Кислота показала, сколько оснований нейтрализует вода. Всегда ли это то же самое, что её жёсткость? Проверим скрытую предпосылку расчёта.
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Калькулятор, таблица условных проб воды и схема. Никакие пробы не пробуют, не кипятят и не титруют. Предпосылки: количество вещества, молярная концентрация, кислота реагирует с гидрокарбонатом. 8 класс получает формулу щёлочности и перевод в эквивалент CaCO3; 9 класс проверяет, когда её можно связать с карбонатной жёсткостью. Все результаты учебные и не предназначены для заключения о питьевой безопасности.
| 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 материалы для текущего занятия включены. Вариант без регистрации: ученические листы PDF и доска. Минуты включают чтение, запись и переходы. Ответы показывайте после самостоятельной попытки. В конце соберите индивидуальную работу: 0–1 балл — вернуться к примеру, 2–3 — уточнить пропущенное звено, 4 — объяснить границу вывода. Это обратная связь, не обязательная школьная отметка.
01. Проблемная ситуация
0–5 минут · Вопрос и первоначальное решение
У вод А и Б одинаковый расход кислоты, но А содержит кальций с гидрокарбонатом, а Б — натрий с гидрокарбонатом. Дима объявил обе воды одинаково жёсткими.
1 минута — выделите общий компонент. 2 — по объяснению ниже назовите ионы, связанные с жёсткостью. 2 — запишите вопрос: измерили щёлочность или количество кальция и магния?
02. Объяснение и разобранный пример
Ca²⁺, Mg²⁺ и способность воды нейтрализовать кислоту
5–14 минут · Понятия, модель и проверка
Общая жёсткость воды связана прежде всего с растворёнными Ca2+ и Mg2+. Щёлочность — способность нейтрализовать кислоту; в простой модели природной воды её создаёт HCO3−. Реакция HCO3− + H+ → CO2 + H2O даёт отношение 1:1. Щёлочность и жёсткость не одно понятие: NaHCO3 увеличивает первую, но не добавляет Ca2+ или Mg2+.
В этой задаче щёлочность A, ммоль эквивалентов/л, равна c(HCl)×Vкислоты/Vводы×1000, если c в моль/л и оба объёма в одинаковых единицах. Эквивалент здесь означает количество однозарядного H+, нейтрализуемого пробой. Для выражения как CaCO3 умножают на 50,0 мг на ммоль эквивалентов: M(CaCO3)=100,0 г/моль, на моль приходится два эквивалента.
Если общая жёсткость H уже известна независимо, карбонатную жёсткость в этой упрощённой системе находят как min(H,A), когда обе величины выражены в одинаковых эквивалентных единицах. Только при явной предпосылке, что вся гидрокарбонатная щёлочность связана с Ca/Mg и H≥A, кислотный расход даёт карбонатную жёсткость A. Другие основания могут нарушить это упрощение.
Разобранный пример: 100,0 мл воды потребовало 4,00 мл HCl c=0,0500 моль/л. A=0,0500×4,00/100,0×1000=2,00 ммоль экв/л=100 мг/л как CaCO3. Независимая H=3,00 ммоль экв/л, значит Hкарб=2,00. Это не 2,00 ммоль ионов Ca2+ на литр: для двухзарядного кальция соответствующее количество было бы 1,00 ммоль/л. 4 минуты — различия; 3 — пример; 2 — единицы.
03. Практика 1: данные и доказательство
Щёлочность и карбонатная жёсткость двух проб
14–25 минут · Работа с первой серией
Учебная ацидометрия: по 100,0 мл воды, HCl 0,0500 моль/л; холостой расход принят равным нулю, полный конец определения щёлочности задан методикой. В А щёлочность связана с Ca/Mg; в Б — только с NaHCO3. Независимые H даны в тех же эквивалентных единицах.
| Вода | Расходы HCl, мл | Hобщ, ммоль экв/л |
|---|---|---|
| А | 3,90; 4,00; 4,10 | 3,00 |
| Б | 3,90; 4,00; 4,10 | 0,00 |
2 минуты — средние; 3 — найдите A обеих проб; 3 — вычислите Hкарб=min(H,A); 3 — опровергните вывод Димы числами. 8 класс получает min как «меньшее из двух»; 9 класс объясняет химическое различие А и Б. Результат: таблица среднее/A/Hкарб и два предложения. Критерии: единицы, обе пробы, разделение понятий.
Разбор практики 1 и критерии
Средние по 4,00 мл; A обеих вод 2,00 ммоль экв/л, или 100 мг/л как CaCO3. Для А Hкарб=min(3,00;2,00)=2,00; для Б min(0;2,00)=0. Равная щёлочность не означает равную жёсткость. Выражение «как CaCO3» задаёт единицу пересчёта и не доказывает присутствие растворённых молекул CaCO3.
04. Практика 2: перенос на новые условия
Как неопределённость расхода влияет на результат
25–33 минуты · Самостоятельное решение
Для пробы А средний расход 4,00 мл. В учебной оценке итоговая неопределённость расхода задана ±0,10 мл; c и объём воды считаем точными. Это оценка одного вклада, не полная лабораторная неопределённость.
| Величина | Значение |
|---|---|
| Vкислоты | 4,00 ± 0,10 мл |
| c(HCl) | 0,0500 моль/л |
| Vводы | 100,0 мл |
| Hобщ | 3,00 ммоль экв/л |
1 минута — условия; 3 — оцените A на границах 3,90 и 4,10 мл; 2 — найдите абсолютную и относительную неопределённости A; 2 — решите, изменится ли выбор min при этих границах.
Ответ и объяснение практики 2
A на границах 1,95 и 2,05 ммоль экв/л. Итог 2,00±0,05 ммоль экв/л; относительная оценка 0,05/2,00×100%=2,5%. Как CaCO3: 100±2,5 мг/л для этого вклада. Обе границы ниже H=3,00, поэтому Hкарб остаётся ограниченной A. Неопределённости c, отбора и конца титрования здесь намеренно не учтены.
05. Обсуждение: аргумент и альтернатива
33–40 минут · Вывод, который можно обосновать
2 минуты — аргументируйте пользу простого кислотного теста. 3 — возразите против утверждения «известна щёлочность — известна питьевая безопасность», используя состав Б. 2 — сформулируйте границы отчёта.
Опора для обсуждения
Ацидометрия даёт полезную количественную характеристику, но не определяет все ионы, микроорганизмы и загрязнители. Даже жёсткость сама не является полной оценкой безопасности. Корректный отчёт называет метод, показатель и предпосылки, не даёт рекомендаций пить неизвестную воду.
06. Индивидуальная проверка
40–45 минут · Собственный ответ
50,0 мл модельной воды потребовало 3,00 мл HCl c=0,0200 моль/л. Независимая общая жёсткость 2,00 ммоль экв/л; модель min применима. За 3 минуты найдите A, Hкарб, пересчёт A как CaCO3 и одно ограничение. 1 минута — ключ, 1 — исправление.
Ключ и критерии индивидуальной работы
A=0,0200×3,00/50,0×1000=1,20 ммоль экв/л. Hкарб=min(2,00;1,20)=1,20 ммоль экв/л. A=60,0 мг/л как CaCO3. Ограничение: это модель щёлочности/карбонатной жёсткости, не проверка питьевой безопасности и не полное определение состава. Четыре элемента по 1 баллу.
07. Соответствие исходной программе
Пункт программы → действие ученика → проверяемый результат
| Пункт программы | Действие ученика | Проверяемый результат |
|---|---|---|
| Временная (карбонатная) жёсткость методом ацидометрии | Рассчитывает показатель с явными предпосылками | Не отождествляет щёлочность и общую жёсткость |
| Количественный химический анализ | Переводит молярный расход в эквивалентные единицы | Правильные единицы и коэффициент 50 |
| Оценка достоверности | Находит границы по расходу | ±0,05 и 2,5% для заданного вклада |
Опора — раздел «Эксперименты по химии» опубликованной программы на 64 часа. Урок конкретизирует исходные темы и занимает 45 минут. Сценарий, распределение времени и числовые имитации — методическая разработка. Предметные операции с нагревом и аналитическими реактивами заменены безопасным анализом схем и готовых данных; это не отчёт о проведённом опыте.
Источники и права на изображения
- USGS: жёсткость воды
- USGS: щёлочность и вода
- USGS: химические характеристики природной воды, карбонатная жёсткость
Источники проверены 15.10.2026. Все числовые серии явно заданы как учебные модели; их нельзя описывать как результаты проведённых авторами опытов. Оригинальные схемы: портал «Школы России», для этого урока. Они не являются фотографиями. Ответы и примечания учителю в PDF вынесены в отдельную часть.
Связанная тема: Урок 29. Титрование и точка эквивалентности