Вода презентация

А. П. Карпинский

Авторы:
Габрук Н. Г. – к. б. н., доцент кафедры
общей химии биолого-химического
факультета БелГУ,
Бабукова В. В. – учитель химии МОУ
« Северная СОШ № 1 Белгородского
района»

Вода

Цель: создание условий для развития у старшеклассников познавательной активности и умений использовать исследовательские методы познания

Задачи:

обучающие - изучить свойства, значение и применение воды, её роль в клетке,
круговорот воды в природе, требования к качеству воды;
развивающие - развивать интерес к естественным наукам с помощью
организации исследовательской деятельности, умения
устанавливать причинно-следственные связи на примере строения
и свойств воды, анализировать, сравнивать и делать выводы,
работать с научной литературой и применять знания и умения на
практике;
воспитательные - воспитывать бережное отношение к природе.

в природе и её применение. Круговорот воды в природе
Строение молекулы, схема образования межмолекулярной водородной связи
Аномалии воды. Уникальные химические свойства, связанные со строением молекулы
Требования к качеству воды. Жёсткость воды, её виды и способы умягчения
Опреснение воды
Биологическая роль воды. Роль воды в клетке
Исследования качества воды по органолептическим и физико-химическим свойствам
Выполнение исследовательской работы по выявлению экологического состояния водных объектов в п. Северном.

Вода – самое распространённое вещество на Земле. Она одновременно существует в трёх агрегатных состояниях и обладает высокими температурами плавления, кипения и парообразования. Как Вы считаете, существует ли связь между её аномальными свойствами и строением и ролью воды в природе, в частности, в клетке?

H2O - самое распространённое в
природе химическое соединение.

Запасы воды на Земле:

в морях и океанах - 1,4 млрд. км3

в ледниках - 30 млн. км3

в реках и озёрах - 2 млн. км3

в атмосфере - 14 тыс. км3
в живых организмах - 65%

строения молекулы:
Угловое строение, валентный угол НОН – 104,3 °;
Атом О находится в состоянии sр3 гибридизации;
Создание «+» полюсов на атомах водорода; создание «-» полюсов на центрах неподелённых электронных пар атома кислорода;
Образование диполей

молекулы воды

Расположение молекул воды в кристаллической решётке льда

r(льда) = 0,92 г/см3, max r(воды)
при +4°С = 1г/см3
При замерзании воды происходит
увеличение объёма
Самая большая теплоёмкость
(в 3100 раз больше, чем у воздуха;
в 4 раза больше, чем у горных пород)
Водородная связь определяет
уникальные свойства воды:  Диаграмма состояния воды
у воды очень высокие температуры кипения, плавления и парообразования, так как нужно затратить дополнительную энергию на разрыв водородных связей. Только вода находится во всех трех агрегатных состояниях одновременно. Другие вещества со сходным строением и молекулярной массой, такие как Н2S, HCl, NH3 при обычных условиях являются газами
Жидкость без цвета, без вкуса и запаха. tпл.= Оо С, tкип.= 100о С, d = 1 г/см3 при 4оС.

= H+ + OH- 2) Вода - амфотерное вещество. Она реагирует как с основными оксидами (оксидами щелочных и щелочноземельных металлов), так и с кислотными оксидами, кроме SiO2: Li2O + H2O = 2LiOH;
MgO + H2O = Mg(OH)2;
SO3 + H2O = H2SO4

3) Гидролиз некоторых солей приводит к их полному разложению:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S
Al2(CO3)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2O + 3CO2

4) Вода разлагает гидриды, фосфиды, карбиды, нитриды и некоторые другие бинарные соединения активных металлов с неметаллами:
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2; Ca3P2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2PH3;
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2; Ca3N2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3

5) Молекулы воды с некоторыми солями дают кристаллогидраты:
CuSO4(белый) + 5H2O = CuSO4 *5H2O(синий)
Окислительно-восстановительные свойства
6) С активными металлами (стоящими в ряду напряжений металлов до Mg включительно) образуется щёлочь и водород, а с металлами средней активности (стоящими в ряду напряжений металлов от Mg до Pb) - оксид и водород:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2; Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2;
3Fe + 4H2O(горячий пар) = Fe3O4 + 4H2
7) С галогенами (продукты различны):
4F2 + 3H2O = OF2+ 6HF + O2; Cl2 + H2O = HClO + HCl

хозяйств

Для технических целей

для поливов

Назначение
воды

- общее количество бактерий в 1 мл воды, не бол. 100
Показатели токсических химических веществ (допустимые концентрации химических веществ ), мг/л: алюминий остаточный не более 0,5; бериллий – 0,0002; молибден – 0,25; мышьяк – 0,05; нитраты – 45,0; полиакриламид – 2,0; свинец – 0,03; селен -0,001; стронций – 7,0; фтор – 1,5
Органолептические показатели: запах - не более 2 баллов, привкус – не более 2 баллов, цветность – не более 20 градусов,
Мутность – не более 1,5 мг/л
Сухой остаток – не более 1000,0 мг/л
Водородный показатель рН – в пределах 6,0 – 9, 0

Показатели качества питьевой воды должны отвечать требованиям ГОСТ 2874-82. «Вода питьевая» и ГОСТ 17.1.3.03.-77 «Охрана природы. Гидросфера. Правила выбора и оценка качества источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения»

отстаивания, фильтрования
Коагулирование – удаление мелкодисперсной смеси
Обеззараживание - уничтожение патогенных микроорганизмов
Стабилизация – удаление веществ, вызывающих коррозию металла и бетона
Дегазация – удаление растворённых в ней газов
Устранение привкусов и запахов воды
Умягчение и обессоливание
Перевод временной жёсткости в постоянную
Опреснение – удаление повышенного содержания солей
Корректирование содержания железа, марганца, кремниевой кислоты и фтора
Очистка от радиоактивных веществ

технологическая схема Реагентная технологическая схема
водоподготовки водоподготовки

1 – забор воды; 2 – отстойники; 3 – добавление сульфата алюминия; 4 – песчаный фильтр; 5 – аэрация, добавление хлора; 6 – водонапорная башня

Жёсткость воды

Жесткость воды – это совокупность ее свойств, обусловленных содержанием в воде ионов Са2+ и Мg2+ в составе растворимых гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов.
Жесткость воды принято исчислять суммой миллимолей ионов кальция и магния на 1 литр воды (ммоль/л). 1 ммоль/л соответствует количеству любого вещества в мг/л, равному его молекулярной массе, разделенной на валентность. Величина 1 ммоль/л соответствует содержанию в 1 литре воды 20,04 мг/л кальция либо 12,1 б мг/л магния. Для удобства пользуются величиной мг-экв/л, которая соответствует моль/м3.
Выделяют 2 типа жесткости воды:
- временная – карбонатная жесткость обусловлена присутствием на ряду с кальцием, магнием и железом гидрокарбонатных анионов;
- постоянная – некарбонатная жесткость характеризуется присутствием сульфатных, нитратных и хлоридных анионов
Общая жесткость - суммарная величина наличия солей магния и кальция в воде, то есть суммой карбонатной и некарбонатной жесткости.
Мягкая вода – жесткость 3,0 мг-экв/л и более
Средняя жесткость – от 3,0 до 6,0 мг-экв/л
Жесткая вода – свыше 6,0 мг-экв/л.

1. Карбонатная жесткость (временная, устранимая) устраняется кипячением, действием известкового «молока» или соды:
Са(НСО)2 = СаСО3 ↓ + СО2+ Н2О
Са(НСО)2 + Са(ОН)2 = СаСО3 ↓ + Н2О + СО2

Са(НСО)2 + Nа2СО3 = СаСО3 ↓ + NаНСО3

2. Некарбонатная жесткость (постоянная) устраняется чаще всего добавлением соды:
СаSО4 + Nа2СО3 = СаСО3 ↓ + Nа2SО4

MgSО4 + Nа2СО3 = MgСО3 ↓ + Nа2SО4
3. Методы ионного обмена – использование ионнообменных смол

Это процесс снижения содержания солей в
морской воде или солёных водах суши
до уровня, при котором вода становится
пригодной для использования.
Методы опреснения:
- дистилляция (перегонка)
- метод обратного осмоса
- электродиализ
Технологическая схема опреснения
воды методом обратного осмоса:
1 – впуск солёной воды;
2 – насос высокого давления;
3 – полупроницаемая мембрана ;
4 - выпуск солёной воды

для полярных веществ. При растворении вещества его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно и его реакционная способность возрастает. По этой причине в клетке большая часть химических реакций протекает в водных растворах.
Вода служит средой для транспорта различных веществ в крови, в лимфатической и экскреторных системах, в пищеварительном тракте, во флоэме и ксилеме растений.
Большая теплоёмкость воды - 4,184 Дж/г. Существенное увеличение тепловой энергии вызывает сравнительно небольшое повышение её температуры и часть этой энергии расходуется на разрыв водородных связей, ограничивающих подвижность молекул воды. Вода служит для многих клеток и организмов средой обитания, для которой характерно довольно значительное постоянство условий.
Большая теплота испарения . Энергия, необходимая молекулам воды для испарения, черпается из их окружения и испарение сопровождается охлаждением. Это явление используется у животных при потоотделении, при тепловой одышке у млекопитающих или у некоторых рептилий (например, у крокодилов), которые на солнцепёке сидят с открытым ртом. Оно играет заметную роль и в охлаждении транспирирующих листьев.
Большая теплота плавления.
Вода как реагент – метаболит, участвующий в метаболических реакциях. Вода используется, например, в качестве источника водорода в процессе фотосинтеза, а также участвует в реакциях гидролиза.
Большое поверхностное натяжение.

в клетке

- Обеспечение упругости клетки. Последствия потери клеткой воды — увядание листьев, высыхание плодов;

- ускорение химических реакций за счет растворения веществ в воде;

- обеспечение перемещения веществ: поступление большинства веществ в клетку и удаление их из клетки в виде растворов;

- обеспечение растворения многих химических веществ (ряда солей, сахаров);
- участие в ряде химических реакций, например, в процессе фотосинтеза;

- участие в процессе теплорегуляции благодаря способности к медленному нагреванию и медленному остыванию.
 

основ курса

объектов в п. Северный с помощью физико-химических методов исследования

■ составить схему-карту отбора проб воды

■ произвести отбор водных проб

■ подобрать и освоить методики анализа

■ выполнить комплекс исследований по изучению качества воды по основным показателям

СОШ №1»

= -lg[Н+]

рН<7 – среда кислотная
рН=7 – среда нейтральная
рН>7 – среда щелочная

Научное общество старшеклассников МОУ «Северная СОШ №1»

С (трилон Б) *1000;
100
V – объём трилона Б, мл
С – нормальная концентрация; 0,05 н
Ж – общая жесткость; ммоль * экв/л

Научное общество старшеклассников МОУ «Северная СОШ №1»

жёсткость
более 10 ммоль*экв/л – жёсткая

Вода водопроводная (ул. Олимпийская) – 6,76 ммоль*экв/л
Вода водопроводная (школа) – 6,92 ммоль*экв/л
Вода водопроводная ( с. Беломестное) – 7,57 ммоль*экв/л
Вода водопроводная (Египет) – 0,77 ммоль*экв/л
Вода талая (возле родника № 2) – 0,30 ммоль*экв/л
Вода талая (возле школы) – 0,35; ммоль*экв/л
Вода талая (перекрёсток) – 0,87 ммоль*экв/л

Научное общество старшеклассников МОУ «Северная СОШ №1»

водопроводная (школа) – 6,80 ммоль*экв/л
Вода (родник № 1) – 7,90 ммоль*экв/л
Вода (родник № 2) – 6,35 ммоль*экв/л

Жврем. = V (HCl) * N (HCl) * 1000 , где
100
V – среднее значение объёма HCl, мл
N – нормальность раствора HCl

Научное общество старшеклассников МОУ «Северная СОШ №1»

Выводы:

Изучены и освоены методы качественного и количественного анализа воды: комплексонометрический, потенциометрический и кислотно-основный.

По органолептическим свойствам водопроводная вода не имеет цвета, имеет запахи естественного происхождения и высокую прозрачность. Талая вода загрязнена веществами - остатками топлива автомобильного транспорта.
Школьная вода имеет среднюю общую жёсткость и пригодна для хозяйственно-питьевого назначения. Талая вода является мягкой из-за малого содержания солей кальция и магния.

примесей в водопроводной воде необходимо пользоваться стационарными или фильтрами кувшинного типа (Аквафор, Барьер и др.)

Необходимо ужесточить контроль по содержанию вредных веществ в выхлопных газах автомобилей

Изменить конструкцию двигателей и внедрять в промышленное производство нетоксичные виды топлива.

«минералом жизни»? Какую роль играет это соединение в жизни нашей планеты?
В каких формах встречается вода в природе?
Какими аномальными физическими свойствами обладает вода? С каким структурными особенностями воды связаны эти аномалии и какую роль они играют в существовании земной биосферы?
В какие химические реакции вступает вода?
Какие требования предъявляют к питьевой воде?
Перечислите основные этапы водоподготовки и где они используются?
Какие соли вызывают жёсткость воды? Почему карбонатную жёсткость воды называют временной?
На какие категории принято разделять природные воды по жёсткости? Что ограничивает применение жёсткой воды в технике? Перечислите наиболее широко применяемые методы умягчения воды и напишите реакции соответствующих процессов.
Что такое опреснение воды и , какие методы её опреснения вам известны?
Каковы биологическое значение и роль воды в клетке? Приведите примеры.
Какие физические показатели воды принимаются во внимание при оценке её качества?
Какие требования предъявляются к качеству питьевой воды?

человека.
«Живая» и «мёртвая» вода. Правда или вымысел?
Жёсткость воды, её умягчение.

свойства воды химическими реакциями
Изучить методики по исследованию органолептических свойств воды и определению общей и временной жёсткости
Выполнить учебно-исследовательскую работу по предлагаемой тематике
Оформить исследовательский проект

Я.
Краткая химическая энциклопедия, т. 5, М., 1967; Лакерник М. М.