小明同学假期在家看电视台一档 “ 家有妙招 ” 栏目中介绍一种 “ 活性炭软化水 “ 的妙招,心里泛起了嘀咕:活性炭真的可以除去硬水中钙、镁离子而使硬水软化吗?于是他到学校实验室进行了如下一系列的探究。
探究一:活性炭能否软化硬水
他按节目中介绍的方法做了一个与 “ 妙招 ” 制作原理相同的简易的净水装置。
(实验 1 )在两个体积相等的烧杯中,一个加入硬水。一个加经过简易净水器净化后的硬水,各 20mL ,再分别加等体积的肥皂水,振荡,观察到的现象如下: ______________________________ 。
(得出结论)用活性炭不能软化硬水。
(评价与反思)在实验中一般可通过 ____________ 来降低水的硬度,做此操作时要在烧瓶中加入几粒碎瓷片,目的是 ______________ ,日常生活中常采用煮沸方法软化水。
探究二:煮沸能否一定软化硬水
(查阅资料)
(1) 水的硬度是水中所溶解的可溶性钙镁化合物引起的,硬水中所溶解的钙镁化合物可分为两类:钙、镁的碳酸氢盐,如碳酸氢钙( Ca(HCO 3 ) 2 )等;钙、镁的硫酸盐或氯化物。如 CaCl 2 等。一般所说水的硬度是由上述两类化合物引起的。请计算出 CaCl 2 中钙元素化合价为 ______________________ 。
(2)Ca(HCO 3 ) 2 加热分解产生碳酸钙、水、二氧化碳等物质。碳酸钙难溶于水,请写出 Ca(HCO 3 ) 2 加热分解的反应的文字表达式 ____________________ 。
(实验 2 )为方便研究他准备了碳酸氢钙溶液和氯化钙溶液来代表两类不同的钙镁化合物。
实验编号 | 实验操作 | 实验现象 |
① | 分别取 5mL 的碳酸氢钙溶液和氯化钙溶液于 A 、 B 两支试管中,同时加热 | A 试管中产生大量气泡,有沉淀产生, B 试管无明显现象 |
② | 在上述实验后,分别滴加 4 滴肥皂水,振荡 | A 试管中有大量的泡沫, B 试管中泡沫较少 |
(得出结论 2 )煮沸实际上只能降低 _______________ 类所引起的水的硬度。
(评价与反思 2 )小芳同学提出,上述实验 ②不做也可以得出实验的结论,理由是 _____________________ 。
两个烧杯中都出现大量浮渣,泡沫较少 蒸馏 防止加热时暴沸 +2 钙、镁的碳酸氢盐 A 试管中产生大量气泡,有沉淀产生, B 试管无明显现象,说明 A 中的碳酸氢钙转化成沉淀析出,而 B 中无变化,故 A 中发生了硬水的软化 . 。
【详解】
探究一:活性炭能否软化硬水
实验 1 :结论为用活性炭不能软化硬水,故在两个体积相等的烧杯中,一个加入硬水。一个加经过简易净水器净化后的硬水,各 20mL ,再分别加等体积的肥皂水,振荡,观察到的现象如下:两个烧杯中都出现大量浮渣、泡沫较少;
评价与反思:在实验中一般可通过蒸馏来降低水的硬度;做此操作时要在烧瓶中加入几粒碎瓷片,目的是防止暴沸;
探究二:煮沸能否一定软化硬水
( 1 )氯化钙中氯元素显 -1 价,设钙元素的化合价为 x ,根据化合物中,正、负化合价的代数和为零,可得: x + ( -1 ) ×2=0 , x =+2 ;
( 2 ) Ca(HCO 3 ) 2 加热分解产生碳酸钙、水、二氧化碳等物质,该反应的文字表达式为: ;
实验 2 :在实验 2 后,分别滴加 4 滴肥皂水,振荡, A 试管中有大量的泡沫, B 试管中泡沫较少,说明加热能使 A 中硬水软化,不能使 B 硬水软化,故可得出煮沸实际上只能降低钙、镁的碳酸氢盐类所引起的水的硬度;
评价与反思:小芳同学提出,上述实验 ② 不做也可以得出实验的结论,理由是: A 试管中产生大量气泡,有沉淀产生, B 试管无明显现象,说明 A 中的碳酸氢钙转化成沉淀析出,而 B 中无变化,故 A 中发生了硬水的软化 . 。
化学式的含义 | 以H2O为例 | ||
质的含义 | 宏观 | ①表示一种物质 ②表示物质的元素组成 |
①表示水 ②表示水是由氢、氧两种元素组成的 |
微观 | ①表示物质的一个分子 ②表示组成物质每个分子的原子种类和数目 ③表示物质的一个分子中的原子总数 |
①表示一个水分子 ②表示一个水分子是由两个氧原子和一个氧原子构成的 ③表示一个水分子中含有三个原子 | |
量的含义 | ①表示物质的相对分子质量 ②表示组成物质的各元素的质量比 ③表示物质中各元素的质量分数 |
①H2O的相对分子质R =18 ②H2O中氢元素和氧元素质量比为1:8 ③H2O中氢元素的质量分数=100%=11.1% |
化学式和化合价的关系:
(1)根据化学式求化合价
①已知物质的化学式,根据化合价中各元素的正负化合价代数和为0的原则确定元素的化合价。
标出已知、未知化合价:
列出式子求解:(+1)×2+x×1+(-2)×3=0 x=+4
②根据化合价原则,判断化学式的正误,如判断化学式KCO3是否正确
标出元素或原子团的化合价
计算正负化合价代数和是否为0:(+1)×1+(-2)×1=-1≠0,所以给出的化学式是错误的,正确的为K2CO3。
③根据化合价原则,计算原子团中某元素的化合价,如计算NH4+中氮元素的化合价和H2PO4-(磷酸二氢根)中磷元素的化合价。
由于NH4+带一个单位的正电荷,不是电中性的,因此各元素的化合价代数和不为多,而是等于+1. 设氮元素的化合价为x
x+(+1)×4=+1 x=-3
所以在NH4+中,氮元素的化合价为-3. 同理H2PO4-带一个单位的负电荷、不是电中性的、因此各元素的化合价代数和不为零,而是-1.
设磷元素的化合价为y
(+1)×2+y+(-2)×4=-1 y=+5 所以在H2PO4-中磷元素的化合价为+5.
④根据化合价原则,确定物质按化合价的排序。如H2S,S,SO2,H2SO4四种物质中均含有硫元素,并且硫元素的化合价在四种物质中分别为:-2,0, +4,+6,故这四种物质是按硫元素的化合价由低到高的顺序排列的。
(2)根据化合价写化学式
根据化合物中化合价的代数和等于0的原则,已知元素的化合价可以推求实际存在物质的化学式,主要方法有两种:
①最小公倍数法
步骤 | 举例 | |
写 | 一般把正价元素的符号(或原子团)写在左边,负价元素的符号(或原子团)写在右边,并把化合价写在元素符号(或原子团)的正上方 | 、 |
求 | 求出两种元素化合价绝对位的最小公倍数,然后求出每种元素的原子个数= | 因为|-2|×|+3|=6,所以Al原子个数为6/3=2,O原子个数=6/2=3 |
标 | 将原子个数写在相应元素符号的正下角 | Al2O3 |
验 | 检验各种元素正负化合价的代数和是否为0,确定化学式的正确性 | (+3)×2+(-2)×3=0,所以该化学式正确。 |
步骤 | 例1 硫酸铜 | 例2 氧化钙 | |
排列 | 分析名称,确定元素符号(或原子团)的顺序 | 铝 硫酸根 Al SO4 |
钙 氧 Ca O |
标价 | 标上化合价 | 、 | 、 |
约简 | 将化合价的绝对值约成最简整数比 | 、 | 、 |
交叉 | 将整数交叉写在元素符号(或原子团)的右下角 | ||
检验 | 根据正负化合价代数和是否为0,检验正误 | (+3)×2+(-2)×3=0 | (+2)+(-2)=0 |
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