高中化学人教版选修二教学案：第2单元 化学与资源开发利用(85页)

选修2化学与技术第二单元化学与资源开发利用课题1获取洁净的水第1课时天然水的净化课标要求知道化学在水处理中的应用。课标解读1了解自然水的净化原理。2了解净水的常用方法混凝法和化学软化法。3知道纯水与天然水，硬水与软水的区别，学会简单、常用的检验硬水与软水的方法。4掌握硬水软化的常用方法加热法、药剂法和离子交换法。教学地位本课时知识与生活息息相关，与初中和高中学过的化学课程紧密相连。侧重介绍水净化的原理、方法和简要流程。在天然水的净化中主要介绍了混凝法和化学软化法，这些方法以化学反应原理为基础，帮助学生了解如何将化学知识应用在实际生产生活中，高考侧重考查化学方法在水处理中怎样选择合适的处理剂、涉及反应方程式书写、现象等问题。新课导入建议水是生命之源，但天然水中会含有很多杂质而不能直接使用。你知道水中含有哪些杂质吗？你了解人们怎样净化天然水吗？让我们共同学习本节知识 ，认识化学知识在水处理中的作用，节约和爱护水资源！教学流程设计课前预习：1自学教材课题1中“天然水的净化”，初步掌握混凝法、化学软化法。2完成课前自主导学，尝试解决思考交流中的问题。3标记预习中的难点和疑点。步骤1：新课导入利用水的重要性和常见的水处理方法，提出“为什么要净化天然水？怎样净化天然水？”引入新课。步骤2：分组实验，交流讨论。1分组进行实验21，并讨论铝离子、铁离子的净水原理。2讨论获取自来水的过程。3分组进行教材中的科学探究，讨论完成软化水的实验方案。步骤5：巩固训练，检验测评。1利用当堂双基达标巩固课堂所学知识，并检测学生掌握情况。2根据教学实际安排课下作业，完成课后知能检测步骤4：课堂小结，形成体系。利用课堂小结结合课堂教学实际 ，总结本节知识重点、难点和热点，帮助学生从整体上认识本节知识，形成完整的知识体系。步骤3：互动探究，重点讲解。1结合课堂互动探究中的要点阐述、例题进行重点讲解。2利用变式训练巩固知识并检测学生掌握情况。课标解读重点难点1.了解用混凝法除去天然水中悬浮物的原理。2了解利用化学软化法除去天然水中可溶性杂质的原理。3知道化学在水处理中的应用。1.了解Al3、Fe3的净水原理。(重点)2硬水的软化。(重难点)混凝法1.定义：混凝法就是在天然水中加入混凝剂，使细小的悬浮物和胶体聚集成较大的颗粒而沉淀，然后过滤除去的方法。2常用的混凝剂在生活中常用明矾作混凝剂，在工业生产中还常用硫酸铝、聚合铝、硫酸亚铁、硫酸铁等作混凝剂。3明矾的净水原理明矾净水原理明矾电离：KAl(SO4)2=KAl32SOAl3水解：Al33H2OAl(OH)33H水中的胶体杂质一般带负电，Al(OH)3胶体粒子带正电，通过电性吸引作用破坏天然水中杂质的稳定性。Al(OH)3在水中以絮状胶体形式存在，能吸附水中悬浮物而净水4亚铁盐、铁盐的净水原理硫酸亚铁净水水解后生成的Fe(OH)2溶解度较大，混凝效果不好FeSO47H2O来源充足将Fe2氧化为Fe3，水解生成Fe(OH)3混凝效果好 FeSO47H2O溶于水后显酸性，Fe2在碱性条件下更容易被氧化，要将pH调至9左右1铁盐的水解反应与铝盐相似，你能写出Fe3水解的离子方程式吗？【提示】Fe33H2OFe(OH)33H5杀菌(1)用混凝剂可以除去天然水中的不溶性杂质，若要作为生活用水，还要杀菌消毒。流程如下：天然水清洁水自来水。(2)常用的杀菌剂有：氯气、臭氧、二氧化氯等。2城市自来水以天然水为水源，你能简要说明获取自来水的过程吗？【提示】天然水自然沉降、过滤加入混凝剂沉降过滤加入消毒剂自来水化学软化法1.水的硬度天然水硬水：含Ca2、Mg2较多的水软水：含少量或不含Ca2、Mg2的水2硬水的类型(1)暂时硬度由钙、镁的碳酸氢盐引起的硬度。(2)永久硬度由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的硬度。3硬水的软化方法写出加热法软化暂时硬度的水涉及的化学方程式：(1)Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O(2)Mg(HCO3)2MgCO3CO2H2O(3)MgCO3H2OMg(OH)2CO23如何区别硬水和软水？【提示】加入肥皂水振荡，有大量泡沫产生的为软水，泡沫很少且有沉淀产生的是硬水。加入饱和Na2CO3溶液，无沉淀产生的是软水，有沉淀产生的是硬水。原因是：Ca2CO=CaCO3，Mg2CO=MgCO3硬水软化方法的选择【问题导思】药剂法软化硬水的原理是什么？常用的化学药剂有哪些？【提示】药剂法通过向硬水中加入适当的化学药剂，与Ca2、Mg2发生化学反应，使Ca2、Mg2以沉淀形式分离出来，达到软化水的目的。常用药剂有纯碱、生石灰等，还有一种用磷酸盐作药剂使沉淀物悬浮在水中不结垢。怎样用离子交换法软化硬水？写出涉及的化学方程式。【提示】2NaRCa2=CaR22Na2NaRMg2=MgR22Na1加热法(只能软化具有暂时硬度的水)其原理为： Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O；Mg(HCO3)2MgCO3CO2H2O，继续煮沸时，MgCO3可转化为更难溶的Mg(OH)2：MgCO3H2OMg(OH)2CO2。2药剂法(石灰纯碱法)硬水沉淀：CaCO3、Mg(OH)2含Ca2的水Na2CO3b沉淀：CaCO3软水反应原理：aCa(HCO3)2Ca(OH)2=2CaCO32H2OMg(HCO3)22Ca(OH)2=2CaCO3Mg(OH)22H2OMgSO4Ca(OH)2=Mg(OH)2CaSO4bCa2CO=CaCO33离子交换法离子交换法用离子交换剂软化水的方法把失去了交换能力的CaR2型(或MgR2型)树脂置于5%8%食盐水中，发生逆向交换重新生成NaR，恢复交换能力的过程叫做再生。原理为CaR22Na=2NaRCa22NaRCa2=CaR22Na2NaRMg2=MgR22Na1水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，不是CaCO3和MgCO3，原因是Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3的溶解度，加热煮沸和石灰纯碱法除去Mg2时都转化为更难溶的Mg(OH)2。2石灰纯碱法软化后的硬水，仍然会有一定的硬度，原因是生成的钙镁化合物仍然有一定的溶解度。3离子交换树脂不只有阳离子交换树脂，也有阴离子交换树脂。水是一种重要的自然资源，是人类赖以生存不可缺少的物质。水质优劣直接影响人体健康。请回答下列问题：(1)天然水中溶解的气体主要有_、_。(2)天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是_(填其中任何两种)，其净水作用的原理是_。(3)水的净化与软化的区别是_。(4)硬度为1的水是指每升水含10 mg CaO或与之相当的物质(如7.1 mg MgO)。若某天然水中c(Ca2)1.2103molL1，c(Mg2)6104 molL1，则此水的硬度为_；(5)若(4)中的天然水还含有c(HCO)8104molL1，现要软化10 m3这种天然水，则需先加入Ca(OH)2_g，后加入Na2CO3_g。【解析】(1)天然水中溶解的气体主要有O2、CO2、N2等。(2)天然水加入混凝剂净化的主要原理是混凝剂中电离的铝离子、铁离子在水中发生水解生成相应的氢氧化物胶体，表面积很大，吸附水中的悬浮杂质，常用的混凝剂有明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁等。(3)水的净化是通过混凝剂(如明矾等)将水中的胶体及悬浮物除去，而水的软化是使水中的Ca2、Mg2浓度减小。(4)水的硬度计算式：10度。(5)综合(4)已知10 m3天然水中c(Ca2)1.2103 molL1，c(Mg2)6104 molL1，c(HCO)8104 molL1，先加Ca(OH)2，Mg22OH=Mg(OH)2，故消耗Ca(OH)2的物质的量为6104 molL110 m3103 Lm36 mol，OHHCO=H2OCO，故消耗Ca(OH)2物质的量为4104 molL110 m3103 Lm34 mol，共耗Ca(OH)210 mol，质量为740 g。后加入Na2CO3除去Ca2，加入Ca(OH)2后溶液中总的Ca2的物质的量为(1.21038104)molL110 m3103 Lm310 mol14 mol，则Na2CO3质量为14 mol106 gmol11 484 g。【答案】(1)O2CO2(或N2)(2)明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁(填其中任何两种)铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应的氢氧化物胶体，它可吸附水中悬浮物并破坏天然水中的其他带异电的胶体，使其聚沉，达到净化目的(3)水的净化是通过混凝剂(如明矾等)将水中的胶体及悬浮物除去，而水的软化是使水中的Ca2、Mg2浓度减小(4)10度(5)7401 484用石灰纯碱法软化硬水时，加入石灰的作用是()A只能降低水中的永久硬度B能同时降低水中的永久硬度和暂时硬度C可把部分Ca2所形成的硬度转变为Mg2形成的硬度D可把部分Mg2所形成的硬度转变为Ca2形成的硬度【解析】所谓硬水是指含有较多量Ca2和Mg2的水。当钙和镁以酸式碳酸盐形式存在时所引起的硬度，称为暂时硬度；而以硫酸盐或氯化物形式存在时所引起的硬度，称为永久硬度，用加热法可降低暂时硬度。加石灰水也可以发生如下反应：Ca(OH)2Ca(HCO3)2=2CaCO32H2O2Ca(OH)2Mg(HCO3)2=2CaCO3Mg(OH)22H2O石灰水也可以跟硫酸镁或氯化镁起反应：MgSO4Ca(OH)2=Mg(OH)2CaSO4；MgCl2Ca(OH)2=Mg(OH)2CaCl2这样，就把部分Mg2所形成的永久硬度转变为Ca2形成的永久硬度，所以D选项是正确的。题目中所用的石灰纯碱法指的是纯碱最终除去由Ca2形成的永久硬度。CaSO4Na2CO3=CaCO3Na2SO4，CaCl2Na2CO3=CaCO32NaCl石灰纯碱法是软化水的方法之一，当然是暂时硬度和永久硬度均可降低，但题目中只问“石灰”起的作用而不是“石灰和纯碱”共同起了什么作用。所以B选项是迷惑项。【答案】D【教师备课资源】盐类水解的原理1概念在溶液中盐电离出来的离子跟水电离出来的H或OH结合生成弱电解质的反应。2实质盐电离水的电离程度增大c(H)c(OH)溶液呈碱性或酸性。3特点(1)可逆反应；(2)水解程度较弱；(3)H0。4盐类水解的规律5盐类水解离子方程式的书写(1)NH4Cl：NHH2ONH3H2OH(2)Na2CO3：COH2OHCOOH。天然水的净化混凝法化学软化法加热法离子交换法药剂法1获得饮用水，凝聚过程中除去其中的悬浮物，可加入的净水剂是()AFeCl3BNaClCCa(ClO)2 DMgCl2【解析】NaCl不用于净水，Ca(ClO)2用于杀菌消毒，而不能使水中的悬浮杂质沉降，铝盐和铁盐会形成Al(OH)3胶体和Fe(OH)3胶体，可吸附水中的固体小颗粒而沉降，从而达到净水的目的。【答案】A2FeSO47H2O用作天然水净化混凝剂，要调到pH为9左右的主要原因是()AFe2在碱性条件下易被氧化成Fe3BFeSO47H2O溶于水后显酸性CFeSO47H2O溶于水后显碱性D以上都不对【解析】pH为9左右，Fe2更容易被氧化。【答案】A3水经过磺化煤(NaR)处理之后，阳离子浓度最大的是()ACa2BMg2CNaDH【解析】因磺化煤中的Na与水中的Ca2、Mg2发生交换，降低了水的硬度，但是溶液中Na的浓度却升高了。【答案】C4下列对天然水的净化认识不正确的是()A水的净化与软化都是除去水中不溶性杂质B混凝剂的作用是除去水中不易沉淀的悬浮物和胶体CFeSO47H2O可用作净水工业的混凝剂D由Ca2、Mg2的碳酸氢盐引起的水的硬度叫暂时硬度【解析】水的净化是除去水中的悬浮物和胶体，水的软化是降低水中Ca2、Mg2的浓度。【答案】A5农村有些家庭直接用河水或池塘水作为生活饮用水。一般是把水担回家倒入水缸，加明矾使水澄清，加漂白粉进行消毒。明矾的化学式为_，写出它溶于水后生成胶体的离子方程式：_。漂白粉的主要成分是_，它在自然条件下能产生次氯酸，次氯酸的氧化性很强，能杀死病菌。写出漂白粉生成次氯酸的化学方程式：_。【解析】Ca(ClO)2在空气中与H2O、CO2作用即可生成HClO。【答案】KAl(SO4)212H2OAl33H2OAl(OH)3(胶体)3HCaCl2、Ca(ClO)2Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO32HclO1有下列物质：盐酸、NaOH、AlCl3、明矾、FeCl3、FeSO4、硫酸铝、碱式氯化铝、肥皂。能在水处理中作混凝剂的是()ABC D【解析】常见的混凝剂有：明矾、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁等。利用它们直接或间接水解生成Al(OH)3或Fe(OH)3，即可溶性的铝盐、铁盐及亚铁盐都能在水处理中作混凝剂。【答案】C2下列方法不能用于对饮用水进行杀菌消毒的是()A加热煮沸 B加入Ca(ClO)2C加入纯碱 D加入ClO2【解析】细菌主要由蛋白质构成，杀菌的实质是用强氧化剂或在高温条件下使菌体蛋白质变性，对少量水通常使用加热煮沸法来杀菌消毒，对大量水多用氧化剂来杀菌消毒，故C项不正确。【答案】C3下列说法正确的是()A含有少量碳酸氢钙和氯化钙的水是永久硬水B明矾有净水作用，所以用明矾处理硬水，可以使硬水软化C用离子交换剂处理硬水，只能软化暂时硬水，不能软化永久硬水D只具有暂时硬度的水经加热煮沸后，可变成软水【解析】由钙、镁的硫酸盐或氯化物所引起硬度的水为永久硬水，因此A选项错误；明矾虽有净水作用，但明矾不能使硬水软化，因此B选项也错误；离子交换法既能软化暂时硬水，又能软化永久硬水。【答案】D4下列有关硬水及其软化的说法中错误的是()A离子交换法可以软化硬水B硬水中含有较多Ca2、Mg2C生产、生活中使用的天然水必须经软化D加热可使暂时硬水中的Ca2生成CaCO3沉淀【解析】A、B、D是一些常识，C中生活中使用的天然水不是“必须经软化”才能使用。【答案】C5目前，我国城市供水处理技术由混凝、沉淀、过滤和消毒等过程组成。下列说法中不正确的是()A传统的无机混凝剂按金属盐可分为铝盐系和铁盐系两大类BNCl3可用于水消毒的原因是NCl3跟水反应生成了NH3C用ClO2代替Cl2作消毒剂可减小水中有害氯代有机物的浓度D新型水处理剂高铁酸钠(Na2FeO4)既是消毒剂又是混凝剂【解析】净化水常用的混凝剂为铁盐和铝盐，A正确；NCl3消毒是因为NCl3水解生成HClO，HClO具有强氧化性，B不正确；ClO2的杀菌作用比Cl2强得多，可以减少氯代有机物的含量，C正确；高铁酸钠的强氧化性可杀菌消毒，其还原产物又可作混凝剂，D正确。【答案】B6下列方法中能同时除去硬水中暂时硬度和永久硬度的是()蒸馏煮沸加纯碱加石灰离子交换A BC D【解析】本题首先需要了解硬水中暂时硬度和永久硬度指的是Ca2、Mg2对应的什么物质，然后根据题意进行判断。能同时除去硬水中暂时硬度和永久硬度的方法可以采用使水形成蒸汽，采用加入纯碱的方法使Ca2、Mg2生成沉淀而除去，另外还可以采用离子交换的方法进行除去。【答案】B7下列关于水中钙、镁离子的说法中，正确的是()A通常泉水、深井水等地下水硬度比河水等地表水大B由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的水的硬度在加热时能得到软化，所以它们对锅炉的危害不大C实践证明，喝硬度大的水会引起肠胃不适，所以饮用水硬度越小越好D人体需要的钙、镁有相当一部分是通过饮用水得到的，所以饮用水硬度越高越好【解析】通常泉水、深井水等地下水比河水等地表水溶解的Ca2和Mg2多，所以泉水、深井水等地下水硬度比河水等地表水大，A正确；由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的水的硬度在加热时能生成碳酸钙和氢氧化镁，形成水垢，降低热效率，不仅浪费燃料，甚至严重时能引起锅炉爆炸，所以它们对锅炉的危害很大，B错误；人要通过饮水补充钙离子，所以饮用水应具有一定的硬度，并非硬度越小越好，但也并不是硬度越大越好，C、D两项错误。【答案】A8氢型阳离子交换树脂的主要反应可表示为： 2HRM2=MR22H。若将100 mL只含Ca2的水经过此阳离子交换柱后，流出液用0.100 0 molL1NaOH溶液中和，用去NaOH溶液20.00 mL。则此100 mL水中含Ca2()A160.00 mgB80.00 mgC40.00 mg D120.00 mg【解析】本题可以采用逆推法求解，即根据用去NaOH溶液的体积求出溶液中H的物质的量，然后再进一步求出Ca2的质量。【答案】C9(2013盐城高二质检)自来水加工处理流程如下，下列有关说法不正确的是()A若用FeSO4作混凝剂，最终铁将以Fe(OH)2形式进入反应沉淀池B投药时常加入适量的石灰，是为了除去水中Mg2、HCO等C自来水生产中，先加氯起消毒杀菌作用，后加氯是保持水中有效氯的含量，防止自来水二次污染D用ClO2消毒自来水，消毒效率是同质量氯气的2.63倍【解析】根据流程中提示，进入沉淀池之前通入了氯气，氯气具有氧化性，所以不可能是Fe(OH)2，只能是Fe(OH)3，A选项错误。【答案】A101 L水中溶有Mg(HCO3)2和CaCl2的浓度分别是b molL1和2b molL1，现用一种试剂(适量)把Ca2、Mg2除去，这种试剂最好选用()ACa(OH)2 BNaOHCNaHCO3 DNa2CO3【解析】由于Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小，故Mg2的除去应用OH，Ca2的除去应用CO；若加入过量Ca(OH)2，发生反应Mg(HCO3)22Ca(OH)2=Mg(OH)22CaCO32H2O，CaCl2中的Ca2仍没有除去，过量的Ca(OH)2又会产生Ca2。若选用NaOH只需4b mol即可。【答案】B11水是生命之源，但随着工业的发展，许多宝贵的水资源受到了污染。下面是对某自来水厂水源进行水质分析时得到的部分信息：水体浑浊，有一定异味 ，pH为6.5，细菌总数1 mL水中含有250个(国家标准规定每毫升不得超过100个)。(1)为了达到饮用水标准，下列处理措施中不正确的是()A加混凝剂沉降B用碱调节到中性C用活性炭吸附 D注入液氯消毒(2)已知高铁酸钠(Na2FeO4)加入水中，能杀死水中的微生物和细菌，并能产生类似明矾的净水作用，写出其在净水过程中发生反应的离子方程式_。(3)刚出厂的自来水中含少量余氯，它在配水管中停留可有效地起到杀菌作用，并能保持较长时间。请解释其原因_。(4)水中可溶性钙及镁的化合物含量的高低可用水的硬度来表示。下列问题的出现与水的硬度无关的是()A锅炉管道结垢B肥皂去污效果降低C水中溶解氧降低D长期饮用造成尿道结石【解析】(1)用碱调节污水到中性的方法不可取，因为这样只是换了一种污染水的方法。(2)Na2FeO4中6价的铁体现氧化性时变为3价铁，而Fe3会水解产生具有净水功能的Fe(OH)3胶体。(3)Cl2与H2O的反应是一个可逆反应，HClO具有杀菌消毒作用，当其被消耗后，由于剩余Cl2的存在，会使Cl2与H2O反应的平衡向生成HClO的方向移动，从而使水中的HClO能得到及时的补充。(4)根据“水中可溶性钙及镁的化合物含量的高低可用水的硬度来表示”的信息，水中溶解氧的降低与水的硬度无关。【答案】(1)B(2)Fe33H2OFe(OH)3(胶体)3H(3)Cl2H2OHClHClO，由于余氯的存在，当次氯酸被消耗后，上述反应的化学平衡向正方向移动，使水中的次氯酸得到了及时的补充(答出平衡移动即可)(4)C12天然水里一般含有Ca2、Mg2等多种离子。人们把含有较多量Ca2、Mg2的水叫做硬水，含有较少量或不含Ca2、Mg2的水叫做软水；降低水中Ca2、Mg2含量的过程叫做硬水软化。如果硬度太高(含Ca2、Mg2的浓度太大)会给生产、生活带来很多不利，因此硬水的软化是水处理的重要方面之一。离子交换法常用于工业锅炉用水的软化。离子交换剂多种多样，磺化煤(NaR)就是一种阳离子交换剂。(1)写出用磺化煤软化含Ca2、Mg2浓度较高的硬水的离子方程式_。(2)用药剂软化法软化过的水总是含有一定浓度的Ca2、Mg2，其原因是_。(3)参考烧水后的锅或壶中结有水垢的现象分析说明，如果用硬度太高的水作锅炉用水，主要的不利因素是_。【解析】(2)CaCO3、Mg(OH)2在水中都有一定的溶解能力。(3)水垢是热的不良导体。【答案】(1)2NaRCa2=CaR22Na、2NaRMg2=MgR22Na(2)CaCO3、Mg(OH)2虽然溶解度较小，但不是绝对不溶(3)锅炉结垢，热传递效率下降，浪费能源，甚至引起锅炉爆炸13(2013大同高二检测)自来水生产的流程示意图如下：加入混凝剂粗沙过滤加沉淀剂细沙过滤加氯供民用(1)混凝剂除去悬浮物质的过程_(填写序号)。只是物理变化只是化学变化是物理和化学变化FeSO47H2O是常用的混凝剂，它在水中最终生成_沉淀。(2)若要除去Ca2、Mg2可以往水中加入石灰和纯碱，试剂添加时先加_后加_，原因是_。(3)下列物质中，_可以作为氯气的代用品(填写序号)。臭氧NH3(液)K2FeO4SO2(4)有些地区的天然水中含有较多的钙、镁离子。用离子交换树脂软化硬水时，先后把水通过分别装有_离子交换树脂和_离子交换树脂的离子交换柱(填“阴”或“阳”，阳离子交换树脂为HR型，阴离子交换树脂为ROH型)。【解析】(3)臭氧和K2FeO4具有强氧化性，可用作饮用水的消毒剂。(4)通过阴离子交换树脂后生成OH，OH会与钙、镁离子反应生成沉淀，影响阳离子交换树脂发挥作用，故先通过阳离子交换树脂再通过阴离子交换树脂。【答案】(1)Fe(OH)3(2)石灰纯碱过量的钙离子可通过纯碱使之沉淀下来(3)(4)阳阴14我国规定饮用水的硬度不能超过25。硬度的表示方法是：将水中的Ca2和Mg2都看做Ca2，并将其质量折算成CaO的质量。通常把1 L水中含10 mg CaO称为1。水中的Ca2和Mg2可用一定浓度的Y溶液进行滴定，Y跟Ca2和Mg2都以等物质的量完全反应。(1)下列各项叙述正确的是_。A含碳酸氢镁较多的硬水，煮沸后Mg2转化为碳酸镁沉淀B由MgSO4和MgCl2引起的硬水，加石灰即可软化C若离子交换树脂中Na全部被Ca2、Mg2代替后，可用食盐水浸泡再生D用加热法软化具有暂时硬度的水属化学变化，而用离子交换树脂软化硬水属于物理变化(2)现取某地区的地下水样品25.00 mL用0.010 0 molL1Y溶液滴定，完全反应时，消耗Y溶液15.00 mL。试计算该地下水的硬度，并判断是否符合饮用水标准。(3)如果每次分析取水样都是25.00 mL，为了便于计算，要求每消耗0.50 mL Y溶液即相当水的硬度为1。则Y溶液的物质的量浓度应为多少？【解析】(1)具有暂时硬度的水在加热煮沸时，碳酸氢钙转化为碳酸钙，碳酸氢镁转化为氢氧化镁，故A错。由Mg2引起的硬水，在加入石灰时，Mg2生成了Mg(OH)2沉淀，但是也引入了Ca2，硬度并未减小，故B错。用加热法软化具有暂时硬度的水属于化学变化，用离子交换树脂软化硬水也是化学变化，故D错。(2)Y跟Ca2和Mg2都以等物质的量完全反应，则水的硬度以Ca2计时，n(CaO)n(Ca2)n(Y)0.010 0 molL115.00103L1.50104mol，m(CaO)56 gmol11.50104mol8.4103g8.4 mg，水的硬度33.6，因超过25，故不符合饮用水标准。(3)设Y溶液的浓度为c，则有(0.010 0 molL115.00103L)33.6(c0.50103L)1c8.93103molL1【答案】(1)C(2)水的硬度为33.6，因超过25，故不符合饮用水标准。(3)Y溶液的浓度应为8.93103mol L1第2课时污水处理与海水淡化课标要求知道化学在水处理中的应用。课标解读1了解污水处理的原理、基本过程和方法。2通过对水体污染的危害和造成水体污染主要污染物的了解，树立环保意识。3认识海水淡化的重要意义，了解蒸馏法、电渗析法等海水淡化的一般方法。教学地位本课时知识与初中和高中学过的元素化合物知识紧密相连，污水处理着重介绍了中和法和沉淀法，海水淡化知识在必修1、2均有涉及，本课时着重介绍海水淡化的流程，通过以上知识强化化学在水处理中的应用。高考侧重考查污水处理选择合适的处理剂、处理方法及相关的化学方程式书写等知识。新课导入建议地球是蓝色的星球，70.8%的面积为水所覆盖。可是你了解我们这个地球有多么饥渴多么缺少淡水吗？我国目前有16个省(区、市)人均水资源量低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于国际公认的极度缺水线。怎样处理污水来循环利用，怎样能淡化海水合理利用，已经成为一个急待解决的重要的问题。教学流程设计课前预习：1自学教材课题1中“污水处理”、“海水淡化”，初步了解污水处理和海水淡化的基本过程和方法。2完成课前自主导学，尝试解决思考交流中的问题。3标记预习中的难点和疑点。步骤1：新课导入利用我国水资源的现状，提出“为什么要处理污水、淡化海水？怎样处理污水、淡化海水？”引入新课。步骤2：交流讨论。1根据教材污水处理流程示意图，讨论污水处理的过程和方法。2交流海水淡化的途径。3教师进行总结与点评。步骤5：巩固训练1利用当堂双基达标巩固课堂所学知识，并检测学生掌握情况。2.根据教学实际安排课下作业，完成课后知能检测步骤4：课堂小结，形成体系。利用课堂小结结合课堂教学实际，总结本节知识重点、难点和热点，帮助学生从整体上认识本节知识，形成完整的知识体系。步骤3：互动探究，重点讲解。1.结合课堂互动探究中的要点阐述、例题进行重点讲解。2利用变式训练巩固知识并检测学生掌握情况。课标解读重点难点1.了解污水处理的基本过程和方法。2了解蒸馏法、电渗析法等海水淡化的一般方法。3通过对水体污染的危害和造成水体污染主要污染物的了解，树立环保意识。1.中和法和沉淀法在污水处理中的应用。(重难点)2污水处理的一般流程。(难点)3海水淡化的方法和意义。(重点)污水处理1.基本流程化学沉淀法 氧化还原法生物方法离子交换法物理方法化学方法反渗透法污水一级处理二级处理三级处理绿化及景观用水废水排放或农田灌溉用水(1)一级处理通常采用物理法，即用格栅间、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。(2)二级处理采用生物方法及某些化学方法，除去水中的可降解有机物和部分胶体污染物。(3)三级处理主要采用化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和反渗透法等，对污水进行深度处理和净化。2常用方法(1)中和法对酸性或碱性废水，可用中和法处理。常用熟石灰处理酸性废水；用硫酸或CO2处理碱性废水。高浓度的酸、碱废水，应先回收利用，如浓缩法回收其中的酸或碱，再用中和法处理较少量的酸或碱。(2)沉淀法对于含重金属离子的工业废水，可以利用某些化学物质作沉淀剂，与重金属离子反应生成沉淀析出。(3)氧化还原法除去氰化物、硫化物等。在实际处理工业废水时，根据污染物组成和回收用水水质要求的不同，经常需要采用多种技术分步处理，才能达到排放标准和复用指标。用Na2S除去Hg2的同时，也能将水中所含的Pb2、Cu2等重金属离子除去，用有关反应的离子方程式表示。【提示】Hg2S2=HgSPb2S2=PbSCu2S2=CuS海水淡化海水淡化的方法蒸馏法概念将水加热至105 蒸发汽化，然后将蒸汽冷凝而得到蒸馏水的方法缺点能耗大优点设备简单，易操作，淡水质量高电渗析法概念电渗析是指利用离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，在外加电场作用下，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到淡水和浓缩海水分离目的的方法。技术关键具有优良的选择透过性和化学稳定性的离子交换膜特点从海水中除去离子污水处理常用的化学方法【问题导思】造纸工业使用木材、稻草、芦苇等为原料，经高温高压蒸煮而分离出纤维素，制成纸浆。排放的废水中含有木质素、纤维素、挥发性有机酸等，有臭味，污染性很强。根据所学知识应选用什么方法调节废水的pH？怎样除去废水中的溶胶物质及有机物？【提示】利用中和法调节pH；利用生物法除去废水中的溶胶物质及有机物。电镀产生的废水中含有较多的CN，CN具有很强的毒性，应选择何种方法除去CN？【提示】利用氧化还原法除去CN。1.污水处理的常用方法污水处理方法原理方法物理法利用物理原理和机械作用对废水进行处理沉淀、均衡调节、过滤、离心分离化学法使用化学试剂或其他化学手段处理废水(1)中和法：处理酸性废水和碱性废水(2)沉淀法：处理含有重金属离子的废水(3)氧化还原法：除去氰化物、硫化物等物质生物法利用微生物的作用除去废水中溶胶物质及有机物活性污泥法、生物滤池法、厌气处理法2.沉淀法、氧化还原法的实例(1)沉淀法Hg2、Pb2、Cu2等重金属离子可用Na2S除去，反应的离子方程式为Hg2S2=HgS，Pb2S2=PbS，Cu2S2=CuS。(2)氧化还原法实例例如处理含氰(CN)废水：2CN8OH5Cl2=2CO2N210Cl4H2O。实例如处理含Cr2O废水：酸性条件下在含铬废水中加入FeSO4，将Cr2O还原为Cr3：Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O。然后再加入熟石灰调节溶液的pH，使Cr3转变为Cr(OH)3沉淀而从废水中除去。某冶金厂废水的pH为4.5，含超标10倍的Pb2。该厂处理废水的下列设计中，比较合理的是()A用离子交换法除去Pb2B在废水中加硫酸，生成PbSO4沉淀C在废水中加NaOH，调节pH到11.0，使Pb2转化为氢氧化物沉淀D在废水中加石灰，调节pH到11.0，使Pb2转化为氢氧化物沉淀【解析】废水量太大，不能用离子交换法；加硫酸虽能除去Pb2，但增加了溶液酸度，因石灰比NaOH廉价，故选用石灰。【答案】D工业上处理污水既要考虑实现目的又要考虑经济效益。例如本题C项NaOH溶液虽然同样能调节pH至11并除去Pb2，但由于NaOH比Ca(OH)2价格贵，故不能选C项，这一点也是实验室除杂与工业除杂的区别。1某工厂排出的酸性废水中含有较多的Cu2，对农作物和人畜均有害。欲采用化学药剂法除去其有害成分，应选用下列药品中的()A食盐和硫酸B铁粉和生石灰C胆矾和石灰水 D苏打和硫酸【解析】加入试剂应满足：除去Cu2，不引入新的有害离子。【答案】B海水淡化【问题导思】哪种淡化海水方法得到的水最纯净？【提示】蒸馏法。海水淡化常用的方法有哪些？【提示】蒸馏法，离子交换法，电渗析法等。1.海水淡化简介海水淡化又称脱盐，它是利用物理、化学、生物方法将海水中溶解的盐除去。海水淡化的方法有蒸馏法、膜法(电渗析、反渗透)、冷冻法、离子交换法等，其中蒸馏法、膜法是主要方法。2蒸馏法淡化海水将海水加热至105 使其变为蒸汽，再冷凝得到蒸馏水。其特点是设备简单，易操作，淡水质量高，但能耗大。今后发展的趋势是将工业余热用于海水淡化，这是一条经济合理的途径。3电渗析法淡化海水电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法。离子交换膜是一种功能性膜，分为阳离子交换膜和阴离子交换膜(简称阳膜和阴膜)。阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过，这就是离子交换膜的选择透过性。在外加电场的作用下，水溶液中的阴、阳离子会分别向两极移动，如果在中间加上一种交换膜，就可能达到分离浓缩的目的。电渗析法就是利用这样的原理。电渗析技术的特点是从海水中除去离子，技术的关键在于离子交换膜，良好的离子交换膜应具有优良的选择透过性和化学稳定性。将海水淡化用作生活用水，以解决淡水资源匮乏的问题已逐步被列入议事日程。下列淡化海水的方法中，在原理上完全不可行的是()A加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化B利用太阳能使海水蒸馏淡化C将海水缓慢降温凝固以获取淡化的饮用水D将海水通过离子交换树脂以除去所含离子【解析】明矾的成分是KAl(SO4)212H2O，加入到海水中只能除去OH或Ba2等，对Na、Cl、Mg2、Ca2等无影响，达不到淡化的目的。【答案】A大阳能是今后能源的重要来源；利用离子交换树脂可达到高纯度的淡化；将海水降温能得到固体淡水，但其中会含有极少量的离子。2(2013北京市朝阳区高一期末)下列分离和提纯的实验中，所选用的方法或仪器不正确的是()序号ABCD实验目的制取蒸馏水水离水和植物油分离食盐水与泥沙从浓食盐水中得到氯化钠晶体分离方法蒸馏分液萃取蒸发选用仪器【解析】食盐水与泥沙分离操作为过滤。【答案】C【教师备课资源】海水淡化的其他方法简介1多级闪急蒸馏法：在一定的压力下，把经过预热的海水加热至某一温度，引入第一个闪蒸室，降压使海水蒸发，产生的蒸汽在热交换管外冷凝而成淡水，而留下浓缩海水，温度降到相应的饱和温度。依次将浓缩海水引入以后各闪蒸室逐级降压，使其蒸发，再冷凝而得到淡水，闪蒸室的个数，称为级数，最常见的装置有2030级，有些装置可达40级以上。2离子交换法：采用氢型阳离子交换树脂(HR)和羟基型阴离子交换树脂(ROH)共同使海水淡化。3冷冻法：纬度较高的国家适宜采用。把海水冷却到冰点(1.8)时，海水结冰(水分子间以氢键缔合)基本上是纯水，去掉冰，剩下的就是浓缩海水。这样，淡水和浓缩海水就被分离开了。4反渗透法：又称超过滤法，该法是利用只允许溶剂透过，不允许溶质透过的半透膜，在膜的原水一侧施加比溶液渗透压高的外界压力，原水透过半透膜时，只允许水透过，其他物质不能透过而被截留在膜表面，从而将海水与淡水分开。阳离子交换膜能在直流电场的作用下选择性地透过电解液中的阳离子使其向阴极迁移，阴离子交换膜则能在直流电场的作用下选择性地透过电解液中的阴离子使其向阳极迁移。同时在电解槽(称为“电渗析器”)中使用合适型号的这两种膜(简称“阳膜”和“阴膜”)，可以在直流电场的作用下进行海水的电渗析脱盐而使海水淡化。海水中主要离子的含量平均值如下：Cl：18 980 mgL1，Na：10 560 mgL1，SO：2 560 mgL1，Mg2：1 272 mgL1，Ca2：400 mgL1，K：380 mgL1，HCO：142 mgL1海水在电渗析器中部分变成淡水的原理，示意图如图所示。电渗析器中由许多对阳、阴膜围成的许多“隔室”的宽度都很窄。脱盐时，各隔室相间流动着“淡水”和“浓海水”；在流动着“极水”的以石墨为电极材料的两极发生电解反应。根据需要，可将几台电渗析器串联使用。图中标写的离子符号，提供思考其在电场中的迁移方向。回答下列问题：(1)分别写出海水在电渗析器中脱盐时所得主要阳极产物和主要阴极产物的化学式。用以石棉布为隔膜的一般的惰性阳极电解槽来电解海水，能用以生产H2吗？为什么？(2)致力于发展电渗析法、反渗透法等海水淡化新技术的直接社会效益是什么？(3)人类已成功地联合应用海水淡化新技术和一般的离子交换树脂净水法，由海水制得纯水。又知海洋水能源(海洋水能发电)有其巨大的开发前景。你认为应怎样综合开发海洋能源，促成人类进入氢能时代？【解析】(1)阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：2H2e=H2。因为氯气可以和烧碱反应，所以不能用于制氯气，但制氢气没有什么问题。(2)从以上原理看，至少可以得到电解产物氯气、氢气和高浓度的烧碱，同时得到淡水及可用于进一步利用的浓缩海水。【答案】(1)Cl2、H2；能，因为阴极发生的反应可以得到H2。(2)制氯气、氢气和高浓度的烧碱，同时得到淡水及高浓度卤水。(3)思路提示：海洋水发电，电渗析电解得氯碱类产品及淡水，卤水的进一步开发利用(合理即可)。1下列材料中能使海水淡化的高分子材料是()A生物高分子材料B离子交换树脂C液晶高分子材料 D复合材料【解析】使海水淡化是把海水中过多的阴、阳离子除去，特别是Na、Cl、Mg2等，使用高分子分离膜可以选择性透过离子阻止某些离子通过，从而达到淡化目的。【答案】B2“十一五”期间，合肥市投巨资建设多座污水处理厂，改善巢湖水质环境。已知污水处理的主要方法如下，其中属于化学方法的是()中和法化学沉淀法氧化还原法过滤法ABC D【解析】中和法、化学沉淀法、氧化还原法显然属于化学方法，而过滤法是利用物质的溶解性不同，分离难溶性固体和液体混合物的方法。【答案】A3工业废水中常含有不同类型的污染物，可采用不同的方法处理。以下处理措施和方法正确的是()选项污染物处理措施方法类别A废酸加生石灰中和物理法BCu2等重金属离子加硫酸盐沉降化学法C含苯废水用活性炭吸附物理法D含纯碱的废水加石灰水反应化学法【解析】废酸与碱中和属于化学法，A项错；Cu2不可能用SO沉降，B项错；活性炭吸附苯是利用了活性炭的吸附性，是物理法，C项正确；Na2CO3Ca(OH)2=CaCO32NaOH，生成强碱NaOH，废水的碱性增强，D项错误。【答案】C4以下是有关海水淡化的叙述，其中不正确的是()A蒸馏法比电渗析法获得的淡水纯度高B蒸馏法淡化海水设备简单但耗能较高C电渗析法所形成的浓水属于纯无用之水D电渗析法所形成的浓水可以再利用【解析】电渗析法所形成的浓水又叫卤水，可从其中提取多种化工原料。【答案】C5工厂的工业废水，不可直接往江河排放，否则会造成严重公害。某河道两旁有甲、乙两厂，它们排出的工业废水各含有K、Fe3、Ba2、Ag、Cl、SO、NO、OH中的四种。又知甲厂污水pH7。(1)甲厂污水中含有的四种离子可能是：_。(2)乙厂污水中含有的四种离子可能是：_。(3)乙厂进行废水处理，方法之一，可往废水中加入一定量的_(选填“活性炭”“硫酸亚铁”或“铁粉”)，可以回收其中的金属_(填元素符号)。(4)消除污染的另一种重要措施是将甲、乙两厂的废水按比例混合，可使废水中的_(填离子符号)转化为沉淀，从而大大降低污染程度。过滤后所得废水主要含_，可用于浇灌农田。【解析】(1)(2)由甲厂废水pH7知必有OH，则与之不共存的Fe3、Ag必须在乙厂废水中，由Ag只能存在于AgNO3中，知乙厂必有NO，而SO必在甲厂废水中，则Ba2又必须在乙厂废水中，可将8种离子分开。(3)乙厂废水含Fe3、Ba2、Ag、NO，能与备选试剂反应得金属单质的只有Fe粉与Ag反应回收Ag。(4)对比甲厂、乙厂废水中的离子，可看出能生成Fe(OH)3、AgCl、BaSO4，过滤后主要成分是KNO3，KNO3是一种常见复合肥。【答案】(1)OH、Cl、SO、K(2)Fe3、Ba2、Ag、NO(3)铁粉Ag(4)OH、Fe3、Cl、Ag、SO、Ba2KNO31下列关于水资源利用的说法中不正确的是 ()A加强工业用水系统的环保改造，提高水的重复利用率B加强城市生活污水处理，坚持达标排放C加快产业结构调整，建立水资源节约型、环保型的国民经济体系D推广使用纯净水代替自来水作为生活用水，以保障用水安全【解析】用纯净水代替自来水并不能节约水资源，长期饮用纯净水对人体健康也不利。【答案】D2我国淡水资源非常短缺，所以在生产和生活中应该()A减少饮水量，以节约用水B将生活用水、工厂废水直接排放到湖泊或海洋中C既要防止和消除水体污染，又要节约用水D水是取之不尽、用之不竭的天然资源【解析】人体内水量不能太少，故不能减少饮水量，A错；B中直接排放污水会造成水污染，B错；水并不是不会枯竭的，故D错。【答案】C3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农业生产中农药、化肥的施用不当海上油轮石油泄漏工业生产中废液、废渣、废气的排放A只有B只有C只有 D【解析】该题所列几项均会引起水体污染。【答案】D4(双选)(2012海南高考)污水经过一级、二级处理后，还含有少量Cu2、Hg2、Pb2等重金属离子，可加入沉淀剂使其沉淀。下列物质不能作为沉淀剂的是()A氨水B硫化氢气体C硫酸钠溶