围场高中化学本土性科普项目的开发与实践研究

崔耀武

关键词：高中化学，科普研究，本土教材，实践研究。

摘要：为了搞好高中化学教学，本着科学研究的思路和方法，进行围场本土高中化学科普项目研究，旨在通过本土化学的研究，启迪同学们的思路，进行实践研究几个本土化学的内容，使同学们真正体会到化学方法对于物质的认识和研究是必要的方法之一。

本篇文章的实际意义之二，通过组织同学们进行几次本土内容实验探究，开创化学科普知识的校本研究教材，为以后的全县科普知识宣传做好充分准备。为落实“推进高中校园科普活动开展的校本课程研究”课题积累素材。

同学们学习化学，记忆的较多理解的很少，和生活实际不能很好地联系在一起，这样就造成了学习的知识和实践脱节。为了改善这一现象，并使同学们能真正地掌握化学实验科学研究，分组组织学生进行如下研究：

围场高中化学本土内容之一，围场水硬是怎么回事？

通过分组实验，调动了同学们学习化学的积极性，增加了同学们探究生活中化学知识的主动性。同学们都有很大的收获。

关键词：高中化学，科普研究，本土教材，实践研究。

前言

我们的家乡河北省围场县，这里山青水秀，是水的源头、云的故乡、花的世界、林的海洋。围场的人民喜欢直接引用地下水，他们从地面往下挖，挖下十多米深就会见到地下水，然后放入管子，一直接到地面，在地面上方连接一个抽水装置，这就是压水井。更有许多人在坝上游玩的时候直接引用山泉水。作为一名围场人，我也经常喝这样的水。

在当地水文站工作的人介绍说，这里的水硬，不适合用来直接做豆腐，结合这个问题，我引导同学们成立科普研究小组，把研究围场水的硬度作为高中化学本土教材内容之一。我们分组尽量选几个不同区的学生，让他们多带一些水样，以便对本土更多的水质进行量化处理，让家乡的人多了解一下自己的生存环境。

查阅资料

硬水的标准，硬水(Hard Water)，是指含有较多可溶性钙镁化合物的水。硬水并不对健康造成直接危害，但是会给生活带来很多麻烦，比如用水器具上结水垢、肥皂和清洁剂的洗涤效率减低等。水的硬度是指溶解在水中的盐类物质的含量，即钙盐与镁盐含量的多少。含量多的硬度大，反之则小。GPG为水硬度单位, 1GPG表示1 加仑水中硬度离子( 钙镁离子) 含量为1 格令。（1加仑等于3.785升, 1格令=6.479891005434×10-5千克）按美国WQA(水质量协会)标准，水的硬度分为6 级:0~0.5GPG为软水，0.5~3.5GPG为微硬，3.5~7.0GPG为中硬，7~10.5GPG为硬水，10.5~14.0GPG为很硬，14.0GPG以上为极硬。大部分地区的生活用水为各自来水厂净化处理后的自来水，硬度范围为8 ~ 14 GPG ，按WQA标准属于硬或很硬范围。

探究思路：

由我组织科学工作室的几位教师，带着科技社团成员的学生通过请教从事水处理工作的专家及查阅大量的科教文献得知，在水的硬度检测方面有两种方法，一是化学实验滴定法，二是仪器检测法。

根据参加探究学生的兴趣，把学生分成两个组：

第一组：实验小组，组长：姚浩然，组员：科技社团16人

2、 实验方法：

2.1实验原理：在pH=10 的条件下，用0.01mol/L的EDTA 标准溶液络合滴定钙和镁离子，用铬黑T 作指示剂。铬黑T能与水中钙和镁离子形成紫色或紫红色络合物。滴定中游离的钙、镁离子首先与EDTA 反应，与指示剂络合的钙和镁离子随后与EDTA 反应，到达终点时，钙、镁离子全部与EDTA络合而使铬黑T 游离，溶液由紫红色变为天蓝色。

2.2实验仪器、试剂

50 ml 酸式滴定管，100 mL 量筒，100 mL 三角瓶。

乙二胺四乙酸二钠（简称EDTA-2Na 或Na₂H₂Y-2H₂O），氯化铵，硫酸镁，铬黑T，硫化钠，盐酸羟胺，水样。
2.3实验步骤
  1.  吸取50 mL 水样，置于100 mL 三角瓶中。
 2. 水样中有其他金属离子干扰，滴定时终点拖长或颜色发暗，加入1 mL 5%硫化钠溶及5 滴1%盐酸羟胺溶液。
  3.  加入2 mL 缓冲溶液及5 滴铬黑T 指示剂（或一小勺约0.2 g 固体指示剂），立即用EDTA 标准溶液滴定，起初滴定速度宜稍快并要用力摇动，近终点时要慢滴多摇，颜色由紫红色或紫色变为天蓝色时为终点。平行滴定三份。

2.3滴定数据：

水样（井水）	围场镇内	龙头山	棋盘山	御道口	林场	牧场
第一次	38.5	54.7	59.9	59.8	62.1	64.2
第二次	38.0	55.1	60.1	59.9	62.0	64.3
第三次	39.0	54.6	60.0	59.9	62.1	64.1
平均值	38.5	54.8	60.0	59.9	62.6	64.2

 2.4结果计算
 总硬度（Ca²⁺，mg/l）=（V_EDTA×C_EDTA×M_Ca2+×1 000）/V 水样

水样（井水）	围场镇内	龙头山	棋盘山	御道口	林场	牧场
测定硬度	0.154	0.2191	0.2396	0.2396	0.2482	0.2568
折合硬度	9	12.8	14.0	14.0	14.5	15.0

第二组：仪器小组，组长：侯延鹏，组员：科技社团14人

3.1仪器测试法

仪器：光度机电一体仪（自来水检测仪）

水样（河水）	围场镇内	龙头山	棋盘山	御道口	林场	牧场
测定硬度	9	12	13.0	13.0	13.5	13.5

3.2实验结论通过多次试验测定，我们基本上得出了这样的结论，井水的硬度大于河水，

从围场镇沿龙头山、棋盘山到御道口、林场、牧场，河水的硬度呈增加的趋势，而围场镇内的自来水经过处理后，符合国家饮水硬度标准。而没经处理的水的硬度还是有点大，我们在用井水和肥皂洗手的时候，我们会明显发现在水面上悬浮一层固体物质，经检验发现此物质是硬脂酸钙，这一现象明显地说明我们的井水很硬。

4.1硬水的影响及处理方法

饮用硬水不会对人造成直接危害，但是在用水壶烧水时会明显低产生水垢，在水壶表面明显地产生一层白色物质，在烧锅炉时，白色物质会影响锅炉的使用，在全国的锅炉爆炸事件中，有多起是由于这种水垢造成的。

硬水的处理方法，依照水的硬度，设计水软化工艺流程，然后进行数据检测，经处理达标后再进行饮用或烧水。

4.2实验结论：在指导老师和科技社团的所有同学的不懈努力下，经过了近一年的反复实验，终于弄懂了围场地区井水和河水的硬度，积累了大量的数据，为自来水场提供了大量可以参考的数据。同学们也来联系了制豆腐的一家工厂，了解了硬水对制作豆腐的影响。豆腐场负责人给我们介绍说，水的硬度太大，水中电解质浓度过高，会造成豆浆形不成豆腐脑胶体，或者造成豆腐脑聚沉，形成我们所说的豆腐太老。为了防止这一现象发生，豆腐场一般都把井水软化，加入软化剂高分子树脂，软化达标后再用来制作豆腐。通过同学们的探究实验，激发了同学们学习化学的兴趣，形成了解决实际问题的方式方法，同学们都开心地说，以前对物质、矿石的成分分析感觉既熟悉，与无从下手，而通过这一回水的硬度检测实验探究，实实在在地分析到了许多看不见但又能探究出来的成分，同学们都受益匪浅。

参考文献

1朱春梅。我国水质化验技术研究发展历程2007（12）：158-159 

2鲁淼娟，周建强。水质化验技术研究发展分心（J）城市建设理论研究（电子版）2012.4（18）：14-15