2018-2019學年高中化學 主題1 呵護生存環(huán)境 課題2 獲取安全的飲用水學案 魯科版選修1 .doc

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課題2　獲取安全的飲用水 學習目標：1.認識從天然水中獲得可飲用水的步驟與原理。(重點)2.掌握離子交換法、藥劑法和加熱法降低水硬度的原理。(重難點)3.了解污水治理的基本原理。(難點)4.掌握污水處理的方法，認識污水處理的意義。(重難點) [自 主 預 習探 新 知] 一、天然水的凈化 1．天然水制備飲用水的步驟 2．城市自來水的獲取 (1)策略 用便宜、有效的方法把天然水中的懸浮物、微生物及異味除去，但無須除去水中所有的礦物質(zhì)。 (2)步驟 二、硬水的軟化 1．水的硬度 2．硬水的危害 (1)不能飲用——易引起腸胃不適、誘發(fā)疾病。 (2)不利于洗滌——浪費肥皂，使衣物喪失鮮艷的色澤。 (3)不能做鍋爐用水——會使鍋爐內(nèi)壁結(jié)垢[主要成分是CaCO3和Mg(OH)2]，降低熱效率，浪費燃料，甚至引起鍋爐爆炸。 3．硬水的軟化 (1)定義：除去或減少天然水中的Ca2＋、Mg2＋等的過程。 (2)方法：①加熱法；②藥劑法；③離子交換法等。 微點撥：由于Mg(OH)2比MgCO3更難溶，因此水垢的成分為CaCO3和Mg(OH)2，而不是MgCO3。 三、純凈水的制取方法 1．原料：符合生活飲用水水質(zhì)標準的水。 2．方法：電滲析法、離子交換法、反滲透法、蒸餾法。 3．過程 微點撥：長期飲用純凈水會引起微量元素缺乏癥，不宜長期飲用純凈水。 四、污水治理與環(huán)境保護 1．人為因素的水污染 主要是由工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)田排水以及降雨淋洗將大氣中的污染物和堆積在地上的垃圾污染物沖入水中引起的。 2．活性污泥法二級處理工藝 [基礎自測] 1．判斷對錯(對的在括號內(nèi)打√，錯的在括號內(nèi)打) (1)天然水均可直接飲用。(　　) (2)可用加熱煮沸的方法軟化永久硬水。(　　) (3)純凈水適宜長期飲用。(　　) (4)酸性廢水可用中和法處理。(　　) 【答案】　(1)　(2)　(3)　(4)√ 2．下列物質(zhì)中，能用作自來水廠消毒劑的是(　　) A．活性炭　　　　 B．磺化煤 C．明礬 D．液氯 D　[活性炭對水起吸附過濾作用；磺化煤對水進行離子交換，即軟化作用；明礬溶于水后，Al3＋水解得Al(OH)3膠體吸附水中懸浮物，故A、B、C錯誤，液氯溶于水與水反應生成HClO，對水起消毒、殺菌作用，故D正確。] 3．下列方法適宜軟化永久硬水的是(　　) 【導學號：72572009】 A．離子交換法 B．加熱煮沸 C．加入Na2SO4溶液 D．加入HCl溶液 A　[永久硬水是由Ca2＋、Mg2＋、SO、Cl－引起的，所以通過離子交換法可以除去Ca2＋、Mg2＋，故A項對；加熱煮沸只能軟化暫時硬水，而不能軟化永久硬水，故B項錯；加入的Na2SO4溶液和HCl溶液不能使Ca2＋、Mg2＋沉淀，所以不能軟化硬水，故C、D兩項均錯。] [合 作 探 究攻 重 難] 硬水的軟化 溶有較多Ca2＋、Mg2＋的水稱為硬水，我國現(xiàn)行標準規(guī)定：1 L水含有10 mg氧化鈣(以氧化鈣計)稱為1度(以1表示)。硬度在8以下的水稱為軟水，在8以上的水稱為硬水。硬度大于30的水稱為最硬水。 [思考交流] 1．硬水軟化的實質(zhì)是什么？ 【提示】　硬水軟化的實質(zhì)是除去或減少天然水中Ca2＋、Mg2＋的過程。 2．硬水軟化的常用方法有哪些？它們分別適合軟化哪類硬水。 【提示】　硬水軟化的常用方法有加熱法、藥劑法、離子交換法，加熱法適合軟化暫時硬水，藥劑法、離子交換法軟化暫時硬水、永久硬水均可。 3．藥劑法軟化硬水常用的化學藥劑有什么？能說出加入藥劑的先后順序嗎？ 【提示】　藥劑法軟化硬水常用的化學藥劑有生石灰(與水反應生成熟石灰)和純堿，加入藥劑的先后順序為先加生石灰，再加純堿。 硬水軟化的常用方法 (1)加熱法 通過加熱煮沸使暫時硬水所含鈣、鎂的酸式碳酸鹽發(fā)生分解，主要化學反應原理是： Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O； Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O； MgCO3＋H2OMg(OH)2↓＋CO2↑ (2)藥劑法 ①方法：通過加入化學藥劑促使水中Ca2＋、Mg2＋以沉淀的形式從水中分離出來的方法。 ②常用的藥劑：生石灰、純堿等。 ③化學反應原理：Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2===2CaCO3↓＋2H2O； Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋2CaCO3↓＋2H2O； MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2； CaCl2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaCl (3)離子交換法 通過加入離子交換劑與水溶液交換具有同性電荷的離子，從而除去或減少不需要的離子的方法。常用于工業(yè)鍋爐用水的軟化。 用陽離子交換劑軟化硬水的原理是： 2NaR＋Ca2＋===CaR2＋2Na＋； 2NaR＋Mg2＋===MgR2＋2Na＋ 污水處理的方法 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，利用細菌等微生物除去廢水中的有機污染物。 [思考交流] 1．污水處理的常用方法有哪些？ 【提示】　污水處理的方法主要有物理方法、生物方法和化學方法。 2．在這種污水處理工藝的二級處理中要進行“曝氣”，其主要目的是什么？ 【提示】　增加水中的含氧量，加速水中有機物的分解。 3．采用這種工藝處理過的水能否直接用作生活飲用水，為什么？ 【提示】　不可以。該工藝所采用的方法對污水的處理不是很徹底，處理過的水的水質(zhì)還不符合生活飲用水的標準。 污水處理的常用方法 方法 原理 設備及原材料 處理對象 中和 酸堿中和，pH達中性 石灰、石灰石、白云石等中和酸性廢水，CO2中和堿性廢水 硫酸廠廢水，印染廢水等 氧化 還原 投加氧化(或還原)劑，將廢水中的物質(zhì)氧化(或還原)為無害物質(zhì) 氧化劑有空氣(O2)、漂白粉、氯氣、臭氧等 含酚、氰化物，硫、鉻、汞廢水，印染、醫(yī)院廢水等 化學 沉淀 投加沉淀劑與廢水中的重金屬離子發(fā)生化學反應生成沉淀而分離 沉淀劑 含重金屬離子的廢水 [當 堂 達 標固 雙 基] 題組1　天然水的凈化 1．下列操作過程在天然水凈化時不需要的是(　　) A．沉降懸浮物　　 B．過濾 C．殺菌消毒 D．加入維生素、調(diào)節(jié)口味 【答案】　D 2．下列物質(zhì)：①鹽酸；②NaOH；③AlCl3；④明礬；⑤FeCl3；⑥生石灰；⑦硫酸鋁。 能在水處理中做絮凝劑的是(　　) 【導學號：72572010】 A．①④⑤ B．②③④⑤ C．③④⑤⑦ D．全部 C　[鋁鹽、鐵鹽會在水中形成氫氧化鋁或氫氧化鐵膠體，吸附水中固體雜質(zhì)形成沉降，用作絮凝劑。] 題組2　硬水的軟化 3．下列水中一定為軟水的是(　　) 【導學號：72572011】 A．雨水 B．泉水 C．煮沸過的水 D．蒸餾水 D　[根據(jù)軟水的概念知，泉水含大量Ca2＋和Mg2＋，是硬水。蒸餾水的制取過程中，水蒸發(fā)時Ca2＋、Mg2＋不會隨之而蒸發(fā)，則蒸餾水一定為軟水。C項若水為永久性的硬水，則煮沸過的水還為硬水。雨水一般為軟水，但若空氣含大量粉塵，粉塵中若有含鈣化合物，雨水也可能為硬水。] 4．要使暫時硬水軟化，可選用的最簡單的方法是(　　) A．藥劑法 B．加熱法 C．離子交換法 D．過濾 B　[過濾不能達到硬水軟化的目的。] 題組3　純凈水的制取方法 5．自來水常用二氧化氯(ClO2)來殺菌消毒，它能轉(zhuǎn)化為可溶性氯化物，市場上有些不法商販為牟取暴利，用自來水冒充純凈水(蒸餾水)出售，為辨別純凈水的真?zhèn)危阆脒x用的化學試劑是(　　) 【導學號：72572012】 A．氯化鋇溶液 B．石蕊試液 C．硝酸銀溶液 D．氫氧化鈉溶液 C　[由題給信息知，用ClO2殺菌消毒后的水中存在著Cl－，而蒸餾水中無Cl－，因此，可以根據(jù)Cl－的檢驗方法，選用AgNO3溶液來辨別真?zhèn)?，若產(chǎn)生白色沉淀，則為自來水，若無沉淀產(chǎn)生，則為蒸餾水，故選C項。] 6．水處理技術在生產(chǎn)、生活中應用廣泛。 (1)含有較多________離子的水稱為硬水。硬水加熱后產(chǎn)生碳酸鹽沉淀的離子方程式為____________________________(寫一個即可)。 (2)將RH型陽離子交換樹脂和ROH型陰離子交換樹脂串接來軟化天然硬水，應該先使硬水通過________(填“RH”或“ROH”)型離子交換樹脂，原因是_________________________________________________。 (3)通過施加一定壓力使水分子通過半透膜而將大分子或離子截留，從而獲得純凈水的方法稱為________。電滲析法凈化水時，使離子通過半透膜的推動力是____________________。 (4)長期飲用蒸餾水會對身體造成危害，原因是_______________ _______________________________________________________。 【解析】　(1)含有較多的鈣、鎂離子的水稱為硬水；加熱硬水產(chǎn)生碳酸鹽的化學方程式為Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O；Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，故離子方程式為Ca2＋＋2HCOCaCO3↓＋CO2↑＋H2O；Mg2＋＋2HgCO3↓＋CO2↑＋H2O。 (2)先通過陽離子交換樹脂RH，因溶液中鎂離子易與ROH型陰離子交換樹脂反應生成Mg(OH)2而影響交換效果。 (3)電滲析法的動力是電勢差。 (4)蒸餾水中除去了人體所需的一些微量元素，可能引起一些微量元素缺乏癥。 【答案】　(1)鈣、鎂 Ca2＋＋2HCOCaCO3↓＋CO2↑＋H2O(或Mg2＋＋2HgCO3↓＋CO2↑＋H2O) (2)RH　先通過陰離子交換樹脂可能產(chǎn)生Mg(OH)2等沉淀而影響樹脂交換效果 (3)反滲透法　電勢差(或電場力) (4)蒸餾水中除去了人體所需的一些微量元素，可能引起一些微量元素缺乏癥 題組4　污水治理與環(huán)境保護 7．軋鋼廠排出的廢水主要含有鹽酸，通常采用的處理方法是(　　) 【導學號：72572013】 A．中和法　　　　　 B．過濾法 C．氧化還原法 D．化學沉淀法 A　[B、C、D均不能除去H＋。而中和法可以將H＋變成H2O，H＋＋OH－===H2O。] 8．工業(yè)廢水中常含有不同類型的污染物，可采用不同的方法處理。以下處理措施和方法類別都正確的是(　　) 選項 污染物 處理措施 方法類別 A 廢酸 加生石灰中和 物理法 B Cu2＋等重金屬離子 加硫酸鹽沉降 化學法 C 含苯廢水 用活性炭吸附 物理法 D 含純堿的廢水 加石灰水反應 化學法 C　[A項中處理廢酸用生石灰中和，措施正確，但方法類別為化學方法，A項錯；B項中Cu2＋等重金屬離子可用較活潑金屬置換后提純利用，不能用硫酸鹽沉降，B錯誤；D項中Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，生成堿性更強的NaOH，應用適量酸處理，D錯。] 污水種類 處理方法 有細小懸浮顆粒的廢水 加入混凝劑使細小的懸浮顆粒聚集成較大的顆粒沉淀而分離除去 酸性廢水 用堿性物質(zhì)中和 堿性廢水 用酸性物質(zhì)中和 油類、氰化物、硫化物 用空氣、臭氧、氯氣等做氧化劑將這些物質(zhì)氧化而除去 重金屬離子 常通過調(diào)節(jié)廢水的pH，將它們以氫氧化物的形式沉淀出來而除去