專題1多樣化的水處理技術(shù)ⅠB選修化學(xué)與技術(shù)1．了解化學(xué)在水處理中的應(yīng)用。2．了解海水的綜合利用和海水淡化的主要方法?！痘瘜W(xué)與技術(shù)》專題1

考試說(shuō)明某氮肥廠氨氮廢水中的氮元素多以NH4+和NH3·H2O的形式存在，該廢水的處理流程如下：（1）過(guò)程Ⅰ:加NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH至9后，升溫至30℃,通空氣將氨趕出并回收。①用離子方程式表示加NaOH溶液的作用：

。②用化學(xué)平衡原理解釋通空氣的目的：

。ⅢⅡ含HNO3廢水達(dá)標(biāo)廢水氨氮廢水Ⅰ低濃度氨氮廢水（2010北京卷）（2）過(guò)程Ⅱ：在微生物作用的條件下，NH4+經(jīng)過(guò)兩步反應(yīng)被氧化成NO。兩步反應(yīng)的能量變化示意圖如下①第一步反應(yīng)是

反應(yīng)（選填“放熱”或“吸熱”），判斷依據(jù)是

。②1molNH4+(aq)全部氧化成NO3-(aq)的熱化學(xué)方程式是

。（3）過(guò)程Ⅲ：一定條件下，向廢水中加入CH3OH，將HNO3還原成N2。若該反應(yīng)消耗32gCH3OH轉(zhuǎn)移6mol電子，則參加反應(yīng)的還原劑和氧化劑的物質(zhì)的量之比是

。（2011山東卷）水處理技術(shù)在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛。（1）含有較多_______離子的水稱為硬水。硬水加熱后產(chǎn)生碳酸鹽沉淀的離子方程式為_(kāi)_________（寫(xiě)出一個(gè)即可）（2）將RH型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和ROH型陰離子交換樹(shù)脂串接來(lái)軟化天然硬水，應(yīng)先使硬水通過(guò)________（填“RH”或”ROH“）型離子交換樹(shù)脂，原因是__________。(3)通過(guò)施加一定壓力使水分子通過(guò)半透膜而將大分子或離子截留，從而獲得純凈水的方法稱為

。電滲析法凈化水時(shí)，使離子通過(guò)半透膜的推動(dòng)力是

。（4）檢驗(yàn)蒸餾水的純度時(shí)，最簡(jiǎn)單易行的方法是測(cè)定水的_________?？键c(diǎn)1：淡水資源緊缺問(wèn)題的解決(1)造成淡水資源緊缺的主要原因工業(yè)污水、生活污水、農(nóng)業(yè)污水是造成水體污染的關(guān)鍵原因。1、地球上總的水體積大約為14億立方千米，其中只有2.5％是淡水，或者說(shuō)只有0.35億立方千米的淡水。大部分的淡水以永久性冰或雪的形式存在，或成為埋藏很深的地下水。2、我國(guó)水資源總量位于世界第6位;若按人均水資源計(jì)算,則僅為平均水平的1/4,排名在第110位之后.且南多北少、夏季多,冬季少；同時(shí)浪費(fèi)也大。一是淡水水資源本身儲(chǔ)量少，且分布不勻;二是水污染嚴(yán)重。措施1.全民關(guān)注，倡導(dǎo)節(jié)約用水1.第47屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)確定每年3月22日為世界水日。2.日常生活中提倡節(jié)約用水、一水多用、推廣節(jié)水器具、少使用洗滌劑和清潔劑

。措施2.減少污水排放，從源頭治理污水城市污水中工業(yè)污水約占70%。但是工業(yè)污水中含有某些寶貴的資源，生活污水中含有豐富的植物營(yíng)養(yǎng)素。所以污水處理和防治的重點(diǎn)有：

（1）

對(duì)城市污水實(shí)行回收、加工、利用，成為二次利用的“中水”，可供農(nóng)林灌溉、消防、沖廁所之用。“中水”可緩解水資源短缺問(wèn)題。熟悉污水處理的主要方法1.物理處理法——主要是利用物理原理和機(jī)械作用對(duì)廢水進(jìn)行治理，如過(guò)濾、離心、沉淀分離等方法2.化學(xué)處理法——通過(guò)施用化學(xué)試劑或采用其他化學(xué)手段進(jìn)行廢水處理的方法，如：①化學(xué)混凝法(加凈水劑)②中和法（軋鋼廠中的廢水(酸性)）③化學(xué)沉淀法（廢水中重金屬離子的除去）④氧化還原法（油類、氰化物、硫化物）等方法常用的氧化劑：空氣、臭氧、氯氣等如：①Fe2+的除去：用石灰水、空氣將Fe2+轉(zhuǎn)化Fe(OH)3除去②Cr3+的除去：用石灰水調(diào)節(jié)pH至8~9時(shí)，Cr3+形成沉淀除去。③氰化物的除去：在堿性條件下用次氯酸鹽將CN-氧化。2CN－＋5ClO－＋2OH－＝2CO32－＋N2↑＋5Cl－＋H2O2Cr3++3Ca(OH)2=Cr(OH)3↓+3Ca2+3.生物化學(xué)處理法——通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥。在強(qiáng)力通入空氣的條件下（曝氣），微生物以水中的有機(jī)廢物為養(yǎng)料生長(zhǎng)繁殖，將有機(jī)物分解為二氧化碳、水等無(wú)機(jī)物，從而達(dá)到凈化污水的目的。關(guān)鍵：1.培養(yǎng)好活性污泥中的微生物。2.提高曝氣效率，使微生物獲得足夠的氧氣。減少污水的排放量—從源頭處理污水的有效手段1.水的理化性質(zhì)——色度、濁度、pH等2.無(wú)機(jī)物——溶解氧（DO）、某些金屬離子、氯離子、硫酸根離子、氮和磷的化合物等3.有機(jī)物——通常測(cè)定生化需氧量（BOD）資料卡：水的DO與BODDO：——水中的溶解氧量（單位：mg/L），反應(yīng)水體自凈能力的大小。BOD：——水中有機(jī)物經(jīng)微生物分解所需的氧氣量（單位：mg/L），污水中有機(jī)物的含量越大，BOD越高，水的富營(yíng)養(yǎng)化程度越高。了解水污染的檢測(cè)項(xiàng)目污水檢測(cè)例、城市環(huán)境污染是當(dāng)前突出的環(huán)境問(wèn)題。如圖甲所示，X河流經(jīng)某工業(yè)城市，其中a處在上游，附近有豐富的黃鐵礦資源，d處在下游，有多個(gè)企業(yè)以硫酸為原料。根據(jù)某月該市環(huán)保局監(jiān)測(cè)站對(duì)X河水質(zhì)檢測(cè)的結(jié)果，繪制成圖乙。根據(jù)甲、乙兩圖，判斷下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是A．造成X河污染的主要污染源最可能分布在bc段

B．工業(yè)、生活污水和固體廢棄物等可能是造成X河污染的污染源

C．d處污染程度減小，可能是某些污染物的離子間發(fā)生反應(yīng)所致

D．該城市建造硫酸廠時(shí)，綜合考慮諸多因素選址在b處最合理D措施3：天然水的凈化處理天然水中所含的雜質(zhì)凈化處理1：加

使懸浮的固體顆粒沉降混凝劑①混凝劑——化學(xué)沉降劑，除去水中的懸浮物質(zhì)；②常見(jiàn)的混凝劑：鋁鹽—明礬KAl(SO4)2·12H2O、Al2(SO4)3、堿式氯化鋁AlCln(OH)3-n；鐵鹽（FeCl3

）等；思考：為什么鋁鹽、鐵鹽能凈水呢？③鋁鹽、鐵鹽的凈水原理－－（鹽類的水解）Al3++3H2OAl(OH)3(膠體)+3H+Fe3++3H2OFe(OH)3(膠體)+3H+膠體具有很強(qiáng)的吸附能力，能吸附水中的懸浮雜質(zhì)而沉降。1.有強(qiáng)吸附性的活性炭可除去水中的異味凈化處理2：利用

除水中異味活性炭2.活性炭也可吸附某些溶解在水中的雜質(zhì)。除臭劑：活性炭（比表面積大，吸附能力強(qiáng)）凈化處理3：水源的殺菌消毒方法2：大量水可添加消毒劑（強(qiáng)氧化劑），如氯氣、漂白粉、臭氧、二氧化氯等。考慮：氯氣的消毒原理？其在消毒過(guò)程中有何缺陷？方法1：少量的水常用加熱煮沸法進(jìn)行殺菌消毒。注意：沉降、消毒二合一：

Na2FeO4。城市自來(lái)水的獲取——生產(chǎn)流程1.取水：2.沉降：在沉淀池中加入混凝劑靜置，水中的懸浮物可沉降到池底。3.過(guò)濾：使水通過(guò)粗沙、細(xì)沙，除去沉淀和殘余的懸浮物。4.曝氣：把水暴露在空氣中，使水與空氣接觸面增大，增大水中氧氣的含量，以加速有機(jī)物的分解。5.消毒：加入消毒劑殺滅水中有毒微生物。例：目前，科學(xué)家致力于研制高效、安全、無(wú)毒的飲用水消毒劑。

(1)近年來(lái)，某些自來(lái)水廠在用液氯進(jìn)行處理的同時(shí)還加入少量液氨，其反應(yīng)的化學(xué)方程為：NH3+HClOH2O+NH2Cl(一氯氨)。NH2Cl較HClO穩(wěn)定，加液氨能延長(zhǎng)液氯殺菌時(shí)間的原因是：_____________________________________________________。

(2)科研人員發(fā)現(xiàn)在氯消毒的飲用水中，含有微量對(duì)人體有潛在危害作用的含氯化合物。世界環(huán)保聯(lián)盟即將全面禁止在自來(lái)水中加氯氣，推廣采用光譜性高效殺菌消毒劑二氧化氯(ClO2，黃綠色氣體)。目前歐洲和我國(guó)主要采用Kesting法(原料為氯酸鈉和鹽酸)制ClO2，該法的缺點(diǎn)是同時(shí)產(chǎn)生Cl2(占ClO2體積的一半)，使產(chǎn)物純度低。

①試寫(xiě)出該法制ClO2的化學(xué)反應(yīng)方程式：______________________________________________。

②Cl2和ClO2都是通過(guò)氧化作用而殺菌消毒，試計(jì)算在等質(zhì)量時(shí)，ClO2的氧化能力是Cl2的

倍。加液氨后，使HClO部分轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的NH2Cl，當(dāng)HClO開(kāi)始消耗后，平衡左移又產(chǎn)生HClO起殺菌作用2NaClO3+4HCl=2NaCl+2ClO2↑+Cl2↑+2H2O2.63

③Na2FeO4物質(zhì)在凈水、消毒過(guò)程中可以起到很好的作用，原理？1、知道下列概念：硬水、軟水、水的硬度、暫時(shí)硬度、永久硬度。2、了解加熱法、藥劑軟化法、離子交換法軟化硬水的原理*3、能正確書(shū)寫(xiě)硬水軟化的離子方程式*4、正確使用總硬度紙測(cè)定水的硬度*5、水的硬度的簡(jiǎn)單計(jì)算考點(diǎn)2：硬水及其軟化1.硬水：溶有較多量的Ca2+和Mg2+的水(如:井水等)2.軟水：只溶有較少量或不含Ca2+和Mg2+的水(如:蒸餾水等)若硬度過(guò)高，1.對(duì)于不習(xí)慣的人來(lái)說(shuō)，易造成腸胃功能紊亂，導(dǎo)致疾病的發(fā)生，如南方人初到北方時(shí)的“水土不服”現(xiàn)象；長(zhǎng)期飲用過(guò)硬的水，還會(huì)使胃炎、結(jié)石等病的發(fā)病率上升。2.浪費(fèi)肥皂，衣物不易洗凈，還使衣服變硬。3.鍋爐用水硬度過(guò)高易形成鍋垢，不僅浪費(fèi)燃料，而且會(huì)使鍋爐管道因受熱不均而導(dǎo)致變形或損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起爆炸事故。若硬度過(guò)低，則人無(wú)法從水中吸收人體發(fā)育所必需的無(wú)機(jī)鹽離子和微量元素等，對(duì)人體的危害也很大?？键c(diǎn)2：硬水及其軟化水的硬度的表示和測(cè)定1.概念：一般把1L水里含有10mgCaO(或含相當(dāng)于10mgCaO的物質(zhì)，如7.1mgMgO)稱為1度。0～4°4～8°8～16°16～30°>30°很軟水軟水中硬水硬水很硬水例:經(jīng)測(cè)定:某天然水中Ca2+濃度為0.001mol/L，Mg2+濃度為0.002mol/L，（1）試求該天然水的總硬度。（2）如何證明這個(gè)硬度是暫時(shí)硬度還是永久硬度？注意：水的硬度可分為暫時(shí)硬度（由碳酸氫鈣、碳酸氫鎂引起的）和永久硬度（由鈣、鎂的硫酸鹽或氯化物引起的）水的硬度的表示和測(cè)定2.常用的測(cè)定方法：總硬度試紙+標(biāo)準(zhǔn)色階操作：（P11-檢索咨詢）將試紙浸入水樣，1s后取出，放置3min后，與標(biāo)準(zhǔn)色階相比即可得出水的總硬度。簡(jiǎn)單鑒別：肥皂反應(yīng)軟水中產(chǎn)生泡沫多；硬水中產(chǎn)生泡沫少，形成較多白色垢狀物。軟水與硬水的簡(jiǎn)單鑒別硬水的軟化1.加熱煮沸法Ca(HCO3)2==CaCO3↓+CO2↑+H2OMg(HCO3)2==MgCO3↓+CO2↑+H2OMgCO3+H2O==Mg(OH)2↓+CO2↑注意：此法只能消除暫時(shí)硬度，永久硬度沒(méi)變化實(shí)質(zhì)：降低Ca2+、Mg2+的含量

Ca(HCO3)2CaCO3

Mg(HCO3)2Mg(OH)2

MgCl2Mg(OH)2

Ca(OH)2Na2CO3Ca2++CO32-=CaCO3↓Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓2Ca2++2HCO3-+2OH-=2CaCO3↓+2H2OMg2++2HCO3-+2Ca2++4OH-=Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O先后加入的藥劑：石灰、純堿。CaCl2CaCO3Ca(OH)2CaCO32.藥劑軟化法3.離子交換法（1）離子交換樹(shù)脂基本原理：先把水通過(guò)陽(yáng)柱（裝有陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的離子交換柱），使水中的金屬離子被陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂中的氫離子被交換到水中去；然后再通過(guò)陰柱，使水中的陰離子被陰離子樹(shù)脂吸附，陰離子樹(shù)脂將氫氧根離子交換到水中，和氫離子反應(yīng)生成水，使水得到凈化。離子交換樹(shù)脂使用時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)失去軟化能力，這時(shí)應(yīng)該用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液進(jìn)行再生處理。3.離子交換法*（2）磺化煤法

2NaR+Ca2+=CaR2+2Na+2NaR+Mg2+=MgR2+2Na+

注：①能消除暫時(shí)硬度、永久硬度②磺化煤可以用飽和食鹽水再生利用例1.家用的凈水裝置中有活性碳濾器、臭氧發(fā)生器、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂RH、陰離子交換樹(shù)脂ROH等，當(dāng)水塔流出的水經(jīng)過(guò)這些裝置，下列敘述，正確的是()

A.活性炭可除臭

B.臭氧的目的是可提高水中之含氧量

C.通過(guò)RH、ROH后的水中Ca2+、Mg2+濃度為0，這樣的水稱為軟水

D.陽(yáng)離子交換樹(shù)脂使用一段時(shí)間后，可用稀NaOH溶液沖洗使其再生AE例2.某學(xué)生取礦泉水試樣檢測(cè)，其pH約為6.5，將其緩慢通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂后，測(cè)得其pH約為3，則該礦泉水是否為硬水。c(H+)=10-3-10-6.5=10-4mol/L，c(Ca2+)=10-3/2mol/L，m(CaO)=56×1000×(10-3/2)=28mg/L=2.8°＜8°1、知道海水是一種重要的資源，海水淡化技術(shù)是解決淡水資源緊缺問(wèn)題的關(guān)鍵。2、了解海水淡化的主要方法3、了解蒸餾法淡化海水的基本原理*4、了解電滲析法、反滲透和冷凍法淡化海水的基本原理*5、了解減壓蒸餾的原理*6、了解離子膜的作用考點(diǎn)3：海水的淡化考點(diǎn)3：海水淡化海水淡化就是利用物理、化學(xué)或生物方法除去海水中溶有的鹽。主要方法有：蒸餾法、電滲析法、反滲透法和冷凍法等。地球是個(gè)藍(lán)色的星球，表面積約3/4被海水所覆蓋。海水占地球總水量的97%以上，可是它含鹽量高，20℃時(shí)的密度達(dá)到1.0243g/cm-3，不適合人類飲用，也不適合作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水。1.蒸餾法海水淡化的方法②優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟。③缺點(diǎn)：能耗大。④減壓蒸餾：降低壓強(qiáng)，使水的沸點(diǎn)降低，從而在低溫下使水沸騰，減小能耗。①原理：利用液體沸點(diǎn)不同加熱液體，使不同組分在不同溫度沸騰汽化，再將蒸汽冷凝收集在容器中。蒸餾法淡化的水量約占世界海水總淡化量的70%。海水淡化的方法①原理：在外加直流電場(chǎng)的作用下，處于中間位置海水槽里的陰離子、陽(yáng)離子分別透過(guò)陰離子交換膜、陽(yáng)離子交換膜遷移到陽(yáng)極區(qū)、陰極區(qū)，中間水槽里的水含鹽量就降低了。②特點(diǎn)：消耗的電能大，但其成本只有蒸餾法的1/4。③離子交換膜：用離子交換樹(shù)脂制成的薄膜，也稱電滲析膜。有陰、陽(yáng)離子交換膜之分，陰離子只能通過(guò)陰離子交換膜，陽(yáng)離子只能通過(guò)陽(yáng)離子交換膜。2.電滲析法①滲透現(xiàn)象：濃度較小的溶液中的水分會(huì)通過(guò)半透膜滲透到濃度較大的溶液中，使原來(lái)濃度較大的一側(cè)溶液液面升高，當(dāng)液面升高產(chǎn)生的壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)能阻止水的繼續(xù)滲透，這個(gè)壓力稱為滲透壓。②反滲透法的原理：如果在含鹽濃度較大的溶液一側(cè)施加一定的壓力，可以迫使水從濃溶液一側(cè)向稀溶液一側(cè)滲透，使?jié)馊芤簼舛仍龃?，得到淡水。③?yōu)點(diǎn)：可以大量、快速地生產(chǎn)淡水。尋找更理想的滲透膜，是目前努力的方向。3.反滲透法4.冷凍法把冷海水噴入真空室，部分海水蒸發(fā)吸熱使其余海水冷卻形成冰晶。固體冰晶中的雜質(zhì)要比原溶液中少得多。將得到的冰晶用適量的淡水淋洗、溶化，就得到淡水。由于水的比熱、汽化熱大，這種技術(shù)要消耗大量的能源。海水淡化的方法海水淡化流程圖（1）南海某小島上，解放軍戰(zhàn)士為了尋找合適的飲用水源，對(duì)島上山泉水進(jìn)行分析化驗(yàn)，結(jié)果顯示水的硬度為28°（屬于硬水），主要含鈣離子、鎂離子、氯離子和硫酸根離子。請(qǐng)思考下列問(wèn)題：①該泉水屬于

硬水（填寫(xiě)“暫時(shí)”或“永久”）。②島上還可以用海水淡化來(lái)獲得淡水。下面是海水利用電滲析法獲得淡水的原理圖，已知海水中含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-等離子，電極為惰性電極。請(qǐng)分析下列問(wèn)題：通電后①陽(yáng)離子交換膜是指

（填A(yù)或B）。②寫(xiě)出通電后陽(yáng)極區(qū)的電極反應(yīng)式：

；陰極區(qū)的現(xiàn)象是：

。永久

B

Cl-+2e-=Cl2↑電極上產(chǎn)生無(wú)色氣體，溶液中出現(xiàn)少量白色沉淀。（2）下圖是某飲水廠從天然水制備純凈水（去離子水）的工藝流程示意圖：活性炭的作用是

：O3消毒的優(yōu)點(diǎn)是

。A、B中放置的物質(zhì)名稱分別是：A

；B

。去除水中的異味并吸附溶解在水中的物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)物無(wú)毒無(wú)害陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂例4.

亞氯酸鈉（NaC1O2）是一種重要的含氯消毒劑，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白與殺菌。以下是過(guò)氧化氫法生產(chǎn)亞氯酸鈉的工藝流程圖：已知：①NaC1O2的溶解度隨溫度升高而增大，適當(dāng)條件下可結(jié)晶析出NaC1O2·3H2O．②純C1O2易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10%以下安全。（1）發(fā)生器中鼓入空氣的作用可能是

.（2）吸收塔內(nèi)的反應(yīng)的化學(xué)方程式為

.吸收塔的溫度不能超過(guò)20℃，目的是防止H2O2分解，化學(xué)方程式：

。（3）在堿性溶液中NaC1O2比較穩(wěn)定，所以吸收塔中應(yīng)維持NaOH稍過(guò)量，判斷NaOH是否過(guò)量的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方法是

。（4）從濾液中得到NaC1O2·3H2O粗晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次是

。稀釋C1O2以防止爆炸

2NaOH+2C1O2+H2O2=2NaC1O2+2H2O+O2

2H2O2=2H2O+O2↑

連續(xù)測(cè)定吸收塔內(nèi)溶液的pH

蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾

練習(xí):從海水中提取物質(zhì)的方法

海水中含有的各種元素的特點(diǎn)：種類多，總儲(chǔ)量大，富集程度低。因此，從海水中提取物質(zhì)需要解決物質(zhì)的富集的問(wèn)題。例如：

（1）從海水中提取溴的主要工藝流程

①用

法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。

②向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)：

③向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸汽，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到富集的目的，方程式為：

④向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣反應(yīng)的方程式為

⑤用

萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的溴單質(zhì)。

（2）進(jìn)行從海帶中提取碘實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理及應(yīng)注意的問(wèn)題

①反應(yīng)原理：海帶中的碘元素主要以I-的形式存在，提取時(shí)用適當(dāng)?shù)难趸瘎⑵溲趸蒊2，再萃取出來(lái)。如用H2O2做氧化劑，反應(yīng)的離子方程式是為：蒸餾四氯化