Муниципальное образовательное учреждение Большеключищенская средняя общеобразовательная школа. РЕФЕРАТ ПО ХИМИИ

1
Муниципальное образовательное учреждение
Большеключищенская средняя общеобразовательная школа.
РЕФЕРАТ ПО ХИМИИ
На тему «Вода – источник жизни».
Ученицы 9 «А»
Пашиной Анны Алексеевны
Руководитель: учитель химии
Петрова М.П.
с. Большие Ключищи, 2008г.
2
Содержание:
Введение ............................................................................................................ 3
2.Химический состав воды .............................................................................. 4
2.1Соли в природной воде ............................................................................ 4
2.2 Газы в природной воде. ........................................................................... 6
2.3 Мезоэлементы. ......................................................................................... 7
3 Характеристики природной и производственной (технической) воды и
методы очистки................................................................................................. 8
3.1 Соленость ................................................................................................. 8
3.2 Щелочность .............................................................................................. 8
3.3 Окисляемость ........................................................................................... 8
3.4 Жесткость воды. ...................................................................................... 9
3.5 Методы очистки воды. .......................................................................... 10
3.6 Водоочистка ( после использования в быту и производстве). .......... 11
4. Исследовательская работа. ........................................................................ 12
4.1 Это должен знать каждый..................................................................... 12
4.2. Определение кислотности воды в природных источниках села
Большие Ключищи. ..................................................................................... 13
4.3 Определение хароктера запаха и цвета воды из природных
источников водоемов с. Б. Ключищи. .................................................... 14
4.4 Определение главных ионов содержащихся в воде. .......................... 15
Приложение..................................................................................................... 16
Заключение...................................................................................................... 17
Список используемой литературы: .............................................................. 19
3
Введение
Вода — самое распространенное на Земле вещество. Поверхность
земного шара на 3/4 покрыта водой (океаны, моря, озера,
ледники). В больших количествах вода также находится в атмосфере и земной коре. Таким образом; наша планета буквально
пропитана водой и окутана водяным паром. Вода участвует в
сложном круговороте теплоты влаги и веществ
на Земле. Каждый живой организм включает в
свой состав воду.
В среднем в организме животных и растений
содержится более 50 % воды. В организме;
человека она составляет 65 % (в теле
новорожденного — до 75 %, а взрослого — до 60%), Потеря
организмом человека более 10% воды может привести к смерти.
Таким об разом, можно сказать, что вода и жизнь на нашей планете
неотделимы. Важная роль, воды давно подмечена человеком.
Совершенно не случайно Аристотель включил воду в число четырех
элементов или основных начал природы.
Общие запасы свободной воды на Земле составляют огромное
количество-г 1,4 млрд, км 3. Почти столько же воды находится в
физически и химически связанном состоянии с осадочными и
кристаллическими породами. Однако запасы пресной воды, пригодной для питья и бытовых нужд, весьма ограниченны.
Потребность воды на нужды населения, промышленности и сельского
хозяйства - растет с каждым годом. Многие ученые предупреждают о
водном голоде который в будущем ожидает человечество.
4
2.Химический состав воды
2.1Соли в природной воде
Если капельку воды нанести на стекло и подождать, пока она испарится, то
на месте капли будут видны белые разводы - это кристаллизуется в воде
соли. Содержание солей в природных водах различаются в тысячи раз.
Например, в литре дождевой воды содержатся единицы, максимум десятки
миллиграммов солей, а литре воды из залива Кара-Богаз-Гол (Каспийское
море) - 3000 г, почти треть от массы раствора.
В водных растворах подавляющее большинство
солей существует в виде ионов.
В природных водах преобладают три аниона
(гидрокарбонат НСОз, хлорид СL и сульфат SO42 ) и
четыре катиона (кальций Са2+, магний Мg +, натрий Nа+ и калий К) - их
называют главными ионами. Хлорид-ионы придают воде соленый вкус,
сульфат-ионы, ионы кальция и магния - горький, гидрокарбонат-ионы
безвкусны. Гидрокарбонат-ионы нейтрализуют кислоты, попавшие в
водоем с атмосферными осадками или образующиеся в результате
жизнедеятельности организмов: Н + НСО3= Н2О + СO2.. С концентрацией
гидрокарбонат-ионов
напрямую
связана
устойчивость
водоемов
к
кислотным дождям. Наиболее чувствительны к ним реки и озера Карелии,
Финляндии, Скандинавии, в водах, которых этих ионов практически нет.
Ионы попадают в водоемы из трех источников, Первый источник атмосферные осадки, формирующиеся над океанами. Штормовой ветер
срывает с водной поверхности мельчайшие капельки, а затем воздушные
потоки переносят их на тысячи километров. Поскольку морская вода
содержит в основном ионы СL и Nа , их с осадками выпадает больше всего
- несколько тонн на 12 км за год. В реки и озера Европейской части России
2/3 всех хлорид-ионов поступают с дождем и снегом.
Второй источник солей — горные породы. Часть воды, выпавшей в
5
виде осадков, впитывается в грунт, а из него попадает в реки. При этом
многие компоненты грунта реагируют с водой или с растворенным в ней
углекислым газом. Так известняк легко образует растворимый (до 1,6 г/л)
гидрокарбонат кальция: СаСО3 + Н2О + СО2 = Са (НСО3)2 почти на всей
европейской части России (кроме Карелии и Мурманской области)
известняки, а также доломиты МgСО3 х СаСО3 залегают довольно близко к
поверхности.
Поэтому
вода
здесь
содержит
преимущественно
гидрокарбонаты кальция и магния. В таких реках, как Волга, Дон, Северная
Двина, и основных их притоках гидрокарбонаты кальция и магния
составляют от 3/4 до 9/10 всех растворенных солей. Соли попадают в
водоемы и в результате деятельности человека. Так, хлориды натрия и
кальция зимой в изобилии сыплют на дороги, чтобы расплавить лед.
Вода, попавшая на земную поверхность, частично просачивается в грунт и
доходит до водонепроницаемого слоя (как правило, глин). Так образуются
подземные воды. Пока вода фильтруется через грунт, она очищается от
большинства микропримесей. Поэтому питьевую воду для многих городов,
особенно небольших, берут не из поверхностных источников, а из
подземных. Однако с глубиной минерализация воды растет.
6
2.2 Газы в природной воде.
Если налить в стакан холодную воду из-под крана и поставить в теплое место,
на стенках появится пузырьки газа. Газы были растворены в холодной воде и
выделились при нагревании (поскольку растворимость газов при нагревании
уменьшается). Это кислород, азот и углекислый газ.
Кислород необходим для дыхания, а углекислый газ - растениям для
фотосинтеза. Кислород обеспечивает разложение органических остатков. Когда
его в воде мало, органические остатки окисляются не полностью.
Образующиеся соединения придают воде специфический запах тины. Что же
касается углекислого газа, он, во-первых, переводит в воду ряд элементов из
горных пород, а во-вторых, нейтрализует попадающие в воду основания.
7
2.3 Мезоэлементы.
Кроме главных ионов, содержание которых в воде достаточно
велико, ряд элементов; азот, фосфор, кремний, алюминий, железо,
фтор - присутствуют в ней в концентрациях от 0,1 до 10 м/г. Они
называются мезоэлементами (от греч. «мезос» - «средний»,
«промежуточный»).
Азот в форме нитратов NO3 попадает в водоемы с дождевой водой,
и в форме аминокислот, мочевины (NН4) 2СО и солей аммония NН4+
- при разложении органических остатков. Фосфор существует в
воде в форме гидрофосфатов НРО42- и дигидрофосфатов Н2РО4 ,
образующиеся в результате разложения органических остатков.
Кремний попадает в природные воды преимущественно в виде
Частиц SiO2 - продукта разрушения горных пород.
Алюминий поступает в водоемы в результате действия кислот на
глины (каолин):А12{Si2 О5}(ОН)4 + 6Н+= 2 SiO2 + 5Н2О + 2А13+.
Основной источник железа - железосодержащие глины.
Органические остатки, находящиеся в контакте с ними,
восстанавливают железо до двухвалентного.
Когда вода с растворенными в ней ионами Fе2+ вступает в контакт с
воздухом, железо быстро окисляется, образуя коричневый осадок
гидроксида Fе (ОН)3. Со временем он превращается в болотную
руду - бурый железняк (лимонит) 2Fе 2 O3 * 3(Н2О).
Карельская болотная руда использовалась в XVIII - XIX столетиях
для получения железа.
8
3
Характеристики природной и производственной
(технической) воды и методы очистки.
К основным потребителям пресной воды относятся: сельское
хозяйство (70%), промышленность, включая энергетику (20 %) и
коммунальное хозяйство (~15%). В промышленном производстве
наиболее водоемкими являются химическая, целлюлозно-бумажная и
металлургическая
промышленность.
Так,
на
изготовление
1т
синтетического волокна; пластмассы; бумаги; никеля; меди; стали и
чугуна расходуется соответственно 2500—5000; 500—1000; 400—
.800; 4000; 500; 160—200 м3 воды. Принято считать, что житель
благоустроенного города расходует в сутки 200—300 л воды.
Природную воду характеризуют жесткостью, соленостью, щелочностью и окисляемостью.
3.1 Соленость
Соленость природной воды строго определяется общим содержанием
солей и выражается в миллиграммах на литр. Эта характеристика
наиболее важна для морской воды. Соленость последней вызывается
главным
образом
хлоридами NаС1, КС1, МgС12 и СаС12. В связи с
этим соленость технической воды часто характеризуют лишь содержанием хлорид-ионов.
3.2 Щелочность
Щелочность природной
воды вызывается присутствием в ней
растворенных NаОН, NаНСОз и Nа2СО3. В технической воде кроме
этих соединений
Щелочность
могут
определяют
содержаться
титрованием
также
Nа2НРО4 и Nа3РО4,
кислотой
и
условно
пересчитывают на NаОН.
3.3 Окисляемость
Окисляемость характеризует загрязнение воды органическими веществами. Ее определяют по расходу (в мг) КМnО4 или К2Сг2О7,
отнесенному к 1 л воды, или пересчитывают на расход О 2 (в мг).
9
3.4 Жесткость воды.
Карбонат кальция, входящий в состав природных горных пород под
действием воды и оксида углерода (IV) частично переходит в раствор в
виде гидрокарбоната и переноситься подземными и речными водами на
большие расстояния. Природную воду, содержащую в растворе
значительное количество ионов Ca и Mg в виде солей называют
жесткой. При небольшом содержании солей кальция и магния ( менее
80 мг. ионов кальция и 50 мг. ионов магния на 1 л. воды) или их
отсутствие воду считают мягкой.
Различают карбонатную жесткость ( временную), обусловленную
присутствием
некарбонатную
в
воде
гидрокарбонатов
(постоянную),
вызванную
кальция
и
магния,
присутствием
в
и
воде
сульфатов и хлоридов кальция и магния. Карбонатную жесткость
можно легко устранить даже кипячением воды, при котором ионы
Ca
и Mg удаляются образуя нерастворимые остатки ( CaCo3 и Mg Co3 ).
Сумма обеих жесткостей составляет общую жесткость её устраняют с
помощью подходящих реагентов, например соды или известкового
молока:
CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3
+ 2NaCl
Ca( HCO3 )2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O.
Ионы
Ca и Mg
можно также удалить из воды посредством
катионитов. Катиониты – сложные вещества, не растворимые в воде
способные обменивать свои катионы. При протекании жесткой воды
через слой катионита происходит обмен катионов по реакции:
Ca2+ + Na 2R = 2 Na+ + CaR. ( R – сложный кислотный остаток),
Таким образом, ионы Ca2+ (Mg2+ ) из раствора переходят в катионит. Для
восстановления катионита его промывают концентрированным раствором NaCl.
После промывки катионит можно снова использовать для очистки
воды.
10
3.5 Методы очистки воды.
Воду для хозяйственно-питьевого
снабжения
оценивают
по
следующим критериям: взвешенные вещества; плавающие примеси
(пленки нефтепродуктов, масел и других веществ); запах, привкус,
окраска; кислотность (не должна выходить за пределы рН =6,5 - 8,5);
минеральный состав, растворенный кислород; ядовитые вещества.
Если природная вода не содержит вредных микроорганизмов, а
также вредных минеральных и органических примесей, если она
прозрачна, бесцветна и не имеет привкуса и запаха, то ее можно
использовать в качестве питьевой. Этим требованиям наиболее часто
удовлетворяет
колодезная
и
родниковая
вода.
В
больших
количествах трудно найти природную воду, удовлетворяющую всем
этим требованиям. Поэтому ее приходится очищать на специальных
станциях. Основными стадиями очистки являются фильтрование (через
слой песка) и обработка окислителями (хлором или озоном). В
некоторых случаях приходится вводить процесс коагуляции. Для этой
цели используют А12( SО4)3. Даже в слабощелочной среде в результате
гидролиза соли образуется А1(ОН) 3 в соответствии с уравнением:
Al2(SO4)3 + 3Ca (HCO3)2 = 2А1(ОН)3 + ЗСаSО4 + 6СО2.
Гидроксид
алюминия
вначале
появляется
в
виде
коллоидных частичек, которые затем постепенно коагулируют. Хлопья
А1(ОН)захватывают взвешенные примеси и сорбируют на своей
развитой поверхности органические и минеральные вещества.
Питьевая
вода
должна
содержать
небольшие
количества
растворенных солей и газов. В зависимости от них в различных
местностях вода отличается по вкусу. Дистиллированная вода не
содержит солей и растворенных газов и потому неприятна на вкус.
Кроме того, при продолжительном употреблении она и вредна для
организма. Это связано с вымыванием из клеток желудка и
кишечника содержащихся в них солей, которые необходимы для
11
нормального функционирования организма.
Перед использованием в производстве техническая вода также
подвергается
специальной
очистке.
Этот
процесс
называют
водоподготовкой. Основными методами очистки являются отстаивание
и фильтрование, коагуляция, химическое устранение жесткости, выпаривание и ионный обмен с использованием искусственных смол
(катионитов и анионитов). В последние годы начали применять метод
электродиализа, обратного осмоса (гиперфильтрация) и др.
3.6 Водоочистка ( после использования в быту и
производстве).
За день человек выпивает от силы два литра жидкости. Основная же часть
водопроводной воды расходуется на хозяйственные нужды - стирку,
умывание и т.д.
При естественной биологической очистке сточные воды выливают на поля
орошения. Очищенную воду собирают в прудах-накопителях, и после
отстаивания сбрасывают в водоемы. Для искусственной биологической
очистки сточные воды поступают в большие ёмкости, через которые
продувают воздух. В этих резервуарах вода перемешивается с активным
илом, после чего отстаивается. Содержащиеся в иле микроорганизмы
перерабатывают большую часть отходов и многие поверхностно-активные
вещества. Наконец, воду хлорируют (для обеззараживания) и отстаивают
(чтобы удалить хлор и осадить взвешенные частицы), а лишь затем
сбрасывают в водоемы.
12
4. Исследовательская работа.
4.1 Это должен знать каждый.
Будучи основой существования всех живых организмов, вода с древности
считалась первоисточником жизни. На земле осталось мало районов, где
имеется чистая вода. Почти каждый второй житель планеты пьет
загрязненную воду. Это связано с загрязнением водоемов за счет выбросов
промышленных, энергетических и сельскохозяйственных предприятий,
Установлено, что пятая часть Мирового океана покрыта нефтяной пленкой.
Из-за загрязнении нельзя не только пить воду из многих рек России без
предварительной очистке, но и купаться. Вода для питья, расфасованная в
бутылки и канистры, продается уже повсеместно. Загрязнение воды происходит
за счет скопления в ней множества неорганических и органических веществ,
микроорганизмов.
Воду следует пить только кипяченую, так как при кипячении погибают
болезнетворные микроорганизмы, разрушаются некоторые вредные для
здоровья загрязнители, снижается жесткость воды. Хлор удаляется из воды при
её кипячении или отстаивании в течение суток.
Для обеззараживания воды в неё можно добавить несколько
кристалликов марганцевого кислого калия или несколько капель перекиси
водорода.
Для питья полезно в воду (на 5 л) добавить 1 таблетку (0,5 г ) аскорбиновой
кислоты, которая нейтрализует токсичные вещества. Для получения
экологически чистой воды рекомендуется выдерживать водопроводную воду в
течение суток, а затем кипятить её в течение 5-10 минут.
13
4.2. Определение кислотности воды в природных
источниках села Большие Ключищи.
Промышленные предприятия выбрасывают в атмосферу оксиды азота и
серы, соединяясь с водой, они образуют кислоты. Кислотные остатки
губительно действуют на живые организмы, строения, памятники. Мы
использовали индикаторную бумагу, определили наличие кислот в
природных источниках в селе Большие Ключищи. Если в пробе рН меньше
6 то это говорит о кислотных соединениях в исследуемой воде. Я брала
воду для исследования из природных источников и для сравнения взяла
пробу снегового фильтрата в центре села . Отлила 10 мл снегового
фильтрата в стакан, опустили индикаторную бумагу и определили
кислотность фильтрата, получила следующие результаты :
Участок № 1 ( чан за лесничеством ) рН = 6,8
Участок №2 ( чан перед лесничеством ) рН = 6,8
Участок №3 ( чан за сельским домом культуры ) рН =7
Участок №4 ( чан за прудом) рН =7
Участок № 5 ( центр села, снеговой фильтрат) рН =5,4
14
4.3 Определение характера запаха и цвета воды из
природных источников водоемов с. Б. Ключищи.
Село Большие Ключищи получило свое название из-за многочисленных
родников, которые протекают в селе. Из этих природных водоемов мы и взяли
воду для анализов. Места выхода воды оборудованы удобны для
использования и имеют местное назначение - чан.
№1 - чан за лесничеством
№2 - чан перед лесничеством
№3 - чан за сельским домом культуры
№4 - чан за прудом
№ 5 – центр села
Наливали воду в колбы емкостью 250 мл, закрывали их пробками, содержимое
взболтали. После этого открывали пробки и определяли характер запаха.
№ пробы
Цвет
Запах
№1
-
-
№2
-
-
№3
-
-
№4
№5 (снеговой фильтрат)
мутный
Отчетливый запах
нефтепродуктов
Вода из природных водоемов в с. Большие Ключищи чистая, вкусная.,
кислотность соответствует нормам, а снеговой фильтрат отличается
повышенной кислотностью имеет мутный цвет и резкий запах
нефтепродуктов и это связано с тем, что в центре села повышенная
загазованность из-за большого количества автомобилей.
15
4.4 Определение главных ионов содержащихся в воде.
Хлориды. В пробу воды (2-3 мл), подкисленную уксусом, добавили
несколько капель раствора нитрата серебра AgNОз в дистиллированной воде. В
воде присутствуют хлорид-ионы, так как этих ионов мало, появилось
небольшое помутнение: Аg+ + Cl- = АgС1.
Сульфаты. В пробу воды, подкисленную уксусом, внесли несколько капель
раствора хлорида бария ВаСl2 в дистиллированной воде. Вода содержит
сульфат-ионы, так как образуется белый осадок сульфата бария: Ва2++ SО42 =
ВаSО4
Гидрокарбонаты. В пробу воды добавили несколько капель раствора хлорида
бария ВаС12 в дистиллированной воде. Дали отстояться осадку сульфата бария,
перелили жидкость над осадком в другой сосуд и нагрели на водяной бане.
Гидрокарбонат-ионы при нагревании превращаются в карбонат-ионы,
образующие с ионами Ва2+ белый осадок: Ва2* + 2НСО3
ВаСО3 + Н2О + СО2.
Кальций и магний. В пробу воды добавили несколько капель
насыщенного раствора стиральной соды (карбоната натрия
Nа2СОз). В воде есть ионы кальция и магния, появился белый
осадок: М2+ + СО32~= МСО3.
Натрий. Обнаружить натрий какими-либо реагентами очень сложно, поскольку
ион Nа+ почти не образует нерастворимых солей. Зато он окрашивает пламя в
желтый цвет. Поэтому взяли стальную проволочку, прокалили её в пламени
горелки, окунули в пробу веды и вновь внесли в пламя. Если в воде
присутствует соли натрия, пламя окрасится в желтый цвет. Мы этого не
наблюдали, значит в образце нет. Итак исследуемой воде содержаться
хлорид, сульфат, гидрокарбонат-анионы, ионы кальция и магния.
16
Приложение
Основные нормируемые показатели качества питьевой воды
Число микроорганизмов в 1 см3
Число бактерий группы кишечных палочек в 1 л
Мутность (содержание взвешенных частиц)
РН
Общая минерализация
Кальций
Щелочность
Жесткость
Хлориды
Сульфаты
Железо
Медь
Аммиак
Цинк
Алюминий
Нитраты
Свинец
Фтор
*Рекомендуемый минимальный
уровень.
**В зависимости
от региона.
не более 100
не более 3
не бол ее 1,5 г/л
6,0-9,0
100*-1000 мг/л
30* -140 мг/л
0,5 - 6,5 ммоль/л
0,75 - 3,5ммоль/л
не более 350 мг/л
не более 500 мг/л
не более 0,3 мг/л
не более1 мг/л
не более 2,0 мг/л
не более 5 мг/л
не болееО,5 мг/л
не более 45 мг/л
не более 0,03 мг/л
0,7-1,5** мг/л
17
Заключение
Мы в состоянии обходиться без пищи в течение нескольких недель, а вот
без воды не проживем и нескольких дней. Вода – самая обильная из
земных стихий. Покрывает она более 70% земной поверхности, и объем её
равен примерно 1,4 миллиардов кубических километров. Наша планета –
планета океанов. Три четверти поверхности её заняты морями и океанами.
Если разлить это количество равномерно по всей планете, то образуется
слой толщиной почти в три километра. Больше всего воды - около 97%
находится в морях и океанах, но для многих целей она не годится из-за
слишком высокого содержания соли. Пресная вода составляет менее 3% от
объемов земной гидросферы, из них более 2% заключено в полярных льдах
Арктики и Антарктики.
Вода – голубая, нежная, чистая. Что может быть лучше её? Вода дает
жизнь всему живому.
В данной работе я изучила химический состав воды. В воде содержаться
большое
количество
различных
солей,
газов
и
мезоэлементов.
Ознакомилась с характеристикой природной и производственной воды, с
такими как соленость, щелочность, окисляемость и жесткость. На
основании изученного материала я узнала о различных методах очистки
воды: отстаивание, фильтрование, коагуляция, химическое устранение
жесткости, выпаривание, ионный обмен с использованием искусственных
смол ( катионитов и анионитов). А в быту каждый из нас для очистки
питьевой воды может использовать кипячение – при этом погибают
болезнетворные микроорганизмы, разрушаются некоторые вредные для
здоровья загрязнители, снижается жесткость воды. Для обеззараживания
воды можно добавить в неё несколько кристалликов марганцово кислого
калия или несколько капель перекиси водорода, что всегда можно найти в
домашней аптечке. Для нейтрализации токсичных веществ полезно
18
добавить в воду ( на 5 л. ) 1 таблетку ( 0,5 г.) аскорбиновой кислоты.
В ходе исследовательской работы я определила, что
в природных
источниках нашего села очень чистая, pH нормальная вода. На основании
проведенной работы я обнаружила в воде наличие ионов кальция и
магния, хлорид, сульфат, гидрокарбонат анионы, которые обуславливают
жесткость воды в пределах допустимой нормы.
19
Список используемой литературы:
1. Габриелян О.С. « Химия» 9 класс. Москва, Дрофа, 2006 г.
2. Глинка Н.Л. «Общая химия» изд-во «Химия».
3. Кукушкин Ю. Н., Михилев Л.А., Петров М.М. «Неорганическая
химия» Ленинград «Химия», 1999 г.
4. Кузьменко Н.Е., Еремик В.В., Попков В.А. «Химия для школьников
старших классов и поступающих в вузы» Москва. «Оникс 21 век»,
«Мир и образование», 2002 г.
5. Энциклопедия для детей И.ц. «Аванта +», 2000, химия том 17.