Часть 1. Методы очистки. Анализ содержания примесей

Практическая работа

Тема: «Методы очистки воды. Анализ содержания примесей в воде. Жёсткость воды».

Часть 1. Методы очистки. Анализ содержания примесей.

Цель работы: научиться очищать воду от механических примесей и уметь определять содержание примесей в воде.

Оборудование: реактивы, химическая посуда

Краткие теоретические сведения
Получение чистой воды – очень важная проблема. Чистая вода необходима многим отраслям современной промышленности, она используется для проведения многих технологических процессов. Очищенная питьевая вода применяется в бытовых целях. В природной воде всегда имеются механические примеси и растворённые вещества. Вода – прекрасный растворитель и поэтому невозможно встретить в природе жидкую «чистую» воду, то есть ту воду, в которой не растворены неорганические и органические вещества. В результате жизнедеятельности человека количество загрязняющих воду веществ постоянно растёт, и на сегодняшний день их насчитывается более 50 000. Поэтому проведение тестов на определение концентрации такого количества химических веществ, которые могут присутствовать в воде, просто невозможно.

Традиционно для оценки качества воды используют физические, санитарно - бактериологические и химические показатели.

К физическим показателям относят температуру, запахи и привкусы, цветность и мутность.

К санитарно-бактериологическим показателям относят бактериальную загрязнённость воды, загрязнённость кишечной палочкой, содержание в воде токсичных и радиоактивных микрокомпонентов.

К химическим показателям относят водородный показатель воды рН, жёсткость и щёлочность, минерализацию, а также содержание главных ионов. Качество воды определяется содержанием ионов, обуславливающих жёсткость воды, а также ионов тяжёлых металлов Рb²⁺, Рg²⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, SO₄^2-_, Cl^-, Mg^2+, которые часто встречаются в стоках промышленных предприятий

Выполнение работы
В тетрадях учащихся вычерчивается таблица. Заполнить таблицу, просмотрев презентацию

 

Вид загрязнения

Загрязняющий фактор

Источник загрязнения

Устранение

1)На слайде №6 вы видите основные факторы, которые могут загрязнять окружающую среду (пластмассовые бутылки, соли тяжелых металлов, кислоты, шлак, опилки, канализационные стоки, сбросы животноводческих ферм, сбросы теплой воды и др.). Попробуйте объединить их в группы сходных факторов.
2). Заполнение 1 и 2 графы таблицы

(слайд №7). Знакомство с основными видами загрязнения воды: механическое, химическое, биологическое, тепловое..
3). Обсудите в парах возможные источники разных видов загрязнения воды. Заполните графу 3 таблицы.
4). Беседа по результатам работы (слайд №8).
5). Последствия загрязнений – обсуждение по материалам слайдов №9,10,11.
6). Изучите содержание текста «Как очищают воду». Выберите основные методы устранения каждого вида загрязнений (работают в парах, слайд №12). Заполните графу 4 таблицы.
КАК ОЧИЩАЮТ ВОДУ
Питьевая вода, обеспечивающая нормальный ход жизненных процессов в организме человека, должна отвечать трем основным требованиям:
1. Не содержать посторонних веществ в концентрациях, которые могут вредно влиять на здоровье человека.
2. Не содержать болезнетворных организмов.
3. Не иметь запаха, цвета, быть прозрачной и приятной на вкус.
В крупных населенных пунктах имеются очистные сооружения для получения чистой питьевой воды. Вода при отборе из открытого или закрытого водо­ема проходит через металлические сетки, оставляя на них крупные механические примеси. Оседание мелких механических примесей происходит в отстойниках.

Затем в воду добавляют специальные вещества (коагулянты), которые помогают мельчайшим частичкам мути собираться в более крупные cгустки, легко оседающие на фильтре из песка, гравия или дробленого антрацита. После фильтрования воду обеззараживают с помощью газообразного хлора или озона, которые убивают микрофлору и окисляют органические вещества. Дополнительную обработку воды в домашних условиях проводят фильтрами типа «Родничок», «Барьер».
Есть еще одна проблема - это очистка уже использованной на производстве, так называемой сточной воды. В различных сточных водах обнаружено более 10 000 веществ-загрязнителей. Очистка сточных вод основана на известных вам физических методах (отстаивании, фильтровании и т.д.) плюс химических и биологических. В основе химических методов лежат разнообразные химические реакции: окисления, нейтрализации, осаждения и т.д. В результате этих реакций образуются безвредные либо менее вредные вещества, легко удаляемые из стоков. Например, если сточная вода имеет кислую среду, то ее нейтрализуют щелочами. Так биологическая очистка основана на создании оптимальных условий для работы микроорганизмов-санитаров, питающихся органическими и неорганическими веществами сточных вод, в результате чего образуются без­вредные вещества: углекислый газ и другие.
Промышленный кругооборот воды стремятся сделать замкнутым, т.е. воду «забирают» один раз при пуске производства. Затем отработанную воду очищают и вновь возвращают в производство. Такую воду называют «оборотной». На некоторых производствах собирают дождевую («ливневую») воду и после очистки пускают в производство.
Опыт № 1. Очистка воды методом фильтрования.
Приготовьте делительную воронку, поместив в неё фильтр. Вылейте на фильтр воду с механическими примесями. Что наблюдаете?
Опыт № 2. Очистка воды методом перегонки.
Соберите устройство по рис. 6.2. стр. 105. Изучите работу прибора.
Опыт № 3. Обнаружение ионов SO₄^2-.
К 3 мл анализируемой воды добавьте 2-3 капли 1М раствора соляной кислоты, нагрейте до кипения и прибавьте 0,5 мл хлорида бария. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции.
Опыт № 4. Обнаружение ионов Cl^-.
К 3 мл анализируемой воды прилейте по каплям 0,1М раствора нитрата серебра. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции.
Опыт № 5. Обнаружение ионов Fe³⁺.
К 0,5 мл анализируемой воды прилейте 1мл 0,5 М раствора тиоцианата калия (KNCS). Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции.
Контрольные вопросы
1. Как получить дистиллированную воду и почему она вредна для организма?
2. Почему не проводят исследование воды на все химические примеси?
Выводы

 

Часть 2. «Устранение жёсткости воды».
Цель работы: научиться устранять жёсткость воды.
Оборудование: реактивы, химическая посуда.
Краткие теоретические сведения

Природная вода, проходя через горные породы, обогащается солями кальция и магния. Это объясняется растворимостью сульфатов магния и кальция; кроме этого, в присутствии углекислого газа и воды нерастворимые карбонаты превращаются в растворимые гидрокарбонаты:
МеСO₃ +CO₂ +H₂O= Ме (H СO₃)₂
Если содержание солей в воде незначительно, то воду называют мягкой (дождевая вода), в противном случае – жёсткой (речная, морская вода).

Различают карбонатную (временную) жёсткость воды, обусловленную наличием в воде гидрокарбонатов магния и кальция, некарбонатную (постоянную) обусловленную присутствием в воде сульфатов, хлоридов магния и кальция, а также других солей.

Общая жёсткость = карбонатная жесткость + постоянная жёсткость

В жёсткой воде плохо развариваются продукты питания и плохо завариваются чай, кофе. Постоянное употребление жёсткой воды может привести к отложению солей в организме. В такой воде плохо мылится мыло (не даёт пены), а ткань, впитывая соли, становится жёлтой и быстро ветшает; вода непригодна для паровых котлов и трубопроводов, так как при нагревании жёсткой воды соли кальция и магния осаждаются на внутренних стенках, образуя накипь. Накипь имеет низкую теплопроводность, поэтому затрудняет нагревание воды. Это вызывает увеличение расхода топлива. Кроме того, из-за накипи металл котла перегревается и быстро изнашивается.

Выполнение работы

Опыт № 1. Определение жёсткости воды.
В одну пробирку налейте 5 мл. дистиллированной воды, а в другую столько же жёсткой. В обе пробирки приливайте по каплям (из пипетки) мыльный раствор (после прибавления каждой капли пробирку встряхивайте) до появления устойчивой пены. Объясните результаты опыта.

Опыт № 2. Устранение жёсткости воды кипячением.
Налейте в пробирку 5 мл. жёсткой воды и прокипятите. Дайте ей остыть. Слейте осторожно воду с осадка и приливайте к ней по каплям мыльный раствор. Запишите уравнение реакции.

Опыт № 3. Устранение жёсткости воды действием известкового молока.
Налейте в пробирку 5 мл. жёсткой воды и добавьте к ней 3 мл. известкового молока. Запишите уравнение реакции.

Опыт № 4. Устранение жёсткости воды действием соды.
Налейте в пробирку 5 мл. жёсткой воды и добавьте к ней несколько грамм питьевой соды. Запишите уравнение реакции.

Контрольные вопросы:1. Некоторые почвы при действии на них соляной кислоты «вскипают». Чем это объясняется? Составьте уравнение реакции.
2. Как удалять накипь со стенок стиральных машин?

Пример оформления работы:
Жесткость воды – это совокупность ее свойств, обусловленных содержанием в воде ионов Са²⁺ и Мg²⁺ в составе растворимых гидрокарбонатов,
хлоридов, сульфатов. Жесткость делится на следующие виды:

 

 

Вид жесткости	Чем обусловлен
1.Карбонатная или временная 2. Некарбонатная или постоянная 3. Общая	Са (НСО3)2, Мg(НСО3)2 СаСl2, МgCl2, CaSO4, MgSO4 Постоянная и временная вместе

Для определения жесткости воды использовался концентрированный мыльный раствор. В основе эксперимента лежит способность мыльного раствора образовывать устойчивую пену в воде разной жесткости с разной скоростью. Мыльный раствор добавляется к исследуемому образцу по каплям и встряхивается. В качестве эталона берется дистиллированная вода.

Результаты определения жесткости воды

Образец воды	Число капель мыльного раствора	Изменения
1. Вода дистиллированная 2. Вода водопроводная 3. Вода колодезная (ул. Калинина) 4. Вода дождевая	3 12 14 5	Образовалась устойчивая пена Образовалась устойчивая пена, появился хлопьевидный осадок Образовалась пена, выпал хлопьевидный осадок Образовалась устойчивая пена

Вывод: Дистиллированная вода не содержит солей. Вода дождевая почти не содержит солей Са²⁺ и Мg^2+. Вода из колодца и водопроводная – жесткая. Путем химического анализа определили вид жесткости.
Определение вида жесткости

 

 

Образец воды	Действие	Число капель мыльного раствора	Вид жесткости
1.Водопроводная вода 2.Колодезная	Кипячение Кипячение	8 7	Временная и постоянная Временная и постоянная

Вывод: Так как после кипячения уменьшился расход мыльного раствора, то исследуемая вода обладала карбонатной жесткостью, которая устраняется кипячением.
Са(НСО)₂= СаСО₃ + СО₂+ Н₂О

Чтобы определить, какими солями обусловлена постоянная жесткость воды, для исследования прокипяченной воды использовали реактивы:AgNO₃, BaCl₂.
Определение анионов в жесткой воде

Образец воды	Реактив	Изменения
Водопроводная 2. Колодезная	AgNO3 BaCl2 AgNO3 BaCl2	Помутнение Изменений нет Помутнение Изменений нет

Вывод: Постоянная жесткость воды обусловлена наличием хлоридов Са²⁺ и Mg²⁺.

СаСl₂ + 2АgNO₃ = Ca(NO₃)₂+2 AgCl ↓
После добавления к жесткой воде кальцинированной соды, число капель мыльного раствора уменьшилось до 4-5 Результаты данного анализа могут быть использованы для определения качества воды: питьевой, технической, минеральной.

Виды жесткой воды

Вид жесткости

Чем обусловлен

Способы устранения

Уравнения химических реакций