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   教材分析

 

如何获得在人们的生活和生产中可以使用的洁净的水,本课题介绍了从天然淡水获取洁净水的方法。教科书侧重介绍水净化的化学原理、方法和简要流程。天然水的净化主要介绍了混凝法和化学软化法;这些方法都是以化学反应原理为基础的,教科书从基本化学反应入手,给出了一些基本的化学方程式或离子方程式,使学生能从化学的角度认识实际生产中解决问题的一些方法,然后帮助学生了解生产过程中如何实现这些原理和方法的一些技术问题。

  

 本课题安排了一个有关硬水软化的科学探究;不只是单纯地做软化水的实验,而是通过这个科学探究活动使学生初步了解设计实验方案的方法,以及除去杂质时选择试剂和确定加入试剂顺序的一般思路。

 

设计思路

本节课内容与学生已有的生活经验密切相关,而且在初中和高中必修阶段的化学课程中已介绍了一些相关知识,所以,本节课的教学可从学生的已有生活经验和知识经验人手。以生活中自来水厂生产片段引入,结合初中学习过的有关水净化的知识,通过实验探究、思考讨论等活动,了解常用的絮凝剂的净水原理和选择合适的絮凝剂的方法。由水壶中水垢的现象引出硬水和软水的概念,引导学生设计实验方案探究除去永久硬度的水中Ca2+Mg2+方法,以及除去杂质时选择试剂和确定加入试剂顺序的一般思路。

 

教学目标

 

知识与技能

1了解从天然淡水获取洁净水的常用方法—混凝法和化学软化法

2了解硬水软化的常用方法—加热法、药剂法和离子交换法。

3知道纯水与天然水、硬水与软水的区别,学会简单、常用的检验硬水与软水的方法。

 

过程与方法

1.通过硬水软化的科学探究活动使学生初步了解设计实验方案的方法。

2.通过硬水软化的科学探究活动使学生了解除去杂质时选择试剂和确定加入试剂

顺序的一般思路。

 

情感态度与价值观

感受化学在水处理中的应用。化学对改善个人生活的积极作用,发展善于合作、勤于思考、敢于实践的精神,增加饮水卫生和珍惜水资源的意识。

 

【教学重点】天然水净化的化学原理,化学在水处理中的应用和意义。

 

【教学难点】硬水的软化。

 

【教学准备】

FeSO4·7H2O晶体、Fe2SO43CaOH2溶液NaOH溶液、饱和Na2CO3溶液、MgCl2CaCl2、溶液、肥皂水

 

教学实录

情景引入

 

1.录像剪辑 自来水厂生产片段 2.图片展示

 

【问题讨论】自来水厂生产过程中为什么加入絮凝剂?

 

【学生回答】天然水中常含有悬浮物和胶体。

 

【教师引导】悬浮物和胶体是很难用自然沉降法除去的。引导学生回忆胶体凝聚的方法。

 

【板书】一、天然水的净化

天然水中常含有一些悬浮物和胶体,很难用自然沉降法除去。所以常用加入混凝剂的方法,使细小的悬浮物和胶体聚集成较大颗粒而沉淀。然后过滤除去。常用的混凝剂是明矾。

 

【板书】1.混凝法

原理:加入一种混凝剂(如:明矾、铁盐、亚铁盐等),使水中细小的悬浮物质和胶体聚集成较大颗的颗粒而沉淀,然后过滤除去。

 

【提问】

明矾、铁盐或亚铁盐为什么能净化水?分别写出明矾、铁盐净化水的离子反应方程式 。    

 

【学生讨论回答】明矾的净水原理:

明矾在水中发生电离:方程式为KAl(SO4)= K+ +Al3+ + 2SO42-

Al3+与水发生水解反应生成Al(OH)3,水解方程式为 Al3+ + 3H2O *Al(OH)3 + 3H+

 Al(OH)3在水中以絮状的胶体形式存在,由于水中的胶体杂质一般都带负电,Al(OH)3胶体粒子带正电,通过电性吸引作用,破坏了天然水中胶体杂质的稳定性,使胶体杂质聚沉。同时还能吸附一些悬浮物,这样就起到了净水的作用。

   工业上还常用硫酸铝,聚合铝,硫酸亚铁,硫酸铁等作混凝剂。

 

【实验探究】

1.烧杯中盛有浑浊的井水,加入一些绿矾(FeSO4·7H2O),搅拌后静置

2.烧杯中盛有浑浊的井水,加入适量NaOH溶液,使溶液的pH达到9左右,然后加入一些FeSO4·7H2O,搅拌后静置

3.烧杯中盛有浑浊的井水,加入一些绿矾Fe2(SO4)3 ,搅拌后静置

 

【学生分组实验】观察实验现象,记录实验结果。

 

【学生讨论】为什么亚铁盐的净化效果没有铁盐的效果好?

由于FeSO4·7H2O来源充足,作为混凝剂在工业上应用比较多。它在水中的作用与

铝盐相似,但水解后生成的Fe(OH)2溶解度较大,混凝效果不好。所以,实际应用时必须将Fe2氧化成Fe3,在溶液中生成Fe(OH)3,起到较好的混凝作用。FeSO4·7H2O溶于水后显酸性,而Fe2在碱性条件下更容易被氧化成Fe3,所以要将pH调到9左右。

 

【思考与交流】

1.天然水中含有细菌,主要成分为蛋白质。请你举出几种在家里能杀死水中细菌的

简单方法?

2.城市自来水以天然水为水源,你能简要地说明获得自来水的过程吗?

3.从自来水饮用水消毒剂和混凝剂的使用来看,请你思考:在采取某种化学方法处理生活中的问题时,一般需要考虑哪些问题?

 

【学生小组讨论总结归纳】

1.加热、用消毒剂或紫外线消毒等。

2.加絮凝剂→沉淀→过滤→吸附→杀菌

3.从两个方面考虑:首先是所采用有效的化学方法,如反应原理适用、添加试剂的性质、顺序和量等。其次,还要考虑应用化学方法所产生的经济和社会等方面的问题。主要指成本核算、对生态环境和人体健康是否有直接影响或是否有潜在、长远的影响。

 

   【过渡】天然水与空气、岩石和土壤等长期接触,其中溶解了许多杂质,如无机盐类、某些可溶性有机物以及气体等,通常含有Ca2Mg2等阳离子和HCO3CO32SO42ClNO3等阴离子。不同地区的天然水里含有这些离子的种类和数量不同。一般地说,地下水、泉水中含Ca2Mg2较多,而雨水、河水、湖水中含Ca2Mg2少一些。

 

【板书】(1)天然水的分类:

硬水:含有较多Ca2Mg2的水叫做硬水;

软水:含有少量Ca2Mg2或不含Ca2Mg2的水叫做软水。

 

【分析讲述】

水的硬度过高对生活和生产都有害处。例如,洗涤用水如果硬度太高,水中的Ca2Mg2与肥皂反应生成不溶于水的物质,不仅浪费肥皂,也洗不净衣物。在工业上对水的硬度也有要求,如锅炉用水如果硬度太高,长期烧煮后,水里的钙盐和镁盐会在锅炉内结成锅垢,使锅炉内金属管道的导热能力大大降低,不但浪费燃料,而且会导致管道局部过热,使锅炉管道变形或损坏,严重时会引起爆炸事故。所以硬水的软化非常重要。

 

【板书】

2)水的硬度:

暂时硬度:如果水的硬度是由Ca(HCO3)2Mg(HCO3)2或所引起的,这种硬度叫做暂时硬度。

永久硬度:如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的,这种硬度叫做永久硬度。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。

【学生小组讨论总结归纳】如果水中含有少量Ca2Mg2,对人体有益。水中含有较多的Ca2Mg2,对人们的生活、生产不利。

 

【提问】如何除去水中的Ca2Mg2

 

【学生活动】回忆生活中的水垢的形成过程,常在水壶内壁结有白色水垢。

 

【板书】2.化学软化法

 

【板书】(3)硬水软化的方法:

 

加热法

具有暂时硬度的水可以用加热的方法进行软化。

    

Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O

 

Mg(HCO3)2MgCO3CO2H2O

MgCO3H2OMg(OH)2CO2

 

 

  药剂法:具有永久硬度的水可采用药剂法。

药剂法通过向硬水中加入适当的化学药剂,与Ca2Mg2发生化学反应,使Ca2Mg2以沉淀的形式分离出来,达到软化水的目的。

 

常用的化学药剂有纯碱、生石灰等。对于工业锅炉用水,还有一种用磷酸盐作药剂的处理方法,使沉淀物悬浮在水中而不结垢。

 

【科学探究】有一杯具有永久硬度的水,其中主要含有MgCl2CaCl2,你能设计出软化水的实验方案吗?

现有药剂可供选用:CaOH2溶液、NaOH溶液、饱和Na2CO3溶液、肥皂水。

 

【学生分组讨论】每组派代表发言,相互交流评价,得出实验方案:

 

实验步骤

现象

化学方程式

 

1.向硬水中加入Ca(OH)2溶液

直到不再产生沉淀

 

白色沉淀

 

MgCl2+Ca(0H)2 = Mg(0H)2+CaCl2

   

2.继续向溶液中加人Na2CO3,直到产生沉淀

 

白色沉淀

 

 

CaCl2+Na2CO3 = CaCO3+2NaCl

 

 3.将上述溶液过滤

 

  

 4.取上述滤液少许,加入少量肥皂水,振荡

有大量泡沫

 

 

【学生分组实验】填写实验现象和结论。

 

【科学探究】如果有一杯同时具有永久硬度和暂时硬度的水,你如何来设计出软化水的实验方案吗?

 

【信息提示】引导学生从生活中饮水机使用分析。每小组提供饮水机使用说明书。

 

【学生分组讨论】每组派代表发言,相互交流评价,得出实验方案。

 

【学生回答】离子交换法

 

【分析讲述】离子交换法是用离子交换剂软化水的方法。离子交换剂中的阳离子与水中的Ca2Mg2发生离子交换作用,使水得到软化。现在常用作离子交换剂的离子交换树脂,是一类不溶于水但能与溶液中同电性离子进行交换的有机高分子电解质,常用NaRHR等表示。可以用以下反应来表示离子交换法软化水的过程:

2NaRCa2+ ═CaR2 2Na+ 

 

2NaR Mg2+ ═Mg R2 2Na+ 

 

离子交换树脂使用一段时间后,由NaR型变成了CaR2型(或MgR2型),而失去了交换能力。可把CaR2型(或MgR2型)树脂置于5%8%的食盐水中,便可发生逆向的交换反应,重新生成NaR,恢复交换能力:

CaR2 2Na+ ═2NaRCa2+  

 

这个过程叫做再生。

 

【课外作业】实践活动:以学习小组为单位,自制离子交换柱,用离子交换法净化一杯井水。

 

【案例评析】

 

本案例利用了学生已有的生活经验和知识经验,创设了很好的教学情景,在此情景中提出问题,通过实验探究、思考讨论和交流等活动来学习天然水净化的原理和方法。

 

重视了新旧知识的衔接,在初中和高中必修、选修模块课程中已学过的一些相关知识,如胶体的性质、离子的水解、水解平衡的移动等,在本节课上得到了很好的应用和巩固,对本节课新知识的学习起到了很好的铺垫作用,产生了较好的教学效果。

 

重视了学生的合作能力的培养,每一个问题的解决、每一个实验的完成,都是在每个组员发表意见和集体讨论的基础上进行的,既发挥了学生学习的主动性,又培养了学生的合作能力,充分体现了新课程的理念。

 

 

    
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