Лабораторная работа. Устранение жесткости воды

Устранение жесткости воды

Ход эксперимента.

В чистую пробирку с помощью пипетки (на 5 мл) отмерим 5 мл раствора MgSO₄. Добавим к нему 1 каплю 0, 2 н раствора Na₂CO₃. При образовании осадка, перемешаем до его растворения.

Добавлять раствор Na₂CO₃ будем до тех пор, пока осадок перестанет растворяться.

То же самое проделаем с растворами CaCl₂ и CaSO₄.

Наблюдения и уравнения реакций.

Результаты наблюдений и уравнения реакций запишем в таблицу.

По результатам наблюдений сделать вывод.

Заслушивание и обсуждение сообщений по теме «Устранение жесткости воды на промышленных предприятиях».

Задания для самостоятельного выполнения

Форма контроля самостоятельной работы: Заслушивание, обсуждение сообщений и анализ информации на практических занятиях.

Вопросы для самоконтроля по теме:

1, Перечислите свойства воды

2.Дайте определение растворимости данного вещества

3. Что представляют собой растворы?

4. Дайте определение индикатора, какие индикаторы вы знаете?

5.Какую воду называют жесткой?

6. Раскройте виды жесткости воды.

7. Как определить массовая долю вещества в растворе?

8. Перечислите основные загрязнители воды.

9. Какие особенности питьевой воды Лениногорского района?

Тема 2.3 Химические процессы в атмосфере

Основные понятия и термины по теме

Воздух. Загрязнение воздуха. Озоновые дыры. Кислотные дожди.

План изучения темы

1. Значение воздуха

2. Состав воздуха

3. Состояние атмосферы

4. Основные загрязнители атмосферы

5. Атмосфера и климат

6. Механизм образования кислотных дождей

7. Проблемы воздействия кислотных дождей

8. Три стадии воздействия кислотных дождей на водоемы

9. Механизм образования кислотных дождей

Краткое изложение теоретических вопросов:

Химический состав воздуха

Во́ здух — естественная смесь газов, главным образом азота и кислорода, образующая земную атмосферу. Воздух необходим для нормального существования подавляющего числа наземных живых организмов: кислород, содержащийся в воздухе, в процессе дыхания поступает в клетки организма и используется в процессе окисления, в результате которого происходит выделение необходимой для жизни энергии (метаболизм, аэробы). Состав воздуха не является постоянным и может меняться: в крупных мегаполисах содержание углекислого газа будет немного выше, чем в лесах; высоко в горах обычно пониженное содержание кислорода, так как, кислород тяжелее азота, и по этой причине его плотность с высотой снижается гораздо быстрее. В самых различных частях земли химический состав воздуха может меняться в пределах нескольких процентов для каждого газа. В химический состав воздуха входят азот, кислород, водяной пар, аргон, двуокись углерода и множество других газов. Однако из каждых 100 частей, если говорить про абсолютно сухой воздух без водяного пара, на азот приходится 78 частей, а 21 часть приходится на кислород. Путем нехитрых вычислений получаем, что оставшаяся 1 часть приходится на все прочие газы.

Постоянные составляющие газы воздуха: · Кислород· Азот· Инертные газы

Переменные составляющие газы воздуха: · Оксид углерода (IV)· Озон· Другие

Гигиенической нормой содержания углекислого газа в воздухе жилых и служебных помещений, спортивных залов считается концентрация 0, 1 %.

Демонстрация опыта.

Оборудование: чашка Петри, свеча, стеклянный цилиндр.

Техника безопасности. Требуется соблюдение мер пожарной безопасности.

Сделать приблизительную оценку, сколько кислорода (O2) по объему содержится в воздухе, можно с помощью несложного опыта. Опускаем в сосуд с водой плавающую свечу. Поджигаем ее и накрываем цилиндром. Цилиндр размечен на пять равных частей. Пока в цилиндре есть кислород свеча горит. При горении кислород расходуется, и вода в цилиндре поднимается. Свеча гаснет, когда кислорода в цилиндре не остается. Уменьшился ли объем воздуха в цилиндре? Вода поднялась примерно на одно деление, то есть объем воздуха сократился примерно на одну пятую часть Мы увидели, что одна пятая часть воздуха – кислород.

Следует учесть, что воздух внутри сосуда при сгорании свечи нагревается. Кроме того, выделившийся при горении кислорода углекислый газ имеет некоторый объем. Убыль объема при горении кислорода в некоторой степени компенсируется этими факторами. Поэтому наблюдается несколько меньшее изменение объема.

Решение задачи. Какой объем кислорода и воздуха (н. у.) потребуется для сжигания 448 л метана СН4?

Вывод.

1. Воздух – природная смесь газообразных веществ, в которой каждое вещество имеет и сохраняет свои физические и химические свойства, поэтому воздух можно разделить.

2. Воздух – это бесцветный газообразный раствор, плотность – 1, 293г/л, при температур -1900С он переходит в жидкое состояние. Жидкий воздух представляет голубоватую жидкость.

3. Живые организмы тесно связаны с веществами воздуха, которые оказывают определенное воздействие на них. И в то же время живые организмы влияют на него, так как выполняют определенные функции: окислительно-восстановительную – окисляют, например углеводы до углекислого газа и восстанавливают его до углеводов; газовую – поглощают и выделяют газы.

Загрязнение атмосферы

Современная атмосфера сформировалась около 2 млрд лет назад и поддерживается биогенными процессами. За последние 100 лет изменение атмосферы составило по кислороду 0, 01–0, 02 % в сторону уменьшения. За последние 50 лет в среднем количество кислорода ежегодно уменьшается на 10 млрд т, и его использовано столько же, сколько за последний миллион лет.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА - любое нежелательное изменение состава земной атмосферы в результате поступления в нее различных газов, водяного пара и твердых частиц (под воздействием природных процессов или в результате деятельности человека). Это во многом связано с техногенной деятельностью человека. Так, пробег автомобиля от Москвы до Санкт-Петербурга требует такого объема кислорода, который необходим для дыхания человека в течение года. Действительно, при сжигании 1 л бензина в двигателе внутреннего сгорания расходуется до 1, 5 кг кислорода, если углеводородное горючее сгорает до CO2 и H2O. К сожалению, часть горючего при переходных режимах работы двигателя сгорает не полностью или окисляется только до CO. Автомобильный транспорт служит основным источником загрязнения воздуха больших городов и прилегающих территорий. Поскольку на одну весовую часть горючего приходится до 15 весовых частей воздуха, то кроме CHx и CO в атмосферу выбрасываются продукты окисления атмосферного азота, в основном NO и NO2.Атмосфера постоянно пополняется газами биохимического происхождения, образующимися при разложении микроорганизмами продуктов растительного и животного происхождения: CH4 и другие углеводороды, CO2, N2, H2S, H2, O2. Под воздействием на горные породы высоких температур и давлений в атмосферу поступают газы химического происхождения (CO2, H2S, H2, CH4, CO, N2, HCl, HF, NH3, SO2), а также продукты вулканического происхождения и, наконец, газообразные продукты радиоактивного распада (He, Ar, Kr, Xe, Rn).Химические соединения, источник которых находится на уровне земли, быстро смешиваются с воздухом нижних слоев атмосферы (тропосферы). Они называются первичными загрязняющими веществами. Некоторые из них вступают в химические реакции с другими загрязнителями или с основными компонентами воздуха (кислородом, азотом и водяным паром), образуя вторичные загрязняющие вещества. В результате наблюдаются такие явления, как фотохимический смог, кислотные дожди и образование озона в приземном слое атмосферы. Источником энергии для этих реакций служит солнечная радиация. Вторичные загрязнители – содержащиеся в атмосфере фотохимические окислители и кислоты – представляют главную опасность для здоровья человека и глобальных изменений окружающей среды.

В 1980-х гг. наблюдения показали, что над Антарктикой год от года происходит медленное, но устойчивое снижение концентрации стратосферного озона. Это явление получило название " озоновая дыра" (хотя никакой дырки в собственном значении этого слова, конечно, не было) и стало внимательно исследоваться.

Позднее, в 1990-е гг., такое же уменьшение стало происходить и над Арктикой. Феномен Антарктической “озоновой дыры” пока не понятен: то ли “дыра" возникла в результате антропогенного загрязнения атмосферы, то ли это естественный геоастрофизический процесс.

Сначала предполагали, что на озон влияют частицы, выбрасываемые при атомных взрывах; пытались объяснить изменение концентрации озона полетами ракет и высотных самолетов. В конце концов было четко установлено, что причина нежелательного явления - реакции с озоном некоторых веществ, производимых химическими заводами. Это в первую очередь хлорированные углеводороды и особенно фреоны - хлорфторуглероды, или углеводороды, в которых все или большая часть атомов водорода, заменены атомами фтора и хлора.

Хлорфторуглероды широко применяются в современных бытовых и промышленных холодильниках (в России их поэтому называют " хладонами"), в аэрозольных баллончиках, как средства химической чистки, а некоторые производные - для тушения пожаров на транспорте. Используются они и как пенообразователи, а также для синтеза полимеров. Мировое производство этих веществ достигло почти 1, 5 млн. т.

Будучи легколетучими и довольно устойчивыми к химическим воздействиям, хлорфторуглероды после использования попадают в атмосферу и могут находиться в ней до 75 лет, достигая высоты озонового слоя. Здесь под действием солнечного света они разлагаются, выделяя атомарный хлор, который и служит главным " нарушителем порядка" в озоновом слое.

CF2 Cl2=CF2 Cl+Cl

Последующие реакции CF2 Cl с О2 и h приводят к отщеплению второго атома хлора.

Хлор " съедает" и озон, и атомарный кислород за счет протекания довольно быстрых реакций:

О3 + Сl = О2 + ClO

СlO + O = Cl + O2

Причем последняя реакция приводит к регенерации активного хлора. Хлор, таким образом, даже не расходуется, разрушая озоновый слой.

Предполагается, что из-за разрушительного действия хлора и аналогично действующего брома к концу 1990-х гг. концентрация озона в стратосфере снизилась на 10%.

Механизм образования кислотных дождей.

Кислотность нормального дождя pH — 5, 6. У кислотного дождя она ниже. При кислотности воды рН 5, 5 погибают полезные донные бактерии водоёма, а при рН 4, 5 погибает вся рыба, большинство земноводных и насекомых.

Кислотные дожди являются большой проблемой для многих регионов, где есть промышленные предприятия, которые выбрасывают оксиды серы и азота, дающие различные кислоты, в том числе и сильные азотную и серную кислоты. Кисло́ тный дождь — все виды метеорологических осадков — дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при котором наблюдается понижение pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами Даже нормальная дождевая вода имеет слабокислую реакцию из-за наличия в воздухе диоксида углерода. А кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы и различными оксидами азота. Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий, тепловых электростанций. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.. Выделяют три стадии воздействия кислотных дождей на водоемы. Первая стадия — начальная. С увеличением кислотности воды (показатели рН меньше 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи, уменьшается количество кислорода в воде, начинают бурно развиваться водоросли (буро-зеленые). Первая стадия эутрофикации (заболачивания) водоема. При кислотности рН 6 погибают пресноводные креветки. Вторая стадия — кислотность повышается до рН 5.5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон — крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Третья стадия — кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых. Первая и вторая стадии обратимы при прекращении воздействия кислотных дождей на водоем. По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв.

Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьёзные заболевания. Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца ещё не изучен, " сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы в совокупности приводят к деградации лесов. Диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, ведущих к образованию кислот. Частично диоксид серы в результате фотохимического окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SО3, который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты: 2SО2 + О2 = 2SО3, SО3 + Н2О=Н2SО4. Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует кислотный полигидрат SО2 o nН2О, который часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой Н2SО3: SО2 + Н2О=Н2SО3. Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной: 2Н2S03 + 02= 2Н2S04. Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег) Аэрозоли серной и сернистой кислот составляют около 2/3 кислотных осадков, остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы: 2NО2 + Н2О=НNО3 + НNО2. Существуют еще два вида кислотных дождей, которые пока не отслеживаются мониторингом атмосферы.

Лабораторные работы– «не предусмотрено»

Практические занятия:

1. Химический состав воздуха

Сравнение состава воздуха разных региогов