高中化學(xué) 專題1 潔凈安全的生存環(huán)境 第2單元 水資源的合理利用學(xué)案 蘇教版選修1-蘇教版高二選修1化學(xué)學(xué)案

第二單元水資源的合理利用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道硬水、軟水的概念，了解硬水對生產(chǎn)生活的危害，理解硬水軟化的煮沸法及離子交換法的原理。(重點(diǎn))2.了解自來水生產(chǎn)過程的一般工序，理解鋁系、鐵系凈水劑及氯系消毒劑的作用原理。(重點(diǎn))3.認(rèn)識水質(zhì)評價(jià)的必要性，知道幾種常見的水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)，能用pH試紙測定水體的pH。4.知道水污染的危害，了解中和法、氧化法、沉淀法等常見的水污染處理方法。[自主預(yù)習(xí)·探新知]一、生活中的飲用水1．天然水中的雜質(zhì)通常雜質(zhì)分為三類：懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)和溶解物質(zhì)。2．天然水制成生活飲用水(1)沉降懸浮物：天然水中的懸浮物可用硫酸鋁[Al2(SO4)3]、明礬[KAl(SO4)2·12H2O]、硫酸亞鐵(FeSO4)、氯化鐵(FeCl3)、堿式氯化鋁等作為混凝劑凈化。明礬凈水原理為Al3＋＋3H2OAl(OH)3(膠體)＋3H＋(用離子方程式表示)。(2)殺菌消毒：自來水廠利用漂白粉、液氯、二氧化氯、臭氧等作為消毒劑，利用其強(qiáng)氧化性殺滅水中的細(xì)菌。液氯注入水中發(fā)生反應(yīng)Cl2＋H2OHCl＋HClO，HClO具有強(qiáng)氧化性，能殺菌。氧氣在放電條件下可轉(zhuǎn)化為臭氧，臭氧具有強(qiáng)氧化性可用于殺菌消毒且無污染。(3)除異味：具有強(qiáng)吸附性的活性炭可吸附某些溶解在水中的雜質(zhì)，并除去水中的異味。3．硬水及其軟化(1)概念硬水：含有較多鈣、鎂離子的水；軟水：不含或含較少鈣、鎂離子的水。(2)軟化方法方法一：加熱法?；瘜W(xué)反應(yīng)原理：Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up8(△))CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，Mg(HCO3)2eq\o(=,\s\up8(△))MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，MgCO3＋H2Oeq\o(=,\s\up8(△))Mg(OH)2＋CO2↑。方法二：離子交換法。Ⅰ.若硬水中鈣、鎂離子以硫酸鹽或氯化物的形式存在，可用此法軟化。其反應(yīng)原理為：2NaR＋Ca2＋=CaR2＋2Na＋、2NaR＋Mg2＋=MgR2＋2Na＋。Ⅱ.磺化煤再生的原理：CaR2＋2Na＋=2NaR＋Ca2＋，MgR2＋2Na＋=2NaR＋Mg2＋。二、水質(zhì)評價(jià)與污水處理1．水質(zhì)評價(jià)(1)評價(jià)方式：評價(jià)水質(zhì)的優(yōu)劣通常從以下幾個(gè)方面：水溫、pH、導(dǎo)電率、固體懸浮物、溶解氧、化學(xué)需氧量、生化需氧量、一些有毒有害物質(zhì)的濃度等。(2)水生生物生存與pH：自然界中的水一般略顯酸性，這是二氧化碳溶解在水中的原因，水生生物只能在一定pH范圍內(nèi)的水中生存，在pH過小或過大的水中，大多數(shù)水生生物會消失。(3)測定水的pH先用廣泛pH試紙測定，再選取與所測pH相近的精密pH試紙進(jìn)行測定。依據(jù)水樣的pH，可判斷它是否適合魚類的生長。(4)生化需氧量：生物化學(xué)需氧量是指單位體積水中耗氧有機(jī)物生化分解過程(N轉(zhuǎn)化為N2，C轉(zhuǎn)化為CO2，H轉(zhuǎn)化為H2O)所需消耗的氧氣量(以mg·L－1為單位)。2．污水處理(1)方法：水質(zhì)不同的污水通常采用不同的處理方法，常用的處理方法有物理方法、化學(xué)方法和生物方法。(2)廢水處理方法選擇①中和法：處理含酸性物質(zhì)的廢水；②氧化還原法：處理含油類、氰化物、硫化物等的廢水；③沉淀法：除去廢水中的重金屬離子。[基礎(chǔ)自測]1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)雨水中Ca2＋、Mg2＋含量很少，因此雨水是軟水。()(2)溶有Ca2＋、Mg2＋、HCOeq\o\al(－,3)的水，加熱煮沸后就有白色沉淀生成。()(3)可用沉淀法處理酸性廢水。()(4)生活污水和工業(yè)廢水經(jīng)過治理后再排放。()【答案】(1)√(2)√(3)×(4)√2．城市由天然水獲取自來水的一般步驟為()C[天然水變?yōu)樽詠硭畱?yīng)先自然沉降和加絮凝劑沉降，使水中的固體雜質(zhì)沉淀出，然后通過細(xì)砂、活性炭過濾，再曝氣增加溶氧量，氧化、消除有機(jī)質(zhì)，最后消毒成為自來水。]3．下列關(guān)于水處理的方法不正確的是()A．向水中通入O3，用來消毒B．向酸性廢水中加入生石灰，將其中和C．向廢水中加入Na2CO3，可將細(xì)小懸浮物凝聚D．向廢水中加入Na2S，可將其中的Cu2＋、Hg2＋沉淀C[碳酸鈉不能使水中懸浮物凝聚，只能除去其中的Ca2＋等。][合作探究·攻重難]城市自來水獲取的步驟以下是原水處理成自來水的工藝流程示意圖。原水→eq\x(曝氣池)eq\o(→,\s\up8(加入生石灰))eq\x(一級沉降池)eq\o(→,\s\up8(加入凝聚劑),\s\do10(通入CO2))eq\x(二級沉降池)eq\o(→,\s\up8(通入氣體A))eq\x(過濾池)→eq\x(自來水)[思考交流]1．原水中含Ca2＋、Mg2＋、HCOeq\o\al(－,3)、Cl－等，加入生石灰后生成Ca(OH)2，進(jìn)而發(fā)生若干復(fù)分解反應(yīng)。分析加入生石灰的目的，寫出其中一個(gè)離子方程式?！咎崾尽吭械碾x子可以組合成CaCl2、Ca(HCO3)2、MgCl2、Mg(HCO3)2等物質(zhì)，加入石灰的目的是降低水的硬度?？砂l(fā)生下列反應(yīng)：Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2=2CaCO3↓＋2H2OMgCl2＋Ca(OH)2=Mg(OH)2↓＋CaCl2Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2=Mg(OH)2↓＋2CaCO3↓＋2H2O2．為什么在一級沉降池后加入凝聚劑？【提示】加入凝聚劑目的是除去水中懸浮物。3．通入CO2的目的是什么？【提示】通入CO2是為了除去過量的Ca(OH)2，降低Ca2＋濃度。4．通入的氣體A可能為哪種氣體？通入氣體A的目的是什么？【提示】氣體A可能為Cl2或O3，通入氣體A的目的是殺菌、消毒。自來水獲取的步驟污水綜合處理的方法如圖是某市污水處理的工藝流程示意圖：[思考交流]1．污水處理的主要方法有哪幾種？【提示】中和法、化學(xué)沉淀法、氧化還原法等。2．污水處理過程中常用的混凝劑有哪些？【提示】常用的混凝劑有：硫酸鋁[Al2(SO4)3]、明礬[KAl(SO4)2·12H2O]、硫酸亞鐵(FeSO4)、氯化鐵(FeCl3)、堿式氯化鋁等。3．加入熟石灰的作用是什么？寫出其發(fā)生的化學(xué)方程式?！咎崾尽考尤胧焓夷康氖侵泻退嵝詮U水，其化學(xué)方程式為2HCl＋Ca(OH)2=CaCl2＋2H2O。4．加入Na2S的作用是什么？寫出其離子方程式?！咎崾尽考尤隢a2S的作用是除去Hg2＋，其離子方程式為Hg2＋＋S2－=HgS↓。(1)污水綜合處理流程圖如圖所示：(2)污水處理方法歸納基本方法基本原理單元技術(shù)物理法物理或機(jī)械的分離過程過濾、沉淀、離心分離、上浮等化學(xué)法加入化學(xué)物質(zhì)與污水中有害物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化過程中和、氧化、還原、分解、混凝、化學(xué)沉淀等物理化學(xué)法物理化學(xué)的分離過程汽提、吹脫、吸附、萃取、離子交換、電滲析、反滲透等生物法微生物在污水中對有機(jī)物進(jìn)行氧化、分解的新陳代謝過程活性污泥、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、氧化塘、厭氣消化等[當(dāng)堂達(dá)標(biāo)·固雙基]1．下列關(guān)于水的說法中，正確的是()A．自來水澄清透明，屬于純凈物B．水覆蓋了地球大約eq\f(3,4)的表面，因此不存在水危機(jī)C．長期飲用純凈水，有益于身體的健康D．經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增長，會造成淡水資源的緊張D[水資源與人類生存、發(fā)展有著重要關(guān)系。自來水是自然水加工而成的，雖澄清透明但不是純凈物；地球上盡管有眾多的大洋、湖泊，約eq\f(3,4)的表面覆蓋著水，但水危機(jī)普遍存在，并越發(fā)嚴(yán)重；人體生理活動在需要水的同時(shí)還需要其他的許多物質(zhì)，長期飲用純凈水不利于身體健康。]2．下列說法正確的是()A．加熱法可軟化各種硬度的硬水B．軟水是配制AgNO3溶液的最好用水C．反應(yīng)2NaR＋Ca2＋=CaR2＋2Na＋的逆反應(yīng)在一定條件下也能發(fā)生D．硬水軟化就是除水中所有的Ca2＋和Mg2＋C[加熱法只能軟化具有暫時(shí)硬度的硬水[因?yàn)镃a(HCO3)2、Mg(HCO3)2受熱可分解為CaCO3、Mg(OH)2而除去]，不能軟化永久硬水；軟水中仍含有Cl－、COeq\o\al(2－,3)、SOeq\o\al(2－,4)等離子，遇到AgNO3會產(chǎn)生AgCl、Ag2CO3等沉淀，故軟水不能用于配制AgNO3溶液，應(yīng)用蒸餾水；硬水軟化是指減少或除去水中的Ca2＋和Mg2＋，不一定除凈，故A、B、D項(xiàng)均不正確。]3．高鐵酸鈉(Na2FeO4)是水處理過程中使用的一種新型凈水劑。它的氧化性比KMnO4還強(qiáng)，反應(yīng)中FeOeq\o\al(2－,4)被還原為Fe3＋。(1)已知：2Fe(NO3)3＋16NaOH＋3Cl2=2Na2FeO4＋6NaNO3＋6NaCl＋8H2O反應(yīng)中________元素被氧化，反應(yīng)中生成2molNa2FeO4轉(zhuǎn)移電子數(shù)為________。(2)高鐵酸鈉之所以能凈水，除了能消毒殺菌外，另一個(gè)原因是________________________________________________________________________________________________________________________。(3)應(yīng)用高鐵酸鈉凈水事實(shí)上達(dá)到了________法和________法兩者的凈化要求。【解析】=2Na2FeO4＋6NaNO3＋6NaCl＋8H2O鐵元素化合價(jià)從＋3升到＋6，化合價(jià)升高被氧化作還原劑；當(dāng)反應(yīng)生成2molNa2FeO4時(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6NA；高鐵酸鈉除了具有強(qiáng)氧化性可殺菌消毒外，其還原產(chǎn)物Fe3＋水解生成Fe(OH)3膠體，能吸附水中雜質(zhì)并沉降?！敬鸢浮?1)Fe6NA(2)還原產(chǎn)物Fe3＋發(fā)生水解，生成Fe(OH)3膠體，能吸附雜質(zhì)并沉降(3)混凝氧化還原4．下列項(xiàng)目：①水溫②導(dǎo)電率③pH④固體懸浮物⑤溶解氧(DO)⑥化學(xué)需氧量(COD)⑦生化需氧量(BOD)⑧一些有毒有害物質(zhì)的濃度其中屬于評價(jià)水質(zhì)優(yōu)劣需要檢測的項(xiàng)目是()A．③④⑤⑥⑦⑧ B．⑤⑥⑦⑧C．④⑤⑥⑦⑧ D．①②③④⑤⑥⑦⑧【答案】D5．水是人類生存和發(fā)展的寶貴自然資源。下列有關(guān)水資源保護(hù)的說法不正確的是()A．重金屬離子對人體有劇毒，可采用沉淀反應(yīng)除去B．化肥中含有植物營養(yǎng)素，可大量使用以改善水環(huán)境C．軋鋼廠排出的含鹽酸的廢水，可用熟石灰中和處理D．天然水中的細(xì)小懸浮顆粒，可用明礬等混凝劑凈化B[化肥中含有氮、磷等植物營養(yǎng)素，會引起水體富營養(yǎng)化，造成水體污染，不能改善水環(huán)境。]6．目前，城市污水處理廠多采用活性污泥法二級處理工藝來進(jìn)行污水處理。該工藝的一級處理是在沉淀池中通過過濾除去污水中的固體沉淀物和懸浮物，再加入一定量的化學(xué)試劑中和酸性或堿性物質(zhì)。二級處理是采用空氣曝氣活性污泥法，利用細(xì)菌等微生物除去廢水中的有機(jī)污染物。(1)在這種污水處理工藝中，采用的污水處理方法有________(填字母)。A．化學(xué)法B．生物法C．物理法(2)在這種污水處理工藝的二級處理中要進(jìn)行“曝氣”，其主要目的是____________________________________________________________。(3)采用這種工藝處理過的水可回收再利用，它________(填“可以”或“不可以”)直接用作生活飲用水，其原因是___________________________________________