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视频标签：硬水软化
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视频课题：苏教版高中化学选修化学与技术专题1第二单元硬水软化第二课时-浙江师范大学附属中学
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苏教版 《化学与技术》
专题1 第二单元 硬水软化 第二课时
教材分析
本节内容是苏教版《化学与技术》专题1第二单元第二部分的重点内容。教材介绍了两种常用的硬水软化的方法：药剂软化法和离子交换法 。教材设置了“交流与讨论”让学生思考、讨论利用石灰、纯碱等药剂软化硬水的原理和过程，并要求学生书写离子方程式，说明石灰、纯碱加入的顺序要求，帮助学生全面认识药剂软化硬水的化学原理。在“活动与探究”中设计用离子交换树脂进行的简单实验，让学生自主实践活动，帮助学生理解离子交换法软化硬水的原理，培养探究能力和思维能力,体现了“实验探究与创新意识”的核心素养。该内容与生产和生活息息相关,而这些知识点比抽象的理论内容更能吸引学生,在教学中应立足教材,巧妙而又适度地穿插一些科普知识,以激发学生的兴趣。 学情分析
水是生命之源，更是健康之本，对于每天都能接触到的水,学生学习的兴趣比较浓厚。通过前面的学习,学生已经知道了硬水和软水的相关知识。生活中人们喝什么样的水更有利于身体健康？生活生产中硬水、软水，哪种水使用更广泛？硬水和软水之间如何转换？这些可能都是他们感兴趣的内容。结合市场上出现的水的总硬度试纸、软水机等用品,激发学生的学习热情，开拓学生的视野，使学生认识到化学技术在生活中上午广泛应用，提升“科学责任与社会责任”的核心素养。 教学目标 1.知识与技能
了解硬水对生产生活用水的影响。认识硬水软化的意义,掌握硬水软化的基本原理和常用的方法。
2. 过程与方法
通过了解硬水对生产生活用水的影响及硬水、软水概念的分析，提高学生的学习兴趣，培养“宏观辨识与微观探析”的核心素养；通过学生实验, 提高学生实验能力、观察能力，激发他们的积极性；通过自制简易软水机，培养“实验探究与创新意识”的核心素养。 3. 情感态度与价值观
通过对“硬水与软水的相互转化”知识的介绍,对学生进行 “矛盾在一定条件下可以相互转化”等辩证唯物主义思想教育，培养“变化观念”的核心素养。 教学重点和难点
重点：硬水软化的常用药剂、方法和相关的化学原理。 难点：阴、阳离子交换树脂的工作原理。
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教学流程 情境线
问题线
知识线 素养线
新课引入：有关硬水软水
的视频
硬水对生产生活用水的
影响 硬水软化的本质
感受化学与人类的关系，培养学生社会责任素养 生活情境：热水壶中的水
垢
水垢如何形成？
书写化学方程式，了解加热煮沸法软化硬化的原
理
用相关化学知识解释、解决日常生活中的现象
分组实验：检验相同硬度的硬水经过加热煮沸后
是否被软化 加热煮沸法是否适合所有硬水的软化？
暂时硬度与永久硬度本
质区别
培养学生宏观辨识与微观探析的核心素养
加热煮沸法不适合所有
硬水的软化
利用沉淀原理还有什么软化法？分析药剂软化法在工业生产中存在的
问题
书写化学方程式，分析药剂软化法的化学原理
培养学生严谨的科学态
度与社会责任
学生利用总硬度试纸等，结合市场上软水机的工作原理，自制简易软水机
设计实验方案，并动手做实验
了解离子交换树脂的工
作原理
拓展知识视野，培养学生科学探究与创新意识
教学过程
【引入】同学们都知道水是生命之源，更是健康之本，也知道水有硬水和软水之分，那同学们觉得喝硬水好还是软水好呢？请同学们看视频。 【生】看视频“硬水软水的问题”。
【师】从视频当中我们可以获取哪些信息？请同学们说一说。
【生】学生1：从视频中我们知晓硬水有降低脑血管疾病死亡率的功效，所以我们适合喝有一定硬度的中硬水，比如矿泉水；
学生2：硬水会减少工具的使用寿命，比如锅、水管长期接触硬水会出现损伤或硬化，硬水做菜会损失一部分营养，水土不服，洗衣服洗不干净……
【师】嗯，同学们获取信息的能力非常的强。那我们不难得出，生活或生产中哪种水对人们更为有用？ 【生】软水。
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【师】课件展示自然中存在的各种各样的水的图片。
【生】判断各种：雨水、雪水、井水、山泉水、溶洞水等等。
【师】属于软水的是雨水、雪水，其他都是硬水甚至是很硬水，所以自然界中硬水多还是软水多？
【生】自然界中的水大多是硬水。
【师】但生活或生产中软水对人们更为有用，所以我们需要做什么？ 【生】将硬水转化成软水
【师】嗯，很好，硬水转化成软水的过程，我们就叫硬水软化。 【副板书】硬水
软化
软水
【师】那我们一起来回顾下上一节课的内容，什么是硬水、什么是软水？
【生】硬水：含有较多Ca2+、Mg2+的水。（如：天然水等）；软水：含有较少Ca2+、Mg2+的水。 【师】那同学们从微观角度来分析下，什么是硬水的软化？
【生】从微观角度来讲，硬水的软化就是降低钙镁离子的浓度的过程。
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【副板书】硬水：较多Ca2+、Mg2
软化实质：降低Ca2+、Mg2的浓度
软水：较少Ca2+、Mg2+
【师】很好，这节课我们就从降低Ca2+、Mg2的浓度这个实质出发，着重分析硬水软化可以采取哪些措施？
【转引】经过一段时间的化学学习，同学们对化学知识已经有了一定程度的掌握，也能用化学知识对生活中的一些问题进行分析和解决，老师这里有一把电热水壶，我在使用前和多次使用后给这把电热水壶的内胆拍了照片，请同学们一起来观察下，使用前和使用后有什么不同？
【师】展示电热水壶使用前和多次使用后的照片。
【生】多次使用后内胆里面有一层厚厚的水垢。
【师】那这层水垢是怎么来的？请同学们用化学方程式表示出来，并写在学案上。 【生】请一位学生在黑板上书写水垢形成的化学方程式。
Ca(HCO3)2 =CaCO3 ↓+H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2 =MgCO3↓ +H2O+CO2↑ MgCO3 +H2O = Mg(OH)2 ↓+CO2↑
【师】请这位同学告诉大家，根据你所书写的化学方程式，这层水垢的主要成分是什么？ 【生】由于MgCO3 微溶，所以碳酸镁在进一步加热的条件下与水反应生成更难溶的氢氧化镁： 所以水垢的主要成分是碳酸钙、氢氧化镁。
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【师】如果家里的电热水壶出现了这种水垢，你该怎么除去呢？ 【生】可以用热食醋浸泡一段时间除去水垢。
【师】学以致用，很好，掌声送给这位同学，现在我们来看这几个反应，一起来分析下，水中的Ca2+、Mg2+的浓度发生了什么变化？
【生】因为Ca2+、Mg2+转化成了沉淀，所以Ca2+、Mg2+的浓度降低了。
【师】分析得很好，通过加热煮沸、利用沉淀原理使Ca2+、Mg2+浓度降低，从而使硬水得到了软化，这就是生活中常用的软化方法——加热煮沸法。 【板书】硬水软化 一、加热煮沸法
Ca(HCO3)2 =CaCO3 ↓+H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2 =MgCO3↓ +H2O+CO2↑ MgCO3 +H2O = Mg(OH)2 ↓+CO2↑
【转引】现在老师这里有两种硬度相同的硬水，分别装在1、2号试剂瓶中，课前老师分别进行了加热煮沸，再进行过滤，并将滤液分装到了3、4号试剂瓶中，1号的水对应3号，2号的水对应4号，现在请大家以4人一小组为单位，结合学案上的检索咨询，首先合作讨论，设计实验方案，验证具有相同硬度的1、2号试剂瓶中的硬水经过加热煮沸后是否被软化了？把你们的方案要点简要得填写在学案上，然后动手实验，记录实验现象，并得出结论，好，下面我们开始，看看哪组做的又快又好？ 检索咨询：
1、硬脂酸钙、硬脂酸镁不溶于水，所以肥皂水的中硬脂酸钠会与钙、镁离子发生反应产生沉淀。
2、总硬度试纸：使用水的总硬度试纸可快速检测一般地表水和饮用水的总硬度。将试纸浸入水样，1s后取出，放置3min后，与标准色阶相比即可得出水样的总硬度。 【生】学生先分组合作讨论、设计实验方案，进行试验验证。
【师】同学们完成实验了吗？我们请这组同学派个代表展示下你们的实验成果。
【生】我们这个组检验的是1号试剂瓶中的水，因为肥皂水中的硬脂酸钠会与钙、镁离子发生反应产生沉淀。所以我们用肥皂水来检验了1号试剂瓶中的硬水是否被软化了，我们分别取等量的1号、3号试剂瓶中的水于两只试管中，再分别加了等量的肥皂水，现象是装了1号试剂瓶中的水的试管中有大量沉淀，而装3号试剂瓶中的水的试管沉淀明显没有1号的多，结论就是1号水加热煮沸后硬水被软化了。
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【师】嗯，很好，这组同学做了1号试剂瓶内的水，那哪组同学检验了2号试剂瓶中的水呢？请另一组同学展示下你们的实验成果。
【生】我们这个组检验的是2号试剂瓶中的水，也用了肥皂水进行实验，操作和前面一组同学一样，但我们做出来的两只试管内都有差不多量的沉淀，所以我们又用了总硬度试纸，发现试纸显示出来的颜色是一样的，也就是说2号和4号试剂瓶内的水的总硬度没有变，所以我们得出的结论是2号水加热煮沸后没有被软化。
【师】好，感谢这两组汇报的同学。在整个实验过程中，用肥皂水检验的时候，同学们都用了两支试管，那这种科学方法叫什么呢？ 【生】对照、对比实验。
【师】同学们都注意到了这种科学方法的使用，都非常好地控制了两个变量，一个是水样的量，另一个是肥皂水的量，非常不错。
【转引】同样硬度的水，经过加热煮沸，为什么1号水被软化了，而2号水没有被软化呢？ 【生】：1号水的硬度由碳酸氢钙、碳酸氢镁引起，是暂时硬度，2号水的硬度应该是由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的，是永久硬度。
【副板书】
HCO3—
——暂时硬度
硬水：较多Ca2+、Mg2+
Cl-、SO42-等—— 永久硬度 软化实质：降低Ca2+、Mg2的浓度
软水：较少Ca2+、Mg2+ 【师】由此实验，我们可以得出加热煮沸法有什么问题存在？ 【生】加热煮沸法只能降低由暂时硬度引起的水的硬度。 【板书】硬水软化
一、加热煮沸法（只适合暂时硬度引起的水的软化）
【师】同学分析问题的能力很强，其实1号水是老师从金华有名的旅游胜地——双龙洞取回的溶洞水，溶洞水主要是有碳酸氢盐引起的暂时硬度，而2号水是老师实验室里配制的氯化钙溶液，是永久硬度引起的。两者的区别在于阴离子的不同，那有没有什么方法，同样是利用沉淀原理，可以不受阴离子的限制，使Ca2+、Mg2+产生沉淀从而使硬水得到软化呢？ 【生】加试剂。
【师】现在请同学们结合学案上的信息，交流讨论下工业生产中常选用什么试剂？ 并解释原因。
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【信息提示】
20℃下几种物质的溶解度
“搜了网”中工业中各种碱的价格
【师】好，我们请组同学说下你们交流讨论后的结果。
【生】从溶解度角度，将镁离子沉淀下来应该选择氢氧化物，考虑经济成本，选石灰，将钙离子沉淀下来应该选择碳酸盐，结合物质提纯的原则，不引入新的杂质，选择碳酸钠，所以工业生产中选择石灰和纯碱。
【师】那工业生产中添加试剂的时候，有没有顺序的要求？ 【生】有顺序的要求，应该先加石灰再加碳酸钠。 【师】为什么？
【生】除去镁离子时需要的氢氧化钙是过量的，所以后面加的碳酸钠可以除去过量氢氧化钙。 【讲】很好，请同学们根据所选的试剂，用化学方程式来表示其反应原理。 【生】请学生将化学方程式写在黑板上。 Ca（HCO3）2＋Ca（OH）2=2CaCO3↓＋2H2O
Mg（HCO3）2＋2Ca（OH）2=Mg（OH）2↓＋2CaCO3↓＋2H2O Ca（OH）2 +Na2CO3=CaCO3↓+ 2NaOH
【师】这是暂时硬度引起的水，有同学要补充的吗？ 【生】学生补充
Mg SO4＋Ca（OH）2=CaSO4↓+Mg（OH）2↓
CaSO4 +Na2CO3=CaCO3↓+ Na2SO4 【师】很好，这种在水里加入适当的药剂，使溶解在水中的钙、镁盐转为难溶于水的物质从水中析出，从而达到软化硬水的目的，我们称为药剂软化法
MgCO3 Mg(OH)2 Mg Cl2 Mg SO4 溶解度(g/100g水) 0.011
0.00084
54.6
33.7
CaCO3 Ca(OH)2 CaCl2 CaSO4 溶解度(g/100g水)
0.009327
0.173
74.5
0.255
KOH NaOH Ca(OH)2 Ba(OH)2 元/顿
6000—11000
2000—2600
200—800
3300—5600
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【板书】 二、药剂软化法
【师】这种软化法虽然起到了一定的软化效果，但在工业生产中也会带来一些其他方面的问题，同学们根据反应分析下会有什么问题存在？
【生】由于所用剂量高，不可避免会产生大量的废弃物，对环境造成很大的污染。 【师】所以市场上就出现了更简易又环保的、各式各样的软水机。 【投影】展示图片。
【师】同学们想知道软水机的工作原理吗？请看视频。 【生】看视频。
【师】关于软水机的工作原理，视频中出现了四个关键字。 【生】离子交换。
【师】那离子交换的核心物质是什么？ 【生】离子交换树脂。
【师】离子交换树脂是人工合成的颗粒状有机高分子化合物，有交换剂本体（用R表示）和交换基团两部分组成，可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。老师用磺酸基离子交换树脂RSO3H表示阳离子交换树脂，磺酸基中的氢离子可以和水中的阳离子进行交换，比如钙离子，根据电荷守恒，一个钙离子需要两个磺酸基，并交换出两个氢离子；老师用胺基离
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子交换树脂[如RN(CH3)3OH]表示阴离子交换树脂，其中的OH-
可以与水中的阴离子进行交换，比如一个氯离子需要一个分子进行交换，并交换出一个氢氧根离子，同时与前面交换出来的氢离子中和。 【板书】 三、离子交换法
2RSO3H+ Ca2+
=( RSO3)2 Ca2+
+2H+
RN(CH3)3OH+Cl-= RN(CH3)3 Cl+OH- H+
+OH-=H2O
【师】这类离子交换树脂使用一段时间后就失去了软化硬水的能力，可用强酸或强碱的稀溶液使之再生，即发生上述离子交换反应的逆反应。那用离子交换树脂软化硬水，是先把水通过阳离子交换树脂，还是先通过阴离子交换树脂？为什么？
【生】应该先经过阳离子交换树脂，这样硬水中的钙镁离子现与阳离子交换树脂中的氢离子起离子交换作用，然后硬水中的碳酸氢根离子、氯离子等于阴离子交换树脂中的氢氧根离子起离子交换作用，若先经过阴离子交换树脂，则硬水中的钙镁离子与阴离子交换树脂中氢氧根离子起反应产生沉淀，影响离子交换效果。
【师】很好，老师已经从淘宝网上买来了这两种物质，有了这两种物质我们是否可以自制一个简易的软水机呢？
【展示】阳离子交换柱、阴离子交换柱。
【师】现在同学们先交流讨论，设计实验方案，模拟软水机的工作原理，利用离子交换柱来做一个简易的软水机，并测试其效果。 【生】交流讨论，设计实验方案。
实验方案 实验结论
取一杯山泉水，先测水的硬度。
测定某种硬水样品的pH=
将该硬水通过装有阳离子交换树脂的离子交换柱，测定流出液体的pH。pH= 再将该液体通过装有阴离子交换树脂的离子交换柱，测定流出液体的pH。pH=
检测最后得到的液体，判断它是否还是硬水。 最后得到的液体 （“是”或“不是”）硬水，该简易软水机的效果
（“好”或“不好”）。 【师】我们请设计好实验方案的这组同学说说你们设计的实验方案。
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【生】阐述自己设计的方案：因为要测试简易软水机的效果，所以可以先取水样，比如我们学校的自来水或者溶洞水，做对比实验，先测原水样的硬度，再测通过阳离子交换、阴离子交换柱后的硬度，还可以测下pH，经过阳离子交换柱后，pH减小，说明阳离子交换树脂中的氢离子被水中的阳离子交换出来了，水中酸性增强，在经过阴离子交换树脂后，pH约为7，说明阴离子交换树脂中的氢氧根离子被水中的阴离子交换出来，中和了前面的氢离子 【师】现在请两位同学根据组里一起设计的实验方案来进行操作，面向同学，边操作边讲解。 【生】演示实验。
【师】好，实验完成，感谢这两位同学，看来这个自制的软水机效果不错，在实际使用中，为了避免酸性阳离子交换时pH下降而产生腐蚀设备等副作用，会将酸性阳离子交换树脂转化为钠型阳离子交换树脂，用钠离子去交换阳离子，从而达到硬水软化的目的。 【转引】现在我们回过头来看看软水的作用。 【投影】展示图片：软水的作用。
【师】那市场上的软水机价格如何呢？老师在淘宝网上找了几款软水机的的价格。 【投影】展示图片。
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【师】价格不菲啊！所以说，学化学是相当有用的，利用简单的原理，不仅可以提高人们的生活质量，还创造出了非凡的经济价值。
【总结】这节课，我们主要学习了常见的几种硬水软化的方法。当然，对水质有更高要求的，我们可以用更新的技术——膜技术，比如纳滤膜(NF)及反渗透膜（RO）。
【师】学有所成，贵于行；水有所用，重在护！请珍惜每一滴水！下课！同学们再见！ 板书设计 【板书】硬水软化
一、加热煮沸法（只适合暂时硬度引起的水的软化） Ca(HCO3)2 =CaCO3 ↓+H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2 =MgCO3↓ +H2O+CO2↑ MgCO3 +H2O = Mg(OH)2 ↓+CO2↑ 二、药剂软化法
Ca（HCO3）2＋Ca（OH）2=2CaCO3↓＋2H2O
Mg（HCO3）2＋2Ca（OH）2=Mg（OH）2↓＋2CaCO3↓＋2H2O Ca（OH）2 +Na2CO3=CaCO3↓+ 2NaOH Mg SO4＋Ca（OH）2=CaSO4↓+Mg（OH）2↓ CaSO4 +Na2CO3=CaCO3↓+ Na2SO4 三、离子交换法
2RSO3H+ Ca2+
=( RSO3)2 Ca2+
+2H+
RN(CH3)3OH+Cl-= RN(CH3)3 Cl+OH- H+
+OH-=H2O 【副板书】
HCO3—
——暂时硬度
硬水：较多Ca2+、Mg2+
Cl-、SO42-等—— 永久硬度 软化实质：降低Ca2+、Mg2的浓度
软水：较少Ca2+、Mg2+
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教学反思
本次教学结合了“宏观辨识与微观探析”、“科学探究与创新意识”、“变化观念”、“科学态度与社会责任”等核心素养，教学过程中基本完成了原有的预设，在学生活动、探究实验、互动交流等环节学生均有积极参与的表现，师生互动充分展开，能够体现出教师主导、学生主体的教学思想。课堂的引入贴近生活，联系了社会实际，激发了学生学习的兴趣。真实的实验探究，让学生真正的带着思考亲历探究的全过程。但同时，由于课程内容受学生基础知识水平和理解能力的制约，课堂上的不确定性比较强，需要教师有较高的整体调控能力，以随时应对各种意料之外的问题。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
