PAGE9-課題1獲得干凈的水1．了解用混凝法除去自然水中懸浮物的原理及利用化學軟化法除去自然水中可溶性雜質(zhì)的原理。2．了解污水處理的基本過程和方法，通過對水體污染的危害和造成水體污染主要污染物的了解，樹立環(huán)保意識。3．了解蒸餾法、電滲析法等海水淡化的一般方法。授課提示：對應學生用書第16頁一、水處理方法的選擇水處理方法的選擇，通常要考慮以下幾個方面：1．水質(zhì)和數(shù)量的要求。2．選擇有效的方法和設備。3．考慮必要的成本核算，進行質(zhì)量、數(shù)量及經(jīng)濟好用等方面的綜合評價。二、自然水的凈化1．混凝法除水中的懸浮物和膠體(1)定義：混凝法就是在自然水中加入混凝劑，使細小的懸浮物和膠體聚集成較大的顆粒而沉淀，然后過濾除去的方法。(2)常用的混凝劑在生活中常用明礬作混凝劑，在工業(yè)生產(chǎn)中還常用硫酸鋁、聚合鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵等作混凝劑。(3)明礬的凈水原理明礬在水中發(fā)生電離：KAl(SO4)2=K＋＋Al3＋＋2SOeq\o\al(2－,4)；Al3＋與水發(fā)生水解反應生成Al(OH)3的離子方程式：Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋。①Al(OH)3在水中以絮狀的膠體形式存在，Al(OH)3膠體粒子帶正電，水中的膠體雜質(zhì)一般帶負電，通過電性吸引作用，使膠體雜質(zhì)聚沉。②Al(OH)3膠體有較大的表面積，能吸附水中懸浮的雜質(zhì)。2．殺菌(1)用混凝劑可以除去自然水中的不溶性雜質(zhì)，若要作為生活用水，還要殺菌消毒。流程如下：混凝沉淀→過濾→殺菌。(2)常用的殺菌劑有：氯氣、臭氧、二氧化氯等。3．化學軟化法(1)水的硬度①軟水和硬水：含有較多Ca2＋、Mg2＋的水叫做硬水；含有少量Ca2＋、Mg2＋或不含Ca2＋、Mg2＋的水叫做軟水。②硬度的劃分a．短暫硬度：水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的，這種硬度叫短暫硬度。b．永久硬度：水的硬度是由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物等引起的，這種硬度叫做永久硬度。自然水大多同時具有短暫硬度和永久硬度。(2)硬水的軟化方法硬水軟化的方法通常用加熱法、藥劑法和離子交換法等。①具有短暫硬度的水可以用加熱的方法進行軟化，用化學反應方程式表示為：Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，Mg(HCO3)2eq\o(=,\s\up7(△))MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，MgCO3＋H2Oeq\o(=,\s\up7(△))Mg(OH)2↓＋CO2↑。②具有永久硬度的水可采納藥劑法和離子交換法進行軟化。三、污水處理污水處理的技術很多，可分為物理法、生物法和化學法等。依據(jù)污水處理的程度又分為一級、二級、三級。1．污水處理的常用方法常用方法有酸堿中和法、重金屬離子沉淀法等。(1)中和法①對酸性或堿性廢水，可用中和法進行處理。常用熟石灰來中和酸性廢水；用H2SO4和CO2中和堿性廢水。②高濃度的酸、堿廢水，應先回收利用，如濃縮法回收其中的酸或堿，再用中和法處理較少量的酸或堿。(2)沉淀法對于含重金屬離子的工業(yè)廢水，可以利用某些化學物質(zhì)作沉淀劑，與重金屬離子反應生成沉淀而析出，從廢水中分別。含有Na2S的工業(yè)廢水，可向其中加入HgS，轉(zhuǎn)化為Pb2＋沉淀而除去。用這種處理方法，也能同時將水中所含的Cu2＋等重金屬離子除去。(3)氧化還原法利用空氣或氧化劑可將廢水中的有機物氧化為無害物質(zhì)。2．污水處理流程一級處理通常采納物理方法，即用格柵間、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。二級處理采納生物方法及某些化學方法，除去水中的可降解有機物和部分膠體污染物。三級處理主要采納化學沉淀法、氧化還原法、離子交換法和反滲透法等，對污水進行深度處理和凈化。四、海水淡化1．常用方法海水淡化主要有蒸餾法和電滲析法。2．電滲析法原理(1)電滲析法是一種利用離子交換進行海水淡化的方法。(2)離子交換膜是一種功能性膜，應具有良好的選擇透過性和化學穩(wěn)定性。(3)電滲析法淡化海水，就是在外加直流電場的作用下，海水中的陰、陽離子分別透過陰膜和陽膜，可達到分別和濃縮的目的，從而使得淡水和濃縮海水被分別。授課提示：對應學生用書第17頁要點一硬水的軟化1．自然水硬度的形成自然水與空氣、巖石和土壤等長期接觸，其中溶解了很多雜質(zhì)，如無機鹽類、某些可溶性有機物以及氣體等，通常含有Ca2＋、Mg2＋等陽離子和HCOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)、SOeq\o\al(2－,4)、Cl－、NOeq\o\al(－,3)等陰離子。不同地區(qū)的自然水里含有這些離子的種類和數(shù)量不同。一般地說，地下水、泉水中含Ca2＋、Mg2＋較多，即硬度較高；而雨水、河水、湖水中含Ca2＋、Mg2＋少一些，即硬度較低。2．水的硬度過高的危害水的硬度過高對生活和生產(chǎn)都有害處。例如，洗滌用水假如硬度太高，水中的Ca2＋、Mg2＋與肥皂反應生成不溶于水的物質(zhì)，不僅奢侈肥皂，也洗不凈衣物。在工業(yè)上對水的硬度也有要求，如鍋爐用水假如硬度太高，長期燒煮后，水里的鈣鹽和鎂鹽會在鍋爐內(nèi)結成鍋垢，使鍋爐內(nèi)金屬管道的導熱實力大大降低，不但奢侈燃料，而且會導致管道局部過熱，使鍋爐管道變形或損壞，嚴峻時會引起爆炸事故。所以硬水的軟化特別重要。3．硬水的軟化(1)藥劑法軟化硬水①藥劑：常用的藥劑有純堿、生石灰、氫氧化鈉等；工業(yè)鍋爐用水還常用磷酸鹽處理。②原理：Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2=2CaCO3↓＋2H2OMg(HCO3)2＋2Ca(OH)2=2CaCO3↓＋Mg(OH)2↓＋2H2OCa(HCO3)2＋2NaOH=CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2OMg(HCO3)2＋2NaOH=Mg(OH)2↓＋Na2CO3＋2H2OCa2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓③適用范圍：除去水的短暫硬度和永久硬度。(2)離子交換法軟化硬化①原理離子交換法是用離子交換劑軟化水的方法。離子交換劑中的陽離子與水中的Ca2＋、Mg2＋發(fā)生離子交換作用，使水得到軟化。其工藝流程如右圖所示。圖中的離子交換劑是一種樹脂，它是不溶于水但能與溶液中相同電性離子進行交換的有機高分子電解質(zhì)，常用NaR、HR等表示。發(fā)生的反應如下：2NaR＋Ca2＋=CaR2＋2Na＋2NaR＋Mg2＋=MgR2＋2Na＋②適用范圍：除去水的短暫硬度和永久硬度。[例1]下列說法中，不正確的是()A．用明礬凈水可以降低水的硬度B．硬水中加入肥皂會產(chǎn)生渾濁且泡沫少C．經(jīng)磺化煤處理過的軟水中Na＋濃度會增大D．硬水軟化后，其成分和性質(zhì)都相當于蒸餾水[解析]用明礬凈水是指用Al3＋水解生成的Al(OH)3膠體吸附并除去水中細小的懸浮物的過程，并未削減水中的Ca2＋或Mg2＋，因而不會降低水的硬度。硬水軟化是指除去或削減水中的Ca2＋、Mg2＋，其他成分基本不變，因而其成分和性質(zhì)與蒸餾水差別很大。故A、D項符合題意。[答案]AD1．用下列方法除去含Ca2＋、Mg2＋、Cl－、HCOeq\o\al(－,3)的硬水中的致硬離子，所得到的水含離子的濃度最小的是()A．蒸餾 B．加熱煮沸C．加Ca(OH)2與Na2CO3 D．離子交換法解析：通過蒸餾可得到特別純的蒸餾水，幾乎不含任何雜質(zhì)離子，所以A是正確的。加熱煮沸只能降低由Ca2＋、Mg2＋和HCOeq\o\al(－,3)引起的水的硬度，不能完全除去Ca2＋和Mg2＋等，加入Ca(OH)2與Na2CO3或采納離子交換法雖然可以降低Ca2＋、Mg2＋的濃度，但不行能完全除去它們，并且在除去Ca2＋、Mg2＋的同時，又增加了Na＋。答案：A要點二污水處理1．水污染(1)水體污染：是指大量污染物質(zhì)排入水體，超過水體的自凈實力使水質(zhì)惡化，水體及四周的生態(tài)平衡遭到破壞，對人類健康、生活和生產(chǎn)活動等造成損失和威逼的狀況。(2)水體污染的主要來源①工業(yè)污染：工廠的“三廢”(廢氣、廢渣、廢液)倒入江河、地下，污染江河和地下水。②農(nóng)業(yè)污染：農(nóng)藥、化肥的不合理運用，也易造成水的污染。③生活污染：生活污水及生活垃圾的隨意排放，造成水的污染。④其他污染：A.病原微生物污染；B.需氧有機物污染；C.富養(yǎng)分化污染(赤潮)；D.惡臭物污染；E.地下水硬度上升；F.重金屬離子污染(水俁病)；J.石油泄露造成的海水污染；H.熱污染；I.放射性水污染。2．污水處理的方法污水處理一般可分為一級、二級和三級處理。(1)一級處理采納物理處理方法，即用格柵、篩網(wǎng)、沉沙池、沉淀池、隔油池等構筑物，去除污水中的固體懸浮物、浮油，初步調(diào)整pH，減輕廢水的腐化程度。(2)二級處理是采納生物處理方法及某些化學方法來去除污水中的可降解有機物和部分膠體污染物。經(jīng)過二級處理后，污水中BOD的去除率可達80%～90%，即BOD含量可低于30mg·L－1。(3)三級處理是進一步去除二級處理未能去除的污染物，如磷、氮及難以降解的有機污染物、無機污染物、病原體等。污水的三級處理是在二級處理的基礎上，進一步采納化學法(化學氧化、化學沉淀等)、物理法(吸附、離子交換、膜分別技術等)以除去某些特定污染物的一種“深度處理”方法。(4)污水處理時，污水中的懸浮物可用混凝法除去；對其他溶解在水中的污染物，則要依據(jù)其化學性質(zhì)采納有針對性的化學方法，如酸堿中和法、重金屬離子沉淀法等。①中和法：若為酸性廢水用熟石灰來中和。反應為2H＋＋Ca(OH)2=Ca2＋＋2H2O,2H＋＋CaO=Ca2＋＋H2O；若為堿性廢水，用H2SO4或CO2中和，反應為OH－＋H＋=H2O,2OH－＋CO2=COeq\o\al(2－,3)＋H2O或OH－＋CO2=HCOeq\o\al(－,3)。②沉淀法對于含有重金屬離子的工業(yè)廢水，可以利用某些化學物質(zhì)作為沉淀劑，與金屬離子反應生成沉淀而析出，從廢水中分別。例如，對于含有Hg2＋、Cu2＋、Pb2＋的廢水，可向其中加入Na2S，使Hg2＋、Cu2＋、Pb2＋轉(zhuǎn)化為沉淀而除去，反應為Hg2＋＋S2－=HgS↓、Cu2＋＋S2－=CuS↓、Pb2＋＋S2－=PbS↓。[例2]某地有甲、乙兩工廠排放污水，污水中各含有下列8種離子中的四種(兩廠不含相同離子)：Ag＋、Ba2＋、Fe3＋、Na＋、Cl－、SOeq\o\al(2－,4)、NOeq\o\al(－,3)、OH－。兩廠單獨排放廢水都會造成嚴峻的水污染，如將兩廠的污水按肯定比例混合，沉淀后污水便變成無色澄清且只含NaNO3，污染程度會大大降低。關于污染源的分析，你認為正確的是()A．SOeq\o\al(2－,4)和NOeq\o\al(－,3)可能來自同一工廠B．Cl－和NOeq\o\al(－,3)肯定在不同工廠C．Ag＋和Na＋可能在同一工廠D．Na＋和NOeq\o\al(－,3)來自同一工廠[解析]水污染是當今世界一個普遍問題，依據(jù)題意知，兩廠各自的廢水中心定不存在沉淀，且陰、陽離子同時存在。若Ag＋在甲廠，則Cl－、SOeq\o\al(2－,4)、OH－必在乙廠；那么Ba2＋、Fe3＋也得在甲廠中，否則將生成沉淀。由于甲廠廢水中不會都為陽離子，所以NOeq\o\al(－,3)必在甲廠廢水中，陽離子Na＋必在乙廠廢水中。故Ag＋、Na＋不在同廠廢水中，SOeq\o\al(2－,4)、NOeq\o\al(－,3)不在同廠廢水中，Na＋、NOeq\o\al(－,3)不在同廠廢水中，因而B正確。[答案]B2．某河川遭遇有機物污染嚴峻，發(fā)生臭味，后來在污水處理系統(tǒng)完成后，嚴格執(zhí)行污水排放制度，并向河水輸送某種氣體，使水質(zhì)得到顯著的改善(包括有利于復原自然生態(tài))。試問輸入河川的是何種氣體()A．二氧化碳 B．一氧化碳C．氯氣D．氧氣 E．氫氣答案：D要點三海水淡化海水中含有不少化學物質(zhì)，不能干脆飲用。目前，淡化海水的方法已有十種之多，其中最為主要的有：1．蒸餾法：蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由于技術不斷地改進與發(fā)展，該法至今仍占統(tǒng)治地位。蒸餾淡化過程的實質(zhì)就是水蒸氣的形成過程，其原理猶如海水受熱蒸發(fā)形成云，云在肯定條件下遇冷形成雨，而雨是不帶咸味的。2．電滲析法：該法的技術關鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5mm～1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區(qū)分為正離子交換膜(陽膜)與負離子交換膜(陰膜)。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個獨立的間隔室，海水充溢在各個間隔室中，在外加直流電場的作用下，海水中的陰、陽離子分別透過陰膜和陽膜，從而使一個間隔室的海水被淡化，而其相鄰的間隔室的海水被濃縮，這樣，淡水和濃縮海水被分別。[例3]以下是有關海水淡化的敘述，其中不正確的是()A．蒸餾法比電滲析法獲得的淡水純度高B．蒸餾法比電滲析法獲得的淡水純度低C．電滲析法所形成的濃水屬于純無用之水D．電滲析法所形成的濃水可以再利用[解析]由于海水中的鹽類沸點都很高，電滲析時離子的移動是有自由性的，所以蒸餾法比電滲析法獲得的淡水純度高。電滲析法所形成的濃水又叫鹵水，可從其中提取多種化工原料。[答案]BC3．海水約占地球現(xiàn)有總水量的97%，海水淡化問題成為科學家的主要探討方向。下列淡化海水的方法不行行的是()A．加化學試劑，使海水中的鹽分沉淀B．利用太陽能，將海水蒸餾而去掉鹽分C．將海水通過離子交換樹脂而除去鹽分D．利用半透膜，采納反滲透法而除掉鹽分解析：海水中Na＋等離子不能通過加化學試劑而沉淀，A項錯誤；B項為蒸餾法淡化海水；C項為電滲析法淡化海水；D項為反滲透法淡化海水。答案：A授課提示：對應學生用書第19頁1．污水處理的主要方法有：①中和法；②化學沉淀法；③氧化還原法；④過濾法。其中屬于化學方法的有()A．①②③ B．①②④C．②③④ D．①②③④解析：本題考查了物質(zhì)分別的方法。中和法、化學沉淀法(加入化學試劑形成沉淀)和氧化還原法均屬于化學方法，而過濾法是分別難溶性固體和液體的混合物的方法，為基本試驗操作，所以選A。答案：A2．若實行海水淡化供應飲用水，下列方法在原理上完全不行行的是()A．用明礬使海水中的鹽分沉淀而淡化B．利用太陽能使海水蒸餾而淡化C．將海水緩慢凝固以獲得淡化的飲用水D．將海水通過離子交換樹脂，以除去所含鹽分的離子解析：海水淡化的方法：蒸餾法、電滲析法、離子交換法。選項A，明礬的主要成分是KAl(SO4)2·12H2O，不能使海水中的鹽沉淀出來，所以不能使海水淡化。答案：A3．下列說法正確的是()A．軟水中肯定不含Ca2＋、Mg2＋B．硬水經(jīng)煮沸后就肯定變?yōu)檐浰薈．水垢的主要成分是碳酸鈣和氫氧化鎂D．經(jīng)過磺化煤處理過的水是不含離子的超凈水解析：硬水與軟水的區(qū)分是Ca2＋、Mg2＋含量的多與少，不是有與沒有，故A項不對。煮沸的方法是Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2的分解以及MgCO3轉(zhuǎn)變?yōu)镸g(OH)2的過程，故C項對。煮沸時能使含短暫硬度較高的硬水中的Ca2＋、Mg2＋濃度降低，但不肯定能降低到軟水中Ca2＋、Mg2＋的含量標準，更何況有的硬水中的硬度更多是由于永久硬度造成的，故B項不對。磺化煤只能交換陽離子，水中還含有多種陰離子和交換出的大量Na＋，故D項不對。答案：C4．下列說法中，不正確的是()A．加熱法只可軟化短暫硬度的硬水B．海水淡化的主要方法有蒸餾法和電滲析法等C．反應2NaR＋Ca2＋=CaR2＋2Na＋的逆反應在肯定條件