学年高中化学第二单元化学与资源开发利用课题1获取洁净的水教学案新人教版.docx
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学年高中化学第二单元化学与资源开发利用课题1获取洁净的水教学案新人教版
课题1获取洁净的水
天然水的净化
[自读教材·夯基础]
1．天然水的净化方法
混凝法和化学软化法。
2．混凝法
（1）明矾净水原理：
①电离：
KAl（SO4）2===K＋＋Al3＋＋2SO
，
②Al3＋发生水解：
Al3＋＋3H2OAl（OH）3＋3H＋，
③净水
（2）工业生产中常用的混凝剂有明矾、硫酸铝、聚合铝、硫酸亚铁、硫酸铁等。
（3）获取生活用水：
混凝剂难以清除溶解于水中的有机物、无机盐和微生物。
获取生活用水的一般过程：
混凝沉淀→过滤→杀菌。
3．化学软化法
（2）天然水
（3）水的硬度
天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。
（4）硬水的软化：
①暂时硬水的软化用加热法，其原理为（填化学方程式）：
Ca（HCO3）2
CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，
Mg（HCO3）2
MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，
MgCO3＋H2O
Mg（OH）2↓＋CO2↑。
[跟随名师·解疑难]
（1）强酸弱碱盐水解其溶液呈酸性，如Fe2（SO4）3溶液：
Fe3＋＋3H2OFe（OH）3＋H＋；强碱弱酸盐水解其溶液呈碱性，如NaClO溶液：
ClO－＋H2OHClO＋OH－；强酸强碱盐不水解，其溶液呈中性，如NaCl、KNO3溶液。
（2）FeSO4·7H2O是一种常用的混凝剂，但在使用FeSO4·7H2O作混凝剂时，要注意两点：
①Fe（OH）2溶解度较大，混凝效果不好，应先将Fe2＋氧化成Fe3＋，再水解得到Fe（OH）3胶体；②Fe2＋在碱性条件下更易被氧化成Fe3＋，故将pH调到9左右。
（3）药剂法和离子交换法不仅可以消除水的永久硬度，也可消除水的暂时硬度。
（4）水垢的主要成分是CaCO3和Mg（OH）2，不是CaCO3和MgCO3，因为加热时MgCO3＋H2O
Mg（OH）2↓＋CO2↑。
（5）离子交换树脂软化硬水和再生的过程如下图所示：
[剖析典例·探技法]
[例1] 某综合实践活动小组到自来水厂进行参观，了解到天然水处理成自来水的工艺流程示意图如下：
（1）天然水中含Ca2＋、Mg2＋、HCO
、Cl－等，加入CaO后生成Ca（OH）2，进而发生若干个复分解反应，试写出其中任意一个反应的离子方程式：
_________________________
________________________________________________________________________。
（2）加入凝聚剂可以除去其中的悬浮固体颗粒，该过程是________（填写下列各项的序号）。
①只有物理过程，无化学过程
②只有化学过程，无物理过程
③既有化学过程又有物理过程
FeSO4·7H2O是常用的凝聚剂，加入后最终生成红褐色胶状沉淀，则这种沉淀是_____。
（3）通入二氧化碳的目的是____________________________________________________
和________________________________________________________________________。
（4）气体A的作用是__________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）下列物质中，________________可以作为气体A的代替品（填写下列各项的序号）。
①ClO2 ②浓氨水 ③SO2 ④浓硫酸
[名师解析] 由题意可知：
天然水中加入CaO后发生的复分解反应有HCO
＋OH－===CO
＋H2O、Ca2＋＋HCO
＋OH－===CaCO3↓＋H2O、Ca2＋＋2HCO
＋2OH－===CaCO3↓＋CO
＋2H2O、Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓，任意写出一个即可。
加入凝聚剂除去其中的悬浮固体颗粒，该过程既有胶体的吸附作用也有化学反应，所以既有化学过程又有物理过程。
FeSO4·7H2O加入后生成红褐色Fe（OH）3胶状沉淀。
通入二氧化碳的目的是除去钙离子并调节溶液酸度。
气体A应是氯气，其作用是杀菌消毒，所以可以找具有强氧化性的ClO2代替。
[答案]
（1）HCO
＋OH－===CO
＋H2O
（或Ca2＋＋HCO
＋OH－===CaCO3↓＋H2O或Ca2＋＋2HCO
＋2OH－===CaCO3↓＋CO
＋2H2O或Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓）
（2）③ Fe（OH）3
（3）除去钙离子、调节溶液酸度
（4）杀菌消毒
（5）①
[名师点睛] 水净化的基本流程
ClO2、O3、Na2FeO4等新型高效消毒剂正逐步替代液氯或漂白粉等传统消毒剂。
污水处理
[自读教材·夯基础]
1．污水处理
（1）污水中的悬浮物用混凝法除去。
（2）溶解在水中的污染物可采用中和法、沉淀法、氧化还原法等。
2．中和法
（1）酸性废水可用熟石灰中和；
（2）碱性废水可用H2SO4或CO2中和。
3．沉淀法
含有Hg2＋的废水，可向其中加入Na2S，离子方程式为Hg2＋＋S2－===HgS↓。
4．氧化还原法
利用空气或氧化剂可将废水中的有机物氧化为无害物质。
[跟随名师·解疑难]
实际处理工业废水时，根据污染物组成和回收用水水质要求的不同，经常需要采用多种技术分级处理。
[剖析典例·探技法]
[例2] 某厂废水中含5.00×10－3mol·L－1的Cr2O
，其毒性较大。
某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4Fe的化合价依次为＋3、＋2，设计了如下实验流程：
（1）第①步反应的离子方程式是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）第②步中用pH试纸测定溶液pH的操作是___________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）第②步过滤得到的滤渣中主要成分除Cr（OH）3外，还有______________________。
（4）欲使1L该废水中的Cr2O
完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4，理论上需要加入________gFeSO4·7H2O。
[名师解析]
（1）Cr2O
有较强氧化性，FeSO4·7H2O中Fe2＋有一定的还原性，在酸性介质中发生氧化还原反应，Cr2O
转化为Cr3＋，Fe2＋转化为Fe3＋，Cr2O
＋14H＋＋6Fe2＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。
（2）应将试纸展放在表面皿上，用玻璃棒蘸取待测液滴在试纸中部，再与标准比色卡对照得出pH。
（3）由题给框图可得：
Fe2＋过量，加NaOH溶液时，产生Cr（OH）3、Fe（OH）3和Fe（OH）2三种沉淀。
（4）1L废水中含n（Cr2O
）＝5.00×10－3mol。
由元素守恒得：
Cr2O
～4Cr0.5Fe1.5FeO4～10FeSO4·
7H2O，
所以理论上n（FeSO4·7H2O）＝10n（Cr2O
）＝0.05mol。
m（FeSO4·7H2O）＝0.05mol×278g·mol－1＝13.9g。
[答案]
（1）Cr2O
＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
（2）将一小片pH试纸放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液，点在pH试纸上，待变色后立即与标准比色卡对照
（3）Fe（OH）3、Fe（OH）2
（4）13.9
[名师点睛]
（1）注意溶液的酸碱性对氧化还原反应的影响，对物质性质的影响及对离子存在的影响。
（2）解答此类的计算题时，利用物料守恒、电荷守恒等守恒关系，可使问题简单化。
海水淡化
[自读教材·夯基础]
（1）海水淡化常用的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
（2）电渗析法是利用离子交换膜对水中阴、阳离子有选择透过性，在外加电场作用下，使阴、阳离子转移到另一部分水中而达到淡水和浓缩海水分离的方法。
（3）因地制宜地选择海水淡化的方案，需要注意：
①该地区的地理环境；
②该地区所需淡水量的多少；
③该地区的经济状况；
④该地区的技术条件。
[剖析典例·探技法]
[例3] 海水淡化可采用膜分离技术，如右图所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中的各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水，对加压后右侧海水成分变化分析，正确的是（ ）
A．溶质质量增加 B．溶液质量不变
C．溶剂质量减少D．溶质质量分数不变
[名师解析] 右侧海水中水分子能通过淡化膜进入左侧水池，而各种离子不能通过淡化膜，故溶质质量不变，溶剂质量减少，溶质质量分数增大。
[答案] C
[名师点睛]
纯水制造工业中应用最广泛的膜分离技术有电渗析法和反渗透法。
若用半透膜把含盐浓度不同的两种溶液分开后，低浓度溶液中的水会自动通过膜渗透到高浓度溶液中。
若在含盐高的一侧外加一压力，则可迫使水向相反方向渗透，这种方法即为反渗透法，本题中的方法即为反渗透法。
（1）
（2）
（3）海水淡化
硬水和软水的区分方法：
（1）加热或长期放置后有水垢产生的水是硬水。
（2）向水中加肥皂水，泡沫很少的水是硬水，有大量泡沫出现的水是软水。
1．明矾是一种较好的净水剂，这是因为（ ）
A．本身有较强的吸附性
B．本身与悬浮杂质生成沉淀
C．Al3＋水解呈酸性
D．Al3＋水解生成的Al（OH）3胶体有吸附作用
解析：
明矾溶于水电离出Al3＋，Al3＋水解生成Al（OH）3胶体：
Al3＋＋3H2OAl（OH）3（胶体）＋3H＋，Al（OH）3胶体有吸附作用。
答案：
D
2．关于硬水的下列叙述中，错误的是（ ）
A．硬水中的Ca2＋、Mg2＋离子可阻碍肥皂起泡
B．用漂白粉对自来水消毒，会增加水的硬度
C．向硬水中加入明矾，可以使硬水软化
D．雨水的硬度比海水的硬度小
解析：
C项向硬水中加入明矾，只能对一些悬浮物质吸附，并不能除去其中的Ca2＋、Mg2＋使之软化。
答案：
C
3．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是（ ）
A．①②③ B．①②④
C．②③④D．①②③④
解析：
本题考查了物质分离的方法。
中和法、化学沉淀法（加入化学试剂形成沉淀）和氧化还原法均属于化学方法，而沉淀法是分离难溶性固体和液体的混合物的方法，为基本实验操作，所以选A。
答案：
A
4．下列说法不正确的是（ ）
A．蒸馏法淡化海水是将水加热蒸发汽化，然后将蒸汽冷凝而得到蒸馏水的方法
B．离子交换膜分为阳膜和阴膜，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过，这就是离子交换膜的选择透过性
C．阳离子交换树脂中的H＋可与水中的金属阳离子M＋交换
D．阳离子交换树脂中既含有阳离子，又含有阴离子，因此既能与水中的阳离子交换，又能与水中的阴离子交换
解析：
阴离子交换树脂的交换基团是OH－，只能与溶液中的阴离子交换。
答案：
D
5．如图是某市污水处理的工艺流程示意图：
（1）常用的混凝剂可以是________（任填一种混凝剂的名称）。
（2）加入熟石灰的目的是______________，写出相关的化学方程式：
_____________。
（3）加入Na2S的作用是______________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
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]、硫酸亚铁（FeSO4）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）明矾（其他合理答案亦可）
（2）中和酸性废水
Ca（OH）2＋2HCl===CaCl2＋2H2O
（3）除去Hg2＋
[高考感悟]
1．（广东高考）下列措施不合理的是（ ）
A．用SO2漂白纸浆和草帽辫
B．用硫酸清洗锅炉中的水垢
C．高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅
D．用Na2S作沉淀剂，除去废水中的Cu2＋和Hg2＋
解析：
A项，SO2具有漂白性，可以用于漂白纸浆和草帽辫；B项，水垢的主要成分为CaCO3和Mg（OH）2，硫酸与CaCO3反应产生的CaSO4微溶于水，会覆盖在CaCO3表面，阻止反应继续进行；C项，高温下C和SiO2反应生成Si和CO，可以用于制取粗硅；D项，Cu2＋、Hg2＋能与S2－形成CuS、HgS沉淀。
答案：
B
2．（山东高考）水处理技术在生产、生活中应用广泛。
（1）含有较多________离子的水称为硬水。
硬水加热后产生碳酸盐沉淀的离子方程式为________________________________________________________________________
（写出一个即可）。
（2）将RH型阳离子交换树脂和ROH型阴离子交换树脂串接来软化天然硬水，应先使硬水通过______________（填“RH”或“ROH”）型离子交换树脂，原因是_____________________
________________________________________________________________________。
（3）通过施加一定压力使水分子通过半透膜而将大分子或离子截留，从而获得纯净水的方法称为___________。
电渗析法净化水时，使离子通过半透膜的推动力是__________。
（4）检验蒸馏水的纯度时，最简单易行的方法是测定水的__________。
解析：
（1）硬水是含有较多Ca2＋、Mg2＋的水，加热时碳酸氢钙和碳酸氢镁都能分解产生碳酸盐沉淀。
（2）先通过阴离子交换树脂会产生较多的OH－，OH－和Mg2＋能生成氢氧化镁沉淀，这会影响树脂交换的效果。
（4）测定水的电导率是检验蒸馏水纯度的最简单易行的方法。
答案：
（1）Ca2＋、Mg2＋
Ca2＋＋2HCO
CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
（或Mg2＋＋2HCO
MgCO3↓＋CO2↑＋H2O）
（2）RH 先通过阴离子交换树脂可能产生Mg（OH）2等沉淀而影响树脂交换效果
（3）反渗透法 电势差（或电场力）
（4）电导率（或电阻率）
3．（新课标全国卷）水是一种重要的自然资源，是人类赖以生存不可缺少的物质。
水质优劣直接影响人体健康。
请回答下列问题：
（1）天然水中溶解的气体主要有________、________。
（2）天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是______________________________（填其中任何两种），其净水作用的原理是___________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）水的净化与软化的区别是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）硬度为1°的水是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质（如7.1mgMgO）。
若某天然水中c（Ca2＋）＝1.2×10－3mol·L－1，c（Mg2＋）＝6×10－4mol·L－1，则此水的硬度为________。
（5）若（4）中的天然水还含有c（HCO
）＝8×10－4mol·L－1，现要软化10m3这种天然水，则需先加入Ca（OH）2________g，后加入Na2CO3________g。
解析：
（1）天然水中溶解的气体主要是空气中的主要成分，如氧气、氮气、二氧化碳等。
（2）天然水中含有一些悬浮物，除去的方法通常是在水中加入一些混凝剂，如明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁等盐，它们的净水原理是相同的，都是金属阳离子如Al3＋、Fe3＋在水中发生水解反应生成相应的氢氧化物胶体，它们可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中的其他带异种电荷的胶体微粒，使其发生聚沉，达到净化水的目的。
（3）水的净化指的是用混凝剂将水中的悬浮物、胶体微粒沉淀下来，不能把水中溶解的盐除去；水的软化是指用化学试剂或者利用离子交换膜等方法将水中溶解的钙离子、镁离子除去。
（4）m（CaO）＝1.2×10－3mol·L－1×1L×56g·mol－1＝67.2×10－3g，由钙离子引起的水的硬度为6.7°；由镁离子引起的硬度为m（MgO）＝6×10－4mol·L－1×1L×40g·mol－1＝24×10－3g，由镁离子引起的硬度为24÷7.1≈3.3°，总硬度为10°。
（5）n（HCO
）＝8×10－4mol·L－1×10000L＝8mol，将其转化为CO
需要氢氧化钙的物质的量为4mol，沉淀水中的镁离子需要氢氧化钙的物质的量n[Ca（OH）2]＝n（Mg2＋）＝6×10－4mol·L－1×10000L＝6mol，共需加入Ca（OH）2的质量为：
10mol×74g·mol－1＝740g；n（Ca2＋）＝1.2×10－3mol·L－1×10000L＋10mol＝22mol，将其完全转化为沉淀需要的碳酸根离子的总量为：
n（CO
）＝22mol，需加入n（Na2CO3）＝22mol－8mol＝14mol，m（Na2CO3）＝14mol×106g·mol－1＝1484g。
答案：
（1）氧气 二氧化碳（或氮气）
（2）明矾、硫酸铁 金属阳离子如（Al3＋、Fe3＋）在水中发生水解反应，生成相应的氢氧化物胶体，可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中的其他带异种电荷的胶体微粒，使其发生聚沉，达到净化水的目的
（3）水的净化指的是用混凝剂将水中的悬浮物、胶体微粒沉淀下来；水的软化是指用化学试剂或者利用离子交换膜等方法将水中溶解的钙离子、镁离子除去
（4）10°
（5）740 1484
[课时跟踪训练]
一、选择题（本题包括10小题，每小题5分，共50分）
1．天然水中含有较多的Ca2＋、Mg2＋、HCO
、SO
等杂质离子，关于此天然水的下列叙述中不正确的是（ ）
A．天然水具有暂时硬度和永久硬度
B．加入明矾能除去天然水中各种杂质离子而使之净化
C．将天然水蒸馏，可得较纯的蒸馏水
D．将天然水通过离子交换树脂的装置后可使之软化
解析：
加入明矾时，只能除去水中的悬浮杂质，而不能使水中的杂质离子除去，则B不正确。
答案：
B
2．FeSO4·7H2O用作天然水净化混凝剂，要调到pH为9左右的主要原因是（ ）
A．Fe2＋在碱性条件下易被氧化成Fe3＋
B．FeSO4·7H2O溶于水后显酸性
C．FeSO4·7H2O溶于水后显碱性
D．以上都不对
解析：
pH为9左右，Fe2＋更容易被氧化成Fe3＋，生成Fe（OH）3。
答案：
A
3．下列对天然水的净化认识不正确的是（ ）
A．水的净化与软化都是除去水中不溶性杂质
B．混凝剂的作用是除去水中不易沉淀的悬浮物和胶体
C．FeSO4·7H2O可用作净水工业的混凝剂
D．由Ca（HCO3）2或Mg（HCO3）2盐引起的水的硬度叫暂时硬度
解析：
水净化是除去水中的悬浮物和胶体，水的软化是降低水中Ca2＋、Mg2＋的浓度。
答案：
A
4．下列方法中能同时除去硬水中暂时硬度和永久硬度的是（ ）
①蒸馏 ②煮沸 ③加纯碱 ④加石灰 ⑤离子交换
A．①②③ B．①③⑤
C．②③⑤D．③④⑤
解析：
能同时除去硬水中暂时硬度和永久硬度的方法可以使水形成蒸气蒸馏出来，采用加入纯碱的方法使Ca2＋、Mg2＋生成沉淀而除去，另外还可以采用离子交换的方法进行除去。
答案：
B
5．某冶金厂废水的pH为4.5，含超标10倍的Pb2＋。
该厂处理废水的下列设计中，比较合理的是（ ）
A．用离子交换法除去Pb2＋
B．在废水中加硫酸，生成PbSO4沉淀
C．在废水中加NaOH，调节pH到11.0，使Pb2＋转化为氢氧化物沉淀
D．在废水中加石灰，调节pH到11.0，使Pb2＋转化为氢氧化物沉淀
解析：
废水量太大，不能用离子交换法；加硫酸虽能除去Pb2＋，但增加了溶液酸度，因石灰比NaOH廉价，故选用石灰。
答案：
D
6．下列说法中，不正确的是（ ）
A．明矾可以净水但不能降低水的硬度
B．硬水中加入肥皂会产生浑浊且泡沫少
C．经离子交换树脂处理过的软水中Na＋浓度会增大
D．硬水软化后，其成分和性质都相当于蒸馏水
解析：
用明矾净水是指用Al3＋水解生成的Al（OH）3胶体吸附并除去水中细小的悬浮物的过程，并未减少水中的Ca2＋或Mg2＋，因而不会降低水的硬度。
硬水软化是指除去或减少水中的Ca2＋、Mg2＋，其他成分基本不变，因而其成分和性质与蒸馏水差别很大。
故D项符合题意。
答案：
D
7．[双选题]锅炉长期烧煮硬水结成的锅垢的成分是（ ）
A．MgCO3B．CaSO3
C．Mg（OH）2D．CaCO3
解析：
硬水加热发生的反应有：
Ca（HCO3）2
CaCO3↓＋CO2↑＋H2O；Mg（HCO3）2
MgCO3↓＋CO2↑＋H2O；MgCO3＋H2O
Mg（OH）2↓＋CO2↑。
答案：
CD
8．高铁酸钠（Na2FeO4）的氧化性比KMnO4还强，它易被还原成Fe3＋，是一种值得推广的新型净水剂。
下列关于用Na2FeO4作为净化剂的分析中，错误的是（ ）
A．同物质的量相比，Na2FeO4的消毒效率是Cl2的1.5倍
B．该物质既能杀菌消毒，又能使水澄清净化
C．该物质既能杀菌消毒，又能除去水中的Ca2＋、Mg2＋
D．用该物质净水，不会引入对人体健康有害的物质
解析：
由Na2FeO4→Fe3＋得3e－，Cl2→2Cl－得2e－知，同物质的量时，二者消毒效率之比为3∶2；由于还原产物为Fe3＋，其水解生成的Fe（OH）3胶体可吸附水中的悬浮物质，达到净水目的，但不能除去水中的Ca2＋和Mg2＋。
答案：
C
9．[双选题]关于离子交换法软化硬水，下列叙述正确的是（ ）
A．离子交换树脂能使永久硬水软化，因其有效地除去了水中的Ca2＋、Cl－、SO
等离子
B．经离子交换树脂软化处理后，水中Na＋浓度
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