел | Химия |
Класс | - |
Тип | Другие методич. материалы |
Автор | Черноусова Т.А. |
Дата | 24.10.2015 |
Формат | doc |
Изображения | Нет |
МКОУ «Большебичинская ООШ»
Тема:
«Определение жесткости воды в окрестностях Большой Бичи» .
Исследовательскую работу выполнила
Маметкулова Алсу, учащаяся 9 класса
МКОУ «Большебичинская ООШ»
Руководитель Черноусова Т. А.,
учитель химии.
2014 год
Тема: «Определение жесткости воды в окрестностях Большой Бичи» .
Цель работы: Сравнение жесткости воды различных источников и изменение этой жесткости.
Часть І. Жесткость воды
1.1.Насколько «жестка» жесткая вода?
Жёсткость воды - это свойство воды (не мылиться, давать накипь в паровых котлах), связанное с содержанием растворимых в ней соединений кальция и магния, это параметр, показывающий содержание катионов кальция, магния в воде. Накипь на стенках нагревательных котлов, батареях и отложения солей на бытовой технике (например, в чайниках), белые хлопья в воде, пленка на чае и т.д. - все это показатели жесткой воды. Жесткость - это особые свойства воды, во многом определяющие её потребительские качества и потому имеющие важное хозяйственное значение. Жесткая вода мало пригодна для стирки. Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя, она ухудшает еще и моющие свойства мыла. Катионы Ca2+ и Mg2+ реагируют с жирными кислотами мыла, образуя малорастворимые соли, которые создают пленки и осадки, в итоге снижая
качество стирки и повышая расход моющего средства, т.е. жесткая вода плохо мылится. 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, и лишь в особых случаях допускается до 10 мг-экв/л. Для производственных целей использование жесткой воды недопустимо. Существует два типа жесткости: временная и постоянная. Обусловлено это различие типом анионов, которые присутствуют в растворе в качестве противовеса кальцию и магнию. 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). Жесткую воду перед употреблением умягчают.
1.2.Влияние жесткости воды на здоровье человека
В жесткой воде хуже развариваются продукты, в результате этого снижается усвояемость белков. Это связано с тем, что соли жесткости вступают в реакцию с животными белками.
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.
При большой жесткости необходимо пользоваться лосьонами, увлажняющими кремами, чтобы создать искусственную защитную пленку для кожи и волос. 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 (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование "мыльных шлаков" в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах.
1.3.Умягчение жесткости 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.
-
Диализ.
Химическое умягчение воды - снижение жесткости воды
Чтобы воду можно было использовать на ТЭЦ и котельных в теплотрассах, где она является теплоносителем, необходимо чтобы жесткость воды была невысокой. Применяются два метода химического умягчения воды: известковый и известково-содовый. Данные методы очистки воды основаны на переводе ионов Са2+ и Мg2+ в соединения с ограниченной растворимостью: карбонат кальция СаСО3 и гидроксид магния Мg(ОН)2.
Безреагентное умягчение воды - магнитное воздействие
Магнитная обработка воды применяется с середины прошлого века. Данный метод очистки воды не умягчает воду, не снижает ее жесткость, а предотвращает выпадение накипи, карбонатных отложений. Данный метод используется, где умягчение воды не является самоцелью. Но данный метод нашел ограниченное применение в водоподготовке и применяется только при водоподготовке технической воды в редких случаях.
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 = CaCO3 + H2O + CO2
С ионами железа реакция протекает сложнее из-за того, что FeCO3
неустойчивое в воде вещество. В присутствии кислорода конечным продуктом цепочки реакций оказывается Fe(OH)3, представляющий собой темно-рыжий осадок. Поэтому, чем больше в воде железа, тем сильнее окраска у накипи, которая осаждается на стенках и дне сосуда при кипячении.
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 - перегонка, то есть, 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. Последняя и занимает место угольной, которая, будучи неустойчивой, разлагается на воду и углекислый газ. В состав накипи могут входить и силикаты, и сульфаты, и фосфаты. Но если разрушить карбонатный "скелет", то и эти соединения не удержатся на поверхности.
Часть ІІ. Исследования жесткости воды в окрестностях села Большая Бича.
2.1. Методика исследования жесткости воды
Методика № 1.
-
Мерным цилиндром налить 10 мл исследуемой воды в коническую колбу.
-
Наполнить бюретку мыльным раствором, добавить 1 мл мыльного раствора в колбу. Если не образуется пена, добавить ещё несколько мл раствора мыла. Продолжать добавлять мыльный раствор, пока не образуется устойчивая пена (она должна держаться не менее 30 секунд).
-
Записать объем мыльного раствора, необходимого для образования устойчивой пены с 10 мл исследуемой воды.
-
Ополоснуть колбу, повторить действия 1-3 раза с различными образцами воды: водопроводной, кипяченой, талой воды.
Результат исследования:
Вода
Объем мыльного раствора, требующегося для образования устойчивой пены, мл
Кипяченая
1
Водопроводная
2
Талая
0,5
По значению общей жесткости природную воду различают:
Тип воды
Жесткость, ммоль/л
Очень мягкая
Меньше 1,5
Мягкая
1,5-4
Средней жесткости
4-8
Жесткая
8-12
Очень жесткая
12
Длительное употребление жесткой воды приводит к почечнокаменной болезни.
Длительное употребление мягкой воды приводит к угнетению сердечной деятельности.
Методика № 2.
Гидрокарбонаты образованы слабой летучей кислотой, в результате их гидролиза создается щелочная среда. Поэтому их можно оттитровать стандартным раствором HCl:
HCO3- + H+ = CO2 + H2O.
По количеству затраченной кислоты определяют жесткость воды.
Реактивы: 1. Стандартизированный раствор HCl;
2. 0,01%-ный раствор метилоранжа;
3. образцы воды.
Оборудование: бюретка, коническая колба на 200 мл (250 мл), мерная колба на 100 мл.
Выполнение эксперимента:
Мерной колбой отобрать 100 мл анализируемой воды, перенести в коническую колбу для титрования.
Добавить 3-4 капли метилоранжа и титровать раствором HCl (в бюретке) до перехода окраски из желтой в оранжевую.
Титрование проводят 3 раза до получения сходящихся результатов (отличающихся на 0,1 мл).
Вычислить средний объем соляной кислоты Vсред(HCl).
Рассчитать гидрокарбонатную жесткость воды в моль/л.
№ титрования
Объем исследуемого образца воды (мл)
Объем раствора соляной кислоты (мл)
1-е титрование
100
6,9
2-е титрование
100
7
3-е титрование
100
7
Vсред(HCl) = 6,97
Расчет: сн (НСl) · Vсред(HCl) · 1000
Жводы =
Vводы
В нашем примере жесткость воды = 6,9 ммоль/л.
2.2.Результаты исследования
Мы провели исследование жесткости воды из разных источников. Нами было установлено, что вода в окрестностях Большой Бичи средней жесткости или близкая к жесткой. Жесткость природной воды оказалась равной 6-7 ммоль/л при норме 3,5. снеговая вода и кипяченая вода очень мягкая, её жесткость всего 0,8-2,3 ммоль/л (см. Таблицу 3, приложение № 3).
Кроме лабораторных методик мы использовали так называемый «домашний способ». С целью узнать степень жесткости воды мы сравнивали, сколько капель мыльного раствора нужно добавить в образец воды для получения устойчивой пены. Оказалось, что мыльный раствор начинает пениться в снеговой воде после добавления 1 капель, а в жесткой водопроводной воде только при добавлении 2 капель. При этом в жесткой воде раствор получается мутный с хлопьями
Часть III
Выводы и рекомендации
Проведя исследование жесткости воды, мы сделали следующие выводы:
1.Вода в окрестностях Большой Бичи очень жёсткая.
2.Жесткость воды жизненно важный показатель, так как повышенное содержание Са и Mg оказывают влияние на развитие различных заболеваний.
Жесткость воды обусловлена растворенными в ней солями кальция и магния: чем больше в воде растворенных соединений, тем она жестче. Самая мягкая вода вообще не содержит растворенных солей кальция и магния. В природных водоемах такая вода не встречается,
Какие же вещества обусловливают жесткость воды? Это карбонаты - соли кальция и магния: CaCO3 и CaCO3 гидрокарбонаты Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2, сульфаты CaSO4 и MgSO4, хлориды CaCl2 и MgCl2. Набор веществ, содержащихся в воде, может быть самым различным, что обусловлено геологическими особенностями той местности, где расположен водоем.
3.Существует множество способов умягчения воды в домашних условиях. Более приемлемый способ - кипячение, добавление соды и использование фильтра.
4.Так как в окрестностях Большой Бичи жёсткость воды велика, поэтому проблема умягчения воды стоит очень остро. Мы рекомендуем употреблять воду не в сыром виде, а кипячёную. Для бытовых нужд можно использовать талую или дождевую воду.
Список литературы:
1.Шпаусус З. Путешествие в мир химии - М.: Просвещение, 1967. - 431с.
2. Харлампович Г.Д. и др. Многоликая химия.- М.: Просвещение, 1992.-159с
3. Хомченко Г.П. Учебник химии - М.: Новая волна, 1996. - 304с.
4. Андреева С.Ю. Рекомендации к организации исследовательской
работы. - Красноярск.: ККИПК РО, 2000. - 33 с.
5.Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. - М.: Высшая
школа, 1981. - 679 с.
6. Егоров А.С. Химия Пособие - репетитор. Ростов - на -Дону.:
Феникс, 2001. - 540 с.
7.Лидин Р.А. Химия - М.: Дрофа, 2001. - 575 с.
8.Петров М.М. Неорганическая химия. - М.: Химия, 1989. - 543
9. Большая школьная энциклопедия. В 2 т. - М.: Русское
энциклопедическое товарищество. - 2003. - 702 с