水污染及防治.doc

5 高中化学总复习-元素化合物 编辑 孙先辉水污染及防治乐观者在一个灾难中看到一个希望。英国谚语【考纲要求】了解一些生活用水的净化及工业污水的处理方法。【教学重点】水污染的计算【教学过程】什么是水体污染？ 地球上大约有13.9亿立方千米的水，其中97.2在海洋中，2.15是冰山和冰川，人们可以利用的淡水只约占0.65。人类就是依靠这些水来维持生命和从事生产的。在这些天然水中含有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl、SO42、HCO3、CO32 等离子。如果使不属于水体的物质进入水体，而且进入的数量已经达到破坏水体原 有用途的程度，就叫水污染。 造成水污染的原因是多方面的。根据污染源可分为城市生活废水污染、工业废水污染、农田流水污染（喷洒的农药、施用的化肥被雨水冲刷流入水体）、固体废物污染（工业废渣中的有毒物质，经水溶解后进入水体）及工业烟尘废气污染（烟尘废气落入水体或被雨水淋洗流入水体）等。 污染水体的物质一般可分为以下几类： 1无机污染物 包括酸、碱、无机盐等。 2有机污染物 包括碳水化合物、脂肪、蛋白质、碳氢化合物、合成洗涤剂等。 3有毒物质 包括重金属（铅、铬、汞、镉等）盐类、氰化物、氟化物、砷化物、酚类、多环芳烃、多氯联苯、有机农药等。 4致病微生物 包括各种病毒、细菌、原生物等。 5耗氧污染物 有些有机物和无机物，能消耗水中溶解的氧气，使水发黑变臭，危害水生生物的生存。 6植物营养物质 有些物质中含有植物生长所需要的氮、磷、钾等营养元素（如含磷洗衣粉、化肥、饲料等），这些物质能促使水中藻类疯长，从而消耗水中的氧气，危害鱼类的生长，造成水质恶化。 此外，还有石油工业带来的油污染、热电厂造成的热污染、核电厂带来的放射性污染等，不仅污染水体，危及水生动物，还会危害人体健康。海水中为何出现“赤潮”？ 近年来，我国渤海湾等近海海域中，曾出现大面积的红色潮水，人们称这种现 象为“赤潮”。赤潮不是潮汐现象，也不像“黑潮”那样是海流运动，而是海洋中 一种红色的浮游生物在特定条件下过度繁殖的生物现象。 为什么浮游生物能过度繁殖呢？原来大量涌进海洋中的废水、废渣以及经大气交换进入海洋的物质中，有些含有氮、磷等元素，属于植物生长必需的营养素。因此浮游生物大量急剧繁殖，就使大海穿上了“红装”。为了预防海洋赤潮现象，应该控制含氮、磷等废物，例如含磷洗衣粉的废水等向海洋中排放，以保持海洋中的生态平衡。【样板题】看看以前是怎样考的例1 化学需氧量（COD）是水体质量的控制项目之一，它是量度水中还原性污染物的重要指标。COD是指用强氧化剂（我国采用K2Cr2O7）处理一定量水样时的消耗的氧化剂的量，并换算成以O2作为氧化剂时1L水样所消耗O2的质量（mg/L）。现有20.00mL某废水样品，向其中加入10.00mL0.04000mol/L K2Cr2O7溶液，并加入适量的酸和催化剂，加热2h。在指示剂存在下用12.00mL0.1000mol/LFe(NH4)2(SO4)2溶液滴定。（1）已知K2Cr2O7在酸性溶液中作氧化剂时被还原成Cr3+，Fe2+被氧化成Fe3+。写出K2Cr2O7与Fe(NH4)2(SO4)2在H2SO4存在下反应的化学方程式。（2）计算20.00mL废水所消耗的K2Cr2O7的物质的量。（3）计算该废水样品的COD。（4）在锻造、机械、印染、造纸、电镀、蓄电池等工厂所排放的污水中，COD值特别高的是 。（1999年上海市普通高校招收保送生综合能力测试题）解析：要挖掘的信息点有：COD的涵义；K2Cr2O7和O2的互换关系，从K2Cr2O72 Cr3+，得电子的物质的量=6n(K2Cr2O7)，从O22H2O，得电子的物质的量=4n(O2)依据K2Cr2O7和O2得电子数相等，4n(O2)= 6n(K2Cr2O7)；由K2Cr2O7和Fe(NH4)2(SO4)2反应生成Cr3+和Fe3+推知，反应产物是 Cr2(SO4)3、(NH4)2SO4、K2SO4、Fe2(SO4)3和H2O；题给数据是四位有效数字；印染厂大量使用还原剂，如NaNO2等，造纸厂大量使用还原性漂白剂，如Na2SO3等，同体积废水样品含还原剂越多，化合价变化值越大，COD值越高，另外，这两厂比其他厂排放废气浓度大。（1）K2Cr2O7+6Fe(NH4)2(SO4)2+7H2SO4=3Fe2(SO4)3+6(NH4)2SO4+Cr2(SO4)3+K2SO4+7H2O(2) Fe(NH4)2(SO4)2的总的物质的量=0.1000mol/L(12.00mL/1000mL/l)=1.20010-3mol，K2Cr2O7的总物质的量=0.04000mol/L(10.00mL/1000mL/l)=0.400010-3mol， Fe(NH4)2(SO4)2消耗K2Cr2O7的物质的量=1/61.20010-3mol=0.200010-3mol。20mL该废水样品中还原剂消耗K2Cr2O7的物质的量=0.400010-3mol-0.200010-3mol=0.200010-3mol。（3）0.200010-3mol K2Cr2O7相当于氧气的物质的量，n(O2)=6/4n(K2Cr2O7) =6/40.200010-3mol=0.300010-3moln(O2)= 0.300010-3mol32.00g/mol=9.60010-3g=9.600mg。COD=9.600mg(1000mL/20mL)=480.0mg/L。（4）印染、造纸。例2 铁酸钠（Na2FeO4）是水处理过程中使用的一种新型净水剂，它的氧化性比高锰酸钾更强，本身在反应中还原成Fe3+。（中学化学02/3- 27）（1）铁酸钠之所以能净水，除能消毒杀菌外，另一个原因是 。 （2）ClO2也是一种新型的消毒杀菌剂，它与铁酸钠一样，都是通过氧化作用杀菌，试计算等质量时ClO2的消毒杀菌能力是Na2FeO4的 倍。（3）ClO2是一种黄绿色有刺激性所味的气体，其熔点为-59，沸点为11.0，易溶于水。ClO2可以看作是亚氯酸（HClO2）和氯酸的混合酸酐，工业上用稍加潮湿的KClO3和草酸（H2C2O4）在60反应制得。某学生用如图装置模拟工业制取及收集ClO2，其中A为ClO2的发生装置，B为ClO2的凝集装置。C为尾气吸收装置。请问：电动搅拌器湿润KClO3与草酸ABCA、B部分还应分别补充什么装置？ C中所装的药品为 。解析：（1）由题意知，Na2FeO4的还原产物是Fe3+，Fe3+在溶液中会发生反应：Fe3+H2O Fe(OH)3(胶体)+3H+，Fe(OH)3胶体因有巨大的比表面积，可以吸附水中的悬浮物，这是Na2FeO4净水的另一个重要原因。（2）用ClO2和Na2FeO4的消毒杀菌都是通过氧化作用实现的，故等质量ClO2和Na2FeO4的杀菌能力之比等于它们在反应中得到电子的个数之比。即m(ClO2)/67.5g/mol5mol:m(Na2FeO4)/166g/mol3mol=4.1(3)从有关ClO2性质及其制备方法的介绍中可以提取出以下信息：ClO2是一种熔、沸点低的有毒气体；制备ClO2应控制在60左右；ClO2是一种混合酸酐。根据信息，不难查知，A部分缺乏温控装置，在等于或高于100的情况，实验室可采用水浴加热的方法确保反应所需温度。欲使生成的ClO2气体凝聚于B中，由信息知，应在B部分添加冰水 冷凝装置。尾气中的主要成分是CO2（2KClO3+H2C2O4=2ClO2+CO2+K2CO3+H2O）及少量末凝聚的ClO2，它们都属于酸酐，故可用NaOH溶液吸收（依信息2 ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O），以防止环境污染。水消毒用的K2FeO4可用下列反应制备，请配平：Fe2O3+3KNO3+4KOH=K2FeO4+KNO2+H2O (1、3、42、3、2)用铁酸钠（K2FeO4）处理来自河流湖泊的水，以作为人们生活的饮用水，是一项较新的技术。以下叙述中正确的是K2FeO4溶液有强酸性；K2FeO4溶液有强氧化性；K2FeO4可使水软化；该过程中水被消毒和净化ABCD解析：K2FeO4为紫色物，溶于水呈紫红色。在一般情况下，FeO42的浓碱中稳定，在中性或酸性中迅速分解（2FO4210H2F5H2O3/2O2）。FeO42是强氧化剂，它能将C（）氧化成C（）,也能氧化细菌(消毒)，自身转化为Fe（OH）3沉淀。本题的答案为D。例3 排放的污水含氨量过高也会造成水体污染，使水中藻类大量繁殖，耗掉水溶氧，形成“死水”。某废水处理站用甲醇处理含氨34.0 mg/L的废水，其原理如下：（1）在细菌作用下，通空气氧化废水中的氨，使其生成NO3-，其离子方程式为： （2）在酸性条件下，甲醇与NO3-作用生成N2和CO2，其离子方程式为 若反应（1）中氨的转化率为95%，反应（2）中NO3-的转化率为86%，则每天处理500m3这种废水，需要甲醇多少kg？思路：（1）NH3+2O2+OH-=细菌NO3-+2H2O（2）6NO3-+5CH3OH+6H+=3N2+5CO2+13H2O关系式 6NH3 5CH3OH 617g 532g 5.00103L34.010-3g/L95.0%86.0% x x=21.8kg答：需要甲醇21787g即21.8kg【拓展练习】一不留神就把这部分内容掌握了1不能自然净化，即水中溶有的O2能把有机污染物自发地转变为简单的无机物，此过程可简单地表示为(CH2O)+O2CO2+H2O。1L水中含有的有机物转化为无机物所需O2的量（mg/L）称为生化需氧量（BOD）。若水中溶有的O2比BOD小，水就发臭，鱼等淡水生物就不能生存。某化工厂将生产过程中含有机物（用C6H10O5）表示的废水排入河水中，经测定该河段的水中含C6H10O5210-6a（质量分数）。已知1.01105Pa，t下，O2在水中的溶解度，折算成标准状况下为a10-3L/L。（1）该段河水的生化需氧量（BOD）为 （2）鱼虾等在此段河水中能否生存？答案：（1）2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2+10CO2+8H2O （2）240mg/L （3）不能2为了度量水中有机物等还原性污染物的含量，通常把1L水样与强氧化剂完全作用时消耗氧化剂时的质量，折算成以氧气为氧化剂时的质量，（即O2mg/L）来表示，称为该水样的化学耗氧量（COD）。我国关于这类污染物最高容许排放浓度（mg/L）规定如下：一级标准二级标准三级标准化学耗氧量（COD）150200500为了测定某工业废水的COD。实验如下：量取废水样品 20.00mL，加入0.1000mol/LKMnO4溶液10.00mL和适量稀硫酸，在一定条件下充分反应后，再用0.2000mol/L的草酸钠（Na2C2O4）溶液滴定过量的KMnO4，达到终点时消耗草酸钠溶液11.00mL。（1）写出在酸性介质中KMnO4（还原产物为Mn2+）与Na2C2O4（氧化产物CO2）反应的离子方程式 （2）计算该工业废水的COD （3）为了保证废水排放达到一级标准，该工业废水能否直接排放？ 【基础练习】百看不如一练！1饮用水的消毒剂有多种，其中杀菌能力强且又不会影响水质的理想消毒剂是 CA.液氯 B.漂白粉 C.臭氧 D.熟石灰2洪涝地区欲将江河水转化为可饮用的水，下列处理顺序较合理的是 C化学沉降（用明矾）；消毒杀菌（用漂白粉）；自然沉降；加热煮沸A. B. C. D.3农用化肥和城市粪便的排放,会使地下水中含氮量增高,其中对人体有害的含氮污染物主要形态是 BA.NO3- B.NO2- C.NH4+ D.有机氮A.B.C.D.甲乙丙丁MA.B.C.D.A.B.C.D.在一条鱼、虾绝迹的小河边。如图所示有甲、乙、丙、丁四座工厂，每厂排放的废液中含有纯碱溶液、FeCl3、Ca(OH)2、稀盐酸中的一种。某中学环保小组对河水监测时发现：甲处河水呈白色；乙处河水呈红褐色；丙处河水由浑浊变清；丁处产生气泡，河水变清。请推断：（1）甲、乙、丙、丁四厂排放的废液中含有的污染物依次是 （2）在M处取出的河水中，肯定含有的离子是 （3）小河中鱼、虾几乎绝迹的原因是 解析：（3）由于此河流中含有大量的有害化学药品，它们直接危害着鱼、虾等生物的生存，可导致河中生物的死亡。有些化学药品是不易分解的化合物，被生物体吸收后，会在生物体内不断积累，致使这类有害物质在生物体的含量远远超过在外界环境中的含量，这种现象称为生物富集作用。生物富集作用随着食物链的延长而加强，最终导致生物死亡。这条河中部分地区呈酸性，部分地区呈碱性，这种酸化或碱化可以河中和河边的植物死亡，直接威胁着河内鱼、虾的生存，从而破坏湖泊中的食物链，最终会使河流变成“死河”。答案：（1）Ca(OH)2 FeCl3 HCl Na2CO3 (2)Na+ Ca2+ Fe3+ H+ Cl- (3)河水中的酸碱性及有害化学药品的富集作用等原因直接危害鱼、虾等生物的生长，因而此河中鱼、虾几乎绝迹。在电镀厂排出的污水中,CN-是主要的污染物之一,不但有剧毒,而且会引起水体的BOD(生物化学耗氧量)的升高.BOD是水质污染程度的重要指标之一,它是指水中的有机物分解时,所消耗的溶解在水中的氧的量,单位是mgO2.dm-3.现有某河沿岸电镀厂,不遵守环保法规,每周向河中排放一次含氰(CN-)废水,使近岸河水含CN-的浓度达7.510-5mol.dm-3,CN-与O2作用生成、等.请完成下列各题: （化学教育01/7.858）(1)配平化学方程式:CN-+O2+H+=CO2+N2+H2O(2)试计算此电镀厂排放一次废水将