鲁科版选修1 主题1课题2获取安全的饮用水 学案.doc

化学鲁科版选修1主题1课题2获取安全的饮用水学习要求学习要点1.了解从天然水中获得可饮用水的一般步骤与原理。2了解自来水厂获取大量可饮用水的一般步骤与原理。3掌握由普通饮用水制取纯净水的方法与原理。4认识污水处理的方法，污水处理的意义。5通过获取安全的饮用水知识的学习，认识化学在饮用水处理中的作用以及污水治理中化学知识的运用，增进保护水资源、防止水污染的意识，学会正确选择饮用水。1.由普通饮用水制取纯净水的方法与原理。2硬水软化的方法与原理。一、天然水的净化1天然水中的杂质：主要有_、_和_等，必须经过综合处理才能达到饮用标准。2沉降悬浮物的方法：要除去天然水中的悬浮物，一般可加入_或_等絮凝剂。它们加入水中会形成_，从而吸附水中的小颗粒固体物质。3杀菌消毒：杀菌消毒的实质是_。对少量水通常使用_法来杀菌消毒，对大量水多采用_法进行杀菌消毒。常用的杀菌消毒剂有_、_、_。4自来水的处理过程：主要包括_、_、_、_四个过程。预习交流天然水中主要含有哪些物质？经过哪些处理才能成为饮用水？二、硬水的软化1硬水：溶有_的水；软水：溶有_的水。水垢的主要成分是caco3和mg(oh)2。2永久硬度：由_等引起的硬度；暂时硬度：由_引起的硬度。水的硬度泛指这两种硬度的总和。3硬水软化及方法除去或减少天然水中的_等的过程，叫做硬水的软化。常用的硬水软化方法有_、_和_等。(1)加热法：当硬水中钙、镁离子以_的形式存在时，可以通过煮沸使钙、镁离子转化为_沉淀。用加热法可软化暂时硬水，其反应原理为_。(2)药剂法：向水中加入适当的_使钙、镁离子以_的形式从水中分离的方法，常用的化学药剂有_或_等。(3)离子交换法：当硬水中钙、镁离子可以通过_将其软化。通常用到的离子交换剂为阳离子交换剂。反应为_。预习交流离子交换法常用于工业锅炉用水的软化，它是怎样软化水的？三、纯净水的制取方法纯净水是以_为原料，选用_法、_法、_法、_法等适当的加工方法制得的。目前最理想的方法是_法，这种方法的原理也可以进行海水淡化。预习交流纯净水、矿泉水和山泉水等饮用水的含义？四、污水治理与环境保护1水污染的人为因素主要由_、_、_以及降雨淋洗将_和堆积在地上的垃圾污染物冲入水中而引起的。2污水处理方法处理污水的主要方法有_、_、_。其中化学方法包括_、_、_、_等。预习交流水的污染有哪两类？如何防治水的污染？答案：一、1.泥土可溶性物质致病细菌2铝盐铁盐氢氧化铝或氢氧化铁胶体3用强氧化剂或在高温条件下使菌体蛋白质变性加热煮沸强氧化剂氧化氯气漂白粉二氧化氯4沉淀过滤曝气消毒预习交流：答案：天然水中的杂质：主要有泥土、可溶性物质和致病细菌等，必须经过综合处理才能达到饮用标准。将天然水变为饮用水的两个重要步骤：沉降悬浮物和杀菌消毒。第一步：沉降悬浮物使用铝盐、铁盐、聚合铝、镁盐等无机絮凝剂和有机絮凝剂，以及粉碎的石灰石、黏土、膨润土或硅藻土等辅助剂；絮凝剂加入水中后形成的氢氧化铝和氢氧化铁等胶体粒子都带正电荷，吸附水中带负电荷的杂质胶体粒子和悬浮物质形成絮状物。当絮状物的重力大于浮力时就会下沉，从而脱离水体而沉积下来；辅助剂的作用在于使凝聚后的絮状物增重而易于沉降。第二步：杀菌消毒原理：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细菌蛋白质变性。常用的几种杀菌消毒剂：氯气、漂白粉ca(clo)2和cacl2的混合物、二氧化氯(clo2)、高铁酸盐(na2feo4或k2feo4)。二、1.较多ca2、mg2少量或不含ca2和mg22钙和镁的硫酸盐或氯化物碳酸氢钙和碳酸氢镁3ca2、mg2加热法药剂法离子交换法(1)mg(hco3)2、ca(hco3)2碳酸盐ca(hco3)2caco3co2h2omg(hco3)2mgco3co2h2o(2)化学药剂沉淀生石灰纯碱(3)离子交换剂2narca2=car22na、2narmg2=mgr22na预习交流：答案：离子交换树脂是人工合成的颗粒状有机高分子化合物，由交换剂本体(r)和交换基团两部分组成。离子交换树脂分为：阳离子交换树脂(用hr表示)含有能被其他阳离子交换的h；阴离子交换树脂(用roh表示)含有能被其他阴离子交换的oh。离子交换法的原理：由普通饮用水制取纯净水的过程主要是除去离子的过程，通常采用离子交换法，即使原料水通过离子交换树脂，阳离子交换树脂上的h与水中的阳离子(如ca2)进行交换，释放出h，而阴离子交换树脂上的oh与水中的阴离子(如cl)进行交换，释放出oh。h与oh结合生成纯水，达到除去离子的目的。反应的方程式如下：nhrmn(ca2、mg2等)mrnnhmrohym(so、cl等)rmy moh三、符合生活饮用水水质标准的水电渗析离子交换反渗透蒸馏反渗透预习交流：答案：纯净水：是饮用水经过反渗透技术过滤，去掉绝大部分杂质，电导率小于10的净水。矿泉水：是经过超滤设备过滤，去掉一部分杂质，适于水质较好的地区。山泉水：是大山附近的水质较好的水源，处理方法与矿泉水一样。四、1.工业废水生活污水农田排水大气污染物2物理方法生物方法化学方法中和法氧化法还原法化学沉淀法预习交流：答案：水的污染有两类：一类是自然因素造成的，如地下水流动把地层中某些矿物溶解，使某些地区水中盐分、某些元素含量偏高或因动植物腐烂产生的毒物而影响了当地的水质等；另一类是人为因素造成的，主要是工业排放的废水。此外，还包括生活污水、农田排水、降雨淋洗大气中的污染物以及堆积在大地上的垃圾经降雨淋洗流入水体的污染物。水污染的防治：要防止水体污染，改善水质，最根本的措施是控制工业废水和生活污水的排放。在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！我的学困点我的学疑点一、天然水的净化我国规定饮用水质量标准必须符合下列要求：phca2、mg2总浓度/moll1细菌总数/个ml16.58.50.004 5100以下是原料水处理成自来水的工艺流程示意图：原料水 (1)原料水中含ca2、mg2、hco、cl等，加入生石灰生成ca(oh)2，进而发生若干复分解反应，写出其中的离子方程式_(只要求写出两个)。(2)絮凝剂除去悬浮固体颗粒的过程_。(填编号)只是物理变化过程只是化学变化过程既有物理变化又有化学变化feso47h2o是常用的絮凝剂，它在水中最终生成_沉淀。(3)通入二氧化碳的目的是_和_。(4)气体a的作用是_，这种作用是基于气体a和水反应的产物具有_。(5)下列物质中，_可以作为气体a的代用品。(填编号)ca(clo)2浓氨水k2feo4so2使用自来水时应注意些什么？天然水的净化1净化目的除去天然水中的杂质，使之达到饮用水标准中的感官指标、化学指标和细菌学指标。2自来水厂净水的方法(1)特殊要求便宜、有效，适于对大量水进化净化。(2)步骤第一步：沉淀在沉淀池中加入絮凝剂静置，水中的悬浮物可沉淀到池底。第二步：过滤使水通过细砂、无烟煤和活性炭，以除去沉淀和残存的悬浮物及异味。第三步：曝气把水暴露在空气中，使水与空气的接触面积增大，增加水中氧的含量，以加速水中有机物的分解。第四步：消毒加入杀菌消毒剂杀灭水中有害的微生物。二、硬水的软化及纯净水的制取通常，把由ca2、mg2的碳酸氢盐引起的硬度叫暂时硬度，而把ca2、mg2的硫酸盐或氯化物引起的硬度叫永久硬度。我国现行标准规定：1 l水含10 mg cao(或相当于10 mg cao)称为1度(以1表示)，硬度在8以上的称为硬水，在8以下的称为软水。经实验测定，某地的河水中含ca(hco3)2 2.500103 moll1、mg(hco3)2 3.000103 moll1。请回答下列问题：(1)该河水的硬度类型是_，硬度值是_。(2)若将该河水直接作锅炉用水，主要危害是_。(3)欲降低该河水的硬度，下列措施中有效的是(填写代号)_。a加热b加漂白粉c加高铁酸钾 d加明矾(4)磷酸钠也是优良的硬水软化剂之一。要将该河水加工成软水，每立方米河水(设该河水的密度为1 gcm3)中应加磷酸钠的质量为_。为什么不宜长期饮用纯净水？经常饮用矿泉水有益健康吗？1.硬水的概念(1)溶有较多ca2、mg2的水称为硬水；溶有少量或不含ca2、mg2的水称为软水。(2)除去过多的ca2、mg2从而将硬水转化为软水的过程叫做硬水的软化。(3)暂时硬度：由ca2、mg2和hco形成的硬度。(4)永久硬度：由ca2、mg2和so、cl形成的硬度。2煮沸法(1)只适用于少量水的软化。(2)只能减小硬水的暂时硬度。(3)反应原理：ca(hco3)2caco3co2h2o，mg(hco3)2mgco3co2h2o，mgco3h2omg(oh)2co2。(4)水垢的主要成分是caco3和mg(oh)2。3药剂法(1)所用试剂是生石灰(与水反应生成熟石灰)和纯碱等。(2)软化硬水时，先加生石灰，后加纯碱。(3)既能减小硬水的永久硬度，也能减小硬水的暂时硬度。(4)反应原理：ca(hco3)2ca(oh)2=2caco32h2o，mg(hco3)22ca(oh)2=2caco3mg(oh)22h2o，mgcl2ca(oh)2=mg(oh)2cacl2，cacl2na2co3=caco32nacl。4离子交换法(1)离子交换法利用离子交换剂软化硬水。(2)离子交换剂分为阳离子交换剂和阴离子交换剂两类。(3)工业上常用磺化煤等阳离子交换剂软化硬水，其原理是：2narca2=car22na，2narmg2=mgr22na。(4)离子交换剂会因离子交换作用的进行而逐步丧失功能。(5)离子交换剂再生的方法是让高浓度的nacl溶液通过离子交换剂，用na把离子交换剂吸附的ca2、mg2置换出来。5纯净水的制取方法(1)有离子交换法、反渗透法、蒸馏法等很多方法。(2)离子交换法制取纯净水的常用方法。包含以下三个处理程序：用活性炭过滤除去有机物离子交换除去离子用紫外线或臭氧杀菌消毒。去除离子的原理：原料水通过离子交换树脂时，水中的离子与树脂上的离子进行交换，其中，阳离子交换树脂上的h与水中的阳离子进行交换，释放出h，而阴离子交换树脂上的oh与水中的阴离子进行交换，释放出oh。h与oh结合生成纯水。(3)反渗透法目前制取纯净水较理想的方法。这种方法采用孔径很小的反渗透膜并对原料水加压，在外加压力的作用下只有水分子能通过，从而得到纯净水。反渗透法也可以用于海水的淡化。三、污水的治理如图是某市污水处理的工艺流程示意图：(1)污水处理的主要方法有：中和法；化学沉淀法；氧化还原法；过滤法。其中属于化学方法的有_。a b c d(2)常用的混凝剂可以是_(任填一种混凝剂的名称)。(3)加入熟石灰的目的是_，写出相关的化学方程式_。(4)加入na2s的作用是_。水是宝贵的自然资源，是地球上一切生命赖以生存的物质基础之一。20世纪以来，全世界人口增长了3倍，经济增长了20倍，用水量增加了10倍，水资源的匮乏已严重威胁世界经济的发展和人类生存。有专家预测，水资源危机将成为21世纪继能源危机后又一全球性危机。如果我们不再保护水资源的话，我们终会有一天喝的不是地球上的水，而是人类自己的眼泪。结合实例谈谈如何保护淡水资源和节约用水。1.水体污染源(1)工业污水；(2)生活污水；(3)农田排水；(4)降雨淋洗和冲刷。2城市污水处理厂处理污水的方法城市污水处理厂通常采用活性污泥二级处理工艺处理污水。(1)一级处理：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污水中的酸性或碱性物质。(2)二级处理：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。3特殊处理污水的方法(1)混凝法向污水中加入混凝剂，会使细小的悬浮颗粒聚集成大的颗粒而沉淀与水分离，从而除去水中悬浮物。如将明矾放入水中发生反应：al33h2oal(oh)3(胶体)3h(2)中和法对于酸性废水用熟石灰中和，碱性废水用h2so4或co2来中和。反应为hoh=h2o。(3)沉淀法加入某些沉淀剂利用沉淀反应除去水中重金属离子。如含有hg2的废水中加入na2s：hg2s2=hgs，从而使hg2转化为hgs而除去。(4)氧化还原法利用氧化还原反应将有毒物质转化为无毒物质、难溶物质而除去。答案：一、活动与探究：答案：(1)hcooh=coh2o，mg22oh=mg(oh)2，ca2hcooh=caco3h2o(任选其二，其他合理答案均可)(2)fe(oh)3(3)除去ca2调节ph(4)杀菌消毒强氧化性(5)解析：本题以自来水的获取为载体，考查学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。(1)含ca2、mg2、hco、cl的水中加入ca(oh)2可发生多种反应：hcooh=coh2o，mg22oh=mg(oh)2，ca2hcooh=caco3h2o。(2)加入feso47h2o，fe2被氧化成fe3，再水解成胶状fe(oh)3，吸附水中杂质而沉淀。(3)通入co2的目的是除去剩余的ca(oh)2，即ca2和oh。(4)气体a应该是cl2，因为与水反应生成次氯酸具有强氧化性而杀菌消毒。(5)应选强氧化剂。思考与交流：答案：自来水不可以直接饮用，主要有两个原因：一是目前氯气消毒仍然是自来水消毒的一种主要方式，出厂时残留的氯气会与水中残留的少量有机物发生反应，生成对人体有害的氯代有机物；二是由于自来水从出厂到进入千家万户需要经过很长的管道运输，在此过程中有可能受到污染，导致微生物的滋生。因此，在饮用自来水前应将自来水煮沸，以除去残留的氯气以及氯代有机物并杀死微生物。另外，在使用自来水时，还应注意如下几个问题：(1)警惕早晨“死水杀手”停用一夜的水龙头及附近水管中的自来水是静止的，这些水与金属管壁会发生反应，致使金属离子进入水中，造成自来水被污染，这种水不宜饮用，也不宜用来刷牙。因此，早晨拧开自来水龙头后，应当将这种有害的“死水”放掉，大约放水几升后(满一脸盆)，方可接水使用。(2)拒绝饮用反复煮沸的水经过反复煮沸的水也不宜饮用，因为这样的水中亚硝酸盐的浓度很高。常饮这种水，会引起亚硝酸盐中毒。水垢随水进入人体，还会引起消化、神经、泌尿和造血系统病变，甚至引起早衰。(3)不喝没有完全煮沸的水专家指出，经常喝未被完全煮沸的水，患膀胱癌、直肠癌的可能性增加21%38%，因为自来水中的有害病菌必须达到100 时才能被完全杀死。二、活动与探究：答案：(1)暂时硬度30.8(2)使锅炉结垢，降低热效率，浪费燃料，甚至引起锅炉爆炸(3)a(4)445.1 g解析：(1)该河水的硬度是由ca(hco3)2和mg(hco3)2引起的，因此该河水的硬度类型为暂时硬度。对“10 mg cao或相当于10 mg cao”，可理解为ca2或mg2的化合物。该河水中ca2、mg2的总浓度为5.500103 moll1，硬度值为30.8(4)软水的硬度值在8以下。使该河水变为8的软水应降低的硬度值为22.8。na3po4软化硬水的化学反应原理为3ca22po=ca3(po4)23mg22po=mg3(po4)2每升河水的硬度值降低22.8时，应加入na3po4的质量为164 gmol10.445 1 g每立方米河水中加na3po4的质量应多于445.1 g。思考与交流：答案：随着水污染的日趋严重，不少城市居民对饮用水的质量普遍感到疑虑和担心，因而纷纷用矿泉水、纯净水等替代日常饮用水，但如果长期饮用这种水，同样会危害身体健康。纯净水一方面过滤掉了水中的各种有害、有毒物质，但另一方面，也过滤掉了对人体有益的矿物质。长期饮用纯净水会影响人体内的酸碱平衡，影响神经、肌肉和多种酶的活动，减弱人体免疫力。正处于生长发育期的青少年尤其要注意尽量少喝这种水。矿泉水中含有一定的微量元素，对人体的新陈代谢有促进作用。但是，矿泉水中的微量元素含量比较单一，并不能为人体提供全面、均衡的矿物质。经常饮用这种水，会导致某些元素过量，并在血液、细胞中沉积，致使微量元素代谢失调，增加肾脏负担，易产生肾结石、尿道结石和胆结石等。三、活动与探究：答案：(1)a(2)明矾(其他合理答案亦可)(3)中和酸性废水ca(oh)22hcl=cacl22h2o(4)除去hg2解析：过滤法属于物理方法，其他三种方法都属于化学方法。根据污水中的成分选择处理方法和所用试剂。水处理过程中常用的混凝剂有：硫酸铝al2(so4)3、明矾kal(so4)212h2o等。该污水中含有h和hg2，加入熟石灰目的是中和酸性废水，加入na2s目的是将hg2转化成hgs沉淀。思考与交流：答案：要保护好地球上紧缺的淡水资源，提倡民众从四方面做起：一、节约用水、一水多用；二、防止和治理水污染，少用化学合成剂；三、收集利用雨水、淡化海水，扩大淡水来源；四、植树造林，防止水土流失。在节约用水、提高水的利用率方面，居民家庭应做到：(1)全面使用节水型卫生洁具和用水器具。(2)养成良好的用水习惯，一水多用、重复利用。比如，洗衣服水冲厕所，洗脸、洗手、洗菜、洗碗不间断放水改为间断放水等；再如，平时洗手、洗碗、洗菜用过的水不要倒掉，把它们倒进一个水桶里留着冲厕所。(3)发现跑、冒、滴、漏水及时维修，杜绝浪费。1天然水中一般含有很多杂质。下列物质中，一般不能在天然水中存在的是()。a硅酸盐 b大肠杆菌 c氯化镁 d酒精2用高铁酸钠(na2feo4)对来自河、湖的淡水消毒，是城市饮水处理的新技术，下列对高铁酸钠用于饮水处理的分析正确的是()。ana2feo4的水溶液显酸性，能杀菌消毒b在na2feo4中铁元素显6价，具有强氧化性，能杀菌消毒cna2feo4的还原产物fe3易水解产生fe(oh)3胶体，使水中悬浮物聚沉dna2feo4的还原产物fe2水解得fe(oh)2胶体，使水中悬浮物聚沉3下列方法中能同时很好地减小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 b c d4某地区使用含较少ca2、mg2的天然水按下列四个步骤制取自来水。天然水 自来水回答下列问题：(1)该地区的天然水属于_(“硬水”或“软水”)。(2)在第一步中需要加入絮凝剂，常用的絮凝剂可以是_(任填一种絮凝剂名称)。(3)常用液氯作为消毒剂，其原理是_。5磺化煤(代表式nar)是一种钠型离子交换剂，它能使硬水中的ca2、mg2通过交换除去而软化。现代海水(已知海水中含na、ca2、mg2阳离子)的淡化方法是使海水按顺序通过两种离子交换树脂，其流程如图所示。(1)现有氢型阳离子交换树脂和羟型阴离子交换树脂，则(填代表式)a柱是_，b柱是_。(2)按上述顺序装柱的理由是_。6有一种工业废水，已知其中含有大量的fe2和so，少量的ag和na，以及部分污泥。某校化学兴趣小组的同学通过下列操作过程，回收、处理废水。根据上述操作过程，回答下列问题：(1)在实验室进行操作时，需要的主要玻璃仪器有_。(2)操作的名称是_。(3)需要向溶液a中加入过量x，x是_。发生反应的离子方程式为_。(4)上述操作回收到的物质是_。答案：1d解析：天然水长期与矿物质接触，硅酸盐是矿物质的主要成分，而海水中含有氯化镁。2bc解析：高铁