高中化学 专题1 洁净安全的生存环境 第2单元 水资源的合理利用学案 苏教版选修1-苏教版高二选修1化学学案

第二单元水资源的合理利用学习目标：1.知道硬水、软水的概念，了解硬水对生产生活的危害，理解硬水软化的煮沸法及离子交换法的原理。(重点)2.了解自来水生产过程的一般工序，理解铝系、铁系净水剂及氯系消毒剂的作用原理。(重点)3.认识水质评价的必要性，知道几种常见的水质评价指标，能用pH试纸测定水体的pH。4.知道水污染的危害，了解中和法、氧化法、沉淀法等常见的水污染处理方法。[自主预习·探新知]一、生活中的饮用水1．天然水中的杂质通常杂质分为三类：悬浮物质、胶体物质和溶解物质。2．天然水制成生活饮用水(1)沉降悬浮物：天然水中的悬浮物可用硫酸铝[Al2(SO4)3]、明矾[KAl(SO4)2·12H2O]、硫酸亚铁(FeSO4)、氯化铁(FeCl3)、碱式氯化铝等作为混凝剂净化。明矾净水原理为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋(用离子方程式表示)。(2)杀菌消毒：自来水厂利用漂白粉、液氯、二氧化氯、臭氧等作为消毒剂，利用其强氧化性杀灭水中的细菌。液氯注入水中发生反应Cl2＋H2OHCl＋HClO，HClO具有强氧化性，能杀菌。氧气在放电条件下可转化为臭氧，臭氧具有强氧化性可用于杀菌消毒且无污染。(3)除异味：具有强吸附性的活性炭可吸附某些溶解在水中的杂质，并除去水中的异味。3．硬水及其软化(1)概念硬水：含有较多钙、镁离子的水；软水：不含或含较少钙、镁离子的水。(2)软化方法方法一：加热法。化学反应原理：Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up8(△))CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，Mg(HCO3)2eq\o(=,\s\up8(△))MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，MgCO3＋H2Oeq\o(=,\s\up8(△))Mg(OH)2＋CO2↑。方法二：离子交换法。Ⅰ.若硬水中钙、镁离子以硫酸盐或氯化物的形式存在，可用此法软化。其反应原理为：2NaR＋Ca2＋=CaR2＋2Na＋、2NaR＋Mg2＋=MgR2＋2Na＋。Ⅱ.磺化煤再生的原理：CaR2＋2Na＋=2NaR＋Ca2＋，MgR2＋2Na＋=2NaR＋Mg2＋。二、水质评价与污水处理1．水质评价(1)评价方式：评价水质的优劣通常从以下几个方面：水温、pH、导电率、固体悬浮物、溶解氧、化学需氧量、生化需氧量、一些有毒有害物质的浓度等。(2)水生生物生存与pH：自然界中的水一般略显酸性，这是二氧化碳溶解在水中的原因，水生生物只能在一定pH范围内的水中生存，在pH过小或过大的水中，大多数水生生物会消失。(3)测定水的pH先用广泛pH试纸测定，再选取与所测pH相近的精密pH试纸进行测定。依据水样的pH，可判断它是否适合鱼类的生长。(4)生化需氧量：生物化学需氧量是指单位体积水中耗氧有机物生化分解过程(N转化为N2，C转化为CO2，H转化为H2O)所需消耗的氧气量(以mg·L－1为单位)。2．污水处理(1)方法：水质不同的污水通常采用不同的处理方法，常用的处理方法有物理方法、化学方法和生物方法。(2)废水处理方法选择①中和法：处理含酸性物质的废水；②氧化还原法：处理含油类、氰化物、硫化物等的废水；③沉淀法：除去废水中的重金属离子。[基础自测]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)雨水中Ca2＋、Mg2＋含量很少，因此雨水是软水。()(2)溶有Ca2＋、Mg2＋、HCOeq\o\al(－,3)的水，加热煮沸后就有白色沉淀生成。()(3)可用沉淀法处理酸性废水。()(4)生活污水和工业废水经过治理后再排放。()【答案】(1)√(2)√(3)×(4)√2．城市由天然水获取自来水的一般步骤为()C[天然水变为自来水应先自然沉降和加絮凝剂沉降，使水中的固体杂质沉淀出，然后通过细砂、活性炭过滤，再曝气增加溶氧量，氧化、消除有机质，最后消毒成为自来水。]3．下列关于水处理的方法不正确的是()A．向水中通入O3，用来消毒B．向酸性废水中加入生石灰，将其中和C．向废水中加入Na2CO3，可将细小悬浮物凝聚D．向废水中加入Na2S，可将其中的Cu2＋、Hg2＋沉淀C[碳酸钠不能使水中悬浮物凝聚，只能除去其中的Ca2＋等。][合作探究·攻重难]城市自来水获取的步骤以下是原水处理成自来水的工艺流程示意图。原水→eq\x(曝气池)eq\o(→,\s\up8(加入生石灰))eq\x(一级沉降池)eq\o(→,\s\up8(加入凝聚剂),\s\do10(通入CO2))eq\x(二级沉降池)eq\o(→,\s\up8(通入气体A))eq\x(过滤池)→eq\x(自来水)[思考交流]1．原水中含Ca2＋、Mg2＋、HCOeq\o\al(－,3)、Cl－等，加入生石灰后生成Ca(OH)2，进而发生若干复分解反应。分析加入生石灰的目的，写出其中一个离子方程式。【提示】原水中的离子可以组合成CaCl2、Ca(HCO3)2、MgCl2、Mg(HCO3)2等物质，加入石灰的目的是降低水的硬度。可发生下列反应：Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2=2CaCO3↓＋2H2OMgCl2＋Ca(OH)2=Mg(OH)2↓＋CaCl2Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2=Mg(OH)2↓＋2CaCO3↓＋2H2O2．为什么在一级沉降池后加入凝聚剂？【提示】加入凝聚剂目的是除去水中悬浮物。3．通入CO2的目的是什么？【提示】通入CO2是为了除去过量的Ca(OH)2，降低Ca2＋浓度。4．通入的气体A可能为哪种气体？通入气体A的目的是什么？【提示】气体A可能为Cl2或O3，通入气体A的目的是杀菌、消毒。自来水获取的步骤污水综合处理的方法如图是某市污水处理的工艺流程示意图：[思考交流]1．污水处理的主要方法有哪几种？【提示】中和法、化学沉淀法、氧化还原法等。2．污水处理过程中常用的混凝剂有哪些？【提示】常用的混凝剂有：硫酸铝[Al2(SO4)3]、明矾[KAl(SO4)2·12H2O]、硫酸亚铁(FeSO4)、氯化铁(FeCl3)、碱式氯化铝等。3．加入熟石灰的作用是什么？写出其发生的化学方程式。【提示】加入熟石灰目的是中和酸性废水，其化学方程式为2HCl＋Ca(OH)2=CaCl2＋2H2O。4．加入Na2S的作用是什么？写出其离子方程式。【提示】加入Na2S的作用是除去Hg2＋，其离子方程式为Hg2＋＋S2－=HgS↓。(1)污水综合处理流程图如图所示：(2)污水处理方法归纳基本方法基本原理单元技术物理法物理或机械的分离过程过滤、沉淀、离心分离、上浮等化学法加入化学物质与污水中有害物质发生化学反应的转化过程中和、氧化、还原、分解、混凝、化学沉淀等物理化学法物理化学的分离过程汽提、吹脱、吸附、萃取、离子交换、电渗析、反渗透等生物法微生物在污水中对有机物进行氧化、分解的新陈代谢过程活性污泥、生物滤池、生物转盘、氧化塘、厌气消化等[当堂达标·固双基]1．下列关于水的说法中，正确的是()A．自来水澄清透明，属于纯净物B．水覆盖了地球大约eq\f(3,4)的表面，因此不存在水危机C．长期饮用纯净水，有益于身体的健康D．经济的发展、人口的增长，会造成淡水资源的紧张D[水资源与人类生存、发展有着重要关系。自来水是自然水加工而成的，虽澄清透明但不是纯净物；地球上尽管有众多的大洋、湖泊，约eq\f(3,4)的表面覆盖着水，但水危机普遍存在，并越发严重；人体生理活动在需要水的同时还需要其他的许多物质，长期饮用纯净水不利于身体健康。]2．下列说法正确的是()A．加热法可软化各种硬度的硬水B．软水是配制AgNO3溶液的最好用水C．反应2NaR＋Ca2＋=CaR2＋2Na＋的逆反应在一定条件下也能发生D．硬水软化就是除水中所有的Ca2＋和Mg2＋C[加热法只能软化具有暂时硬度的硬水[因为Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2受热可分解为CaCO3、Mg(OH)2而除去]，不能软化永久硬水；软水中仍含有Cl－、COeq\o\al(2－,3)、SOeq\o\al(2－,4)等离子，遇到AgNO3会产生AgCl、Ag2CO3等沉淀，故软水不能用于配制AgNO3溶液，应用蒸馏水；硬水软化是指减少或除去水中的Ca2＋和Mg2＋，不一定除净，故A、B、D项均不正确。]3．高铁酸钠(Na2FeO4)是水处理过程中使用的一种新型净水剂。它的氧化性比KMnO4还强，反应中FeOeq\o\al(2－,4)被还原为Fe3＋。(1)已知：2Fe(NO3)3＋16NaOH＋3Cl2=2Na2FeO4＋6NaNO3＋6NaCl＋8H2O反应中________元素被氧化，反应中生成2molNa2FeO4转移电子数为________。(2)高铁酸钠之所以能净水，除了能消毒杀菌外，另一个原因是________________________________________________________________________________________________________________________。(3)应用高铁酸钠净水事实上达到了________法和________法两者的净化要求。【解析】=2Na2FeO4＋6NaNO3＋6NaCl＋8H2O铁元素化合价从＋3升到＋6，化合价升高被氧化作还原剂；当反应生成2molNa2FeO4时转移电子数为6NA；高铁酸钠除了具有强氧化性可杀菌消毒外，其还原产物Fe3＋水解生成Fe(OH)3胶体，能吸附水中杂质并沉降。【答案】(1)Fe6NA(2)还原产物Fe3＋发生水解，生成Fe(OH)3胶体，能吸附杂质并沉降(3)混凝氧化还原4．下列项目：①水温②导电率③pH④固体悬浮物⑤溶解氧(DO)⑥化学需氧量(COD)⑦生化需氧量(BOD)⑧一些有毒有害物质的浓度其中属于评价水质优劣需要检测的项目是()A．③④⑤⑥⑦⑧ B．⑤⑥⑦⑧C．④⑤⑥⑦⑧ D．①②③④⑤⑥⑦⑧【答案】D5．水是人类生存和发展的宝贵自然资源。下列有关水资源保护的说法不正确的是()A．重金属离子对人体有剧毒，可采用沉淀反应除去B．化肥中含有植物营养素，可大量使用以改善水环境C．轧钢厂排出的含盐酸的废水，可用熟石灰中和处理D．天然水中的细小悬浮颗粒，可用明矾等混凝剂净化B[化肥中含有氮、磷等植物营养素，会引起水体富营养化，造成水体污染，不能改善水环境。]6．目前，城市污水处理厂多采用活性污泥法二级处理工艺来进行污水处理。该工艺的一级处理是在沉淀池中通过过滤除去污水中的固体沉淀物和悬浮物，再加入一定量的化学试剂中和酸性或碱性物质。二级处理是采用空气曝气活性污泥法，利用细菌等微生物除去废水中的有机污染物。(1)在这种污水处理工艺中，采用的污水处理方法有________(填字母)。A．化学法B．生物法C．物理法(2)在这种污水处理工艺的二级处理中要进行“曝气”，其主要目的是____________________________________________________________。(3)采用这种工艺处理过的水可回收再利用，它________(填“可以”或“不可以”)直接用作生活饮用水，其原因是___________________________________________