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3. 硬水与软水

水的组成、净化及氢气的性质 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 硬水含较多可溶性钙镁化合物,软水含较少或不含;二者主要区别在于溶解的钙、镁离子浓度不同。

从哪来 基于“四、离子”中关于钙离子($Ca^{2+}$)和镁离子($Mg^{2+}$)的认知,结合“三、化学实验基本操作”中的过滤与加热操作,以及“三、元素”中钙、镁元素的存在形式。

为什么 自然界的水在流经岩石和土壤时,会溶解其中的碳酸钙、碳酸镁等物质,形成含有大量$Ca^{2+}$和$Mg^{2+}$的硬水。这些离子能与肥皂中的硬脂酸钠反应生成不溶于水的硬脂酸钙/镁沉淀(浮渣),从而降低去污能力并导致水垢(主要成分为碳酸钙和氢氧化镁)在加热时析出。软水则因缺乏这些离子,加热后不易形成沉淀,且与肥皂反应产生丰富泡沫。

生活经验类比法
适合感性思维强、对抽象概念接受慢的学生。 从日常烧水壶里的白色水垢讲起,问学生“为什么热水壶用久了会有白垢?冷水壶为什么没有?”引导学生发现这是水里的“杂质”受热跑出来了。再对比用肥皂洗衣服,硬水搓出的泡沫少、有泥状物,软水泡沫多。通过“水垢”和“泡沫”两个直观现象,建立硬水与软水的感性认识,最后再引入钙镁离子这一本质原因。
微观机理推导法
适合逻辑推理能力强、偏好原理性知识的学生。 直接从离子角度切入。展示$Ca^{2+}$、$Mg^{2+}$在水中的存在,写出它们与肥皂主要成分(硬脂酸钠$C_{17}H_{35}COONa$)反应的化学方程式,解释为何生成沉淀(浮渣)。接着推导加热条件下,碳酸氢钙分解生成碳酸钙沉淀的过程($Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{\Delta} CaCO_3\downarrow + H_2O + CO_2\uparrow$)。通过微观粒子运动和化学反应方程式,从本质层面解释硬水软化及水垢形成的原理。
实验探究对比法
适合动手能力强、喜欢通过操作验证结论的学生。 设计对比实验:取两支试管,分别装入等量的硬水和软水,滴入等量的肥皂水,振荡,观察泡沫多少和浮渣多少。再取两支试管,分别加热硬水和软水至沸腾,观察内壁是否有白色固体附着。让学生亲手操作、记录现象、得出结论。强调控制变量(水量、肥皂量、加热时间),通过实验数据的对比,自主归纳出鉴别硬水软水的方法及硬水软化的途径。
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练一道
基础题
某同学在家发现烧水壶内壁结了一层白色水垢,他想知道这是硬水还是软水造成的,并想去除水垢。 (1) 如何简单鉴别家中自来水是硬水还是软水? (2) 生活中常用的软化硬水的方法是什么?
变式
实验室有一瓶未知的水样,已知其中可能含有$Ca^{2+}$、$Mg^{2+}$、$Na^+$、$Cl^-$。 (1) 若向该水样中加入肥皂水,发现泡沫很少,说明该水样属于______水。 (2) 若将该水样蒸干,得到白色固体,该固体中一定含有______(填化学式),可能含有______(填化学式)。 (3) 工业上常用离子交换法软化硬水,其原理是用$Na^+$置换水中的$Ca^{2+}$和$Mg^{2+}$,写出置换$Ca^{2+}$的离子方程式(假设交换树脂为$R-SO_3Na$)。
试试手自己判
检测题
小明想验证实验室提供的A、B两瓶水样中哪一瓶是硬水。他取两支试管,分别加入等量的A、B水样,然后向两支试管中各滴入5滴肥皂水,振荡。观察到A试管中泡沫丰富,B试管中泡沫很少且有大量白色浮渣。 (1) 哪一瓶是硬水? (2) 小明想将B水样软化,他在实验室中最简便的操作方法是什么?
看答案和判分标准
答案:(1) B (2) 蒸馏
判对标准:
(1) 答出“B”得1分。若答“A”或“无法判断”不得分。
(2) 答出“蒸馏”得1分。若答“煮沸”得0.5分(因为题目限定“实验室”,蒸馏更准确,但煮沸也是软化方法,酌情给分,但严格来说实验室首选蒸馏);若答“过滤”不得分。
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