高三化学二轮复习：水处理中的氧化还原反应 讲义

课例：水处理中的氧化还原反应教学过程情境1：播放有关污水中恶臭气体的视频生活中的污水经常会散发出恶臭，这是由于污水中的硫化物产生了有臭味、有毒的硫化氢气体。你知道硫化氢吗？肠内微生物代谢就会产生H2S，它是一种具有臭鸡蛋气味的气体，是一种可怕的气体，这种气体薰鼻子辣眼睛。低浓度的H2S恶臭难闻，据说还易燃，这么臭的气体还能燃烧！据说还极易爆炸，mygod，真不敢想象，万一你排放尾气时，你老爸在边上点了一支烟，那可就炸了！由于污水中的硫化物产生了有臭味、有毒的硫化氢气体，所以我们要除去水中的硫化氢。那么如何除去呢？思考方法：价类二维。①根据硫化氢的酸性可采用氢氧化钠溶液吸收硫化氢。②一般情况下除去原理是根据硫化氢的还原性，实际生活中多选择具有氧化性的物质(如氧气、过氧化氢、氯气、高锰酸钾等)，使两者发生氧化还原反应，从而除去硫化氢。应该如何筛选合适的氧化剂，需要从哪些角度考虑呢？学生思考、讨论后作答：对于氧化剂的选择，一般需要综合考虑三个方面，如氧化剂氧化性的强弱、价格、环保污染情况等。经过比较，过氧化氢是比较理想的氧化剂，产物也无污染，绿色环保，过氧化氢价格也比较便宜。情境2：如何设计实验探究负二价硫与过氧化氢的反应证明H2O2具有氧化性？学生设计实验方案①：首先向一支试管中加入少量的Na2S溶液，然后缓慢滴加过氧化氢。两者反应的实验现象如下：溶液中先产生黄色沉淀，随着反应的进行沉淀溶解生成无色溶液。经分析，黄色沉淀为硫单质，最后的无色溶液为Na2SO4，硫元素在无色溶液中以SO42-形式存在，其可以用盐酸酸化的BaCl2溶液检验。在实验过程中要注意保持通风。实验过程中发生反应的化学方程式如下:Na2S+H2O2=2NaOH+S↓2S+6NaOH=2Na2S+Na2SO3+3H2ONa2SO3+H2O2=Na2SO4+H2ONa2S+4H2O2=Na2SO4+4H2O教师提供实验方案②：向Pb(NO3)2溶液中滴加硫化钠，生成黑色沉淀，再滴加过氧化氢溶液，生成白色沉淀。播放实验视频：过氧化氢的氧化性。学生书写生成白色沉淀的离子方程式，小结归纳陌生氧化还原反应方程式的书写策略。要点1：陌生氧化还原反应方程式或离子方程式的书写策略——“一定三守恒”具体步骤：【即时训练】由碳酸锰矿(主要成分MnCO3，还含有FeCO3、MnO2、Al2O3、SiO2等)中提取金属锰的一种流程如下：已知“酸浸”后溶液中锰元素只以Mn2＋形式存在，则“酸浸”中发生氧化还原反应的离子方程式为_______________________________________________________________________。答案：2FeCO3＋MnO2＋8H＋=2Fe3＋＋Mn2＋＋2CO2↑＋4H2O情境3：净化处理生活中的污水，除了用过氧化氢作氧化剂外，还可以选择含氯的消毒剂，如次氯酸钠。请同学们思考：如果用过氧化氢和含氯消毒剂一起作氧化剂，是不是可以增强氧化的效果呢?学生设计实验并展示成果。实验设计：取少量游泳池的水于一烧杯中，向烧杯中加入少量84消毒液(次氯酸钠)，再逐滴加入相应浓度的过氧化氢，观察现象(有无色气泡产生)。无色气泡可能是氧气，用带火星的木条检验排出的气体能否使木条复燃，过氧化氢和次氯酸钠反应产生O2。根据预测，书写离子反应方程式。（书写的障碍？）播放实验视频：次氯酸钠和过氧化氢反应。（证据推理）科普一下：过氧化氢和次氯酸钠混用，不仅不会增强氧化的效果，当含氯消毒剂不足时，余氯不足，细菌会疯狂繁殖，藻类会快速生长，导致池水变绿。播放里约奥运会：一池碧水。恩格斯说：“生命的起源必然是通过化学的途径实现的。”何止是生命，衣食住行、工农业生产、国防科技等等，都离不开化学的贡献。举个生活中的小例子。夏天到了，很多人喜欢到游泳池里游泳，一个大池子，几十个人，很热闹。但是有一个问题，水非常容易脏。而且啊据调查发现，有很多人啊他嫌麻烦，他就在泳池里释放体内的洪荒之力，真的，很大一部分人，这个时候，水就要经常换，还要加消毒剂比如含氯消毒剂，像漂白粉、三氯异氰尿酸等，你看，这就是化学的功劳。泳池变尿池，这都是人干的事儿。所以为了彻底解决此问题，作为化学工作者，我们可以研制一种化学指示剂，滴在尿池里，不，水池里，专门检测这种释放天性的行为。就像紫色石蕊遇酸会变红一样。我想问同学都会游泳吗？这个世界上只有两种高级动物不会游泳，知道是什么吗？媳妇和妈呀！针对学生书写离子反应式：NaC1O+H2O2=NaCl+O2↑+H2O。提问：①H2O2是氧化剂吗？②你的书写障碍是什么？要点2：常见氧化剂还原剂与对应产物情境4：在污水净化的处理中，除了常见的过氧化氢、含氯氧化剂外，还可以选用高铁酸钾这种强氧化剂。高铁酸钾氧化性强，可以用来进行污水和废水的氧化、消毒、杀菌等。那么，如何判断高铁酸钾和过氧化氢这两种污水处理剂，氧化效果更好呢？请同学们设计实验。学生设计实验并交流：向一定浓度的K2FeO4溶液中逐滴加入H2O2溶液，观察并描述现象（实验现象：生成红褐色沉淀加酸溶解，经验检溶液中生成Fe3+，并有气泡冒出，气体为O2），实验现象证明两者发生了氧化还原反应，K2FeO4的氧化性比H2O2强。H2O2有强氧化性，但遇到更强的氧化剂K2FeO4时，就显还原性。情境5：展示图片数据等资料，如全球每年约有十几亿人的饮用水不洁净，每年有3000万人死于被污染的饮用水。【环球时报综合报道】据美国全国公共广播电台22日报道，21日，联合国发布《2023世界水资源发展报告》，报告显示，全世界有26%的人口没有清洁饮用水喝，46%的人口缺乏基本的卫生设施。报告称，在过去40年里，全球用水量每年的增长速度约为1%，目前，全球10%的人口生活在水资源极度紧张的国家，多达35亿人每年至少有一个月处在用水短缺的情况下。在水污染方面，未经处理的废水是最大的污染源，全球范围内，平均有80%的废水没做任何处理就被排放到生态环境中，而在一些发展中国家，该比例甚至高达99%。全球每年约有十几亿人的饮用水不洁净，每年有3000万人死于被污染的饮用水。所以我们要注意饮用水卫生，多喝开水。开水是中国人的神水，据说能够杀菌助消化，能美容养颜，延缓衰老。女同学还是要多喝开水。其实在古代，穷苦老百姓想喝开水是不容易的，因为烧开水需要柴火煤等燃料，穷苦的人可能做饭都不够用，而且古人也没有细菌的概念，也不知道喝水之前要杀菌。直到上个世纪，中国政府才开始推广烧开水喝开水，当时的口号是什么呢？要用开水浇灌祖国的花朵。目前地球上的饮用水污染情况严重，我们应该怎么做呢?学生讨论交流：我们首先自己要做到节约淡水资源，不