Кислота израсходовалась на пробу воды. Можно ли по этому числу узнать всю жёсткость — и тем более решить, пригодна ли вода для питья?
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Распечатки таблиц, калькулятор, бумага. Предпосылки: моль, литр, расход титранта, коэффициенты. Все пробы — готовые учебные данные. Воду не пробуют, реагенты не используют. Не делать выводов о санитарной безопасности и здоровье по уроку. Основная модель предполагает, что кислоту расходуют только гидрокарбонаты Ca и Mg; это упрощение будет явно проверено в практике 2. Работа без регистрации.
| Минуты | Работа | Проверяемый продукт |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблемная ситуация | Вопрос и проверяемое предположение |
| 5–14 | Понятия и разобранный пример | Пояснение величин и метода |
| 14–25 | Практика 1 | Расчёт, схема или протокол по данным |
| 25–33 | Практика 2 | Решение на новых условиях |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент, альтернатива и вывод |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ и исправление |
Все тексты, рисунки и данные включены. Без регистрации: распечатайте ученическую часть PDF или используйте доску. Ответы открывайте после самостоятельной попытки. Минуты включают чтение, записи и переходы. В конце соберите индивидуальную работу. 0–1 балл: разобрать пример повторно; 2–3: уточнить пропущенное звено; 4: объяснить ограничение модели. Это обратная связь, не обязательная школьная отметка.
01. Проблемная ситуация
0–5 минут · Вопрос и проверяемое предположение
У двух проб одинаковый расход HCl, но одна содержит гидрокарбонат натрия, а другая — кальция. Ученик объявил их одинаково жёсткими. За 2 минуты найдите отличие катионов, за 2 сформулируйте, что действительно измеряет кислота, за 1 запишите вопрос о границах метода.
02. Объяснение и разобранный пример
5–14 минут · Понятия, расчёт и ограничения
Жёсткость связана главным образом с растворёнными ионами Ca²⁺ и Mg²⁺. Общая жёсткость включает разные соли этих катионов. Карбонатная составляющая связана с щёлочностью и может изменяться при кипячении. Титрование кислотой непосредственно оценивает кислотопоглощающую способность — щёлочность, а не избирательно все ионы кальция и магния. При посторонних основаниях вывод требует дополнительных данных.
Условие сегодняшней модели: щёлочность создают только гидрокарбонаты Ca и Mg; других кислотопоглощающих компонентов нет. HCO3⁻+H⁺ → CO2+H2O. Для Ca(HCO3)2 нужны 2H⁺ на один Ca²⁺; для Mg — аналогично. Значит, c(Ca+Mg)=n(H⁺)/(2V пробы). Без этого условия подстановка не является определением реальной жёсткости.
Разбор: проба 100,0 мл, HCl 0,0200 моль/л, общий расход 12,00 мл, холостой опыт 0,20 мл. Исправленный расход 11,80 мл; n(H⁺)=0,0200·0,01180=0,000236 моль. c(Ca+Mg)=0,000236/(2·0,1000)=0,00118 моль/л=1,18 ммоль/л. В пересчёте на CaCO3 при M=100,0 г/моль это 118 мг/л. Эквивалент CaCO3 — способ выражения, а не доказательство наличия именно этой соли в пробе.
03. Практика 1: данные и доказательство
14–25 минут · Первая серия
| Повтор | Расход HCl, мл |
|---|---|
| 1 | 11,80 |
| 2 | 12,00 |
| 3 | 12,20 |
Каждая порция воды 100,0 мл; c HCl=0,0200 моль/л; холостой расход 0,20 мл для каждой порции. Состав подчиняется модели примера. За 3 минуты получите исправленные расходы, за 3 среднее и c(Ca+Mg), за 3 результат как CaCO3, за 2 ограничьте вывод. Критерии: поправка вычитается один раз на каждую порцию, мл переведены в л, есть коэффициент 2 и условие применимости.
Разбор практики 1 и критерии
Исправленные расходы 11,60;11,80;12,00 мл, среднее 11,80 мл. Получаем 1,18 ммоль/л Ca+Mg и 118 мг/л как CaCO3. Это карбонатная составляющая в заданной модели, не полный анализ любой воды. Из трёх титрований нельзя заключить, что вода безопасна для питья или не содержит других солей.
04. Практика 2: перенос на новые условия
25–33 минуты · Самостоятельный перенос
| Модель воды | Ca²⁺, ммоль/л | Mg²⁺, ммоль/л | HCO3⁻, ммоль/л | Na⁺, ммоль/л |
|---|---|---|---|---|
| А | 1 | 0 | 2 | 0 |
| Б | 0 | 0 | 2 | 2 |
Обе модели электрически нейтральны. За 3 минуты найдите расход H⁺ на 1 л, за 3 сравните действительную сумму Ca+Mg, за 2 объясните, почему формула из примера ошибочна для Б. Считаем только перечисленные ионы. Продукт — две пары чисел и вывод о неизбирательности метода.
Ответ и объяснение практики 2
В обеих пробах на гидрокарбонат требуется 2 ммоль H⁺/л. В А сумма Ca+Mg=1 ммоль/л, в Б=0. Если механически делить расход на два, Б получит ложные 1 ммоль/л. Натрий создаёт щёлочность без жёсткости. Поэтому нужен независимый состав либо другой метод измерения общей жёсткости.
05. Обсуждение: аргумент и альтернатива
33–40 минут · Аргумент и обоснованный вывод
Тезис: «Чем больше расход кислоты, тем вода опаснее». Альтернатива: измерена лишь определённая химическая характеристика. За 2 минуты назовите, чего метод не проверяет, за 3 приведите пример А/Б, за 2 напишите допустимую подпись к результату анализа.
Опора для обсуждения
Метод не проверяет микроорганизмы, токсичные примеси и полный ионный состав. А и Б расходуют одинаковую кислоту, хотя Ca+Mg различаются. Допустимо: «В учебной гидрокарбонатной модели получено 118 мг/л как CaCO3; пригодность воды для питья не оценивалась». Не следует превращать урок в рекомендацию по выбору питьевой воды.
06. Индивидуальная проверка
40–45 минут · Собственное решение
Проба 50,0 мл, исправленный расход 0,0200 моль/л HCl равен 5,00 мл. Состав соответствует модели. Найдите n(H⁺), c(Ca+Mg) в ммоль/л и результат в мг/л как CaCO3 при M=100,0 г/моль. Укажите одно условие пересчёта.
Ключ и критерии индивидуальной работы
0,000100 моль H⁺; c(Ca+Mg)=0,00100 моль/л=1,00 ммоль/л; 100 мг/л как CaCO3. Требуется, чтобы щёлочность давали только гидрокарбонаты Ca/Mg, без других оснований. По 1 баллу за каждый элемент, всего 4.
07. Соответствие исходной программе
Пункт программы → действие ученика → проверяемый результат
| Пункт программы | Действие ученика | Проверяемый результат |
|---|---|---|
| Определение временной карбонатной жёсткости методом ацидометрии | Обрабатывает предоставленную учебную серию | Вводит холостую поправку и единицы |
| Оценка ограничений метода | Сравнивает кальциевую и натриевую модели | Не подменяет щёлочность общей жёсткостью |
Опора — раздел «Количественный химический анализ» опубликованной программы на 64 часа. Это самостоятельный урок на 45 минут. Подробный сценарий, распределение времени и учебные числовые серии — методическая разработка. Предоставленные данные не выдаются за опыт, проведённый авторами или этим классом.
Источники и права на изображения
Источники проверены 15.10.2026. Числовые наборы — учебные данные, не результаты проведённых авторами опытов. Схемы и графики подготовлены порталом «Школы России». Для микрофотографии отдельно указаны автор и лицензия. Ответы и примечания учителю в PDF выделены отдельно.