第二单元 水资源的合理利用优质课教案整理

第二单元

水资源的合理利用

第1课时

生活中的饮用水

学习目标

1．了解天然水中杂质的主要种类。

2．知道硬水、软水的概念，了解硬水对生产生活的危害。

3．理解硬水软化的煮沸法及离子交换法。

4．了解自来水生产过程的一般工序，理解铝盐、铁盐净水剂及氯气消毒剂的作用原理。

1．水中杂质分类：天然水中的杂质通常分为三类：__________、__________和__________。

2．天然水净化过程：由天然水获得可以饮用的水一般需经过____________、__________、__________等步骤。

3．水的净化

(1)原水净化过程：原水中的固体杂质和________在硫酸铝、______、硫酸亚铁、氯化铁、碱式氯化铝等混凝剂的作用下沉淀后进入过滤池，过滤后再用________吸附某些溶解在水中的杂质，并除去水中的异味。这些水必须经过______之后才能饮用。

(2)液氯消毒原理：目前我国不少自来水厂采用______消毒。原理是液氯与水发生反应生成盐酸和________。用化学方程式可以表示为______________________。次氯酸有__________，能杀死水中的细菌。此外，消毒剂还有____________、__________、______等。

预习交流1 水在自然界中不断地循环着，循环过程中会溶解或携带很多物质。根据以前所学的内容推断，来自江河或水库的水中可能含有哪些物质？这样的水适合直接饮用吗？要除去这些物质，得到可饮用的水需要采取哪些措施？

重点难点

1．天然水的净化方法。

2．理解常用净水剂和消毒剂的作用原理。

3．了解硬水软化的原理。

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4．硬水软化

(1)硬水概念：硬水是指含有______________的水，软水是指不含或含______________的水。

(2)硬水软化及方法：

除去或减少天然水中的__________等的过程，叫做硬水的软化。常用的硬水软化方法有________和______等。

①加热法：当硬水中钙、镁离子以__________、__________的形式存在时，可以通过______使钙、镁离子转化为沉淀。发生的反应为Ca(HCO3)2=====__________________ Mg(HCO3)2=====______________________ MgCO3＋H2O=====________________ ②离子交换法：当硬水中钙、镁离子以______________的形式存在时，可以通过____________将其软化。通常用到的离子交换剂为________。反应为_____________________ ________________________ 目前，用__________________来软化硬水是工业上常采用的方法。

预习交流2 水垢的主要成分是什么？

在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！

我的学困点

我的学疑点

△△△

答案：

1．悬浮物质

胶体物质

溶解物质

2．去除固体杂质和悬浮物

杀菌消毒

去除异味

3．(1)悬浮物

明矾

活性炭

杀菌

(2)液氯

次氯酸

Cl2＋H2OHCl＋HClO

强氧化性

漂白粉

二氧化氯

臭氧

预习交流1：答案：天然水含有很多杂质，如泥土、难溶无机盐、可溶性物质、细小的固体物质和致病细菌等，必须经过综合处理才能达到饮用标准。不同来源的水要想饮用，需要经过不同的处理。但是从天然水得到饮用水必须经过沉降悬浮物、杀菌消毒、去除异味等步骤。

4．(1)较多钙、镁离子

较少钙、镁离子

＋＋(2)Ca2、Mg2

加热法

离子交换法

①碳酸氢钙

碳酸氢镁

煮沸

CaCO3↓＋H2O＋CO2↑

MgCO3↓＋H2O＋CO2↑

Mg(OH)2＋CO2↑

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②硫酸盐或氯化物

离子交换法

磺化煤

2NaR＋Ca2===CaR2＋2Na

2NaR＋Mg2＋＋===MgR2＋2Na

阴、阳离子交换树脂

＋＋预习交流2：答案：水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2。硬水溶有较多Ca2、Mg2，＋＋软水溶有少量或不含Ca2、Mg2。加热可使水中的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2受热分解生成CaCO3、MgCO3沉淀，而MgCO3进一步转化为更难溶的Mg(OH)2。这样水垢的主要成分就变成CaCO3和Mg(OH)2。

＋＋

1．天然水的净化

明矾是如何净水的？

探究：为了探究明矾净水原理，取用河水和自来水进行对比实验。

药品：澄清的自来水，沉降后不澄清的河水(或池塘水)，明矾粉末。

仪器：烧杯、玻璃棒、药匙、量筒。

实验步骤：

(1)取三个烧杯，一个盛50 mL自来水，另外两个各盛50 mL不澄清河水(或池塘水)，比较自来水与河水(或池塘水)的澄清、透明状况。

(2)用药匙向一个烧杯里的河水(或池塘水)中逐渐地撒明矾粉末，同时用玻璃棒搅拌。当烧杯里的液体由浑浊变澄清时，停止该项实验操作。

(3)观察自来水、加过明矾的河水(或池塘水)、未加明矾的河水(或池塘水)，比较它们之间有什么异同点。

实验现象：_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

实验结论：__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

使用自来水时应注意些什么？

(1)沉降悬浮物质和胶体物质

常用的混凝剂：铝盐主要有明矾[KAl(SO4)2·12H2O]、硫酸铝[Al2(SO4)3]、碱式氯化铝，铁盐主要有硫酸亚铁(FeSO4)、氯化铁(FeCl3)。

(2)活性炭吸附

原水中的固体杂质与悬浮物质在混凝剂作用下沉淀后进入过滤池，过滤后的水再进入活性炭吸附池，具有强吸附性的活性炭吸附某些溶解在水中的杂质，并除去水中的异味。

(3)杀菌消毒

①常用的消毒剂：漂白粉、液氯、二氧化氯(ClO2)、臭氧等。

②液氯的消毒原理：液氯注入水中与水反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO。其中次氯酸具有强氧化性，能杀死水中的细菌，当HClO不断被消耗后，上述平衡向正反应方向移动，使水中的HClO得到及时补充。

③高铁酸盐(Na2FeO4或K2FeO4)是一种性能优良的净水剂，铁元素显＋6价，具有很强的氧化性，能非常有效地杀灭水中的细菌和病毒，同时自身被还原成氢氧化铁，所以高铁酸盐还是一种性能优良的混凝剂，能高效地除去水中的微小悬浮物。由于高铁酸盐同时具有强第

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的氧化和絮凝作用，其消毒和净化效果优于含氯消毒剂。

2．硬水的软化

＋＋＋通常，把由Ca、Mg2的碳酸氢盐引起的硬度叫暂时硬度，而把Ca2、Mg2的硫酸盐或氯化物引起的硬度叫永久硬度。我国现行标准规定：1 L水含10 mg CaO(或相当于10 mg CaO)称为1度(以1°表示)，硬度在8°以上的称为硬水，在8°以下的称为软水。经实验测定，－－－－某地的河水中含Ca(HCO3)2 2.500×103 mol·L1、Mg(HCO3)2 3.000×103 mol·L1。请回答下列问题：

(1)该河水的硬度类型是________________，硬度值是________________。

(2)若将该河水直接用于锅炉用水，主要危害是__________。

(3)欲降低该河水的硬度，下列措施中有效的是(填写代号)________。

A．加热

B．加漂白粉

C．加高铁酸钾

D．加明矾

(4)磷酸钠也是优良的硬水软化剂之一。要将该河水加工成软水，每立方米河水(设该河－水的密度为1 g·cm3)中应加磷酸钠的质量为________。

2＋

为什么不宜长期饮用纯净水？经常饮用矿泉水有益健康吗？

(1)暂时硬度和永久硬度

①暂时硬度：由Ca2、Mg2和HCO3形成的硬度为暂时硬度。

＋＋－－②永久硬度：由Ca2、Mg2和SO24、Cl形成的硬度为永久硬度。

(2)硬水的软化原理

①加热煮沸：降低硬水的暂时硬度。

＋＋－Ca(HCO3)2=====CaCO3↓＋CO2↑＋H2O Mg(HCO3)2=====MgCO3↓＋CO2↑＋H2O MgCO3＋H2O=====Mg(OH)2＋CO2↑

硬水加热煮沸产生的水垢成分为CaCO3和Mg(OH)2。锅炉中的水垢应定期清除，否则会导致受热不均而爆炸。

②药剂法软化硬水(石灰水、Na2CO3溶液)：降低硬水的暂时硬度和永久硬度。

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

CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4

③离子交换法：降低硬水的暂时硬度和永久硬度。

＋＋＋磺化煤(NaR)软化硬水的反应原理为：Na与Ca2、Mg2交换。

＋＋2NaR＋Ca2===CaR2＋2Na

＋＋2NaR＋Mg2===MgR2＋2Na

目前，工业上用阴、阳离子交换树脂软化硬水制取纯净水。

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△△△

1．下列物质都可应用于天然水的净化，从提高水的净化效果和净化水的质量两个方面考虑，它们当中最好的是(

)。

A．Cl2

B．Ca(ClO)2

C．KAl(SO4)2·12H2O

D．Na2FeO4

2．加热煮沸暂时硬水，不可能发生的反应是(

)。

A．Ca(HCO3)2=====CaCO3↓＋CO2↑＋H2O B．Mg(HCO3)2=====MgCO3↓＋CO2↑＋H2O C．Mg(OH)2=====MgO＋H2O D．MgCO3＋H2O=====Mg(OH)2＋CO2↑

3．下列说法中正确的是(

)。

A．纯净水就是纯的水

B．与普通可饮用水相比，纯净水作为饮用水一定对人体更有利

C．与纯净水相比，蒸馏水作为饮用水对人体更有利

D．瓶装纯净水可开瓶即喝

＋＋4．某地区使用含较少Ca2、Mg2的天然水按下列四个步骤制取自来水。

天然水――→――→――→――→自来水

回答下列问题：

(1)该地区的天然水属于________(“硬水”或“软水”)。

(2)在第一步中需要加入絮凝剂，常用的絮凝剂可以是____________(任填一种絮凝剂名称)。

(3)常用液氯作为消毒剂，其原理是______________________________。

＋＋5．磺化煤(代表式NaR)是一种钠型离子交换剂，它能使硬水中的Ca2、Mg2通过离子＋＋＋交换柱除去而软化。现代海水(已知海水中含Na、Ca2、Mg2等阳离子)的淡化方法是使海水按顺序通过两种离子交换树脂，其流程如图所示。

①沉降②过滤③曝气④消毒△△△△

(1)现有氢型阳离子交换树脂(HR)和羟型阴离子交换树脂(ROH)，则图中离子交换柱中分别装入的离子交换树脂(填代表式)：A柱是________；B柱是________。

(2)按上述顺序装柱的理由是____________________________________________。

6．已知下列事实：

①用自来水经过滤、消毒、蒸馏等程序可以制得直接饮用的“纯净水”。某些不法商贩为牟取暴利，用自来水冒充纯净水。

②自来水的生产过程中，常通入氯气消毒，其与水反应的产物之一是盐酸。

为了检验某样品是否是“假冒伪劣”产品，可以加入少量__________，若出现__________第

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的现象，证明是自来水。

提示：用最精炼的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分写下来并进行识记。

知识精华

技能要领

答案：

活动与探究1：答案：实验现象：

加过明矾的河水(或池塘水)由浑浊变澄清、透明，在水的底部产生了沉淀。未加明矾的河水(或池塘水)仍然浑浊，不透明

实验结论：

明矾有净水作用。加明矾可沉降水中的悬浮物而达到净化水的目的

＋＋－解析：明矾易溶于水、易电离：

KAl(SO4)2·12H2OK＋Al3＋2SO24＋12H2O。＋－＋－水也能发生微弱的电离：H2OH＋OH。在溶液里，Al3与OH结合成难电离的＋＋Al(OH)3, Al(OH)3在水中形成胶体：Al3＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H。胶体粒子的表面积很大，吸附能力很强，它吸附水中细小的悬浮物后共同沉降下去，使浑浊的水变澄清。＋－铁盐也像明矾一样有净水作用。原因是Fe3在水溶液中结合水电离出的OH生成难电离的＋＋Fe(OH)3，Fe(OH)3在水中形成胶体：Fe3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H。另外，在应用胶体来沉降水中的悬浮物时还可以加入一些粉碎了的石灰石、黏土、膨润土或硅藻土作为辅助剂，使凝聚后的絮状物增生而易于沉降。

思考与交流：答案：自来水不可以直接饮用，主要有两个原因：一是目前氯气消毒仍然是自来水消毒的一种主要方式，出厂时残留的氯气会与水中残留的少量有机物发生反应，生成对人体有害的氯代有机物；二是由于自来水从出厂到进入千家万户需要经过很长的管道运输，在此过程中水有可能受到污染，导致微生物的滋生。因此，在饮用自来水前应将自来水煮沸，以除去残留的氯气以及氯代有机物并杀死微生物。

另外，在使用自来水时，还应注意如下几个问题：

(1)警惕早晨“死水杀手”

停用一夜的水龙头及附近水管中的自来水是静止的，这些水与金属管壁会发生反应，致使金属离子进入水中，造成自来水被污染，这种水不宜饮用，也不宜用来刷牙。因此，早晨拧开自来水龙头后，应当将这种有害的“死水”放掉，大约放水几升后(满一脸盆)，方可接水使用。

(2)拒绝饮用反复煮沸的水

经过反复煮沸的水也不宜饮用，因为这样的水中亚硝酸盐的浓度很高。常饮这种水，会引起亚硝酸盐中毒。水垢随水进入人体，还会引起消化、神经、泌尿和造血系统病变，甚至引起早衰。

(3)不喝没有完全煮沸的水

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专家指出，经常喝未被完全煮沸的水，患膀胱癌、直肠癌的可能性增加21%～38%，因为自来水中的有害病菌必须达到100 ℃时才能被完全杀死。

活动与探究2：答案：(1)暂时硬度

30.8°

(2)使锅炉结垢，降低热效率，浪费燃料，甚至引起锅炉爆炸

(3)A (4)445.1 g ＋＋解析：(1)水的硬度是由Ca2或Mg2引起的。对“10 mg CaO或相当于10 mg CaO”，10 mg＋2＋可理解为含物质的量是或Mg2的化合物。

－1的Ca56 000 mg·mol该河水中Ca2、Mg2的总浓度为5.500×103 mol·L1，硬度值为

＋＋－－5.500×103 mol×56 000 mg·mol1＝30.8°

10 mg/1°－－(4)软水的硬度值在8°以下。使该河水变为8°的软水应降低的硬度值为22.8°。

Na3PO4软化硬水的化学反应原理为

＋－3Ca2＋2PO34===Ca3(PO4)2↓

＋－3Mg2＋2PO34===Mg3(PO4)2↓

每升河水的硬度值降低22.8°时，应加入Na3PO4的质量为－22.8°×10 mg/1°2－××164 56 000 mg·mol13g·mol1＝0.445 1 g 每立方米河水中加Na3PO4的质量应多于445.1 g。

思考与交流：答案：随着水污染的日趋严重，不少城市居民对饮用水的质量普遍感到疑虑和担心，因而纷纷用矿泉水、纯净水等替代日常饮用水，但如果长期饮用这种水，同样会危害身体健康。

纯净水一方面过滤掉了水中的各种有害、有毒物质，但另一方面，也过滤掉了对人体有益的矿物质。长期饮用纯净水会影响人体内的酸碱平衡，影响神经、肌肉和多种酶的活动，减弱人体免疫力。正处于生长发育期的青少年尤其要注意尽量少喝这种水。

矿泉水中含有一定的微量元素，对人体的新陈代谢有促进作用。但是，矿泉水中的微量元素含量比较单一，并不能为人体提供全面、均衡的矿物质。经常饮用这种水，会导致某些元素过量，并在血液、细胞中沉积，致使微量元素代谢失调，增加肾脏负担，易产生肾结石、尿道结石和胆结石等。

当堂检测

1．D

解析：Cl2和Ca(ClO)2只对水起杀菌消毒的作用，没有沉降水中悬浮物的作用，而且在水中残留的氯会与水中的有机物发生作用，生成对人体有害的有机氯。＋KAl(SO4)2·12H2O只对水起沉降悬浮物的作用，而且残留在水中的Al3也对人体有一定危害。Na2FeO4具有强氧化性，对水有杀菌消毒的作用，Na2FeO4在起杀菌消毒作用的过程中，＋6价铁被还原为＋3价铁，＋3价铁又水解为Fe(OH)3胶体而起沉降水中悬浮物的作用。更为重要的是，Na2FeO4在对水的消毒和沉降悬浮物的过程中，不会产生对人体有害的物质。

2．C

解析：暂时硬水中含有Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2中的一种或两种，Mg(HCO3)2、Ca(HCO3)2不稳定，在水中加热即可分解，生成正盐、二氧化碳和水。MgCO3在水中长时间煮沸，会生成溶解度更小的Mg(OH)2并放出CO2。故A、B、D三项反应均可发生。

3．D

解析：人体所需要的矿物质和微量元素许多是从饮用水中获取的。蒸馏水是纯净的水，不能用作饮用水。

4．答案：(1)软水

(2)明矾(答案合理即可) (3)液氯与水反应生成的次氯酸具有强氧化性，能杀灭水中的细菌

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解析：含有较少或不含Ca2、Mg2的水属于软水，在天然水的净化中常用的絮凝剂有明矾、氯化铁等。用液氯作为消毒剂，是因为液氯与水反应生成具有强氧化性的次氯酸，能杀灭细菌，Cl2＋H2OHCl＋HClO。

5．答案：(1)HR

ROH －＋(2)若使海水先通过ROH树脂，溶液中会有较多的OH，这样使海水中Mg2转化为Mg(OH)2沉淀，造成堵塞而使海水淡化失败

＋＋＋解析：要使海水淡化，必须借离子交换树脂的作用除去海水中的Na、Ca2、Mg2及－－＋Cl等离子，若先将海水通过ROH，溶液中会生成较多的OH，使Mg2转化成Mg(OH)2沉淀而堵塞交换柱，故必须先将海水通过HR。

6．答案：AgNO3溶液

白色沉淀析出

解析：盐酸是氯化氢的水溶液，氯化氢分子在水分子的作用下发生电离，其电离方程式＋－＋－如下：HCl===H＋Cl，加入AgNO3溶液后，AgNO3电离产生的Ag与Cl反应生成AgCl＋－沉淀，其离子方程式如下：Ag＋Cl===AgCl↓。

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