课题1　获取洁净的水教案3

课题1

获取洁净的水

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1.了解天然水净化的几种方法。2.注意污水的处理，使学生认识保护水资源的重要意义。3.了解海水淡化的意义。

一、天然水的净化

1．混凝法

(1)天然水中常含有一些悬浮物和胶体，很难用自然沉降法除去，常用加入混凝剂的方法，常用作混凝剂的有明矾、硫酸铝、聚合铝、硫酸亚铁、硫酸铁等。

(2)经过混凝法净水后，作为生活用水，还必须进行杀菌消毒，常用的消毒剂有液氯、ClO2、O3等。一般过程为混凝沉淀→过滤→杀菌。

2．化学软化法

(1)天然水中溶解的杂质离子：

阳离子：Ca2、Mg2等。

＋＋2阴离子：HCO3、CO23、SO4、Cl、NO3等。

－－－－－(2)水的硬度

①硬水和软水：把含有较多Ca2、Mg2的水叫硬水，含有较少Ca2、Mg2或不含Ca2、＋＋＋＋＋Mg2的水叫软水。

＋②暂时硬度：由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的。

永久硬度：由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的。

(3)硬水软化常用方法有加热法、药剂法和离子交换法。常用的化学药剂有纯碱、生石灰，工业锅炉用水还可用磷酸盐。

[议一议]

1．简述明矾净水与液氯消毒的区别。

答案

明矾在水中电离：KAl(SO4)2===K3H2O＋＋＋Al3＋3＋2SO24，Al－＋水解Al3＋＋Al(OH)3(胶体)＋3H，生成的Al(OH)3胶体具有较大的比表面积，能吸附水中的悬浮物形成沉淀，起到净水作用，它不能杀死水中的微生物。

Cl2溶于水，与水反应，Cl2＋H2OHCl＋HClO，生成的HClO具有强氧化性能杀死水中的

细菌，具有消毒作用，但它不具有混凝作用。

2．绿矾(FeSO4·7H2O)是一种工业常用的混凝剂，简述其混凝特点。

答案

Fe2在水中的作用与Al3相似，但水解后生成的Fe(OH)2溶解度较大，混凝效果不好，＋＋但在pH＝9左右，Fe2易被氧化为Fe3，Fe3更易水解生成Fe(OH)3胶体，能起到较好的混＋＋＋凝效果。

3．有一瓶天然水，如何用最简单的方法验证它是硬水还是软水？

答案

①加入肥皂水振荡，有大量泡沫产生的为软水，泡沫很少且有沉淀产生的是硬水。

②加入饱和Na2CO3溶液，无沉淀产生的是软水，有沉淀产生的是硬水。

原因是：Ca2＋CO23===CaCO3↓

＋－Mg2＋CO23===MgCO3↓

＋－二、污水处理及海水淡化

1．污水处理常用的化学方法

(1)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。

(2)沉淀法

向工业废水中加入化学物质作为沉淀剂，可除去其中的Hg2、Pb2、Cu2等重金属离子。

＋＋＋(3)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。

2．海水淡化

常用方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法、冷冻法等。

[议一议]

1．简述污水处理的一般流程，画出简易的流程图。

答案

一级处理通常采用物理法，即用格栅间、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。经一级处理后的水一般达不到排放标准，所以通常作为预处理。

二级处理采用生物方法(又称微生物法)及某些化学方法，除去水中的可降解有机物和部分胶体污染物。经二级处理后的水一般可达到农灌标准和废水排放标准。

三级处理主要采用化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和反渗透法等，对污水进行深度处理和净化。经三级处理后的水可用于绿化和景观用水等。

污水处理的流程图：

2．你知道天然水、自来水、纯净水、矿泉水的区别吗？

答案

①自然界中的河水、湖水、井水、海水等都是天然水，天然水中由于含有许多可溶性和不溶性杂质，因此常常浑浊。

②自来水是把江、河里的水引入水厂，经过净化、消毒处理后的水。自来水厂净水过程如下图所示：

③矿泉水中含有人体所需的矿物质和微量元素。

天然水、自来水、矿泉水的主要成分都是水，它们因含有其他成分，故都为混合物。

④纯净水是经过多重处理后得到的比较纯净的水。

一、天然水处理过程

1．天然水的净化流程

常用的混凝剂有：明矾、Al2(SO4)3、FeSO4、聚合铝等。常用的消毒剂有：漂白粉、液氯、ClO2、高铁酸盐等。

2．硬水软化的方法及原理

(1)加热法(只能软化具有暂时硬度的水) 其原理为Ca(HCO3)2=====CaCO3↓＋CO2↑＋H2O；

Mg(HCO3)2=====MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，

继续煮沸时，MgCO3可转化为更难溶的Mg(OH)2：

MgCO3＋H2O=====Mg(OH)2＋CO2↑。

(2)药剂法(石灰纯碱法)(软化暂时硬水、永久硬水) △△△

反应原理：

a．Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2===2CaCO3↓＋2H2O Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2===2CaCO3↓＋Mg(OH)2↓＋2H2O MgSO4＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaSO4

MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2

b．Ca2＋CO23===CaCO3↓

＋－(3)离子交换法(软化永久硬水) 利用了离子交换反应原理，软化水的质量高。常用离子交换树脂作离子交换剂，其软化硬水和再生的过程如图所示：

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、HCO3、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)通入气体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

22答案

(1)HCO3＋OH===CO23＋H2O(或Ca＋HCO3＋OH===CaCO3↓＋H2O或Ca＋－－－＋－－＋

22HCO3＋2OH===CaCO3↓＋CO23＋2H2O或Mg＋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

解析

由题意知：天然水中加入CaO后发生的复分解反应有HCO3＋OH===CO23＋H2O、－－－Ca2＋HCO3＋OH===CaCO3↓＋H2O、Ca2＋2HCO3＋2OH===CaCO3↓＋CO23＋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。

变式训练1

关于硬水的下列叙述中，错误的是(

) A．硬水中的Ca2、Mg2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

答案

C 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。

变式训练2

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HR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“HR”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和离子截留，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________。

答案

(1)Ca2、Mg2

Ca2＋2HCO3=====CaCO3↓＋CO2↑＋H2O(或Mg2＋2HCO3=====＋＋＋－＋－△△MgCO3↓＋CO2↑＋H2O) (2)HR

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) 解析

(1)硬水加热时可溶性的Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2受热分解成难溶性CaCO3或MgCO3、

CO2和水。

(2)若硬水先通过ROH，可产生Mg(OH)2沉淀，从而影响树脂的交换效果。

(3)从题中的叙述可知采用的是反渗透法；电渗析法净化时推动离子通过半透膜的是电势差。

(4)蒸馏水几乎不导电，因此，可采用测电导率的方法检验蒸馏水的纯度。

二、处理污水常用的化学方法

1．中和法

酸性废水常用熟石灰中和，碱性废水常用H2SO4或CO2中和。

2．沉淀法

Hg2、Pb2、Cu2等重金属离子可用Na2S除去，反应的离子方程式为Hg2＋S2===HgS↓，＋＋＋＋－Pb2＋S2===PbS↓，Cu2＋S2===CuS↓。

＋－＋－3．氧化还原法

利用氧化还原反应将有毒物质转化为无毒物质、难溶物质而除去。例如处理含氰(CN)废水：

2CN＋8OH＋5Cl2===2CO2↑＋N2↑＋10Cl＋4H2O。

例2

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正确的是(

) 选项

A B C D 答案

C 解析

A选项废酸中加生石灰中和是化学处理法，错误；B选项中加硫酸盐不能使Cu2形成＋＋－－－－污染物

废酸

Cu2等重金属离子

含苯废水

含纯碱的废水

处理措施

加生石灰中和

加硫酸盐沉降

用活性炭吸附

加石灰水反应

方法类别

物理法

化学法

物理法

化学法

沉淀，错误；C选项中用活性炭能吸附苯，正确；D选项中加石灰水后含纯碱的废水会因形成CaCO3沉淀和NaOH，碱性更强，错误。

变式训练3

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________，写出有关离子方程式：____________________。

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

Hg2＋S2===HgS↓

＋＋－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。

＋

1．明矾是一种较好的净化剂，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

＋答案

D 解析

明矾溶于水电离出Al3，Al3水解生成Al(OH)3胶体：Al3＋3H2O＋＋＋Al(OH)3(胶体)＋3H，Al(OH)3胶体有吸附作用。

2．下列说法中，正确的是(

) A．加热法可软化各种硬度的硬水

B．软水就是指不含Ca2、Mg2的水

＋＋＋C．反应2NaR＋Ca2===CaR2＋2Na的逆反应在一定条件下也能发生

＋＋D．硬水软化就是除净水中的Ca2和Mg2

＋＋答案

C 解析

加热法只能软化具有暂时硬度的硬水[因Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2受热可分解为CaCO3、Mg(OH)2而除去]，不能软化永久硬水；硬水软化是指减少或除去水中的Ca2和Mg2，不一＋＋定是除净。故A、D项均不正确；含少量或不含Ca2、Mg2的水叫软水，B错误。

＋＋3．若实行海水淡化供应饮用水，下列方法在原理上完全不可行的是(

) A．用明矾使海水中的盐分沉淀而淡化

B．利用太阳能使海水蒸馏而淡化

C．将海水加热至某一温度，降压使海水蒸发，再冷凝而得到淡水

D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含盐分的离子

答案

A 解析

A项，明矾的主要成分是KAl(SO4)2·12H2O，其中Al3发生水解：Al3＋＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H，Al(OH)3胶体粒子带正电荷，通过电性吸引作用，破坏了天＋然水中胶体杂质的稳定性使胶体杂质聚沉，但不能使海水中的很多其他可溶性盐沉淀出来，所以不能使海水淡化。海水淡化的方法：蒸馏法(B项)、电渗析法、多级闪蒸法(C项)、离子

交换法(D项)。

4．工厂的工业废水不可直接往江河湖海中排放，否则会造成严重危害。某河道两旁有甲、乙两厂，它们排出的工业废水各含有K、Fe3、Ba2、Ag、Cl、SO24、NO3、OH中的四＋＋＋＋－－－－种。又知甲厂污水pH＞7。

(1)甲厂污水中含有的四种离子可能是：___________________________________________。

(2)乙厂污水中含有的四种离子可能是：___________________________________________。

(3)对乙厂废水进行处理，方法之一，可往废水中加入一定量的________(选填“活性炭”“硫酸亚铁”或“铁粉”)，可以回收其中的金属__________(填元素符号)。

(4)消除污染的另一种重要措施是将甲、乙两厂的废水按比例混合，可使废水中的____________________(填离子符号)转化为沉淀，从而大大降低污染程度。过滤后所得废水主要含________，可用于浇灌农田。

答案

(1)OH、Cl、SO24、K

－－－＋(2)Fe3、Ba2、Ag、NO3

＋＋＋－(3)铁粉

Ag 2(4)OH、Fe3、Cl、Ag、SO24、Ba

KNO3

－＋－＋－＋解析

(1)(2)由甲厂废水pH>7知必有OH，则与之不能大量共存的Fe3、Ag必须在乙厂废－＋＋水中，由Ag不能与Cl、SO2知乙厂废水中必有NO3，而SO24大量共存，4必在甲厂废水中，＋－－－－则Ba2又必在乙厂废水中，可将8种离子分开。

＋(3)乙厂废水含Fe3、Ba2、Ag、NO3，能与备选试剂反应得金属单质的只有Fe粉，可回收＋＋＋－Ag。

(4)对比甲、乙两厂废水中的离子，可看出混合能生成Fe(OH)3、AgCl、BaSO4沉淀，过滤后废水中主要成分是KNO3，KNO3是一种化肥。