Научно-исследовательская работа по теме: "Исследование качества питьевой воды"

Омский Научный центр Сибирского отделения Российской академии наук

Региональная общественная организация «Омский совет ректоров»

Омское региональное отделение Всероссийской общественной организации

«Русское географическое общество»

Детская областная общественная организация

«Научное общество учащихся «Поиск»

Министерство образования Омской области

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Называевская средняя общеобразовательная школа № 4» Омской области

L

Межрегиональная научно-практическая конференция

школьников и учащейся молодежи

Тема: «Исследование качества питьевой воды»

Учебно-исследовательская работа

Научное направление: химия 9 класс

Выполнила:

ученица  9 класса

МБОУ «Называевская СОШ№ 4»

Крийдун Ксения Анатольевна

Научный руководитель: 

МБОУ «Называевская СОШ№ 4»

Рац Светлана Иванвна

Омск - 2018

Содержание:
1.Введение……………………………………………………….3

2.Основная часть

а)теоретические аспекты темы:

2.1Строение молекулы воды……………………………………………………………....4
2.2 Физические свойства воды………………………………………………………………4

2.3Химические свойства воды………………………………………………………………4

2.4 Области применения воды……………………………………………………………....5

2.5 Органолептические методы определения    состава воды………………………………………………………………5 -6

2.6 Химические методы определения веществ, присутствующих в воде……………………………………………………………….6-7

2.7 Методы устранения нежелательных веществ, присутствующих в воде……………………………………………………………….7-8

б) практическая часть:

2.8 Органолептические методы исследования воды……………………………….................................................9

2.9 Химические методы исследования воды……………………………………………………………….9-11

3. Заключение…………………………………………………….12

4.Источники информации……………………………………….13

5.Приложение 1-3………………………………………………...14-15

1.Введение

Проблема: Питьевая вода, которой мы пользуемся, содержит в себе примеси, об этом свидетельствует накипь на стенках и спиралях бытовых приборов, а так же осадок, который выпадает при длительном хранении воды. Что является примесями? Как их устранять?
Цель: Изучить состав питьевой воды с целью выявления содержания примесей в ней и определить методы устранения примесей.

Задачи:

1. Изучить литературу с целью выявления  методов определения  и устранения примесей, содержащихся в воде
2. Изучить методы определения и устранения веществ, присутствующих в питьевой воде (содержание примесей в воде), изменяющих ее свойства
3. Выбрать методики определения  примесей в воде, которые мне подходят
4. Изучить состав питьевой воды, применяя данные методики

Объект исследования:  питьевая вода

Предмет исследования: примеси в воде

Методы исследования: информационные, практические

                                                    3

2.Основная часть.

а) теоретические аспекты темы

Антуан де Сент-Экзюпери сказал: «Вода! Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя не возможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты-сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами… Ты самое большое богатство на свете…»[1, с.149]

2.1Строение молекулы воды:
Молекула воды состоит из 2 атомов водорода и 1атома кислорода, которые находятся друг относительно друга под углом 104,5 градусов( Приложение 1)

2.2Физические свойства воды : (Приложение 3)
1.) Вода прозрачна
2.) Вода бесцветна
3.)Вода не имеет запаха
4.)Вода не имеет своей формы
5.)Вода при нагревании расширяется
6.)Вода при охлаждении сжимается
7.) Вода-растворитель
8.) Вода очищается с помощью фильтра и других вспомогательных веществ
9.) Вода-текуча
10.) Вода может находиться в трех агрегатных состояниях(Приложение 2)
2.3 Химические свойства воды:
1.)Окислительно-восстановительные реакции:
     а.) Окислителе

H2O+Cl2 = HCl+HClO
Mg+H2O=MgO+H2
2H2O=2H2+O2
     б.) Восстановителем:
2H2O=2H2+O2
2.)Вода может быть:
       а.) Растворителем
       б.) Катализатором
        в.) Средой

                                                            4

3.) Вода может вступать в:
а.) Реакции соединения
СаО + H2O = Ca(OH)2 – основание
SO3 + H2O = H2SO4 – кислота
б.) Реакции разложения:
2H2O = 2H2 + O2
в.) Реакции обмена:
Al2S3 + 6H2O =2 Al(OH)3 + 3H2S
 г.) Реакции замещения:
      2Na+2H2O=2NaOH+H2
В воде могут присутствовать вещества, которые изменяют свойства воды:  карбонаты и гидрокарбонаты, сульфаты, ионы кальция, магния и железа

2.4 Области применения воды:
Человек использует воду везде, в любом случаи человеку не обойтись без воды.
Использование воды в сельском хозяйстве составляет 58%, в промышленности и энергетики 35%, а в коммунально-бытовом хозяйстве всего лишь 7%.
      Воду используют:
1.) В производстве пищевых продуктов
2.)Для бытовых нужд человека
3.)Для транспортных средств
4.)Для орошения в с/х
5.)В энергетики
6.) Для выплавки металлов

7.) В химической промышленности
8.)В городском хозяйстве
9.) В косметических и гигиенических целях

  Существует намного больше способов применения воды, но это самые основные.

Примести, содержащиеся в воде не всегда приносят пользу.
2.5 Органолептические методы определения    состава воды:

Изучив литературу по данной теме, я остановилась на данной методике.
1.) Запах:
Интенсивность запаха оценивается при 20 и 60 С˚ по 5-балльной системе
    1)Никакой- Отсутствие ощутимого запаха
    2)Очень слабый - Запах, не поддающийся обнаружению потребителем, но обнаруживаемый в лаборатории опытным исследователем
    3)Слабый - Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый, если на него обратить внимание
   4)Заметный - Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде с неодобрением
                                                     5

5)Отчетливый- Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду

непригодной для питья
   6)Очень сильный- Запах, настолько сильный, что вода становится непригодной для питья.
  2.)Цвет:
При исследовании цветности воды ее наливают в прозрачный стеклянный сосуд и оценивают цвет на фоне листа белой бумаги. Если  при оценки цвета лист не будет белым, то вода загрязнена.
3.)Прозрачность:
Прозрачность определяется видимостью печатного шрифта через дно специализированного стеклянного сосуда. Если шрифт не виден при уровне воды менее трех сантиметров, то прозрачность недостаточна.
4.)Вкус:
Органолептическим методом определяют характер и интенсивность вкуса и привкуса. Различают четыре основных вкусовых ощущения: соленое, кислое, сладкое и горькое. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами (щелочной, металлический, хлорный, вяжущий и т. д.). Определение вкуса воды производят только в обеззараженной или заведомо чистой воде при температуре 20 °С. В сомнительных случаях воду подвергают кипячению в течение 5 мин с последующим охлаждением. Исследуемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживают 3 — 5 с.
Интенсивность вкуса и привкуса оценивают по 5-балльной системе:
0 баллов — нет вкуса;
1 балл — очень слабый;
2 балла — слабый;
3 балла — заметный;
4балла—отчетливый;
5баллов — очень сильный.                                                           

2.6 Химические методы определения веществ, присутствующих в воде:

Изучив литературу по данной теме, я остановилась на данной методике.
1.)Определение ионов железа в воде:
а.) Самый простой метод определения железа в воде основан на взаимодействии катионов четвертого по распространенности элемента с сульфосалициловой кислотой. Образуемое в щелочной среде соединение ярко-желтого цвета – первый «симптом» коррозии водопроводных труб. К 25 мл.воды добавляют 1 мл. нашатырного спирта, 1 мл сульфосалициловой кислоты (продается в аптеке) и 1 мл аммиака. Спустя 15 минут можно делать выводы о наличии (или отсутствии) в пробе катионов железа.
б.)Как определить железо в воде с помощью перманганата калия(марганцовки)?
                                              6

Марганцовка – один из самых «универсальных» домашних индикаторов. Для того чтобы определить наличие железа светло-розовый раствор перманганата калия смешивают с образцами пробы. В случае положительной реакции цвет среды меняется на желтовато-бурый.
в.) Определение трехвалентного железа. Простейший способ выявить наличие трехвалентного железа – отстаивание пробы. Жители крупных городов хорошо знают, что водопроводная вода чистая и прозрачная только в первый день отстаивания. Появление характерного красно-бурого осадка является первым признаком наличия трехвалентного железа, которое, окисляясь, превращается в красноватый гидроксид.
2.)Определение карбонат- и гидрокарбонат-ионов:
Определение карбонат-иона С0з2-. Метод определения основан на взаимодействии воды с раствором серной или соляной кислот. Просто так признаки реакции не заметны, но если добавить индикатор (метиловый оранжевый) и провести титрование воды этими кислотами, то окраска индикатора перейдет из желтой в розовую. Значит в растворе присутствует кислота (угольная).
1.)CO32-+H+=HCO3-
2.)HCO3-+H+=H2CO3=H2O+CO2
3.)Определение сульфат-ионов:
При добавлении хлорида бария в воду, вода мутнеет и выпадает осадок, это говорит о том, что, в водопроводной воде присутствуют ионы SO42-, которые образуют с ионами Ва2+ нерастворимые соединения.
б.)Определение ионов Ca2+ и Mg2+:
1.) Нагревая до кипения воду в чайнике, образуется накипь. Если накипь взять и подержать над горящей спиртовкой, то пламя станет красно-коричневого цвета, это свидетельствует о том, что в воде присутствуют

 ионы Ca2+.
2.) Если накипь не нагревать, а прибавить к этой накипи KOH, то выпадет белый осадок, следовательно в воде присутствуют ионы Mg2+
Mg2++OH- =Mg(OH)2 – белый осадок

2.7 Методы устранения нежелательных веществ, присутствующих в воде :
1.)Кипячение.

Для избавления от временной жёсткости (от гидрокарбонатов  кальция и магния) необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната.                                                         

2.)Вымораживание льда.
Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используют такой метод, как вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества,

необходимо слить не замершую воду, а лёд превратить обратно в воду.

                                                          7

Все соли, которые образуют жёсткость, остаются в не замершей воде.
3.) Ещё один способ борьбы с постоянной жёсткостью – перегонка, т.е. испарение воды с последующей её конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, то они остаются, а вода испаряется.
4.) Эффективным способом борьбы с высокой жёсткостью считается применение автоматических фильтров-умягчителей. В основе их работы лежит ионообменный процесс, при котором растворенные в воде “жёсткие” соли заменяются на “мягкие”, которые не образуют твердых отложений.
5.) Отстаивание заключается в отделении части механических загрязнений из воды под действием гравитационных сил, заставляющих частицы опускаться на дно, образуя осадок. Отстаивание может выступать как в качестве предварительной стадии очистки, на которой отделяются наиболее крупные загрязнители, так и в качестве промежуточных стадий. Данный процесс осуществляется в отстойниках – резервуарах, снабженных устройствами для удаления осадка, время пребывания воды в которых рассчитывается из условия полного осаждения всех загрязняющих частиц, которые должны быть отделены.
6.) Фильтрование основывается на прохождении очищаемой воды через пористый слой фильтрующего материала, на котором происходит задержание частиц определенного размера. По своему принципу фильтрация схожа с процеживанием, однако с ее помощью можно проводить как грубую, так и тонкую очистку. Фильтрация позволяет удалять такие загрязнители как ил, песок, окалина, а также различные твердые включения размером в несколько микрон. Механическая фильтрация получила широкое распространение, как в крупных установках водоочистки, так и в бытовых фильтрах малой производительности.

                                                         8

б.) практическая часть

2.8 Органолептические методы исследования воды

Используя органолептические методы, я исследовала воду из-под крана и вот что у меня получилось:

2.9 Химические методы исследования воды

На основе изученного материала проведено исследование водопроводной воды и составлена следующая таблица.

Таблица №1: «Методы определения веществ в воде и их влияние на ее свойства»

                                                       11

3. Заключение:

Для того чтобы определить качественный состав воды, мне пришлось проделать не малую работу. Изучив множество методик, я отобрала те, которые мне оказались наиболее понятными, и те которые не требовали наличие таких реактивов, которых нет в хим. лаборатории.  Я изучила свойства воды, провела опыты на выявление посторонних веществ в воде. Выявила, что водопроводная вода содержит посторонние примеси, которые влияют на свойства воды и её применение. Знания, полученные в результате этой работы, мне пригодятся в жизни, так как я теперь знаю как исследовать воду и избавляться от примесей.

                                              12

           4.Источники информации:

1.) Химия. 9 класс :  учебник / О. С. Габриелян. – 6-е изд.,
стереотип. – М. : Дрофа, 2018.

2) А. М. Рубинштейн. Химия вокруг нас.- М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы.

3.) Химия. 11 класс :  учебник / О. С. Габриелян. –М. : Дрофа, 2013.
4.) http://dna.com.ua/19-stroenie-vody.html
5.)  https://www.syl.ru/article/172000/new_voda-i-ee-svoystva-fizicheskie-i-himicheskie-struktura-vodyi
6.) http://helpiks.org/2-45215.html
7.) http://mylektsii.ru/3-20248.html

13

Приложение 1

Приложение 2

14

                                                            Приложение 3

Схема №1: «Физические свойства воды»

15