2018-2019學(xué)年高中化學(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 .doc

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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(duì)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(lái)水生產(chǎn)過(guò)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(shí)水質(zhì)評(píng)價(jià)的必要性，知道幾種常見的水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，能用pH試紙測(cè)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)212H2O]、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(lái)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(wú)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。 化學(xué)反應(yīng)原理：Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，MgCO3＋H2OMg(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(píng)價(jià)與污水處理 1．水質(zhì)評(píng)價(jià) (1)評(píng)價(jià)方式：評(píng)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(guò)小或過(guò)大的水中，大多數(shù)水生生物會(huì)消失。 (3)測(cè)定水的pH 先用廣泛pH試紙測(cè)定，再選取與所測(cè)pH相近的精密pH試紙進(jìn)行測(cè)定。 依據(jù)水樣的pH，可判斷它是否適合魚類的生長(zhǎng)。 (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(guò)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mgL－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(cè)] 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＋、HCO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(guò)治理后再排放。(　　) 【答案】　(1)√　(2)√　(3)　(4)√ 2．城市由天然水獲取自來(lái)水的一般步驟為(　　) C　[天然水變?yōu)樽詠?lái)水應(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(guò)細(xì)砂、活性炭過(guò)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(lái)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(lái)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(lái)水獲取的步驟 以下是原水處理成自來(lái)水的工藝流程示意圖。 原水→―→ [思考交流] 1．原水中含Ca2＋、Mg2＋、HCO、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。 【提示】　原水中的離子可以組合成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↓＋2H2O MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2 Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋2CaCO3↓＋2H2O 2．為什么在一級(jí)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(guò)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(lái)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(guò)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)212H2O]、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。 【提示】　加入熟石灰目的是中和酸性廢水，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。 【提示】　加入Na2S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(guò)程 過(guò)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(guò)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(guò)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(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化、分解的新陳代謝過(guò)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(shuō)法中，正確的是(　　) A．自來(lái)水澄清透明，屬于純凈物 B．水覆蓋了地球大約的表面，因此不存在水危機(jī) C．長(zhǎng)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(zhǎng)，會(huì)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(lái)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(dòng)在需要水的同時(shí)還需要其他的許多物質(zhì)，長(zhǎng)期飲用純凈水不利于身體健康。] 2．下列說(shuō)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－、CO、SO等離子，遇到AgNO3會(huì)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(guò)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FeO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2 mol Na2FeO4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2 mol Na2FeO4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。 【答案】　(1)Fe　6NA　(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?、趯?dǎo)電率?、踦H?、芄腆w懸浮物　⑤溶解氧(DO)?、藁瘜W(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(píng)價(jià)水質(zhì)優(yōu)劣需要檢測(cè)的項(xiàng)目是(　　) A．③④⑤⑥⑦⑧　　　 B．⑤⑥⑦⑧ C．④⑤⑥⑦⑧ D．①②③④⑤⑥⑦⑧ 【答案】　D 5．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(shuō)法不正確的是(　　) A．重金屬離子對(duì)人體有劇毒，可采用沉淀反應(yīng)除去 B．化肥中含有植物營(yíng)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(yíng)養(yǎng)素，會(huì)引起水體富營(yíng)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(jí)處理工藝來(lái)進(jìn)行污水處理。該工藝的一級(jí)處理是在沉淀池中通過(guò)過(guò)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(jí)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(jí)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(guò)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 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________。 【解析】　(1)由題干中“過(guò)濾”“加化學(xué)試劑”“利用細(xì)菌等微生物”的字眼即可作答。 (2)“曝氣”的含義是使水暴露在空氣中，使水與空氣接觸的面積增大，增加水中的含氧量，以加速水中有機(jī)物的分解。 【答案】　(1)ABC (2)增加水中的含氧量，加速水中有機(jī)物的分解 (3)不可以　該工藝所采用的方法對(duì)污水的處理不是很徹底且未進(jìn)行殺菌、消毒、除異味等處理