專題講座9水污染及治理

1、最新整理第一步反應(yīng)是反應(yīng)（選填“放熱”或“吸熱”），判斷依據(jù)是O專題講座九水污染及治理2011年9月云南曲靖市的南盤江鉻污染事件都2012年1月廣西河池市龍江鎘污染事件，說明了水污染已成為我國經(jīng)濟建設(shè)中的一大瓶頸。水是生命之源，有關(guān)水污染及其治理 已成為近年來高考的熱點。目前污水的處理一般分為三級處理。一級處理：主要是用物理法或化學(xué)法，將污水中可 沉降固體除去，然后加氯消毒即排入水體。一級處理只是去除污水中的飄浮物和部分懸 浮狀態(tài)的污染物質(zhì)，調(diào)節(jié)污水的 pH值，減輕廢水的腐蝕程度和減少后續(xù)處理負荷。 級處理：污水經(jīng)一級處理后，再用生物化學(xué)方法除去污水中大量的有機物，使污水進一 步凈化的工藝過程

2、?；钚晕勰嗵幚矸ㄊ嵌壧幚淼闹饕椒?。三級處理：又稱污水高級處理或深度處理。污水經(jīng)過二級處理仍含有磷、氮、病原微生物、礦物質(zhì)和難以生物降解的有機物等，需要進行三級處理，以便進一步除去上述污染物或回收利用有用物質(zhì), 以便使污水經(jīng)三級處理后再利用。污水處理常見有如下三種方法: 一、氧化還原法處理廢水廢水中呈溶解狀態(tài)的有機和無機污染物，在投加氧化劑或還原劑后，由于電子的轉(zhuǎn)移，而發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。 在工業(yè)處理污水時， 可用到的氧化劑有:02、CI2、03、Ca（CIO）2、H2O2等，氧化還原法在污水處理實例中有氧化發(fā)酵含有機物廢 水處理、空氣氧化法處理含硫廢水、堿性氯化法處理含

3、氰污水、臭氧化法除臭、脫色、殺菌及除酚、氰、鐵、錳，降低污水BOD與COD等均有顯著效果。目前，還原法主要用于含氮廢水的處理。NH；和 NI奧例剖析i H （2010北京理綜，26）某氮肥廠氨氮廢水中的氮元素多以H3H2O的形式存在，該廢水的處理流程如下:達標(biāo)廢水I（1）過程I:加NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH至9后，升溫至30 C,通空氣將氨趕出并回收。用離子方程式表示加 NaOH溶液的作用： 用化學(xué)平衡原理解釋通空氣的目的:（2）過程n：在微生物作用的條件下，NH；經(jīng)過兩步反應(yīng)被氧化成 N03。兩步反應(yīng)的能量+2Tr（flT）+HjCHl）i變化示意圖如下：NO 伽） - 反應(yīng)過 （第二步反應(yīng)）最

4、新整理1 mol NH ： (aq)全部氧化成N03 (aq)的熱化學(xué)方程式是(3)過程川：一定條件下，向廢水中加入CH30H，將HN03還原成N2o若該反應(yīng)消耗32 g CH 3OH轉(zhuǎn)移6 mol電子，則參加反應(yīng)的還原劑和氧化劑的物質(zhì)的量之比是 o解析(1)NH才與0H 反應(yīng)：NH才+ 0H =NH3 H2O, 且 NH3 H2O受熱易分解，故升溫時，NH3逸出。廢水中的 NH3能被空氣帶出，使 NH3 H2 NH3 + H2O的平衡正向移動。根據(jù)第一步反應(yīng)的能量變化示意圖可知反應(yīng)物NH才(aq) + 1.502(g)總能量高于生成物N0 (aq) + 2H + (aq) + H20(l)總

5、能量，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。 根據(jù)蓋斯定律知：NH才(aq)+ 202(g)=N0 (aq) + 2H + (aq) + 缶0(1) AH = (273 + 73) kJ mol1= 346 kJ mol 1o6(3)根據(jù)得失電子守恒可得 n(CH30H) ： n(HN0 3) = 1 : 5= 5 : 6o答案 (1)NH4 + OHT =NH3 H2O廢水中的NH3被空氣帶走，使 NH3H2Lh3 + H20的平衡向正反應(yīng)方向移動,利于除氨放熱 AH = 273 kJ mol10(或反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量) NH；(aq) + 202(g)=2H + (aq) + N03 (aq)

6、 + 出0(1) AH = 346 kJ mol 1(3)5 : 6熱點練1 H (2011安徽理綜，28)地下水中硝酸鹽造成的氮污染已成為一個世界性的環(huán)境問題。文獻報道某課題組模擬地下水脫氮過程，利用Fe粉和KN0 3溶液反應(yīng)，探究脫氮原理及相關(guān)因素對脫氮速率的影響。(1) 實驗前：先用 0.1 mol L 1H2SO4洗滌Fe粉，其目的是 ，然后用蒸餾水洗滌至中性；將 KN0 3溶液的pH調(diào)至2.5;為防止空氣中的 02對脫氮的影響，應(yīng)向KN0 3溶液中通入 (寫化學(xué)式)opHti時刻前該反應(yīng)的(2) 下圖表示足量 Fe粉還原上述 KN0 3溶液過程中，測出的溶液中相關(guān)離子濃度、隨時間的變

7、化關(guān)系(部分副反應(yīng)產(chǎn)物曲線略去)。請根據(jù)圖中信息寫出離子方程式： O t1時刻后，該反應(yīng)仍在進行，溶液中NH4的濃度在增大，F(xiàn)e2+的濃度卻沒有增大，可能的原因是溶液的pH;(3)該課題組對影響脫氮速率的因素提出了如下假設(shè)，請你完成假設(shè)二和假設(shè)三: 假設(shè)一： 假設(shè)二：假設(shè)三：(4)請你設(shè)計實驗驗證上述假設(shè)一，寫出實驗步驟及結(jié)論。(已知：溶液中的N03濃度可用離子色譜儀測定 )實驗步驟及結(jié)論:答案(1)去除鐵粉表面的氧化物等雜質(zhì)N2(2) 4Fe + NO3 + 10H + =4Fe2+ + NH； + 3H2O 生成的 Fe2+水解(或和溶液中的 OH結(jié)合)(3) 溫度鐵粉顆粒大小色。mol

8、FeS04 7H2O。實驗步驟及結(jié)論:3OH (aq)常溫下，Cr(OH) 3的溶度積 Ksp = Cr3* OH 了= 1032mol4 L 4,要使Cr3*降至10 5 mol L S溶液的pH應(yīng)調(diào)至Cr2O2-的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液pH升高,方法2:電解法 該法用Fe作電極電解含產(chǎn)生Cr(OH) 3沉淀。用Fe作電極的原因為升高的原因是(用電極反應(yīng)解釋).，溶液中同時生成的在陰極附近溶液 pH沉淀還有O解析(1)平衡體系的pH = 2時，溶液H*較大，此時Cr2O7大，CrO2小，溶液顯 橙色。(2)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，Cr 2O2與CrO 4均不變，但不一定相等；達到

9、平衡狀態(tài)時， 有2v正(Cr2O2 )= v逆(CrO4);平衡時，Cr2O7和CrO2的濃度不變，溶液的顏色不變。Cr 2O7 與Fe2*發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成Cr3* 和 Fe3* , 1 mol Cr2O2被還原時，轉(zhuǎn)移6Omol 電子，要消耗 6 mol FeSO4 7H2O0mol L1 = 10 9 mol L一1。溶由 Cr(OH) 3 的溶度積 Ks p= Cr3+ OH 3= 1032 mol4 L 4,則有OH 欲使Cr3+降至10 5 mol L 則應(yīng)有Kw液的 pH = lgH + = lg = lg- = 5oOH 109鐵作陽極發(fā)生反應(yīng)：Fe 2e =Fe2+，產(chǎn)生

10、還原劑 Fe2 +,可使Cr2O7還原成Cr3+ , 最終生成Cr(OH) 3沉淀。陰極發(fā)生反應(yīng)：2H + + 2e=H2t，溶液中c(H +)降低，溶液的pH升高。由于Fe(OH)2 極易被氧化生成 Fe(OH)3,故溶液中還生成 Fe(OH)3沉淀。答案(1)橙(2)c(3)6(4)5陽極反應(yīng)為Fe 2e =Fe2，提供還原劑Fe(6)2H + + 2e=H 2 fFe(OH) 3熱點箱穌 六價鉻對人體有害，含鉻廢水要經(jīng)化學(xué)處理后才能排放，方法是用綠 磯(FeSO4 7H2O)把廢水中的六價鉻還原為三價鉻離子，再加入過量的石灰水，使鉻離子 轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸tCr(OH) 3沉淀。其主要反應(yīng)的化

11、學(xué)方程式如下：H2Cr2O7 + 6FeSO4 + 6H 2SO4=3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4) 3 + 7H2O現(xiàn)用上述方法處理 1X 104 L含鉻(+ 6價)78 mg L1的廢水(Cr的相對原子質(zhì)量為 52)，試 回答：(用化學(xué)式表示)o處理后，沉淀物中除Cr(OH) 3外，還有(2)需用綠磯多少千克？答案(1)Fe(OH)3 CaSO4(2)12.51 kg解析 加入石灰水后，Cr3+、Fe3 +分別生成難溶于水的Cr(OH) 3和Fe(OH) 3沉淀，SO%生成微溶于水的 CaSC4沉淀，有關(guān)離子方程式為Cr3 + + 3OH - =Cr(OH)3 JFe3+ + 3

12、OH =Fe(OH)3 JCa2 + + SO2-=CaSO4 J(2)1 X 104 L廢水中含Cr的質(zhì)量為1 X 104 L X 7.8X 10-5 kg L1 = 7.8 X 10-1 kg由 H2Cr2O7 + 6FeSO4 + 6H2SO4=3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + 7H2O 和綠磯的化學(xué)式X。FeSO4 7H2O 可知，Cr 與 FeSO4 7H2O 之間的關(guān)系為 Cr 3FeSO4 7H2O。 設(shè)所需綠磯的質(zhì)量為Cr3FeSO4 7H 2O834527. 8X10-1kg7.8X 10-1 kg X 834X5212.51 kg。熱點練3 判斷下列說法是否

13、正確，正確的劃“/,錯誤的劃“X”用 Na2S 除去廢水中的 Hg2： Hg2 + S2-=HgS J （V）（2011北京理綜，9A）三、中和法處理廢水“中和法”用于處理酸性廢水及堿性廢水。向酸性廢水中投加堿性物質(zhì)如石灰、氫氧化鈉等進行中和，向堿性廢水中吹入含CO2的煙道氣或其它酸性物質(zhì)進行中和。|翼例剖析3 某造紙廠排放的廢燒堿水（內(nèi)含Na2CO3）流量是100 mL s1,為了測定 廢水中燒堿的濃度，某環(huán)保小組取樣 250 mL廢堿，稀釋10倍后再取50 mL,平均分成 2份，分別用0.120 0 mol L-1鹽酸滴定。第一份采用甲基橙作指示劑， 耗去鹽酸24.20 mL ;第二份用酚

14、酞作指示劑，耗去鹽酸17.40 mL。試計算：廢燒堿水中NaOH和Na2CO3的物質(zhì)的量濃度各是多少？（保留四位小數(shù)）（2）該環(huán)保小組想用1.2 mol L1的廢鹽酸來中和上述廢燒堿液，理論上鹽酸的注入流量應(yīng)為多少？（保留1位小數(shù)）y。解析 設(shè)稀釋后每份溶液中（25 mL）含NaOH的物質(zhì)的量為X、Na2CO3的物質(zhì)的量為 當(dāng)用甲基橙作指示劑時有NaOH + HCI=NaCI + H2ONa2CO3 + 2HCl=2NaCl + CO2 t + H2OX+ 2y= 24.20 X 10-3 L X 0.12 mol L1當(dāng)用酚酞作指示劑時有NaOH + HCI=NaCI + H2ONa2CO3

15、 + HCI=NaHCO 3+ NaCIx+ y= 17.40X 10-3 L X 0.12 mol L 二1聯(lián)立方程、可得：x= 1.272 X 10-3 mol y= 8.160X 1。-4 mol原廢燒堿溶液中：1.272 X 10-3 mol“NaOH =X 10 = 0.508 8 mol L-125X10-3L8.160 X 10-=96.8 mL s-1。答案 （1）NaOH的物質(zhì)的量濃度為 0.508 8 mol L廠1, Na2CO3的物質(zhì)的量濃度為 0.326 4 mol L -(2)96.8 mL s -Na2CO3 =X 10= 0.326 4 mol L-125X 1

16、0 - 3 L(2)鹽酸流量應(yīng)為1.2 mol L10 508 8 mol L X 100 mL -s 1 + 2X 0.326 4 mol 1X 100 mL-s 1_ 1分別取等體積、等濃度的 KNO3溶液于不同的試管中；調(diào)節(jié)溶液呈酸性且 pH各不相同，并通入 N2； 分別向上述溶液中加入足量等質(zhì)量的同種鐵粉； 用離子色譜儀測定相同反應(yīng)時間時各溶液中NO3的濃度。若pH不同的KNO3溶液中，測出的NO3濃度不同，表明pH對脫氮速率有影響，否則無影響。(本題屬于開放性試題，答案合理即可)解析 (1)用稀H2SO4洗滌Fe粉的目的是去除Fe粉表面的氧化物等雜質(zhì)，中為防止空氣中的O2對脫氮的影響

17、，向 KNO3溶液中通入N2。由圖中各離子濃度的變化得 ti時刻前反應(yīng)的離子方程式為 4Fe + 10H + + NOj =4Fe* 2 + + NH+ + 3H2O。ti時刻后反應(yīng)仍在進行， 繼續(xù)有Fe2+生成，但從圖像上看 Fe2 +的濃度 卻在減小，原因是 Fe2+的水解消耗了 Fe2 +,使Fe2+濃度降低。(3)從外界條件對反應(yīng)速率的影響因素來看，溫度和鐵粉的表面積都會對脫氮的速率產(chǎn)生影響。二、沉淀法處理廢水沉淀法處理廢水是污水處理的一種重要方法，主要是通過氧化還原反應(yīng)或電解使易溶于水的含有重金屬元素的離子轉(zhuǎn)化為沉淀而除去，目前此法主要用于含+ 6價Cr廢水的處理。此外，對于Hg2+、Cu2+等重金屬離子的污染，可直接加入沉淀劑 (如Na2S)使之轉(zhuǎn)化 為沉淀而除去。I翼例剖析2 (2011天津理綜，10)工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr2O2-和CrO2-，它 們會對人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大損害，必須進行處理。常用的處