化学课题2 获取安全的饮用水教案

课题2　获取安全的饮用水

学习目标：1.认识从天然水中获得可饮用水的步骤与原理。(重点)2.掌握离子交换法、药剂法和加热法降低水硬度的原理。(重难点)3.了解污水治理的基本原理。(难点)4.掌握污水处理的方法，认识污水处理的意义。(重难点)

一、天然水的净化

1．天然水制备饮用水的步骤

2．城市自来水的获取

(1)策略

用便宜、有效的方法把天然水中的悬浮物、微生物及异味除去，但无须除去水中所有的矿物质。

(2)步骤

二、硬水的软化

1．水的硬度

2．硬水的危害

(1)不适宜饮用——易引起肠胃不适，诱发疾病。

(2)不利于洗涤——浪费洗涤剂，使衣物丧失鲜艳的色泽。

(3)不能做锅炉用水——会使锅炉内壁结垢[主要成分是CaCO3和Mg(OH)2]，降低热效率，浪费燃料，甚至引起锅炉爆炸。

3．硬水的软化

(1)定义：除去或减少天然水中的Ca2＋、Mg2＋等的过程。

(2)方法：①加热法；②药剂法；③离子交换法等。

微点拨：由于Mg(OH)2比MgCO3更难溶，因此水垢的成分为CaCO3和Mg(OH)2，而不是MgCO3。

三、纯净水的制取方法

1．原料：符合生活饮用水水质标准的水。

2．方法：电渗析法、离子交换法、反渗透法、蒸馏法。

3．过程

微点拨：长期饮用纯净水会引起微量元素缺乏症，不宜长期饮用纯净水。

四、污水治理与环境保护

1．人为因素的水污染

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引起的。

2．活性污泥法二级处理工艺

1．判断对错(对的在括号内打√，错的在括号内打×)

(1)天然水均可直接饮用。  (　　)

(2)可用加热煮沸的方法软化永久硬水。 (　　)

(3)纯净水适宜长期饮用。  (　　)

(4)酸性废水可用中和法处理。  (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√

2．下列物质中，能用作自来水厂消毒剂的是(　　)

A．活性炭　　　 B．磺化煤

C．明矾 D．液氯

D　[活性炭对水起吸附过滤作用；磺化煤对水进行离子交换，即软化作用；明矾溶于水后，Al3＋水解得Al(OH)3胶体吸附水中悬浮物，故A、B、C错误，液氯溶于水与水反应生成HClO，对水起消毒、杀菌作用，故D正确。]

3．下列方法适宜软化永久硬水的是(　　)

A．离子交换法 B．加热煮沸

C．加入Na2SO4溶液 D．加入HCl溶液

A　[永久硬水是由Ca2＋、Mg2＋、SO、Cl－引起的，所以通过离子交换法可以除去Ca2＋、Mg2＋，故A项对；加热煮沸只能软化暂时硬水，而不能软化永久硬水，故B项错；加入的Na2SO4溶液和HCl溶液不能使Ca2＋、Mg2＋沉淀，所以不能软化硬水，故C、D两项均错。]

溶有较多Ca2＋、Mg2＋的水称为硬水，我国现行标准规定：1 L水含有10 mg氧化钙(以氧化钙计)称为1度(以1°表示)。硬度在8°以下的水称为软水，在8°以上的水称为硬水。硬度大于30°的水称为最硬水。

[思考交流]

1．硬水软化的实质是什么？

【提示】　硬水软化的实质是除去或减少天然水中Ca2＋、Mg2＋的过程。

2．硬水软化的常用方法有哪些？它们分别适合软化哪类硬水。

【提示】　硬水软化的常用方法有加热法、药剂法、离子交换法，加热法适合软化暂时硬水，药剂法、离子交换法软化暂时硬水、永久硬水均可。

3．药剂法软化硬水常用的化学药剂有什么？能说出加入药剂的先后顺序吗？

【提示】　药剂法软化硬水常用的化学药剂有生石灰(与水反应生成熟石灰)和纯碱，加入药剂的先后顺序为先加生石灰，再加纯碱。

硬水软化的常用方法

(1)加热法

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，主要化学反应原理是：

Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O；

Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O；

MgCO3＋H2OMg(OH)2↓＋CO2↑

(2)药剂法

①方法：通过加入化学药剂促使水中Ca2＋、Mg2＋以沉淀的形式从水中分离出来的方法。

②常用的药剂：生石灰、纯碱等。

③化学反应原理：Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2===2CaCO3↓＋2H2O；

Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋2CaCO3↓＋2H2O；

MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2；

CaCl2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaCl

(3)离子交换法

通过加入离子交换剂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的方法。常用于工业锅炉用水的软化。

用阳离子交换剂软化硬水的原理是：

2NaR＋Ca2＋===CaR2＋2Na＋；

2NaR＋Mg2＋===MgR2＋2Na＋

目前，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。该工艺的一级处理是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酸性或碱性物质。二级处理是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。

[思考交流]

1．污水处理的常用方法有哪些？

【提示】　污水处理的方法主要有物理方法、生物方法和化学方法。

2．在这种污水处理工艺的二级处理中要进行“曝气”，其主要目的是什么？

【提示】　增加水中的含氧量，加速水中有机物的分解。

3．采用这种工艺处理过的水能否直接用作生活饮用水，为什么？

【提示】　不可以。该工艺所采用的方法对污水的处理不是很彻底，处理过的水的水质还不符合生活饮用水的标准。

污水处理的常用方法

题组1　天然水的净化

1．下列操作过程在天然水净化时不需要的是(　　)

A．沉降悬浮物　 B．过滤

C．杀菌消毒 D．加入维生素、调节口味

[答案]　D

2．下列物质：①盐酸；②NaOH；③AlCl3；

④明矾；⑤FeCl3；⑥生石灰；⑦硫酸铝。

能在水处理中做絮凝剂的是(　　)

A．①④⑤ B．②③④⑤

C．③④⑤⑦ D．全部

C　[铝盐、铁盐会在水中形成氢氧化铝或氢氧化铁胶体，吸附水中固体杂质形成沉降，用作絮凝剂。]

题组2　硬水的软化

3．下列水中一定为软水的是(　　)

A．雨水 B．泉水

C．煮沸过的水 D．蒸馏水

D　[根据软水的概念知，泉水含大量Ca2＋和Mg2＋，是硬水。蒸馏水的制取过程中，水蒸发时Ca2＋、Mg2＋不会随之而蒸发，则蒸馏水一定为软水。C项若水为永久性的硬水，则煮沸过的水还为硬水。雨水一般为软水，但若空气含大量粉尘，粉尘中若有含钙化合物，雨水也可能为硬水。]

4．要使暂时硬水软化，可选用的最简单的方法是(　　)

A．药剂法 B．加热法

C．离子交换法 D．过滤

B　[过滤不能达到硬水软化的目的。]

题组3　纯净水的制取方法

5．自来水常用二氧化氯(ClO2)来杀菌消毒，它能转化为可溶性氯化物，市场上有些不法商贩为牟取暴利，用自来水冒充纯净水(蒸馏水)出售，为辨别纯净水的真伪，你想选用的化学试剂是(　　)

A．氯化钡溶液 B．石蕊试液

C．硝酸银溶液 D．氢氧化钠溶液

C　[由题给信息知，用ClO2杀菌消毒后的水中存在着Cl－，而蒸馏水中无Cl－，因此，可以根据Cl－的检验方法，选用AgNO3溶液来辨别真伪，若产生白色沉淀，则为自来水，若无沉淀产生，则为蒸馏水，故选C项。]

6．水处理技术在生产、生活中应用广泛。

(1)含有较多________离子的水称为硬水。硬水加热后产生碳酸盐沉淀的离子方程式为__________________________________(写一个即可)。

(2)将RH型阳离子交换树脂和ROH型阴离子交换树脂串接来软化天然硬水，应该先使硬水通过________(填“RH”或“ROH”)型离子交换树脂，原因是_______________________________。

(3)通过施加一定压力使水分子通过半透膜而将大分子或离子截留，从而获得纯净水的方法称为________。电渗析法净化水时，使离子通过半透膜的推动力是____________________。

(4)长期饮用蒸馏水会对身体造成危害，原因是______________

_____________________________________________________。

[解析]　(1)含有较多的钙、镁离子的水称为硬水；加热硬水产生碳酸盐的化学方程式为Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O；Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，故离子方程式为Ca2＋＋2HCOCaCO3↓＋CO2↑＋H2O；Mg2＋＋2HCOMgCO3↓＋CO2↑＋H2O。

(2)先通过阳离子交换树脂RH，因溶液中镁离子易与ROH型阴离子交换树脂反应生成Mg(OH)2而影响交换效果。

(3)电渗析法的动力是电势差。

(4)蒸馏水中除去了人体所需的一些微量元素，可能引起一些微量元素缺乏症。

[答案]　(1)钙、镁

Ca2＋＋2HCOCaCO3↓＋CO2↑＋H2O(或Mg2＋＋2HCOMgCO3↓＋CO2↑＋H2O)

(2)RH　先通过阴离子交换树脂可能产生Mg(OH)2等沉淀而影响树脂交换效果

(3)反渗透法　电势差(或电场力)

(4)蒸馏水中除去了人体所需的一些微量元素，可能引起一些微量元素缺乏症

题组4　污水治理与环境保护

7．轧钢厂排出的废水主要含有盐酸，通常采用的处理方法是(　　)

A．中和法　　 B．过滤法

C．氧化还原法 D．化学沉淀法

A　[B、C、D均不能除去H＋。而中和法可以将H＋变成H2O，H＋＋OH－===H2O。]

8．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类别都正确的是(　　)

C　[A项中处理废酸用生石灰中和，措施正确，但方法类别为化学方法，A项错；B项中Cu2＋等重金属离子可用较活泼金属置换后提纯利用，不能用硫酸盐沉降，B错误；D项中Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，生成碱性更强的NaOH，应用适量酸处理，D错。]