高中化学第4章保护生存环境第2节爱护水资源第2课时改善水质.docx
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高中化学第4章保护生存环境第2节爱护水资源第2课时改善水质
高中化学第4章保护生存环境第2节爱护水资源第2课时改善水质
1．混凝法、中和法和沉淀法在污水处理中的应用。
（重点）
2．了解几种主要的污水处理方法，培养合理利用和保护水资源的意识。
（难点）
一、改善水质的根本措施和污水处理的分类
1．措施：
控制工业废水和生活污水的排放。
2．改善水质的四种常用方法
（1）重复利用废水，回收废水中的有用成分，减少废水的排放量。
（2）采用革新工艺，降低废水中污染物的浓度。
（3）加强污水处理，使污水达到国家规定的标准以后再排放。
（4）加强对水体及污染源的监测和管理。
3．污水处理
（1）处理方法：
物理法、生物法和化学法。
（2）处理程度：
一级、二级和三级。
一般根据水质状况和处理后水的去向来确定污水处理程度。
1．为了经济发展，对于水体采取先污染后治理的经济模式是否科学？
【提示】 不科学。
这种模式不仅不利于经济的持续发展，也对人类健康构成了极大危害。
二、污水处理中的主要化学方法及原理
方法
试剂
反应原理（离子方程式）
混凝法
明矾
Al3＋＋3H2O
Al（OH）3（胶体）＋3H＋
中和法
酸性废水中加Ca（OH）2
碱性废水中加H2SO4
OH－＋H＋===H2O
沉淀法
向含Hg2＋的废水中加Na2S
Hg2＋＋S2－===HgS↓
氧化
还原法
向酸性含铬废水中加FeSO4
Cr2O
＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
2．污水处理的方法有活性炭吸附法和混凝法，二者有何区别？
【提示】 活性炭吸附法属于物理方法，混凝法属于化学方法。
污水处理的主要化学方法及其原理
第1步导思——问题引入，自主探究
1．怎样除去废水中的重金属离子？
【提示】 重金属离子容易与CO、OH－等离子结合成难溶性固体，因此可选择沉淀法除去。
2．怎样处理轧钢厂排出的含有盐酸的酸性废水？
【提示】 利用中和法除去。
3．怎样处理废水中含有的油类、氰化物、硫化物等物质？
【提示】 利用氧化还原法。
第2步阐述——要点归纳，深化知识
1．混凝法
混凝法就是通过加入混凝剂使难以自然沉降的悬浮物形成沉淀的污水处理方法。
原理：
以明矾净水为例，明矾溶于水后发生电离：
KAl（SO4）2·12H2O===K＋＋Al3＋＋2SO＋12H2O，Al3＋水解生成Al（OH）3胶体：
Al3＋＋3H2OAl（OH）3（胶体）＋3H＋，Al（OH）3胶粒带正电荷，吸附带负电荷的悬浮颗粒形成较大颗粒而沉淀，使悬浮颗粒从水体中分离出来，达到净水的目的。
FeCl3的净水原理与明矾的净水原理类似，Fe3＋水解成Fe（OH）3胶体后吸附水中的悬浮颗粒聚沉，而达到净水的目的。
Fe3＋＋3H2OFe（OH）3（胶体）＋3H＋。
Fe是人体需要补充的元素，对人体有益，而Al对人体有害，故用Fe3＋净水比用Al3＋净水对人体健康更有益。
2．中和法
中和法就是通过加碱中和酸或加酸中和碱的污水处理方法。
常用的碱是熟石灰[Ca（OH）2]，常用的酸是硫酸或二氧化碳。
有关的化学反应可表示为：
Ca（OH）2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O
H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O
2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O
Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3
3．沉淀法
沉淀法就是利用某些化学物质作沉淀剂，与废水中的污染物（主要是重金属离子）发生化学反应，生成难溶于水的沉淀析出，从废水中分离出去。
沉淀法是除去水中重金属离子的常用方法。
4．氧化还原法
氧化还原法是利用氧化还原反应除去水中的有毒物质的污水处理方法。
例如，氯氧化法处理含氰（CN－）废水是废水处理的一个典型实例。
在碱性条件下，Cl2可将废水中的CN－氧化成无毒的N2和CO2等，使水质得到净化：
2CN－＋8OH－＋5Cl2===2CO2＋N2＋10Cl－＋4H2O
又如，在酸性条件下，向含铬废水中加入FeSO4，可将Cr2O还原为Cr3＋：
Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
然后再加入熟石灰调节溶液的pH，使Cr3＋转变为Cr（OH）3沉淀而从废水中除去。
中和法中用Ca（OH）2处理的污水中Ca2＋浓度会增加，导致水的硬度增大，利用氧化还原法除去污水中的重金属离子，一般与沉淀法结合使用。
第3步例证——典例印证，思维深化
如图是某市污水处理的工艺流程示意图。
（1）污水处理的主要方法有：
①中和法；②化学沉淀法；③氧化还原法；④过滤法。
其中属于化学方法的有________。
A．①②③ B．①②④
C．②③④D．①②③④
（2）常用的混凝剂可以是________（填一种混凝剂的名称即可）。
（3）加入熟石灰的目的是__________________________________________，
写出相关的化学方程式：
________________________________________。
（4）加入Na2S的作用是___________________________________________。
【解析】
（1）选A。
过滤法属于物理方法，其他三种方法都属于化学方法。
根据污水中的成分选择处理方法和所用试剂。
水处理过程中常用的混凝剂有硫酸铝[Al2（SO4）3]、明矾[KAl（SO4）2·12H2O]、聚羟基氯化铝、聚丙烯酰胺等。
该污水中含有H＋和Hg2＋，加入熟石灰目的是中和酸性废水，加入Na2S目的是将Hg2＋转化成HgS沉淀。
【答案】
（1）A
（2）明矾（其他合理答案亦可）
（3）中和酸性废水 Ca（OH）2＋2HCl===CaCl2＋2H2O
（4）除去Hg2＋
第4步运用——精选习题，落实强化
1．工业废水中常含有不同类型的污染物，可采用不同的方法处理。
以下处理措施和方法类别都正确的是（ ）
选项
污染物
处理措施
方法类别
A
废酸
加生石灰中和
物理法
B
Cu2＋等重金属离子
加硫酸盐沉降
化学法
C
含苯废水
用活性炭吸附
物理法
D
含纯碱的废水
加石灰水反应
化学法
【解析】 处理酸性污水，应用生石灰中和，属于化学方法；处理含Cu2＋等重金属离子的污水，一般加S2－生成沉淀，属于化学方法；处理含苯废水，用活性炭吸附，属于物理方法；处理含纯碱的废水，应加入适量的酸处理，属于化学方法。
【答案】 C
怎样制取自来水、纯净水
第1步导思——问题引入，自主探究
1．废水处理中“曝气”有哪些作用？
【提示】 增加水中含氧量，加速水中有机物的分解。
2．饮用水处理中常用哪些物质消毒杀菌？
【提示】 漂白粉、ClO2、O3等。
第2步阐述——要点归纳，深化知识
1．自来水的制法
方法
试剂或用品
目的
沉淀
铁盐或铝盐
除去水中的悬浮物
过滤
细沙
除去沉淀和残存的悬浮物
曝气
空气
增加水中含氧量，加速水中有机物的分解
消毒
漂白粉、ClO2、O3等
杀死水中有害的微生物
软化
石灰、纯碱或磺化煤
除去或减少水中Ca2＋、Mg2＋，减少水的硬度，达到饮用水的质量标准
去离子
离子交换树脂
除去水中某些离子，如Na＋、Cl－等，制得纯净水
2.纯净水的制取方法
将软化后的自来水用离子交换法、电渗析法、反渗透法或蒸馏法去掉某些离子，如Na＋、Cl－等，可制得纯净水。
3．饮用水消毒
饮用水消毒的原理是加入氧化剂或施加高温，使细菌病毒的蛋白质变性死亡。
工业上通常用氧化剂对大量的饮用水消毒。
第3步例证——典例印证，思维深化
为了获取大量的生活饮用水，自来水厂需要用适宜、高效的方法和流程将天然水悬浮物、致病细菌等有害成分降低到规定的含量。
（1）要达到上述目的，一般要经过的基本步骤是：
①沉降、②________、③曝气、④________。
“曝气”的主要目的是________。
（2）在第①步中，下列物质可以使用的是________（用字母填空）。
A．明矾 B．膨润土 C．烧碱
（3）在将天然水制成生活饮用水的过程中，水中不需要除去的成分是________（至少答出一项）。
（4）在经过上述四个步骤的处理之后，如果水中Ca2＋、Mg2＋的含量超标，还要将水进行________。
【解析】 在沉降之后必然是过滤。
加消毒剂也是必不可少的步骤之一。
“曝气”就是使水暴露在空气中，使水与空气接触的面积增大，增加水中的含氧量，以加速水中有机物的分解。
明矾可作水的混凝剂，膨润土可做水的辅助混凝剂。
对人体有益的矿物质等最好不要除去。
降低水中Ca2＋、Mg2＋含量的过程叫做硬水的软化。
【答案】
（1）过滤 消毒 增加水中的含氧量，加速水中有机物的分解
（2）AB
（3）对人体有益的矿物质等
（4）软化
污水处理方法
第4步运用——精选习题，落实强化
2．按规定水质必须在感官性指标、化学指标、病理学指标等方面均达标后，才可成为生活饮用水。
【导学号：
72062082】
（1）感官性指标中有一项要求：
不得含有肉眼可见物，水应澄清透明。
为达到此要求，净化水时，可以通过加入混凝剂凝聚、沉降，然后通过________（填操作名称）而实现。
（2）化学指标中含有水源的pH和硬度两项。
测定液体pH的方法是____________________________________________。
日常生活中如何区分硬水与软水？
请简述实验步骤与现象：
___________________________________________________________________。
（3）病理学指标中对细菌的含量有严格的限制。
要杀灭细菌可以向水中加入__________等消毒剂，也可以通过________操作，既杀灭细菌，又能得到几乎纯净的水。
【解析】
（1）水的净化，加入混凝剂后会使一些固体小颗粒凝聚、沉降，然后用过滤的方法除去。
（2）测定pH时，要将pH试纸放在玻璃片上，用玻璃棒蘸取液体滴到pH试纸上，再与标准比色卡比较测定pH。
区别硬水和软水，可用肥皂水，硬水加入肥皂水不会产生大量泡沫，软水会产生大量泡沫。
（3）饮用水的消毒可以加入消毒剂，也可以用蒸馏的方法，既杀菌又起到净水的作用。
【答案】
（1）过滤
（2）把pH试纸放在玻璃片上，用玻璃棒蘸取待测液体滴到pH试纸上，再与标准比色卡对照 加肥皂水振荡，若出现较多泡沫的为软水，否则为硬水 （3）漂白粉（或氯气、二氧化氯和臭氧等，一种即可） 蒸馏
1．水是人类生存和发展的宝贵自然资源。
下列有关水资源保护的说法不正确的是（ ）
A．重金属离子对人体有剧毒，可采用沉淀反应除去
B．化肥中含有植物营养素，可大量使用以改善水环境
C．轧钢厂排出的含盐酸的废水，可用熟石灰中和处理
D．天然水中的细小悬浮颗粒，可用明矾等混凝剂净化
【解析】 化肥中含有氮、磷等植物营养素，会引起水体富营养化，造成水体污染，不能改善水环境。
【答案】 B
2．饮用水的消毒剂有多种，其中杀菌能力强，又不影响水质的理想消毒剂是（ ）
A．臭氧（O3） B．漂白剂
C．苯酚D．氯气
【解析】 臭氧消毒不会产生杂质。
【答案】 A
3．下列污水处理方法中发生的化学反应错误的是（ ）
A．中和法：
Ca（OH）2＋H2SO4===CaSO4↓＋2H2O
B．混凝法：
Al3＋＋3H2OAl（OH）3（胶体）＋3H＋
C．沉淀法：
Pb（NO3）2＋Na2S===2NaNO3＋PbS↓
D．混凝法：
Hg2＋＋S2－===HgS↓
【解析】 对于酸性废水或碱性废水，一般采用中和法进行处理；由于废水中的某些污染物常以细小悬浮物的形式存在，很难用自然沉降法除去，需向废水中加入絮凝剂（如明矾等），就会使细小悬浮污染物聚集成较大的颗粒而沉淀；沉淀法主要用于处理废水中的重金属离子，常用的沉淀剂有Na2S、FeS、MnS等。
【答案】 D
4．游泳池中的水是通过砂滤、臭氧和活性炭来净化的。
下列有关说法错误的是（ ）
A．砂滤是利用过滤原理除去水中较大的固体颗粒
B．臭氧可以消毒杀菌是因为臭氧有强氧化性
C．活性炭可以吸附水中悬浮的杂质
D．游泳池水中的臭氧浓度越大越好
【解析】 臭氧浓度不能过大，过大会对人体有害。
【答案】 D
5．目前，城市污水处理厂多采用活性污泥法二级处理工艺来进行污水处理。
该工艺的一级处理是在沉淀池中通过过滤除去污水中的固体沉淀物和悬浮物，再加入一定量的化学试剂中和酸性或碱性物质。
二级处理是采用空气曝气活性污泥法，利用细菌等微生物除去废水中的有机污染物。
（1）在这种污水处理工艺中，采用的污水处理方法有________（填字母）。
A．化学法 B．生物法 C．物理法
（2）在这种污水处理工艺的二级处理中要进行“曝气”，其主要目的是____________________________________________________________。
（3）采用这种工艺处理过的水可回收再利用，它______（填“可以”或“不可以”）直接用作生活饮用水，其原因是____________________________________。
【解析】
（1）由题干中“过滤”“加化学试剂”“利用细菌等微生物”的字眼即可作答。
（2）“曝气”的含义是使水暴露在空气中，使水与空气接触的面积增大，增加水中的含氧量，以加速水中有机物的分解。
（3）该工艺所采用的方法对污水的处理不是很彻底，如未涉及重金属离子的除去等。
【答案】
（1）ABC
（2）增加水中的含氧量，加速水中有机物的分解
（3）不可以 该工艺所采用的方法对污水的处理不是很彻底，处理过的水的水质不符合生活饮用水的标准
学业分层测评（十六）
（建议用时：
30分钟）
[学业达标]
1．要防止水体污染，改善水质，最根本的措施是（ ）
A．控制工业废水的排放 B．对河水进行消毒处理
C．控制农田排水D．减少用水量
【解析】 改善水质的根本措施是控制工业废水和生活污水的排放。
【答案】 A
2．大地震发生后居民的饮用水受到污染，需向灾民发放大量的净水剂和漂白粉，其主要作用是（ ）
A．洗衣服 B．洗刷生活用品
C．消毒防疫D．除去泥沙
【解析】 饮用水和人们健康息息相关，饮用水制备应经过沉降、杀菌消毒。
【答案】 C
3．水体污染物有：
Ⅰ.含盐酸的酸性废水，Ⅱ.油类、氰化物、硫化物，Ⅲ.重金属离子。
污水处理的化学方法有：
a.中和法，b.沉淀法，c.氧化还原法。
所采用的方法对水体污染物处理不正确的是（ ）
A．Ⅰ，aB．Ⅱ，c
C．Ⅰ，bD．Ⅲ，b
【解析】 Ⅰ含盐酸的酸性废水用中和法处理，Ⅱ含油类、氰化物、硫化物的废水用氧化还原法处理，Ⅲ含重金属离子的废水用沉淀法处理，故C不正确。
【答案】 C
4．下列水处理的方法或选用试剂正确的是（ ）
①除去悬浮物：
用明矾或FeCl3 ②脱色去味：
用活性炭 ③杀菌消毒：
用液氯、漂白粉 ④硬水软化：
煮沸法、药剂法、离子交换法
A．①②③B．②③④
C．①③④D．①②③④
【答案】 D
5．某工厂排放的酸性废水中含有较多的Cu2＋，对农作物和人畜都有害，欲采用化学法除去有害成分，最好是加入下列物质中的（ ）
A．食盐、硫酸B．胆矾、石灰水
C．铁粉、生石灰D．苏打、盐酸
【解析】 铁粉能除去Cu2＋，生石灰能中和H＋且能沉淀Fe2＋。
【答案】 C
6．下列关于水处理的方法不正确的是（ ）
A．向水中通入O3，用来消毒
B．向酸性废水中加入生石灰，将其中和
C．向废水中加入Na2CO3，可将细小悬浮物凝聚
D．向废水中加入Na2S，可将其中的Cu2＋、Hg2＋沉淀
【解析】 碳酸钠不能使水中悬浮物凝聚，只能除去其中的Ca2＋等。
【答案】 C
7．下列处理方法与对应的反应方程式不正确的是（ ）
A．用Na2S去除废水中的Hg2＋：
Hg2＋＋S2－===HgS↓
B．用催化法处理汽车尾气中的CO和NO：
CO＋NOC＋NO2
C．向污水中投放明矾，生成能凝聚悬浮物的胶体：
Al3＋＋3H2OAl（OH）3（胶体）＋3H＋
D．用高温催化氧化法去除烃类废气（CxHy）：
CxHy＋（x＋）O2xCO2＋H2O
【解析】 NO2为污染性气体，是引起光化学烟雾的原因之一，用催化剂处理汽车尾气中的CO和NO不能再产生污染性气体，发生的反应为2NO＋2CO2CO2＋N2。
【答案】 B
8．自来水加工处理流程如下，下列有关其说法不正确的是（ ）
A．若用FeSO4作混凝剂，最终铁将以Fe（OH）2形式进入反应沉淀池
B．投药时常加入适量石灰，是为了除去水中的Mg2＋、HCO等
C．自来水生产中，前加氯起消毒杀菌作用，后加氯是保持水中有效氯的含量，防止自来水二次污染
D．用ClO2消毒自来水，消毒效率约是同质量氯气的2.63倍
【解析】 A中最终将以Fe（OH）3形式进入反应沉淀池；B、C正确；D中首先知道含氯氧化剂一般变为氯离子，设ClO2质量为mg，ClO2得到的电子数为×5，Cl2则得到×2，故前者约是后者的2.63倍。
【答案】 A
[能力提升]
9．水是一种宝贵的自然资源。
请回答：
（1）排放含________（填序号）的化合物会导致水体富营养化。
①磷 ②钠 ③氮 ④汞
（2）向含Hg2＋的废水中加入Na2S以除去Hg2＋，该反应的离子方程式为_____
________________________________________________________________。
（3）某工厂排出的废水中含有大量的Fe2＋、Cu2＋和SO。
某校研究性学习小组设计如下流程以回收铜和硫酸亚铁。
请回答：
（ⅰ）反应①的离子方程式为_______________________________________。
（ⅱ）操作①中用到的玻璃仪器是________（填字母）。
a．烧杯 b．漏斗 c．玻璃棒 d．酒精灯
（ⅲ）原料②的名称为________。
（ⅳ）将氢氧化钠溶液滴加到硫酸亚铁溶液中，观察到的现象为___________
________________________________________________________________。
有关反应的化学方程式为__________________________________________
________________________________________________________________。
【解析】
（1）造成水体富营养化的元素主要是N和P。
（2）Hg2＋和S2－可生成HgS沉淀。
（3）原料①为铁，充分反应后过滤（操作①），得固体成分为Cu和Fe，再与稀硫酸反应生成FeSO4，剩余Cu过滤回收，滤液蒸发、浓缩、冷却、结晶即得FeSO4·7H2O。
【答案】
（1）①③
（2）Hg2＋＋S2－===HgS↓
（3）（ⅰ）Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu
（ⅱ）abc （ⅲ）稀硫酸 （ⅳ）生成白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后变为红褐色
2NaOH＋FeSO4===Fe（OH）2↓＋Na2SO4、
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
10．为提高生活用水的卫生标准，硬度较高的水在饮用之前一般需经过如下处理过程：
硬度较高的水→净化→软化→消毒→饮用水。
【导学号：
72062152】
（1）净化常用绿矾，请写出相关离子方程式：
___________________________
_______________________________________________________________。
（2）软化可用加热法、石灰纯碱法（药剂法）、离子交换法。
请写出石灰纯碱法的离子方程式：
______________________________________________________
_______________________________________________________________。
（3）消毒常用氯气，原因是__________________________________________
_______________________________________________________________。
（4）有人研究用高铁酸钠[Na2FeO4，易被还原成Fe（OH）3]溶于不洁且浑浊的水中，发现它既有消毒杀菌作用，又有使水变澄清的功能（与明矾净水原理相似）。
请分析这种功能的主要原因：
___________________________________________
________________________________________________________________。
【解析】
（1）FeSO4电离出的Fe2＋与水作用生成Fe（OH）2，Fe（OH）2易被空气中的氧气氧化成Fe（OH）3胶体，产生的Fe（OH）3胶体可以吸附水中悬浮物达到净水作用：
Fe2＋＋2H2OFe（OH）2＋2H＋①、4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3②，由①②合并得：
4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe（OH）3（胶体）＋8H＋。
（2）加入Ca（OH）2的作用是转化HCO为CO，同时沉淀Mg2＋，加入纯碱的作用是沉淀Ca2＋；HCO＋OH－===CO＋H2O、Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓、Ca2＋＋CO===CaCO3↓。
（3）Cl2可以与水作用生成具有强氧化性的HClO，生成的HClO可以杀菌消毒：
Cl2＋H2OHCl＋HClO。
（4）在Na2FeO4中Fe元素显＋6价，具有很强的氧化性，可以杀菌消毒；在Na2FeO4杀菌消毒的过程中，Na2FeO4被还原生成Fe（OH）3胶体，具有吸附性，使水变澄清。
【答案】
（1）4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe（OH）3（胶体）＋8H＋
（2）HCO＋OH－===CO＋H2O、Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓、Ca2＋＋CO===CaCO3↓
（3）Cl2可与水作用生成具有强氧化性的HClO：
Cl2＋H2OHCl＋HclO
（4）Na2FeO4中的Fe元素显＋6价，具有很强的氧化性，可以杀菌消毒；Na2FeO4在反应过程中被还原，生成具有吸附性的Fe（OH）3胶体，吸附水中杂质，使水变澄清
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