高一化学校本课程《获取安全的饮用水》教案

1、获取安全的饮用水本课题知识框架： 本课题教学目标： 1认识某些含氯化合物的杀菌消毒原理，明矾等净水剂的净水原理，盐能发生水解的原理，离子交换法、药剂法和加热法能够降低水硬度的原理，以及污水治理的基本原理。 2通过了解饮用水的净化过程主要环节的化学知识内容，进一步运用化学必修课程中学习过的有关镁离子、钙离子、铝离子和二价铁离子、三价铁离子、碳酸氢钙、碳酸氢镁的性质等知识。 3通过“观察思考”“活动探究”等学习活动，初步学习水处理中常用的沉降悬浮物、降低水的硬度等实验方法和操作技能。 4通过本课题学习使学生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，增进学生保护水资源、防止水污染的意

2、识，学会正确选择饮用水。教学过程： 第一课时【课前预习】：查找资料，天然水中含有哪些杂质?如何影响水质?如何从天然水中获得饮用水?【学生活动】学生汇报预习结果并对如何获得饮用水作推测。【板书】一、天然水的净化【讲述】河流、淡水湖及浅层地下水等天然水是人类饮用水的主要来源。天然水含有很多杂质如泥土、可溶性物质和致病细菌等，从天然水获得可以饮用的水，一般须经过沉降悬浮物、杀菌消毒等步骤。【板书】(1)沉降悬浮物【讲述】将铝盐或铁盐等絮凝剂加入水中，会形成氢氧化铝或氢氧化铁胶体，它们吸附水中的土壤胶体等自然胶体及悬浮物质形成絮状物。然后沉降。常用的絮凝剂还有聚合铝、镁盐和有机絮凝剂等。【应用】学生讨

3、论明矾为什么能净水？【板书】(2)杀菌消毒【讲述】对少量水通常使用加热煮沸法来杀菌消毒，对大量水多采用强氧化剂氧化法进行杀菌消毒。这些强氧化剂也称为杀菌消毒剂。 几种常用的杀菌消毒剂 试剂名称 成分 特性 氯气 C12具有强氧化性，有毒，易与有机物在光照条件下发生取代反应，与水反应生成次氯酸 漂白粉Ca(C10)2和CaCl2的混合物Ca(ClO)2：本身具有强氧化性，在空气中与二氧化碳和水反应生成易分解的次氯酸而容易变质二氧化氯 C102具有强氧化性，有毒，不易与有机物在光照条件下发生取代反应【板书】二、城市自来水的获取：【讲述】（一）自来水的处理过程，主要包括以下四个步骤： (1)沉淀：在

4、沉淀池中加人絮凝剂静置，水中的悬浮物可沉淀到池底。(2)过滤：使水通过细砂，以除去沉淀和残存的悬浮物。(3)曝气：把水暴露在空气中，使水与空气的接触面增大，增加水中氧的含量，以加速水中有机物的分解。 (4)消毒：加入杀菌消毒剂杀灭水中有害的微生物。经过以上处理的水基本上可以达到饮用水的质量标准。【教师简介】教师简介生活饮用水质标准。【过渡】但某些地区的水由于含有过多的Ca2+、Mg2+使其硬度过大，仍然不适于饮用，还需要进一步对其进行软化处理。【板书】（二）硬水的软化【学生活动】阅读课本13页，水的硬度【学生活动】活动探究：如何软化硬水？【思考】怎样鉴别硬水与软水？软化硬水的方法有哪些？【学生

5、回答】【讲述】常用的硬水软化方法有加热法、药剂法和离子交换法等。【板书】1、加热法 是通过加热煮沸使暂时硬水所含钙、镁的酸式碳酸盐发生分解，生成难溶的碳酸钙、碳酸镁的方法。【学生活动】写出反应原理。【讲述】生成的碳酸镁在加热条件下可与水进一步反应生成更难溶的氢氧化镁。这些难溶盐从水中沉淀下来，达到降低水的硬度的目的。【板书】2、药剂法 是向水中加入适当的化学药剂，促使溶解在水中的Ca2+、Mg2+以沉淀的形式从水中分离出来达到软化目的的方法。常用的化学药剂有生石灰(与水反应生成熟石灰)、纯碱等。【学生活动】学生讨论写出反应原理【板书】3、离子交换法 是采用离子交换剂软化水的一种方法。分阳离子交

6、换剂和阴离子交换剂两类。它们能与水溶液交换具有同性电荷的离子，从而除去或减少不需要的离子。这种方法常用于工业锅炉用水的软化。【学生活动】阅读课本第15页，锅炉用水的软化。【讨论】如何选择饮用水？【讲述】随着社会的发展，市场上各种品牌的矿泉水、天然水(山泉水)、纯净水应运而生，还有管网自来水。面临众多选择，对于我国城区居民来说，在饮用水方面应如何作出选择呢?从国家相关部门的定义看：天然饮用矿泉水是“从地下深处自然涌生的或经人工取用的，未受污染的地下矿水；含一定量的矿物盐、微量元素或二氧化碳气体”；瓶装纯净水是“以合格生活饮用水为水源，用适当的加工方法制得的，密封于容器中不含任何添加物，可直接饮用

7、的水”；天然净水是“未受污染的，达到饮用净水标准的地下水或符合国家一级水源标准的地表水”，目前市面上出售的天然净水，一般是山泉水。因此，合格的饮用矿泉水、天然水、纯净水的共同点是“净”，即常说的“直饮水”；区别在于水中的内容物。饮用，从对人体健康有益的角度出发，矿泉水是首选，其次是天然 净水，最后才是纯净水。桶(瓶)装水(包括矿泉水、天然净水、纯净水)，最大优势是易于携带，便于饮用，是出门在外时实用价值很大的生活消费品，也是没有合格饮用水的居民的生活必需品。矿泉水，按国家现有标准，在9项界限指标(微量元素和矿物盐的含量)中，至少有一项符合要求即是。实际上，一种矿泉水很少有几种矿物盐或微量元素都

8、达到界限指标的要求，因此，矿泉水，仍然是“水”，并非是补充微量元素的最佳选择。山泉水，属天然净水范畴，灌装前多经过滤净化，水里的有益成份矿物质没有减少，又因其含量低于矿泉水的界限要求，故多数山泉水的口感优于矿泉水。纯净水，理论讲是H20的纯净物，不含其他物质，故长期饮用，就减少了机体通过饮水获得矿物盐或微量元素的机会。因此，在上世纪五六十年代，人们制造纯净水还只是用于科学实验而非饮用。无论用什么心态去消费桶装水，如果饮用不当，不仅于健康无补，还会对人体有损害。出于卫生细菌方面的考虑，有关部门提醒大家，桶装水在启开后一周内饮用；但从水的理化特性方面，有关学者强调饮用“活”水，其水分子链团小，对机

9、体的“媒体营养生理功能”强，而久放的陈水即“死”水，其分子链团逐渐变大，“媒体营养生理功能”也随之逐渐减弱，故说放置2天以上的开水不宜饮用。而桶装水特别是个别不守信誉的厂家，一是水桶存在卫生隐患，二是出厂水不一定全部合格，三是有个别经销商也有可能故意隐瞒生产日期，致使市面上仍有一成多桶装水卫生质量不合格。第二课时【板书】三、纯净水的制取方法【解释】纯净水是选用电渗析法、离子交换法、反渗透法、蒸馏法等适当的加工方法制得的。【讲述】由普通饮用水制取纯净水的过程主要是除去离子的过程。1、离子交换法 通常所采用的方法是将原料水通过离子交换树脂，使水中的离子与树脂上的离子进行交换。阳离子交换树脂上的H+

10、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0H一与水中的阴离子(如Cl-)进行交换，释放出OH一。H+与0H一结合生成纯水，达到除去离子的目的。离子交换法能有效地除去某些离子，却无法有效地除去其中的有机物或微生物，所以常在离子交换树脂之前进行活性炭过滤处理，以除去有机物。经过离子交换的水再用紫外线或臭氧消毒，就得到可以直接饮用的纯净水。2、反渗透法 反渗透法采用的反渗透膜孔径很小，在外加压力的作用下只有水分子能通过，从而得到纯净水。利用这种原理也可以进行海水淡化。 注意：在清除水中有害物质得到纯净水的同时，也除去了水中的微量元素。天然水中有多种微量元素是人体所必需的

11、。有的微量元素(如硒)很难从食物中摄取，而主要是从水中得到。长期饮用纯净水，有可能引起一些微量元素缺乏症。【板书】四、污水处理与环境保护（其中一、二、三选择用）【板书】（一）水体污染【讲述】水体污染是指由于人为因素或自然因素，将有害物质直接或间接排入水体后，使水体的水质和底泥的物理、化学性质或水生生物的组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象。 水体污染可分为化学型污染、物理型污染和生物型污染三种类型：化学型污染是指由于向水体中排放酸、碱、有机和无机污染物质造成的水体污染；物理型污染是指排入水体的泥沙、悬浮性固体物质、有色物质、放射性物质及高于常温的水造成的水体污染；生物型污染指

12、随污水排入水体的病原微生物造成的水体污染。（二）几种重要的水污染（1）地下水污染：与地表水一样，地下水也受到了污染的威胁，主要来自于地表或土壤水的下渗，农用氮肥以及垃圾中的油、酚污染着地下水，氮肥中的硝酸盐一旦进入地下，便转变为亚硝酸盐，它在人体中能够转变成致癌物质。地面植被的破坏和湿地的排水减少了地表水的渗透，从而降低了潜水面。由于城市和工业的过度需要，淡水不断被抽出作为生活和工业用水，然后作为地表污水重新排放，因而还会导致潜水面的进一步下降。另一方面，大量频繁的灌溉可以增强渗透作用，使潜水面一直升到地表。而在干旱地区，被水渗透的土地由于异常的蒸发作用，引起地下水中盐类的沉淀，迟早会变成不能

13、耕作的盐碱地。（2）海水污染污水、废渣、废油和化学物质源源不断地流入大海。在许多海域，倾倒混有石油的污水是非法的，但这种事仍时有发生，而真正的石油灾难是在巨型油轮泄漏或沉没时发生的。如今我们设法用化学品使水中石油沉淀以达到清除石油的目的。向海洋倾倒化学和放射性废物的作法已持续多年。容器总有一天会腐蚀掉，有害物质便将进入海水中。我们对深层水与表层水的循环情况还了解不多，其过程或许比我们以前所想的要快。因此有害物质就会扩散到生物活动的水层中去。（3）水体富营养化湖泊、水库等水域的植物营养成分（氮、磷等）不断补给，过量积聚，致使水体营养过剩的现象称为水体“富营养化”。由于水体中营养物质过多，水生生物

14、（主要是藻类）大量繁殖。藻类的的呼吸作用及死亡藻类的分解作用消耗大量的氧，致使水体处于严重的缺氧状态，并分解出毒物质，从而给水质造成严重的不良后果。富营养化虽然是一个自然过程，但人类的活动（如大量生活污水直接排入水体）可能会加速这一过程，这种情况下的富营养化称为人为富营养化。富营养化的直接后果的造成大量的鱼类的死亡，另外对工业、生活、灌溉用水都有不利的影响。（4）赤潮赤潮的成因赤潮究竟是一种原本就存在的自然现象，还是人为污染造成的，至今尚无定论。但根据大量调查研究发现，赤潮发生必须具备以下条件：a海域水体高营养化；b某些特殊物质参与作为诱发因素，已知的有维生素B1、B12、铁、锰、脱氧核糖核酸

15、；c环境条件，如水温、盐度等也决定着发生赤潮的生物类型。发生赤潮的生物类型主要为藻类，目前已发现有63种浮游生物，硅藻有24种，甲藻32种、蓝藻3种、金藻1种、隐藻2种、原生动物1种。赤潮的危害赤潮不仅给海洋环境、海洋渔业和海水养殖业造成严重危害，而且对人类健康甚至生命都有影响。主要包括两个方面：a引起海洋异变，局部中断海洋食物链，使海域一度成为死海；b有些赤潮生物分泌毒素，这些毒素被食物链中的某些生物摄入，如果人类再食用这些生物，则会导致中毒甚至死亡。（三）水污染的主要途径水污染的发生是由于各种污染源排出的污染物进入水体而造成的。（1）工业生产排放的污水；（2）城市生活污水；（3）农业上污染

16、灌溉、喷撒农药、施用化肥，被雨冲刷随地表径流进入水体；（4）固体废物中有害物质，经水溶解而流入水体；（5）工业生产排放的烟尘废水，经直接降落或被雨水淋洗而流入水体；（6）降雨和雨后的地表径流携带大气、土壤的城市地表的污染物进入水体；（7）海水倒灌或渗透，污染沿海地区地下水源或水体；（8）天然的污染源影响水体本底含量，例如，黄河中游河段有严重的砷污染，其原因是黄河含沙量的90%来自黄土高原，而且黄土高原中砷的本底很高，故造成该河段水体有严重砷污染。 人为因素造成的水污染，主要是由工业废水、生活污水、农田排水，以及降雨淋洗将大气中的污染物和堆积在地上的垃圾污染物冲入水中而引起的。【板书】（四）城市

17、污水处理【讲述】1、城市污水处理工艺 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。这种工艺的一级处理是指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。二级处理是指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。当废水进入放有活性污泥的曝气池时，细菌在大量氧气的参与下对有机物进行分解，使一部分有机物转化为新的细菌菌体成分，另一部分有机物转化为二氧化碳和无机盐。在二次沉淀池中，污泥和水分开，从而使废水得以净化。2、城市污水处理的方法（选择应用）（1）水环境调节采用加深、拓宽，疏浚河道、河流改道、开挖新河或修建其它水

18、利工程设施，将水质较好的较大水体，引入城市水系，达到稀释城市水域污染物浓度的作用。水环境调节虽然没有削减城市污染物总量，但它在活化水环境、改善水域生物生态系统和水环境面貌上有积极作用，凡有条件进行水环境调节的城市应尽量采用。（2）截污利用截污沟保护特定的水体目标，达到被保护水体在截污段不再加重污染。但认为采用了截污方法就能把城市污染控制住的想法是不适当的。因为它只能截住截污沟附近或直接排入被保护水体的污染源，阻止水质差的支流、地下水进入被保护水体；与此同时，水质较好的地下水和因在被保护水体和截污沟间形成的水位压差，而使较多水质较好的渗漏水进入截污沟（反之则倒渗），深隔水墙的成本又太高。因此，截

19、污沟水中的污染物浓度不会很高，可削减的污染物总量是有限的。截污方法是在权衡截污目的、工程造价、环境条件、截污水出路、处理方法和处理成本条件下可供选用的方法。（3）清淤污染物来源多且坡度缓的水域，通常累积较厚的污泥。有机物百分含量高达二位数，而水体的CODMn达15毫克/升时，就是国标规定最差的类水了。污泥是水下的污染源库，在气温变化大或持续高温时，底泥上翻进入水体形成黑臭或造成污染事故。因此，在有较厚污泥堆积的水域，清除污泥是削减水域污染物、改善水环境的必要措施。（4）建设船舶污染物集中处理设施大部分较小船舶没有能力对船舶物（含油废水、生活污水、生活垃圾和其它固体废弃物）进行无害化处理。因此，