选修IB系列专题化学与技术多样化的水处理技术

1、1专题15化学与技术 第第1 1讲多样化的水处理技术讲多样化的水处理技术网络构建网络构建 2要点一要点一 水的净化与污水处理水的净化与污水处理 1生活用水的净化生活用水的净化 (1)除去水中的固体杂质和悬浮物除去水中的固体杂质和悬浮物 常用混凝剂为铝盐常用混凝剂为铝盐(如硫酸铝、 明矾、 碱式氯化铝等如硫酸铝、 明矾、 碱式氯化铝等)、三价铁盐等。 原理为：三价铁盐等。 原理为： Al33H2O Al(OH)3(胶胶体体)3H，Fe33H2O Fe(OH)3(胶体胶体)3H，生成的胶体能吸附水中的悬浮物质而沉降。生成的胶体能吸附水中的悬浮物质而沉降。 要点精讲要点精讲 3(2)消毒：常用的消毒

2、剂为氯气、漂白粉、臭氧、二消毒：常用的消毒剂为氯气、漂白粉、臭氧、二氧化氯等。氧化氯等。 (3)除去水中的异味：活性炭颗粒的比表面积大，吸除去水中的异味：活性炭颗粒的比表面积大，吸附能力强，让水通过由细小的活性炭颗粒组成的滤附能力强，让水通过由细小的活性炭颗粒组成的滤床能够除去水中的异味。床能够除去水中的异味。 2污水处理污水处理 通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥，在强力通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥，在强力通入空气的条件下，微生物以水中的有机废物为养通入空气的条件下，微生物以水中的有机废物为养料生长繁殖，将有机物分解为二氧化碳、水等无机料生长繁殖，将有机物分解为二氧化碳、水等无机物

3、，从而达到净化污水的目的。物，从而达到净化污水的目的。 4【典例导析 1】 下列所述情况可能引起水污染的是下列所述情况可能引起水污染的是( ) 城市生活污水的任意排放城市生活污水的任意排放 农业生产中农药、 化农业生产中农药、 化肥使用不当肥使用不当 海上油轮石油泄漏海上油轮石油泄漏 工业生产中工业生产中废液、废渣、废气的排放废液、废渣、废气的排放 A B C D 解析解析 上述内容均能造成水体污染。上述内容均能造成水体污染。 【典例导析1】 下列所述情况可能引起水污染的是下列所述情况可能引起水污染的是( ) 城市生活污水的任意排放城市生活污水的任意排放 农业生产中农药、化农业生产中农药、化肥

4、使用不当肥使用不当 海上油轮石油泄漏海上油轮石油泄漏 工业生产中工业生产中废液、废渣、废气的排放废液、废渣、废气的排放 A B C D 解析解析 上述内容均能造成水体污染。上述内容均能造成水体污染。 D5【典例导析 2】自来水用氯气杀菌消毒，不法商贩用自自来水用氯气杀菌消毒，不法商贩用自来水冒充纯净水出售， 为辨真伪， 可用下列哪一种试来水冒充纯净水出售， 为辨真伪， 可用下列哪一种试剂鉴别剂鉴别 ( ) A酚酞试液酚酞试液 B氯化铁溶液氯化铁溶液 C硝酸银溶液硝酸银溶液 D氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 解析解析 自来水用自来水用 Cl2杀菌消毒时，氯被还原为杀菌消毒时，氯被还原为 Cl，检验检验

5、 Cl应选用硝酸银溶液， 若是自来水则会生成白应选用硝酸银溶液， 若是自来水则会生成白色沉淀，故选色沉淀，故选 C。 【典例导析 2】自来水用氯气杀菌消毒，不法商贩用自自来水用氯气杀菌消毒，不法商贩用自来水冒充纯净水出售， 为辨真伪， 可用下列哪一种试来水冒充纯净水出售， 为辨真伪， 可用下列哪一种试剂鉴别剂鉴别 ( ) A酚酞试液酚酞试液 B氯化铁溶液氯化铁溶液 C硝酸银溶液硝酸银溶液 D氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 解析解析 自来水用自来水用 Cl2杀菌消毒时，氯被还原为杀菌消毒时，氯被还原为 Cl，检验检验 Cl应选用硝酸银溶液， 若是自来水则会生成白应选用硝酸银溶液， 若是自来水则会生成白

6、色沉淀，故选色沉淀，故选 C。 C6迁移应用迁移应用 1 用自来水养鱼时， 通常先将自来水晒一段用自来水养鱼时， 通常先将自来水晒一段时间后再注入鱼缸中，目的是时间后再注入鱼缸中，目的是 ( ) A提高水温提高水温 B增加水中氯气的含量增加水中氯气的含量 C除去水中少量的次氯酸除去水中少量的次氯酸 D用紫外线杀死水中的细菌用紫外线杀死水中的细菌 C7迁移应用迁移应用 2 下列不属于造成水体污染原因的是下列不属于造成水体污染原因的是( ) A工业废水工业废水 B生活污水生活污水 C旅运、水运旅运、水运 D大气降水大气降水 D8要点二要点二 硬水软化硬水软化 1暂时硬度和永久硬度暂时硬度和永久硬度

7、 (1)硬水：含有较多钙镁离子的水叫做硬水。硬水：含有较多钙镁离子的水叫做硬水。 (2)水的硬度：一般把水的硬度：一般把 1 L 水里含有水里含有 10 mg CaO(或含或含相当于相当于 10 mg CaO 的物质，如含的物质，如含 7.1 mg MgO)称称 1度度(1)。 (3) 暂 时 硬 度 ： 水 的 硬 度 是 由暂 时 硬 度 ： 水 的 硬 度 是 由 Ca(HCO3)2和和Mg(HCO3)2引起的，称暂时硬度。引起的，称暂时硬度。 (4)永久硬度：水的硬度是由钙、镁的硫酸盐或氯化永久硬度：水的硬度是由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的，称永久硬度。物引起的，称永久硬度。 92硬水

8、软化硬水软化 (1)硬水软化的目的：降低硬水中硬水软化的目的：降低硬水中 Ca2、Mg2的含量的含量使之达到规定标准。使之达到规定标准。 (2)软化方法软化方法 10 11【典例导析 3】 (2009海南，海南，203)下列有关硬水及下列有关硬水及其软化的说法中错误的是其软化的说法中错误的是 ( ) A离子交换法可以软化硬水离子交换法可以软化硬水 B硬水中含有较多硬水中含有较多 Ca2、Mg2 C生产、生活使用的天然水必须经软化生产、生活使用的天然水必须经软化 D加热可使暂时硬水中的加热可使暂时硬水中的 Ca2生成生成 CaCO3沉淀沉淀 C解析解析A、B、D是一些常识，是一些常识，C中生活使

9、用的硬水中生活使用的硬水不是不是“必须必须”经软化使用。经软化使用。12迁移应用迁移应用 3 下列说法中正确的是下列说法中正确的是 ( ) A软水中一定不含软水中一定不含 Ca2、Mg2 B硬水经煮沸后就一定变为软水了硬水经煮沸后就一定变为软水了 C水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁 D经过磺化煤处理过的水是不含离子的超净水经过磺化煤处理过的水是不含离子的超净水 C13迁移应用迁移应用 4 下列溶液中加入澄清肥皂水，振荡后不产下列溶液中加入澄清肥皂水，振荡后不产生沉淀而且有大量泡沫产生的是生沉淀而且有大量泡沫产生的是 ( ) A光卤石溶液光卤石溶液 B地下水地下水

10、 C海水海水 D雨水雨水 D14要点三要点三 海水淡化海水淡化 1海水淡化海水淡化 海水淡化又称脱盐，利用物理、化学、生物方法将海水淡化又称脱盐，利用物理、化学、生物方法将海水中溶解的盐脱除。常用方法有蒸馏法、电渗析海水中溶解的盐脱除。常用方法有蒸馏法、电渗析法、反渗透法、冷冻法等。法、反渗透法、冷冻法等。 2反渗透法的原理和特点反渗透法的原理和特点 反渗透法通常又称超过滤法， 是反渗透法通常又称超过滤法， 是 1953 年才开始采用年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许水透过、的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许水透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开。不允许溶质透过的半

11、透膜，将海水与淡水分隔开。淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过程称为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为程称为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。 反过来， 要想把浓溶液中的水分渗透出来，渗透压。 反过来， 要想把浓溶液中的水分渗透出来，必须外加高压。必须外加高压。 15如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压， 那么海如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压， 那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。 外加高压与海水的含盐水中的纯水将反渗透到淡水中

12、。 外加高压与海水的含盐量成正比。一般用反渗透法淡化海水要加到量成正比。一般用反渗透法淡化海水要加到 80 个大气个大气压，因此，反渗透的容器尺寸不能太大，不然，反渗透压，因此，反渗透的容器尺寸不能太大，不然，反渗透膜和容器的强度均成问题。 所以， 反渗透法仅适用于海膜和容器的强度均成问题。 所以， 反渗透法仅适用于海岛小规模海水淡化和内陆地区的苦咸水淡化， 因为苦咸岛小规模海水淡化和内陆地区的苦咸水淡化， 因为苦咸水的含盐量远比海水的低。反渗透法的最大优点是节水的含盐量远比海水的低。反渗透法的最大优点是节能，它的能耗仅为电渗析的能，它的能耗仅为电渗析的12，蒸馏法的，蒸馏法的140。因此，从

13、。因此，从1974 年起，美、日等发达国家先后把发展重心转向反年起，美、日等发达国家先后把发展重心转向反渗透法。渗透法。 163真空冷冻法进行海水淡化的主要原理真空冷冻法进行海水淡化的主要原理 海水三相点是使海水气、 液、 固三相共存并达到平衡海水三相点是使海水气、 液、 固三相共存并达到平衡的一个特殊点。 若压力或温度偏离该三相点， 平衡被的一个特殊点。 若压力或温度偏离该三相点， 平衡被破坏， 三相会自动趋于一相或两相。 真空冷冻法淡化破坏， 三相会自动趋于一相或两相。 真空冷冻法淡化海水技术正是利用海水的三相点原理， 以水自身为制海水技术正是利用海水的三相点原理， 以水自身为制冷剂，使海

14、水同时蒸发与结冰，冰晶再经分离、洗涤冷剂，使海水同时蒸发与结冰，冰晶再经分离、洗涤而得到淡化水的一种低成本的淡化方法。与蒸馏法、而得到淡化水的一种低成本的淡化方法。与蒸馏法、膜法相比，它的能耗低，耐腐蚀，结垢轻，预处理简膜法相比，它的能耗低，耐腐蚀，结垢轻，预处理简单，设备投资小，并可处理高含盐量的海水，是一种单，设备投资小，并可处理高含盐量的海水，是一种较理想的海水淡化法。较理想的海水淡化法。 真空冷冻真空冷冻气相冷凝海水淡化技术工艺包括脱气、气相冷凝海水淡化技术工艺包括脱气、预冷、蒸发结晶、冰晶洗涤、预冷、蒸发结晶、冰晶洗涤、蒸汽冷凝等步骤，淡化蒸汽冷凝等步骤，淡化海水产品可达到国家饮用水

15、标准。海水产品可达到国家饮用水标准。 17【典例导析 4】 海水淡化大多采用的方法是海水淡化大多采用的方法是( ) A蒸馏蒸馏 B过滤过滤 C萃取萃取 D电渗析法电渗析法 D18迁移应用迁移应用5 下列材料中能使海水淡化的高分子材料下列材料中能使海水淡化的高分子材料是是 ( ) A生物高分子材料生物高分子材料 B高分子分离膜高分子分离膜 C液晶高分子材料液晶高分子材料 D复合材料复合材料 B19对点训练对点训练 1下列关于硬水的叙述中不正确的是下列关于硬水的叙述中不正确的是 ( ) A硬水中的硬水中的 Ca2、Mg2可与肥皂的主要成分结合可与肥皂的主要成分结合而生成沉淀，从而浪费肥皂而生成沉淀

16、，从而浪费肥皂 B凡含有凡含有 Ca2、Mg2的水都是硬水的水都是硬水 C水的硬度是以水的硬度是以 CaO 的量为标准的的量为标准的 D1 L 水中含水中含 10 mg CaO(或相当于或相当于 10 mg CaO 的的 物质物质)称为称为 1 度度 B202下列所给的水，其中硬度最小的是下列所给的水，其中硬度最小的是 ( ) A自来水自来水 B蒸馏水蒸馏水 C用药剂法软化过的硬水用药剂法软化过的硬水 D矿泉水矿泉水 B3下列物质：下列物质：明矾；明矾；氯化铁；氯化铁；绿矾；绿矾；木炭，木炭，可用做净水剂的是可用做净水剂的是 ( ) A B C D D214下列试剂：下列试剂：过氧化氢；过氧化

17、氢；臭氧；臭氧；液氯；液氯；漂白漂白粉；粉；过氧化钠；过氧化钠；二氧化氯，其中可用于给自来二氧化氯，其中可用于给自来水杀菌消毒的是水杀菌消毒的是 ( ) A B C D C5由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：在一在一定条件下脱水干燥；定条件下脱水干燥；加熟石灰；加熟石灰；加盐酸；加盐酸；过过滤；滤；浓缩结晶。其先后顺序正确的是浓缩结晶。其先后顺序正确的是 ( ) A B C D D227某金属氧化物在光照下可生成具有很强氧化能力的某金属氧化物在光照下可生成具有很强氧化能力的物质，能用来消除空气或水体中的污染物。下列有物质，能用来消除空气或水体中的污染物

18、。下列有关该金属氧化物应用的叙述关该金属氧化物应用的叙述不正确不正确的是的是 ( ) A将形成酸雨的将形成酸雨的 SO2氧化为氧化为 SO3 B将家居装修挥发出的甲醛氧化为将家居装修挥发出的甲醛氧化为 CO2和和 H2O C.将医药废水中的苯酚氧化成将医药废水中的苯酚氧化成 H2O 和和 CO2 D.将电镀废水中的氰根离子将电镀废水中的氰根离子 CN氧化成氧化成 CO2 和和 N2 6从海水中可获得的在常温下为液体的单质是从海水中可获得的在常温下为液体的单质是( ) AMg BK CBr2 DI2 CA238对四支分别装有对四支分别装有 Ca(HCO3)2溶液的试管进行如下实溶液的试管进行如下

19、实验：验： (1)滴入盐酸，产生的现象是滴入盐酸，产生的现象是 ，化学反应方程式是化学反应方程式是 。 (2)滴入石灰水，产生的现象是滴入石灰水，产生的现象是 ，化，化学反应方程式是学反应方程式是 。 (3)滴入纯碱溶液，产生的现象是滴入纯碱溶液，产生的现象是 ，化学反应方程式是化学反应方程式是 。 (4)加热煮沸，产生的现象是加热煮沸，产生的现象是 ，化学反应方程式是，化学反应方程式是 。 产生无色气体产生无色气体 Ca(HCO3)22HCl= CaCl22CO22H2O 产生白色沉淀产生白色沉淀 Ca(HCO3)2Ca(OH)2=2CaCO32H2O 产生白色沉淀产生白色沉淀 Ca(HCO

20、3)2Na2CO3=CaCO32NaHCO3 产生无色气体和白产生无色气体和白色沉淀色沉淀Ca(HCO3)2=CaCO3CO2H2O 24解析解析 结合结合Ca(HCO3)2和所加入物质的性质，即可顺和所加入物质的性质，即可顺利写出有关反应的化学方程式。利写出有关反应的化学方程式。 259某地井水中含某地井水中含 Ca2、Mg2、HCO3的物质的量浓度的物质的量浓度如下：如下：c(Ca2)1103 mol/L，c(Mg2)5104 mol/L， c(HCO3)8104 mol/L， 计算这种水的总， 计算这种水的总硬度。硬度。 答案答案 这种水的总硬度为这种水的总硬度为 8.4 9 某地井水中

21、含 某地井水中含 Ca2、 Mg2、 HCO3的物质的量浓度的物质的量浓度如下：如下：c(Ca2)1103 mol/L，c(Mg2)5104 mol/L， c(HCO3)8104 mol/L， 计算这种水的总， 计算这种水的总硬度。硬度。 答案答案 这种水的总硬度为这种水的总硬度为 8.4 2610(2009浙江B)以下是与绿色化学、环境保护和人以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息息相关的三个主题，请根据已知信息回答类健康息息相关的三个主题，请根据已知信息回答有关问题：有关问题： (1)下列制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的是下列制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的是(可多选可多选) 。 AC

22、H2=CH2HCl CH3CH2Cl BCH3CH2OHHCl CH3CH2ClH2O CCH3CH3Cl2光照光照CH3CH2ClHCl DCH2=CHClH2催化剂催化剂CH3CH2Cl 由上述四个反应可归纳出，原子经济性高的是由上述四个反应可归纳出，原子经济性高的是 反应反应(填反应类型填反应类型)。 AD加成加成27(2)有毒物质的无害化也是绿色化学研究的内容之一。有毒物质的无害化也是绿色化学研究的内容之一。ClO2是一种性能优良的消毒剂，还可将废水中少量的是一种性能优良的消毒剂，还可将废水中少量的S2、NO2和和 CN等有毒有害的还原性酸根离子氧化去等有毒有害的还原性酸根离子氧化去除

23、。请写出用除。请写出用 ClO2将废水中剧毒的将废水中剧毒的 CN氧化成无毒气氧化成无毒气体的离子方程式体的离子方程式 ，并说明该方法的优点并说明该方法的优点 。 产生了无毒的产生了无毒的 CO2和和 N2 2ClO22CN=2CO2N22Cl 28(3)下图为某饮用水厂从天然水制备纯净水下图为某饮用水厂从天然水制备纯净水(去离子水去离子水)的工艺流程示意图：的工艺流程示意图： 活性炭的作用是活性炭的作用是 ；O3消毒的优点是消毒的优点是 。 A、B 中放置的物质名称分别是：中放置的物质名称分别是：A ；B 。 吸附水中的小颗粒杂质及有色物质吸附水中的小颗粒杂质及有色物质( (或去除水中的异味或去除水中的异味) ) 反应产物无毒无害反应产物无毒无害 阳离子交换树脂阳离子交换树脂 阴离子交换树脂阴离子交换