明矾净水实验的探究

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实验探究

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明矾净水实验的探究

广西贺州市实验中学(542800) 蒋贤斌

一、问题的提出

明矾净水的原理是,明矾溶于水后生成的胶状物对杂质的吸附,使杂质沉降来达到净水的目的.

人教版九年级化学课本第55页安排了/活动与探究0实验:/取3个烧杯,各盛大半烧杯浑浊的天然水(湖水、河水或井水等),向其中2个烧杯中各加入3药匙明矾粉末,搅拌溶解后,静置,观察现象.0在教学实际中,笔者按照教材进行实验,明矾溶解时没有看到有胶状物产生,往浑浊的水中加了明矾后也看不到有净水效果,与没有加明矾的浑浊水一样,3个烧杯中的水依然是浑浊的.许多教师反映,按教材进行实验时,均看不到明矾净水的效果.

按照教材演示明矾净水的实验为什么不能成功?问题究竟出在哪里呢?

二、理论探究

明矾的化学式为K A l(SO 4)2#12H 2O(十二水合硫酸铝钾),明矾溶于水,发生如下的水解反应:

2K A l (SO 4)2+6H 2O K 2SO 4+3H 2SO 4+

2A l(OH )3

因为氢氧化铝为两性化合物,当溶液p H 过大时,氢氧化铝生成偏铝酸根离子A lO -2而明显溶解;溶液p H 过小时,氢氧化铝又可离解为三价铝离子而溶解.因此铝盐在水中水解后,需要在一定的p H 范围内才能形成氢氧化铝沉淀,p H 过小或过大,氢氧化铝都不能生成沉淀.明矾溶于水发生水解后,生成的硫酸使溶液呈酸性,溶液的p H 较小,在这种条件下,氢氧化铝不能出现沉淀.若要使氢氧化铝出现沉淀,必须降低溶液的酸性(如加入碱性物质).通常p H 在5.7~7.8范围内氢氧化铝沉淀效果较好.

如果溶液中含有少量H CO -3和CO 2-3,它和明矾溶

解生成的A l 3+发生下列反应:

A l 3+

+3H CO -

3=A l(OH )3|+3CO 2{

2A l 3++3CO 2-3+3H 2O =2A l(OH )3|+3CO 2{A l 3+

和H CO -3、CO 2-

3发生双水解,可使溶液中出现A l(OH )3沉淀.

因此,明矾能否净水,关键是明矾溶于水能否生成

胶状的氢氧化铝沉淀,生成胶状沉淀,才能吸附水中的微小不溶性固体杂质而使杂质沉降达到净水的目的.而能否出现氢氧化铝胶状沉淀的关键又在于溶液的酸碱度即p H 的大小,以及溶液中是否存在能与A l 3+

发生双

水解的离子,如H CO -3、CO 2-3

等.按教材进行明矾净水实验不成功的原因,在于教师是用自来水加一些泥沙配制浑浊水,所用自来水中没有少量的H CO -3、CO 2-3,明矾溶解后,不能发生双水解,再加上明矾溶解后,溶液呈酸性,即p H 太小.

三、实验验证

用自来水配制一杯饱和明矾溶液.另用4只烧杯分别盛半杯的自来水、澄清石灰水、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液,分别往上述4杯溶液中倒入饱和明矾溶液,观察到盛自来水的烧杯中无胶状沉淀物生成,另3只烧杯中有大量胶状沉淀生成.

将用自来水和泥沙配制的浑浊水分别盛于3只烧杯中,往浑浊的水中分别加入少量的澄清石灰水、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液,搅拌,静置,观察,浑浊的水仍然浑浊.再往浑浊的水中加入少量明矾,搅拌,静置,观察,可观察到3只烧杯中均有大量胶状物生成,并且胶状物很快沉降下来而使浑浊的水变成澄清.

实验证明,明矾溶于水不能生成胶状的氢氧化铝沉淀.我国民间用明矾处理天然水能达到净水目的,是因为天然水中常含有少量碳酸盐和碳酸氢盐,明矾与碳酸盐、碳酸氢盐发生双水解生成了氢氧化铝胶状沉淀,胶状物吸附杂质,使杂质沉降.

四、明矾净水实验的改进

用自来水和少量泥沙配制的浑浊水中加入少量澄清石灰水、碳酸钠溶液或碳酸氢钠溶液,再按教材的实验操作进行实验,明矾的净水效果明显.

如果加入的是碳酸钠或碳酸氢钠,由于双水解生成二氧化碳气体,会使一些胶状沉淀物因气泡的缘故而浮于水面,一时沉不下来,要用玻璃棒轻轻搅拌使其沉降.相比之下,加入少量石灰水,明矾净水的效果更明显.

(责任编辑:廖银燕)