Презентація «Жорсткість води та способи її усунення» з хімії для 11 класу

Почніть із запитання, звідки в чайнику береться білий наліт. Запропонуйте учням назвати прилади, у яких вони бачили подібні відкладення. Підкресліть, що накип пов’язаний із розчиненими солями у воді. Поки не пояснюйте механізм, дайте класу висловити припущення.

Запропонуйте учням припустити, які речовини залишають накип і впливають на мило. Очікувана відповідь: розчинні солі Кальцію і Магнію. Підведіть клас до поняття жорсткості води. Нагадайте, що природна помірна жорсткість забезпечує організм Кальцієм.

Поясніть, що загальну жорсткість визначає сумарна концентрація йонів Кальцію та Магнію. Тимчасову жорсткість спричиняють гідрогенкарбонати, постійну спричиняють сульфати, хлориди та деякі інші солі. Запропонуйте учням класифікувати наведені формули солей.

Поясніть, що загальну жорсткість пов’язують із сумарною концентрацією двох видів йонів. Склад солей дає змогу розрізнити тимчасову та постійну жорсткість. Гідрогенкарбонати спричиняють тимчасову жорсткість, а сульфати й хлориди спричиняють постійну. Не ототожнюйте загальну жорсткість з одним конкретним видом солі.

Порівняйте, які природні води можуть бути пов’язані з різними видами жорсткості. Річкова й озерна вода, а також природна газована мінеральна вода можуть мати тимчасову жорсткість. Морська вода, вода солоних озер і природна негазована мінеральна вода можуть мати постійну. Це приклади можливого складу, а не твердження про кожне джерело.

Поясніть, що в жорсткій воді йони Кальцію і Магнію утворюють із компонентами мила нерозчинні сполуки. Через це мило гірше милиться. Запитайте, у якому зразку води очікується більше піни. Зауважте, що підручник описує таку відмінність як наслідок наявності йонів Кальцію і Магнію.

Поясніть, що вода стає жорсткою під час проходження крізь пласти вапняку. Розчинений вуглекислий газ взаємодіє з кальцій карбонатом, утворюючи розчинний кальцій гідрогенкарбонат. Саме гідрогенкарбонати зумовлюють тимчасову жорсткість.

Рівняння утворення кальцій гідрогенкарбонату: CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂. Ліворуч показані кальцій карбонат, вуглекислий газ і вода. Праворуч зображено йон Ca²⁺ та два гідрогенкарбонат-йони HCO₃⁻. Розчинений вуглекислий газ і вода сприяють переходу кальцій карбонату в розчинну сполуку. Саме гідрогенкарбонати пов’язують із тимчасовою жорсткістю.

Порівняйте склад солей і способи усунення. Кип’ятіння зменшує тимчасову жорсткість, але не усуває постійну. Наведені концентрації взято з прикладів задач підручника; вони не є універсальними значеннями для природної води.

Під час кип’ятіння кальцій гідрогенкарбонат розкладається. Нерозчинний кальцій карбонат випадає в осад і може накопичуватися на стінках посуду та водонагрівних приладів. Так утворюється накип, пов’язаний із тимчасовою жорсткістю. Кип’ятіння не усуває постійну жорсткість.

Завдання для учнів: визначте, який спосіб пом’якшення підходить для води з CaCl₂, і поясніть вибір. Кальцій хлорид належить до причин постійної жорсткості, тому кип’ятіння для неї не підходить. Очікувана відповідь: застосувати натрій карбонат або йонообмінні смоли. Далі розгляньте дію натрій карбонату.

Попросіть учнів назвати спосіб для кожного виду жорсткості. Тимчасову жорсткість можна усунути кип’ятінням, додаванням кислот або натрій карбонату. Для постійної підходять натрій карбонат і йонообмінні смоли; кип’ятіння її не усуває. Поясніть, що натрій карбонат сприяє утворенню нерозчинного осаду.

Покажіть, що кальцій хлорид реагує з натрій карбонатом. Утворений кальцій карбонат є нерозчинним осадом, який можна відокремити від води. Цей принцип дає змогу видаляти йони Кальцію з води. Натрій хлорид залишається розчиненим.

Розділіть наслідки на побутові, промислові та пов’язані зі здоров’ям. Накип погіршує теплообмін, тому зростає витрата палива, а труби й водонагрівні прилади можуть пошкоджуватися. Мило та компоненти прального порошку утворюють із йонами Кальцію і Магнію нерозчинні сполуки. Не називайте будь-яку природну жорсткість шкідливою: помірна жорсткість забезпечує організм Кальцієм.

Кальцій гідроксид зручніше й економічно вигідніше добувати взаємодією кальцій оксиду з водою. Рівняння реакції: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Цей процес називають гасінням вапна. Він супроводжується значним виділенням теплоти.

Правильна відповідь: додати натрій карбонат. Кальцій хлорид спричиняє постійну жорсткість, а натрій карбонат утворює з йонами Кальцію нерозчинний кальцій карбонат. Кип’ятіння постійну жорсткість не усуває.

Правильна відповідь: розбавлений оцет або лимонна кислота. Підручник радить залити чайник таким розчином на ніч для усунення вапняного нальоту. Запропонуйте учням відрізнити практичний спосіб очищення від способів пом’якшення води. Не плутайте видалення вже утвореного нальоту з усуненням жорсткості.

Підсумкове завдання: у зразку води міститься CaCl₂. Визначте вид жорсткості й запропонуйте спосіб її зниження. Очікувана відповідь: постійна жорсткість, кип’ятіння не допоможе; можна додати натрій карбонат, щоб утворився осад CaCO₃. Попросіть учнів записати рівняння: CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl.

Попросіть учнів підготувати відповіді за конспектом і вивченими рівняннями. У другому завданні потрібні рівняння утворення кальцій гідрогенкарбонату CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ та його розкладання під час нагрівання Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O. У третьому важливо вказати, що постійну жорсткість спричиняють переважно сульфати й хлориди, а кип’ятіння її не усуває. Як приклади наслідків можна назвати накип, погіршення теплообміну, надмірну витрату палива або утворення нерозчинних сполук із милом.