高中化学人教版 (新课标)选修1 化学与生活第二节 爱护水资源教学设计

第二节　爱护水资源

目标与素养：1.认识水污染造成的危害。(重点)2.知道哪些物质能够污染水体。3.了解混凝法、中和法、沉淀法等常见的污水处理方法及原理。(难点)4.认识化学在爱护水资源、改善水质等方面的重要作用。

一、水体污染的危害

1．定义

水体污染是指大量污染物质排入水体，超过水体的自净能力使水质恶化，水体及其周围的生态平衡遭到破坏。

2．水体污染的原因

(1)工厂排出的废水。

(2)农业上化肥、农药的不合理使用。

(3)生活污水的任意排放。

(4)石油泄漏造成的海水污染。

(5)放射性污染。

(6)热污染。

3．水体污染的危害

4．造成水污染的物质种类

(1)重金属污染

①主要污染物：主要包括汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)和铬(Cr)等。

②主要来源：化工、冶金、电子和电镀等行业排放的工业废水。

③造成危害的过程

重金属污染物浓度增大―→人体摄入而中毒。重金属还可被微生物转化为毒性更大的有机化合物，如无机汞转化为有机汞HgCl2＋CH4CH3HgCl＋HCl(用化学方程式表示)。

(2)植物营养物质污染

①植物营养素来源

主要来自于含N的蛋白质和含P的洗涤剂和磷肥。

②形成过程

蛋白质分解过程：蛋白质→氨基酸→氨HNO2HNO3→硝酸盐(水生植物的养料)。

涉及的相关反应：2NH3＋3O22HNO2＋2H2O,2HNO2＋O22HNO3。

③危害

在分解过程中大量消耗水中溶解的氧，并释放出养分，而使藻类和其他浮游生物大量繁殖。在江河湖泊中出现称为“水华”，在海湾出现叫做“赤潮”。

(3)其他污染物

石油泄漏，农药的广泛使用，工业废水中的酸、碱、盐等。

二、改善水质

1．根本措施

控制工业废水和生活污水的排放。

2．污水处理方法分类

污水处理一般可归纳为物理法、生物法和化学法等。根据污水处理程度可分为一级、二级和三级。

3．污水处理的主要化学方法

(1)混凝法

①含义：向污水中加入混凝剂，使难以自然沉降的细小悬浮颗粒聚集成较大的颗粒而沉淀，与水分离，从而除去水中的悬浮物。

②常用的混凝剂：明矾、聚羟基氯化铝以及有机高分子混凝剂如聚丙烯酰胺等。

(2)中和法

①含义：通过加酸中和碱或加碱中和酸的污水处理法。

②试剂：酸性废水中加熟石灰[Ca(OH)2]；碱性废水中加H2SO4或CO2。

(3)沉淀法

利用某些化学物质作沉淀剂，与废水中的污染物(主要是重金属离子)发生化学反应，生成难溶物，从废水中分离出去。如，除去废水中的Hg2＋，反应原理为Hg2＋＋S2－===HgS↓。

(4)其他——氧化还原法

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)含氮、磷化合物的污水大量排放可使水体富营养化 (　　)

(2)废旧电池中的汞、铅、镉等重金属盐对土壤和水源会造成污染 (　　)

(3)水体的富营养化有利于大多数水生动植物的生长 (　　)

[答案]　(1)√　(2)√　(3)×

2．下列情况不会造成水污染的是(　　)

A．工业废水、废物的任意排放

B．农业上大量施用农药和化肥

C．用第四代广谱杀菌消毒剂ClO2对水进行消毒杀菌

D．生活中大量使用含磷洗衣粉，并把污水随意排放

C　[水的污染主要是工业废水、生活污水(如含磷洗衣粉的生活废水排放)，农业过量施肥等引起的。]

3．水是人类生存和发展的宝贵自然资源。下列有关水资源保护的说法不正确的是(　　)

A．重金属离子对人体有剧毒，可采用沉淀反应除去

B．化肥中含有植物营养素，可大量使用以改善水环境

C．轧钢厂排出的含盐酸的废水，可用熟石灰中和处理

D．天然水中的细小悬浮颗粒，可用明矾等混凝剂净化

B　[化肥中含有氮、磷等植物营养素，会引起水体富营养化，造成水体污染，不能改善水环境。]

重金属对人体的危害(见下表)

1．如图甲所示，X河流经其工业城市Y市。其中a处在上游，d处在下游。根据市环保局监测站对X河流的水质检测结果，绘制成图乙。请据图乙回答下列问题。

　　　　             甲　　　　　　　　  乙

(1)造成X河流污染的主要污染源最可能分布在________。

A．ab段　　　　　　　 B．bc段

C．cd段   D．bd段

(2)列举造成X河流污染的三种可能的污染源：

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(3)对c处水样进行检测，发现其中含有Cu2＋等重金属离子。若要把铜离子变为单质铜回收，请写出两种回收的方法。

方法Ⅰ：______________________________________________________；

方法Ⅱ：______________________________________________________。

(4)d处的污染程度明显降低，请从物理学、化学、生物学三方面简单分析其原因：______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

[解析]　(1)根据图乙曲线，市区范围bc段污染程度最大，而在市区上游ab段污染程度最小。

(2)因该市为工业城市，故污染源应从工业废水、生活污水及垃圾、废渣等方面考虑。

(3)回收铜可采用置换法(用铁置换铜)或还原法：Cu2＋Cu(OH)2CuOCu。

(4)河水在物理沉降、化学氧化、生物分解作用下，可自我净化。

[答案]　(1)B　(2)工业污水排放造成的污染、生活污水排放造成的污染、生活垃圾造成的污染、酸雨造成的污染、工业废渣造成的污染等(写出三种即可)

(3)还原法：Cu2＋＋2OH－===Cu(OH)2↓，

Cu(OH)2CuO＋H2O，

2CuO＋C2Cu＋CO2↑

置换法：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu(其他答案合理也可以)

(4)河水在物理沉降、化学氧化、生物分解作用下，可自我净化

1．混凝法

混凝法就是通过加入混凝剂使难以自然沉降的悬浮物形成沉淀的污水处理方法。

原理：以明矾净水为例，明矾溶于水后发生电离：

KAl(SO4)2·12H2O===K＋＋Al3＋＋2SO＋12H2O，Al3＋水解生成Al(OH)3胶体：Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶粒带正电荷，吸附带负电荷的悬浮颗粒形成较大颗粒而沉淀，使悬浮颗粒从水体中分离出来，达到净水的目的。

FeCl3的净水原理与明矾的净水原理类似，Fe3＋水解成Fe(OH)3胶体后吸附水中的悬浮颗粒聚沉，而达到净水的目的。Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋。

Fe是人体需要补充的元素，对人体有益，而Al对人体有害，故用Fe3＋净水比用Al3＋净水对人体健康更有益。

2．中和法

中和法就是通过加碱中和酸或加酸中和碱的污水处理方法。

常用的碱是熟石灰[Ca(OH)2]，常用的酸是硫酸或二氧化碳。

有关的化学反应可表示为：

Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O

H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O

2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O

Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3

3．沉淀法   

沉淀法就是利用某些化学物质作沉淀剂，与废水中的污染物(主要是重金属离子)发生化学反应，生成难溶于水的沉淀析出，从废水中分离出去。

沉淀法是除去水中重金属离子的常用方法。

4．氧化还原法

氧化还原法是利用氧化还原反应除去水中的有毒物质的污水处理方法。

例如，氯氧化法处理含氰(CN－)废水是废水处理的一个典型实例。在碱性条件下，Cl2可将废水中的CN－氧化成无毒的N2和CO2等，使水质得到净化：

2CN－＋8OH－＋5Cl2===2CO2＋N2＋10Cl－＋4H2O

又如，在酸性条件下，向含铬废水中加入FeSO4，可将Cr2O还原为Cr3＋：

Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

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。

2．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：①中和法；②化学沉淀法；③氧化还原法；④过滤法。其中属于化学方法的有________。

A．①②③　　　　　　 B．①②④

C．②③④   D．①②③④

(2)常用的混凝剂可以是________(填一种混凝剂的名称即可)。

(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___________________________________________。

[解析]　(1)选A。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)2·12H2O]、聚羟基氯化铝、聚丙烯酰胺等。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。

[答案]　(1)A

(2)明矾(其他合理答案亦可)

(3)中和酸性废水　Ca(OH)2＋2HCl===CaCl2＋2H2O

(4)除去Hg2＋

1．饮用水的消毒剂有多种，其中杀菌能力强，又不影响水质的理想消毒剂是(　　)

A．臭氧(O3)　　　　　 B．漂白剂

C．苯酚   D．氯气

A　[臭氧消毒不会产生杂质。]

2．2018年“世界水日”的主题是“借自然之力，护绿水青山”。下列有关说法或做法不符合这一主题的是(　　)

A．科学使用农药、化肥，减少水体污染

B．工业废水和城市生活污水需净化处理，坚持达标排放

C．为了节约生产成本，可将造纸厂、化工厂建在水源地上游

D．合理开发水资源，发展水资源节约型和环境友好型经济

C　[造纸厂、化工厂排出的废水具有很强的污染性，如果将此类工厂建在水源地上游会污染饮用水，故C项错。]

3．下列污水处理方法中发生的化学反应错误的是(　　)

A．中和法：Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4↓＋2H2O

B．混凝法：Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋

C．沉淀法：Pb(NO3)2＋Na2S===2NaNO3＋PbS↓

D．混凝法：Hg2＋＋S2－===HgS↓

D　[对于酸性废水或碱性废水，一般采用中和法进行处理；由于废水中的某些污染物常以细小悬浮物的形式存在，很难用自然沉降法除去，需向废水中加入絮凝剂(如明矾等)，就会使细小悬浮污染物聚集成较大的颗粒而沉淀；沉淀法主要用于处理废水中的重金属离子，常用的沉淀剂有Na2S、FeS、MnS等。]

4．生活中处处是化学，我们可以用化学的视角去解决、解释生活中的某些问题。下列说法正确的是(　　)

A．生活污水中富含氮、磷的废水可排放到河流、湖泊中，有利于淡水养殖

B．酸雨是酸性的降水，所以pH小于7的降水就是酸雨

C．使用二氧化硫增白的食品会对人体健康产生危害

D．使用氯气对自来水消毒过程中，生成的有机氯化物对人体无害

C　[含氮、磷的废水排到河流、湖泊中会引起“水华”；pH小于5.6的降水叫酸雨；有机氯化物有毒。]

5．为了获取大量的生活饮用水，自来水厂需要用适宜、高效的方法和流程将天然水悬浮物、致病细菌等有害成分降低到规定的含量。

(1)要达到上述目的，一般要经过的基本步骤是：①沉降、②________、③曝气、④________。“曝气”的主要目的是________。

(2)在第①步中，下列物质可以使用的是________(用字母填空)。

A．明矾　　 B．膨润土　　C．烧碱

(3)在将天然水制成生活饮用水的过程中，水中不需要除去的成分是________(至少答出一项)。

(4)在经过上述四个步骤的处理之后，如果水中Ca2＋、Mg2＋的含量超标，还要将水进行________。

[解析]　在沉降之后必然是过滤。加消毒剂也是必不可少的步骤之一。“曝气”就是使水暴露在空气中，使水与空气接触的面积增大，增加水中的含氧量，以加速水中有机物的分解。明矾可作水的混凝剂，膨润土可做水的辅助混凝剂。对人体有益的矿物质等最好不要除去。降低水中Ca2＋、Mg2＋含量的过程叫做硬水的软化。

[答案]　(1)过滤　消毒　增加水中的含氧量，加速水中有机物的分解

(2)AB

(3)对人体有益的矿物质等

(4)软化