2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第二單元化學(xué)與資源開發(fā)利用課題1獲取潔凈的水學(xué)案新人教版選修2

PAGE9-課題1獲得干凈的水1．了解用混凝法除去自然水中懸浮物的原理及利用化學(xué)軟化法除去自然水中可溶性雜質(zhì)的原理。2．了解污水處理的基本過程和方法，通過對(duì)水體污染的危害和造成水體污染主要污染物的了解，樹立環(huán)保意識(shí)。3．了解蒸餾法、電滲析法等海水淡化的一般方法。授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第16頁一、水處理方法的選擇水處理方法的選擇，通常要考慮以下幾個(gè)方面：1．水質(zhì)和數(shù)量的要求。2．選擇有效的方法和設(shè)備。3．考慮必要的成本核算，進(jìn)行質(zhì)量、數(shù)量及經(jīng)濟(jì)好用等方面的綜合評(píng)價(jià)。二、自然水的凈化1．混凝法除水中的懸浮物和膠體(1)定義：混凝法就是在自然水中加入混凝劑，使細(xì)小的懸浮物和膠體聚集成較大的顆粒而沉淀，然后過濾除去的方法。(2)常用的混凝劑在生活中常用明礬作混凝劑，在工業(yè)生產(chǎn)中還常用硫酸鋁、聚合鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵等作混凝劑。(3)明礬的凈水原理明礬在水中發(fā)生電離：KAl(SO4)2=K＋＋Al3＋＋2SOeq\o\al(2－,4)；Al3＋與水發(fā)生水解反應(yīng)生成Al(OH)3的離子方程式：Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋。①Al(OH)3在水中以絮狀的膠體形式存在，Al(OH)3膠體粒子帶正電，水中的膠體雜質(zhì)一般帶負(fù)電，通過電性吸引作用，使膠體雜質(zhì)聚沉。②Al(OH)3膠體有較大的表面積，能吸附水中懸浮的雜質(zhì)。2．殺菌(1)用混凝劑可以除去自然水中的不溶性雜質(zhì)，若要作為生活用水，還要?dú)⒕?。流程如下：混凝沉淀→過濾→殺菌。(2)常用的殺菌劑有：氯氣、臭氧、二氧化氯等。3．化學(xué)軟化法(1)水的硬度①軟水和硬水：含有較多Ca2＋、Mg2＋的水叫做硬水；含有少量Ca2＋、Mg2＋或不含Ca2＋、Mg2＋的水叫做軟水。②硬度的劃分a．短暫硬度：水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的，這種硬度叫短暫硬度。b．永久硬度：水的硬度是由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物等引起的，這種硬度叫做永久硬度。自然水大多同時(shí)具有短暫硬度和永久硬度。(2)硬水的軟化方法硬水軟化的方法通常用加熱法、藥劑法和離子交換法等。①具有短暫硬度的水可以用加熱的方法進(jìn)行軟化，用化學(xué)反應(yīng)方程式表示為：Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，Mg(HCO3)2eq\o(=,\s\up7(△))MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，MgCO3＋H2Oeq\o(=,\s\up7(△))Mg(OH)2↓＋CO2↑。②具有永久硬度的水可采納藥劑法和離子交換法進(jìn)行軟化。三、污水處理污水處理的技術(shù)很多，可分為物理法、生物法和化學(xué)法等。依據(jù)污水處理的程度又分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)。1．污水處理的常用方法常用方法有酸堿中和法、重金屬離子沉淀法等。(1)中和法①對(duì)酸性或堿性廢水，可用中和法進(jìn)行處理。常用熟石灰來中和酸性廢水；用H2SO4和CO2中和堿性廢水。②高濃度的酸、堿廢水，應(yīng)先回收利用，如濃縮法回收其中的酸或堿，再用中和法處理較少量的酸或堿。(2)沉淀法對(duì)于含重金屬離子的工業(yè)廢水，可以利用某些化學(xué)物質(zhì)作沉淀劑，與重金屬離子反應(yīng)生成沉淀而析出，從廢水中分別。含有Na2S的工業(yè)廢水，可向其中加入HgS，轉(zhuǎn)化為Pb2＋沉淀而除去。用這種處理方法，也能同時(shí)將水中所含的Cu2＋等重金屬離子除去。(3)氧化還原法利用空氣或氧化劑可將廢水中的有機(jī)物氧化為無害物質(zhì)。2．污水處理流程一級(jí)處理通常采納物理方法，即用格柵間、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。二級(jí)處理采納生物方法及某些化學(xué)方法，除去水中的可降解有機(jī)物和部分膠體污染物。三級(jí)處理主要采納化學(xué)沉淀法、氧化還原法、離子交換法和反滲透法等，對(duì)污水進(jìn)行深度處理和凈化。四、海水淡化1．常用方法海水淡化主要有蒸餾法和電滲析法。2．電滲析法原理(1)電滲析法是一種利用離子交換進(jìn)行海水淡化的方法。(2)離子交換膜是一種功能性膜，應(yīng)具有良好的選擇透過性和化學(xué)穩(wěn)定性。(3)電滲析法淡化海水，就是在外加直流電場(chǎng)的作用下，海水中的陰、陽離子分別透過陰膜和陽膜，可達(dá)到分別和濃縮的目的，從而使得淡水和濃縮海水被分別。授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第17頁要點(diǎn)一硬水的軟化1．自然水硬度的形成自然水與空氣、巖石和土壤等長(zhǎng)期接觸，其中溶解了很多雜質(zhì)，如無機(jī)鹽類、某些可溶性有機(jī)物以及氣體等，通常含有Ca2＋、Mg2＋等陽離子和HCOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)、SOeq\o\al(2－,4)、Cl－、NOeq\o\al(－,3)等陰離子。不同地區(qū)的自然水里含有這些離子的種類和數(shù)量不同。一般地說，地下水、泉水中含Ca2＋、Mg2＋較多，即硬度較高；而雨水、河水、湖水中含Ca2＋、Mg2＋少一些，即硬度較低。2．水的硬度過高的危害水的硬度過高對(duì)生活和生產(chǎn)都有害處。例如，洗滌用水假如硬度太高，水中的Ca2＋、Mg2＋與肥皂反應(yīng)生成不溶于水的物質(zhì)，不僅奢侈肥皂，也洗不凈衣物。在工業(yè)上對(duì)水的硬度也有要求，如鍋爐用水假如硬度太高，長(zhǎng)期燒煮后，水里的鈣鹽和鎂鹽會(huì)在鍋爐內(nèi)結(jié)成鍋垢，使鍋爐內(nèi)金屬管道的導(dǎo)熱實(shí)力大大降低，不但奢侈燃料，而且會(huì)導(dǎo)致管道局部過熱，使鍋爐管道變形或損壞，嚴(yán)峻時(shí)會(huì)引起爆炸事故。所以硬水的軟化特別重要。3．硬水的軟化(1)藥劑法軟化硬水①藥劑：常用的藥劑有純堿、生石灰、氫氧化鈉等；工業(yè)鍋爐用水還常用磷酸鹽處理。②原理：Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2=2CaCO3↓＋2H2OMg(HCO3)2＋2Ca(OH)2=2CaCO3↓＋Mg(OH)2↓＋2H2OCa(HCO3)2＋2NaOH=CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2OMg(HCO3)2＋2NaOH=Mg(OH)2↓＋Na2CO3＋2H2OCa2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓③適用范圍：除去水的短暫硬度和永久硬度。(2)離子交換法軟化硬化①原理離子交換法是用離子交換劑軟化水的方法。離子交換劑中的陽離子與水中的Ca2＋、Mg2＋發(fā)生離子交換作用，使水得到軟化。其工藝流程如右圖所示。圖中的離子交換劑是一種樹脂，它是不溶于水但能與溶液中相同電性離子進(jìn)行交換的有機(jī)高分子電解質(zhì)，常用NaR、HR等表示。發(fā)生的反應(yīng)如下：2NaR＋Ca2＋=CaR2＋2Na＋2NaR＋Mg2＋=MgR2＋2Na＋②適用范圍：除去水的短暫硬度和永久硬度。[例1]下列說法中，不正確的是()A．用明礬凈水可以降低水的硬度B．硬水中加入肥皂會(huì)產(chǎn)生渾濁且泡沫少C．經(jīng)磺化煤處理過的軟水中Na＋濃度會(huì)增大D．硬水軟化后，其成分和性質(zhì)都相當(dāng)于蒸餾水[解析]用明礬凈水是指用Al3＋水解生成的Al(OH)3膠體吸附并除去水中細(xì)小的懸浮物的過程，并未削減水中的Ca2＋或Mg2＋，因而不會(huì)降低水的硬度。硬水軟化是指除去或削減水中的Ca2＋、Mg2＋，其他成分基本不變，因而其成分和性質(zhì)與蒸餾水差別很大。故A、D項(xiàng)符合題意。[答案]AD1．用下列方法除去含Ca2＋、Mg2＋、Cl－、HCOeq\o\al(－,3)的硬水中的致硬離子，所得到的水含離子的濃度最小的是()A．蒸餾 B．加熱煮沸C．加Ca(OH)2與Na2CO3 D．離子交換法解析：通過蒸餾可得到特別純的蒸餾水，幾乎不含任何雜質(zhì)離子，所以A是正確的。加熱煮沸只能降低由Ca2＋、Mg2＋和HCOeq\o\al(－,3)引起的水的硬度，不能完全除去Ca2＋和Mg2＋等，加入Ca(OH)2與Na2CO3或采納離子交換法雖然可以降低Ca2＋、Mg2＋的濃度，但不行能完全除去它們，并且在除去Ca2＋、Mg2＋的同時(shí)，又增加了Na＋。答案：A要點(diǎn)二污水處理1．水污染(1)水體污染：是指大量污染物質(zhì)排入水體，超過水體的自凈實(shí)力使水質(zhì)惡化，水體及四周的生態(tài)平衡遭到破壞，對(duì)人類健康、生活和生產(chǎn)活動(dòng)等造成損失和威逼的狀況。(2)水體污染的主要來源①工業(yè)污染：工廠的“三廢”(廢氣、廢渣、廢液)倒入江河、地下，污染江河和地下水。②農(nóng)業(yè)污染：農(nóng)藥、化肥的不合理運(yùn)用，也易造成水的污染。③生活污染：生活污水及生活垃圾的隨意排放，造成水的污染。④其他污染：A.病原微生物污染；B.需氧有機(jī)物污染；C.富養(yǎng)分化污染(赤潮)；D.惡臭物污染；E.地下水硬度上升；F.重金屬離子污染(水俁病)；J.石油泄露造成的海水污染；H.熱污染；I.放射性水污染。2．污水處理的方法污水處理一般可分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)處理。(1)一級(jí)處理采納物理處理方法，即用格柵、篩網(wǎng)、沉沙池、沉淀池、隔油池等構(gòu)筑物，去除污水中的固體懸浮物、浮油，初步調(diào)整pH，減輕廢水的腐化程度。(2)二級(jí)處理是采納生物處理方法及某些化學(xué)方法來去除污水中的可降解有機(jī)物和部分膠體污染物。經(jīng)過二級(jí)處理后，污水中BOD的去除率可達(dá)80%～90%，即BOD含量可低于30mg·L－1。(3)三級(jí)處理是進(jìn)一步去除二級(jí)處理未能去除的污染物，如磷、氮及難以降解的有機(jī)污染物、無機(jī)污染物、病原體等。污水的三級(jí)處理是在二級(jí)處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采納化學(xué)法(化學(xué)氧化、化學(xué)沉淀等)、物理法(吸附、離子交換、膜分別技術(shù)等)以除去某些特定污染物的一種“深度處理”方法。(4)污水處理時(shí)，污水中的懸浮物可用混凝法除去；對(duì)其他溶解在水中的污染物，則要依據(jù)其化學(xué)性質(zhì)采納有針對(duì)性的化學(xué)方法，如酸堿中和法、重金屬離子沉淀法等。①中和法：若為酸性廢水用熟石灰來中和。反應(yīng)為2H＋＋Ca(OH)2=Ca2＋＋2H2O,2H＋＋CaO=Ca2＋＋H2O；若為堿性廢水，用H2SO4或CO2中和，反應(yīng)為OH－＋H＋=H2O,2OH－＋CO2=COeq\o\al(2－,3)＋H2O或OH－＋CO2=HCOeq\o\al(－,3)。②沉淀法對(duì)于含有重金屬離子的工業(yè)廢水，可以利用某些化學(xué)物質(zhì)作為沉淀劑，與金屬離子反應(yīng)生成沉淀而析出，從廢水中分別。例如，對(duì)于含有Hg2＋、Cu2＋、Pb2＋的廢水，可向其中加入Na2S，使Hg2＋、Cu2＋、Pb2＋轉(zhuǎn)化為沉淀而除去，反應(yīng)為Hg2＋＋S2－=HgS↓、Cu2＋＋S2－=CuS↓、Pb2＋＋S2－=PbS↓。[例2]某地有甲、乙兩工廠排放污水，污水中各含有下列8種離子中的四種(兩廠不含相同離子)：Ag＋、Ba2＋、Fe3＋、Na＋、Cl－、SOeq\o\al(2－,4)、NOeq\o\al(－,3)、OH－。兩廠單獨(dú)排放廢水都會(huì)造成嚴(yán)峻的水污染，如將兩廠的污水按肯定比例混合，沉淀后污水便變成無色澄清且只含NaNO3，污染程度會(huì)大大降低。關(guān)于污染源的分析，你認(rèn)為正確的是()A．SOeq\o\al(2－,4)和NOeq\o\al(－,3)可能來自同一工廠B．Cl－和NOeq\o\al(－,3)肯定在不同工廠C．Ag＋和Na＋可能在同一工廠D．Na＋和NOeq\o\al(－,3)來自同一工廠[解析]水污染是當(dāng)今世界一個(gè)普遍問題，依據(jù)題意知，兩廠各自的廢水中心定不存在沉淀，且陰、陽離子同時(shí)存在。若Ag＋在甲廠，則Cl－、SOeq\o\al(2－,4)、OH－必在乙廠；那么Ba2＋、Fe3＋也得在甲廠中，否則將生成沉淀。由于甲廠廢水中不會(huì)都為陽離子，所以NOeq\o\al(－,3)必在甲廠廢水中，陽離子Na＋必在乙廠廢水中。故Ag＋、Na＋不在同廠廢水中，SOeq\o\al(2－,4)、NOeq\o\al(－,3)不在同廠廢水中，Na＋、NOeq\o\al(－,3)不在同廠廢水中，因而B正確。[答案]B2．某河川遭遇有機(jī)物污染嚴(yán)峻，發(fā)生臭味，后來在污水處理系統(tǒng)完成后，嚴(yán)格執(zhí)行污水排放制度，并向河水輸送某種氣體，使水質(zhì)得到顯著的改善(包括有利于復(fù)原自然生態(tài))。試問輸入河川的是何種氣體()A．二氧化碳 B．一氧化碳C．氯氣D．氧氣 E．氫氣答案：D要點(diǎn)三海水淡化海水中含有不少化學(xué)物質(zhì)，不能干脆飲用。目前，淡化海水的方法已有十種之多，其中最為主要的有：1．蒸餾法：蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由于技術(shù)不斷地改進(jìn)與發(fā)展，該法至今仍占統(tǒng)治地位。蒸餾淡化過程的實(shí)質(zhì)就是水蒸氣的形成過程，其原理猶如海水受熱蒸發(fā)形成云，云在肯定條件下遇冷形成雨，而雨是不帶咸味的。2．電滲析法：該法的技術(shù)關(guān)鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5mm～1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區(qū)分為正離子交換膜(陽膜)與負(fù)離子交換膜(陰膜)。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個(gè)獨(dú)立的間隔室，海水充溢在各個(gè)間隔室中，在外加直流電場(chǎng)的作用下，海水中的陰、陽離子分別透過陰膜和陽膜，從而使一個(gè)間隔室的海水被淡化，而其相鄰的間隔室的海水被濃縮，這樣，淡水和濃縮海水被分別。[例3]以下是有關(guān)海水淡化的敘述，其中不正確的是()A．蒸餾法比電滲析法獲得的淡水純度高B．蒸餾法比電滲析法獲得的淡水純度低C．電滲析法所形成的濃水屬于純無用之水D．電滲析法所形成的濃水可以再利用[解析]由于海水中的鹽類沸點(diǎn)都很高，電滲析時(shí)離子的移動(dòng)是有自由性的，所以蒸餾法比電滲析法獲得的淡水純度高。電滲析法所形成的濃水又叫鹵水，可從其中提取多種化工原料。[答案]BC3．海水約占地球現(xiàn)有總水量的97%，海水淡化問題成為科學(xué)家的主要探討方向。下列淡化海水的方法不行行的是()A．加化學(xué)試劑，使海水中的鹽分沉淀B．利用太陽能，將海水蒸餾而去掉鹽分C．將海水通過離子交換樹脂而除去鹽分D．利用半透膜，采納反滲透法而除掉鹽分解析：海水中Na＋等離子不能通過加化學(xué)試劑而沉淀，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)為蒸餾法淡化海水；C項(xiàng)為電滲析法淡化海水；D項(xiàng)為反滲透法淡化海水。答案：A授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第19頁1．污水處理的主要方法有：①中和法；②化學(xué)沉淀法；③氧化還原法；④過濾法。其中屬于化學(xué)方法的有()A．①②③ B．①②④C．②③④ D．①②③④解析：本題考查了物質(zhì)分別的方法。中和法、化學(xué)沉淀法(加入化學(xué)試劑形成沉淀)和氧化還原法均屬于化學(xué)方法，而過濾法是分別難溶性固體和液體的混合物的方法，為基本試驗(yàn)操作，所以選A。答案：A2．若實(shí)行海水淡化供應(yīng)飲用水，下列方法在原理上完全不行行的是()A．用明礬使海水中的鹽分沉淀而淡化B．利用太陽能使海水蒸餾而淡化C．將海水緩慢凝固以獲得淡化的飲用水D．將海水通過離子交換樹脂，以除去所含鹽分的離子解析：海水淡化的方法：蒸餾法、電滲析法、離子交換法。選項(xiàng)A，明礬的主要成分是KAl(SO4)2·12H2O，不能使海水中的鹽沉淀出來，所以不能使海水淡化。答案：A3．下列說法正確的是()A．軟水中肯定不含Ca2＋、Mg2＋B．硬水經(jīng)煮沸后就肯定變?yōu)檐浰薈．水垢的主要成分是碳酸鈣和氫氧化鎂D．經(jīng)過磺化煤處理過的水是不含離子的超凈水解析：硬水與軟水的區(qū)分是Ca2＋、Mg2＋含量的多與少，不是有與沒有，故A項(xiàng)不對(duì)。煮沸的方法是Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2的分解以及MgCO3轉(zhuǎn)變?yōu)镸g(OH)2的過程，故C項(xiàng)對(duì)。煮沸時(shí)能使含短暫硬度較高的硬水中的Ca2＋、Mg2＋濃度降低，但不肯定能降低到軟水中Ca2＋、Mg2＋的含量標(biāo)準(zhǔn)，更何況有的硬水中的硬度更多是由于永久硬度造成的，故B項(xiàng)不對(duì)。磺化煤只能交換陽離子，水中還含有多種陰離子和交換出的大量Na＋，故D項(xiàng)不對(duì)。答案：C4．下列說法中，不正確的是()A．加熱法只可軟化短暫硬度的硬水B．海水淡化的主要方法有蒸餾法和電滲析法等C．反應(yīng)2NaR＋Ca2＋=CaR2＋2Na＋的逆反應(yīng)在肯定條件