课题1　获取洁净的水教案和课堂实录

第二单元

化学与资源开发

第一节

获取洁净的水

第一课时

天然水的净化

教材分析：

如何获得在人们的生活和生产中可以使用的洁净的水，本课题从三个角度介绍洁净水的获取方法，即从天然淡水、从生产或生活污水及从海水中获取洁净水。第一节中教科书侧重介绍天然水净化的混凝法和化学软化法的化学原理、方法和简要流程。这些方法都是以化学反应原理为基础的，教科书从基本化学反应入手，给出了一些基本的化学方程式或离子方程式，使学生能从化学的角度认识实际生产中解决问题的一些方法，然后帮助学生了解生产过程中如何实现这些原理和方法的一些技术问题。

学情分析：学生经过必修1中的学习，已经初步了解胶体的形成与其相关性质，对学习本节的混凝法打下基础；能正确书写一些基本的化学方程式和离子方程式；对离子共存有一定的了解，但是对离子交换的原理还未接触。

教学目的： 知识：了解混凝法、化学软化法和离子交换法在天然水的净化中的应用

能力：知道三种天然水处理方法的原理，并能正确书写相关化学反应方程式

情感：了解化学在自然资源开发利用中的作用，认识化学与社会

发展的关系，并形成爱护环境的意识。

教学重点、难点：化学在水处理中的应用及其原理。 教学过程: 【导入新课】干旱灾区的朋友们好不容易找到的水源能直结接饮用吗？ 【分析】我们知道天然水在自然循环过程中与大气和土壤不断地接触，必然会混入很多种杂质，为了获得符合不同标准(指工业生产或生活方面)的水，必须对水进行处理，以除掉水中的一些杂质。那么如何如何对水进行处理，如何获得符合所需标准的水，这将是这节课将要学习的获取洁净的水。

【问题讨论】自来水厂生产过程中为什么加入絮凝剂？

【分析】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。所以常用加入混凝剂的方法，使细小的悬浮物和胶体聚集成较大颗粒而沉淀，然后过滤除去。像这种除杂的方法就称之为混凝法。

【板书】一、天然水的净化

【板书】1.混凝法：

（1）原理：加入一种混凝剂（如：明矾、铁盐、亚铁盐等），使水中细小的悬浮物质和胶体聚集成较大颗的颗粒而沉淀，然后过滤除去。

【提问】常用的混凝剂是明矾，你们知道明矾为什么能净化水？

【分析】明矾的主要成分是KAl(SO4)2，它是强电解质，在水溶液中发生完全电离，他的电离方程式为：KAl(SO4)2 = K+

+Al3+ + 2SO42-

，

Al3+与水发生水解反应生成Al(OH)3，水解方程式为

Al3+ + 3H2O Al(OH)3

+ 3H+。Al(OH)3在水中以絮状的胶体形式存在，通过电性吸引作用，破坏了天然水中胶体杂质的稳定性，并在分子引力作用下凝聚成大颗粒下沉。同时还能吸附一些悬浮物，这样就起到了净水的作用。

【过渡】近年来用含铝混凝剂处理饮用水的安全性不断受到质疑，有资料显示铝盐对人体健康有危害。随着社会的进步，在处理饮用水时，美国、欧盟以及日本等发达国家已普遍改用三价铁混凝剂，而铝混凝剂逐渐被淘汰。

【板书】（2）常见混凝剂：铝混凝剂：明矾，硫酸铝，聚合铝等

铁混凝剂：高铁酸盐（钠，钾），硫酸亚铁，硫酸铁，碱式硫酸铁等

【过渡】我们知道了明矾的净水原理，同样地其他铝混凝剂的净水原理和明矾一样。那铁混凝剂的净水原理又是如何的呢？由于高铁酸盐是一种新型水处理剂。下面我们就来简要学习一下高铁酸盐。

【提问】请同学们根据明矾净水水解的方程式，写出Fe3+水解的离子方程式

【板书】净水原理:Fe3+ + 3H2O＝ Fe (OH)3 + 3H+

【过渡】下面请同学看到实验2-1 【实验2-1】：在河水中加入以下物质

实验

现象

烧杯1 烧杯2 烧杯3 加入绿矾搅拌后静置

有少量胶状物出现

加NaOH溶液，使pH=9，再加绿矾搅拌后静置

加入硫酸铁搅拌后静置

有沉淀析出

有沉淀析出

【过渡】从现象可以得出什么结论呢? 【学生讨论】为什么亚铁盐的净化效果没有铁盐的效果好？

它在水中的作用与铝盐相似，亚铁盐在水中水解后生成的Fe(OH)2溶解度较大，混凝效果不好。所以，实际应用时必须将Fe2＋氧化成Fe3＋，在溶液中生成Fe(OH)3，起到较好的混凝作用。

【思考】1.天然水中含有细菌，其主要成分是蛋白质，请说出集中在家能杀灭水中细菌的简单方法？2.城市自来水以天然水为水源，请简单的说明获得自来水的过程3.在采取某种化学方法处理生活中的问题时，一般需要考虑哪些问题？

【讨论】1.加热、紫外线、消毒剂。2.先加絮凝剂形成沉淀以后过滤，将过滤的液体进行杀菌。3.根据不同的要求选择有效的化学方法，同时还有考虑经济和社会方面的问题。

【过渡】开水壶用久了，内壁会长出一层厚厚的水垢

，那说明自来水是什么水?

天然水中由于溶解了许多杂质，通常含有Ca2+、Mg2+等阳离子和HCO3-、CO32-等阴离子。我们常按照Ca2+、Mg2+的多少将天然水分为硬水和软水。对于硬水的处理常常采用化学软化法。

【板书】2、化学软化法

【板书】（1）天然水的分类：

硬水：含有较多Ca2＋、Mg2＋的水叫做硬水；如矿泉水，自来水，河水、湖水、井水、泉水，自然界中的地面水和地下水等。

软水：含有少量Ca2＋、Mg2＋或不含Ca2＋、Mg2＋的水叫做软水。如雨水，雪水（刚下的雨雪），纯净水等。

【过渡】

通常根据引起水的硬度的物质是否含HCO3-把水的硬度分为暂时硬度和永久硬度．

暂时硬度：如果水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的，这种硬度叫做暂时硬度。

永久硬度：如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的，这种硬度叫做永久硬度。

【提问】思考：暂时硬度可以用什么方法消除？

【分析】暂时硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去，故称为暂时硬度。而永久硬度不能用加热分解的方法除去，因此称为永久硬度。

【过渡】一般天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度，因此，一般所说的硬度是泛指两种硬度的总和．

【过渡】我们知道了硬水和软水，那硬水和软水应该如何鉴别呢？

【分析】（3）硬水和软水的鉴别方法: ①肥皂水法：

种类

现象

结论

硬水

泡沫少，有大量浮渣

软水

有大量泡沫，无浮渣

可用肥皂水来区别硬水和软水；硬水浪费肥皂

②加热法：

种类

现象

结论

硬水

软水

蒸发皿底部有白色固体

蒸发皿底部无或很少固体

可用蒸发法区别硬水和软水；硬水加热可形成水垢

【过渡】我们为什么要研究硬水呢？

【分析】（4）硬水给生活和生产带来的危害：

①不适宜饮用，因为它容易引起肠胃不适，还能诱发疾病；北方水的硬度高，平均寿命比南方人短6年。太硬或太软的水都不利于身体健康。

②不利于洗涤，因为它会造成洗涤剂的浪费，使衣物失去原有色泽且变硬；因为用硬水洗衣服的时候，水里的钙镁离子和肥皂结

合，生成了脂肪酸钙和脂肪酸镁的絮状沉淀，这就是“豆腐渣”的来历。

③不能做锅炉用水，因为它会使锅炉内结水垢，降低热效率，不仅浪费燃料，甚至严重时能引起锅炉爆炸。

【过渡】所以，我们必须将硬水进行软化。那么，就让我们接着学习硬水软化的方法吧！

【板书】（5）硬水软化的方法

【分析】硬水的软化就是

软化硬水的方法有多种，通常有加热法，药剂法及离子交换法。对于具有暂时硬度的水可以用加热的方法进行软化。在前面已经提到可以用加热法来消除暂时硬度，下面我们就来看一下它是如何消除的。由于具有暂时硬度的水的硬度是由Ca(HCO3)2，Mg(HCO3)2引起的。在加热的条件下它们会发生分解。

①加热法

Ca(HCO3)2Mg(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O MgCO3↓＋CO2↑＋H2O 思考：CaCO3和MgCO3的溶解度的差别？CaCO3不溶，MgCO3微溶。所以碳酸镁在进一步加热的条件下还可以与水反应生成更难溶的氢氧化镁。

MgCO3＋H2OMg(OH)2↓＋CO2↑

所以水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2

，可以用稀盐酸洗，但是为了防止腐蚀设备，需要加入合适的缓蚀剂。

【小结】通过这样处理后，溶液中Ca2＋、Mg2＋含量减小，因而硬度减小．

【过渡】对于具有永久硬度的水可采用药剂法和离子交换法进行软化。

②药剂法：

药剂法通过向硬水中加入适当的化学药剂，与Ca2＋、Mg2＋发生化学反应，使Ca2＋、Mg2＋以沉淀的形式分离出来，达到软化水的目的。

常用的化学药剂有纯碱、生石灰等。对于工业锅炉用水，还有一种用磷酸盐作药剂的处理方法，使沉淀物悬浮在水中而不结垢。根据水的硬度和对水质的要求，决定使用某种药剂或同时使用几种药剂。

A．如果对水的软化程度要求不高，或者仅为其它软化法做预处理，可以使用石灰，它能消除水的暂时硬度： CaO＋H2O=====Ca(OH)2 Ca(HCO3) 2＋Ca(OH) 2=====2CaCO3↓+2H2O Mg(HCO3) 2＋2Ca(OH) 2======Mg(OH) 2↓+2CaCO3↓＋2H2O B．如果对水的软化程度要求高一些，可以使用石灰和纯碱的混合物，它既能消除水的暂时硬度，也可以消除水的永久硬度： CaCl2＋Na2CO3CaCO3↓＋2NaCl MgSO4＋Na2CO3=MgCO3↓＋Na2SO4 MgSO4＋Ca(OH) 2=Mg(OH) 2↓＋CaSO4 CaSO4＋Na2CO3＝CaCO3↓＋Na2SO4

【板书】③离子交换法

【分析讲述】离子交换法是用离子交换剂软化水的方法。离子交换剂分无机质类和有机质类两大类。无机质类又可分天然的——如海绿砂；人造的——如合成沸石。有机质类又分碳质和合成树脂两类。其中碳质类如磺化煤等；合成树脂类分阳离子型——如强酸性和弱酸性树脂；阳离子型——如强碱性和弱碱性树脂、两性树脂和螯合树脂等类。

【过渡】离子交换剂中的阳离子与水中的Ca2＋、Mg2＋发生离子交换作用，使水得到软化。（现在常用作离子交换剂的离子交换树脂，是一类不溶于水但能与溶液中同电性离子进行交换的有机高分子电解质，常用NaR、HR等表示。）如果用NaR表示离子交换剂，你们可以用离子反应来表示离子交换法软化水的过程？

【板书】离子交换原理 2NaR+Ca2＋=CaR2+2Na＋

2NaR+Mg2＋=MgR2+2Na＋

【过渡】下面来看一下离子交换法软化水示意图；接着看一下具体的交换过程

【思考】

这种离子交换是否可以无限进行？

【分析】交换并非是无止境的。交换进行到离子交换剂中的Na+全部被Ca2＋、Mg2＋代替后，离子交换剂即失去软化硬水的能力，也就是说交换后的水不再符合软水的标准时，离子交换剂就失效了，此时必须使离子交换剂再生．

【课堂小结】