河南省滎陽三中高中化學化學與資源開發(fā)利用(第7課時)《天然水的凈化》三案一課學案新人教版

1、第7課時天然水的凈化學案【學習目標】1. 了解自來水的凈化原理。2. 了解凈水的常用方法一一混凝法和化學軟化法。3. 知道純水與天然水、硬水與軟水的區(qū)別，學會簡單、常用的檢驗硬水與軟水的方法。4. 了解硬水軟化的常用方法一一加熱法、藥劑法和離子交換法?！局攸c難點】硬水軟化的常用方法加熱法、藥劑法和離子交換法課前預習【情景材料】如何獲得在人們的生活和生產(chǎn)中可以使用的潔凈的水，本課題從三個角度度介潔凈水的獲取方法，即從天然淡水、從生產(chǎn)或生活污水及從海水中獲取潔凈水。介紹水凈化的化學原理、方法和簡要流程。例如，天然水的凈化主要介紹了混化學軟化法；污水處理介紹了中和和法和沉沉淀法等?！绢A習內(nèi)容】根據(jù)教

2、材有關(guān)內(nèi)容填寫下列空白：一、水處理方法的選擇水處理方法的選擇，通常要考慮以下幾個方面：1 .和的要求。2 .選擇有效的和。3 .考慮必要的,進行質(zhì)量、數(shù)量及等方面的綜合評價。二、天然水的凈化1 .混凝法除水中的懸浮物和膠體(1)定義：混凝法就是在天然水中加入,使,然后過濾除去的方法。(2)常用的混凝劑在生活中常用作混凝劑，在工業(yè)生產(chǎn)中還常用、等作混凝劑。(3)明磯的凈水原理寫出明磯發(fā)生電離和水解的方程式Al(OH)3膠體粒子帶電，通過作用，破壞了天然水中膠體雜質(zhì)的,使膠體雜質(zhì),同時，Al(OH)3還能吸附一些一同聚沉，從而起到了凈水作用。2 .殺菌(1)用混凝劑可以除去天然水中的不溶性雜質(zhì)，若

3、要作為生活用水，還要。流程如下：_。(2)常用的殺菌劑有：、等。3 .化學軟化法(1)水的硬度軟水和硬水：含有叫做硬水；含有叫做軟水。硬度的劃分a.暫時硬度：水的硬度是由所引起的，這種硬度叫暫時硬度。b.永久硬度：水的硬度是等引起的，這種硬度叫永久硬度。(2)硬水的軟化方法硬水軟化的方法通常用、和等。具有暫時硬度的水可以用的方法進行軟化，用化學反應(yīng)方程式表示為：、和。具有永久硬度的水可采用和進行軟化。預習內(nèi)容答案一、1.水質(zhì)數(shù)量2.方法設(shè)備成本核算經(jīng)濟實用二、1.混凝劑細小的懸浮物和膠體聚集成較大的顆粒而沉淀明磯硫酸鋁、聚合鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵KAl(SO4)2=+Al3+2SO2Al3+3H

4、o-Al(OH)3+3HI+正電性吸引穩(wěn)定性聚沉懸浮物2 .殺菌消毒混凝沉淀過濾殺菌氯氣二氧化氯臭氧3 .較多Ca2+、M5+的水少量的Cs2+、M或不含Ca2+、Mg+的水Ca(HCO3)2或Mg(HC。？由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物加熱法、藥劑法和離子交換法加熱Ca(HCO)2=CaCOj+COT+H2OMg(HCO3)2=/lgCOj+COT+H2OMgCO+H2O=Mg(OH>J+COT藥劑法離子交換法堂中互動【問題探究1】天然水中含有細菌，其主要成分是蛋白質(zhì)。請你舉出幾種在家中能殺滅水中細菌的簡單方法。城市自來水以天然水為水源，你能簡要地說明獲取自來水的過程嗎？從飲用水消毒劑和混凝

5、劑的使用來看，請你思考：在采取某種化學方法處理生活中的問題時，一般需要考慮哪些問題？【教師點撥】殺菌主要是是蛋白質(zhì)變性，加熱或強氧化性；獲取自來水主要是讓學生將課本介紹形成簡單的流程；生活用水主要考查學生對飲用水的知識。分析解答：加熱煮沸、在水中通入臭氧、在水中加入84消毒液等。天然水一沉降過濾一加入混凝劑一沉降過濾一加入消毒劑一自來水?？梢詮膬蓚€方面考慮，首先是所采用的有效的化學方法，如反應(yīng)原理適用、添加試劑的性質(zhì)、順序和量等。其次，還要考慮應(yīng)用化學方法所產(chǎn)生的的經(jīng)濟和社會等方面的問題，主要指成本核算、對生態(tài)環(huán)境和人體健康是否有直接影響或是有潛在的、長遠的影響等?！炯磳W即練1】某綜合實踐活動

6、小組到自來水廠進行參觀，了解到源水處理成自來水的工藝流程示意圖如下：源水自來水源水中含Ca2+、Mg+、HCOT、C等，加入CaO后生成Ca(OH)2,進而發(fā)生若干個復分解反應(yīng)，試寫出其中任意一個反應(yīng)的離子方程式：。(2)加入凝聚劑可以除去其中的懸浮固體顆粒，該過程是(填序號)。只有物理過程，無化學過程只有化學過程，無物理過程既有化學過程又有物理過程FeSOr7H2O是常用的凝聚劑，加入后最終生成紅褐色膠狀沉淀，則這種沉淀是。(3)通入二氧化碳的目的是和。(4)氣體A的作用是。(5)下列物質(zhì)中，可以作為氣體A的代替品(填序號)。C1O2濃氨水SQ濃硫酸1.(1)HCO3+OH=CO2+H2OC

7、a2+2HC3+2OH=CaCOj+CO2+2H2O或Ca+2HC(3f+2OH=CaCOj+CO2+2H2O或M+2ON=Mg(OH)4(2)Fe(OH)3(3)除去鈣離子調(diào)節(jié)溶液酸度(4)殺菌消毒(5)【解析】由題意知：含有Ca"、M、HCOT、C的源水中加入CaO后發(fā)生的復分解反應(yīng)有：HCGT+OH=CO2+H2QCa2+2HCO)+2OH=CaCOj+CO2+2H。Ca2+2HCOT+2OH=CaCOj+CO32+2H2。M4+2O斤=Mg(OH)J,任意寫出一個即可。加入凝聚劑除去其中的懸浮固體顆粒，該過程既有膠體的吸附作用，也發(fā)生了化學反應(yīng)，所以既有化學過程又有物理過程。

8、FeSO7H2。加入后生成紅褐色Fe(OH)3膠狀沉淀。通入二氧化碳的目的是除去鈣離子并調(diào)節(jié)溶液酸度。氣體A應(yīng)是氯氣，其作用是殺菌消毒，所以可以用具有強氧化性的CIO2代替?！締栴}探究2具有永久硬度的水通常采用藥劑法和離子交換法進行軟化。那么藥劑法軟化硬水常使用何種藥劑？藥劑法軟化硬水的原理是什么？寫出有關(guān)反應(yīng)的化學方程式?！窘處燑c撥】藥劑法通過向硬水中加入適當?shù)幕瘜W藥劑，與Ca"、M才發(fā)生化學反應(yīng)，使C廣、Mg2+以沉淀的形式分離出來，達到軟化水的目的。分析解答：常用的化學藥劑有純堿、生石灰等。對于工業(yè)鍋爐用水，還有一種用磷酸鹽作藥劑的處理方法，使沉淀物懸浮在水中而不結(jié)垢。有關(guān)反應(yīng)

9、方程式如下：Ca(HCO)2+Ca(OH)2=2CaCOj+2HaOMg(HCO)2+2Ca(OH)2=2CaCOj+Mg(OH)J+2H2OCa(HCO)2+2NaOH=CaGO+NaCO+2H2OMg(HCO)2+2NaOH=Mg(OH'+N&CO+2H2OCa2+CO2=CaCOJ【即學即練2】水的硬度常用一種規(guī)定的標準來衡量。通常把1L的水中含10mgCaO(或相當于10mgCaO的物質(zhì))稱為1°。CsT、Mr的硬度之和稱為總硬度?？傆捕仍?°以上的水稱為硬水。例如某水樣分析含Ca244mg/L,含M才18mg/L,則通過Ca2+Ca5口MfCaO的

10、關(guān)系式，計算出1L這種水相當于含103.6mgCaO，即總硬度為14°。現(xiàn)在我區(qū)某地用水所含Ca2+、Mg、HCS物質(zhì)的量濃度如下：c(Ca2+)=1X103mol/L、c(Mg2+)=5X104mol/L、c(HCQ)=8X104mol/L。通過計算回答：(1) 這種用水的總硬度為。(2) 要使這種硬水軟化，每1m3的水中，應(yīng)加入g消石灰，g純堿。(3) (1)8.4°(2)66.6116.6【解析】題示信息給出了硬度及其計算方法等新知識，既給出知識，又教會方法，關(guān)鍵是分析1L水中所含CaO或相當于CaO的物質(zhì)的質(zhì)量。(1)設(shè)水樣的體積為1L，則n(Ca2+)=1X103

11、mol,24n(Mg)=5X10mol,n(HCQ)=8X104mol,由Ca2+CaO和M才CaO關(guān)系式知，相當于該水樣中含CaQ1X10-3+5X104=1.5X103(mol),其質(zhì)量為1.5X103X56X103=84(mg)。所以水的總硬度為84/10=8.4°。(2)1m3水樣中n(Ca2+)=1mol,n(Mg2+)=5mol,n(HCO)=8mol,可將溶質(zhì)看成Ca(HCO)2：224mol(暫時硬度)；Ca：6mol和Mg：5mol(永久硬度)。加入消石灰時，發(fā)生如下反應(yīng)：Ca(HCO)2+Ca(OHA=2CaCO+2H2。4mol4mol22Mg+Ca(OH)2=

12、Mg(OH)J+Ca5mol5mol5mol故共需Ca(OH)2質(zhì)量為(4+5)molX74gmol1=66.6g。再加入Na2CO3時，發(fā)生如下反應(yīng)：Ca+CO=CaCO3J(65)mol(65)mol故共需Na2CO質(zhì)量為(6+5)molX106gmol1=116.6g?！締栴}探究3】除去水的暫時硬度和永久硬度均可以采用離子交換法，其原理如何？何謂離子交換樹脂的再生？【教師點撥】閱讀教材P27頁熟悉其原理，可以看成是一個相互交換離子的離子反應(yīng)。交換樹脂的再生可以看成一個逆過程。分析解答：原理如下：離子交換法是用離子交換劑軟化水的方法。離子交換劑中的陽離子與水中的CaT、M/發(fā)生離子交換作用

13、，使水軟化。離子交換樹脂使用一段時間后，由Na儂轉(zhuǎn)化為CaR(或MgR)型后，就失去了交換能力?？砂咽Ш蟮碾x子交換樹脂置于5%8%勺食鹽水中，便可發(fā)生逆向交換反應(yīng)，重新生成NaR恢復交換能力，這個過程叫做再生：CaR+2Na+=2NaFCa2?！炯磳W即練3】氫型陽離子交換樹脂的主要反應(yīng)可表示為：2HRM2+=MR十2H+。若將100mL只含Ca2+的水經(jīng)過此陽離子交換柱后，流出液用1000molLTNaOH§液中和，用去NaOH(200mL。貝U此100mL水中含Ca2+()A.1600mgB.800mgC.400mgD.1200mg3.C【解析】本題可以采用逆推法求解，即根據(jù)用去

14、NaOH§液的體積求出溶液中U的物質(zhì)的量，然后再進一步求出Ca2的質(zhì)量。練案A組(課堂反饋滿分50分)一、選擇題(每小題5分，共35分)1. 不屬于凈化天然水的混凝劑的是()A.硫酸鋁B.硫酸亞鐵C.硫酸鎂D.聚合鋁1 .C【解析】混凝劑利用其中金屬陽離子水解產(chǎn)生的氫氧化物膠體來凈水，F(xiàn)e2+水解效果已不好，Mg+水解更弱，MgSO能作混凝劑。2. 鍋爐水垢的主要成分是()ACaCO3，MgCO3BCaSO4，MgCO3CCaCO3，Mg(OH)2DCaSO4，CaCO32.C【解析】鍋爐燒水主要是將水的暫時硬度降低，這樣使得發(fā)生反應(yīng)：Ca(HCG)2=CaCOj+COT+H2OMg

15、(HCO)2=MgC初+COT+H2O又因為煮沸時分解形成的碳酸鎂在繼續(xù)受熱的情況下生成更難溶解的Mg(OH>,即發(fā)生反應(yīng)：MgC鼾H2O=Mg(OH)4+COT,因此鍋爐水垢的主要成分是CaCO,Mg(OH>。3. 下列方法適宜軟化永久硬水的是()A.離子交換法B.長時間加熱C.加入硫酸鈉D.加入硝酸銀3.A【解析】離子交換法適宜軟化永久硬水。4. 向天然水中加入下列物質(zhì)的溶液時，無沉淀產(chǎn)生的是()A.肥皂B.熟石灰C.純堿D.小蘇打4.D【解析】小蘇打為NaHCO與Ca2+和Mg不能形成沉淀，肥皂中有效成分與Cs2+和Mg可以生成硬脂酸鈣和硬脂酸鎂沉淀。5. 下列說法正確的是(

16、)A.軟水中一定不含Ca2+、M6+離子B.硬水經(jīng)煮沸后就一定變?yōu)檐浰薈.水垢的主要成分是又酸鈣和氫氧化鎂D.經(jīng)過磺化煤處理過的水是不含離子的超凈水5 .C【解析】硬水與軟水的區(qū)分是Ca2+、M才含量的多與少，不是有與沒有，故A不對；當然不含CjT、Mj+的水一定是軟水，煮沸的方法是通過Ca(HCO%、Mg(HCO2的分解以及MgCO專變?yōu)镸g(OH的過程，故C對；煮沸能使暫時硬度較高的硬水中的Ca2+、M0+濃度降低，但不一定能降低到軟水中Ca2、Mg2的含量標準，更何況有的硬水中的硬度更高是由于永久硬度造成的，故B不對；磺化煤只能交換陽離子，水中還含有多種陰離子和交換出的大量Na卡,故D

17、不對。6 .用下列方法除去含Ca"、MgCl>HCOT的硬水中的致硬離子，所得到的水含離子的濃度最小的是()A.蒸儲B.加熱煮沸C.力口Ca(OH)與Ns2COD.離子交換法7 .A【解析】通過蒸餾可得到非常純的蒸餾水，幾乎不含任何雜質(zhì)離子，所以A是正確的。加熱煮沸只能降低由C廣、M才和HCOT引起的水的硬度，不能完全除去CS2+和Md+等，加入Ca(OH)2與N&CO或采用離子交換法雖然可以降低Ca"、M0+的濃度，但不可能完全除去它們，并且在除去CatM0+的同時，又增加了Na+。8 .1L水中溶有Mg(HCO)2和CaCl2,其濃度分別是bmol/L和2

18、bmol/L,現(xiàn)有一種試劑(適量)，把Ca2、Mg2除去，這種試劑最好選用()A.Ca(OH”B.NaOHC.NaHCO3D.Na2CO7.B【解析】利用NaOH發(fā)生反應(yīng)為：Mg(HCO2+4NaOH=Mg(OHW+2NaCO+2HO,CaCl2+Na2CO=CaCOJ+2NaCl。二、填空題(共15分)9 .(6分)天然水里一般含有Cs2+、Mj+等多種離子。人們把含有較多量CsT、M的水叫做硬水，含有較少量或不含CsT、Mg2+的水叫做軟水；降低水中Ca=、M/含量的過程叫做硬水軟化。如果硬度太高(含Ca"、M/的濃度太大)會給生產(chǎn)、生活帶來很多不利，因此硬水的軟化是水處理的重要

19、方面之一。離子交換法常用于工業(yè)鍋爐用水的軟化。離子交換劑多種多樣，磺化煤(NaR)就是一種陽離子交換劑。(1)寫出用磺化煤軟化含Ca"、Mg濃度較高的硬水的化學方程式O(2)用藥劑軟化法軟化過的水,總是含有一定濃度的C/、Mc2+,其原因是O(3)參考燒水后的鍋或壺中結(jié)有水垢的現(xiàn)象分析說明,如果用硬度太高的水作鍋爐用水,主要的不利因素是。10 (2)CaCO3、Mg(OH)在水中都有一定的溶解能力。水垢是熱的不良導體。【答案】(1)2NaR+Ca2+=CaR+2Na+、2NaR+mC+=MgR2Nsi+(2)CaCd、Mg(OH)雖然溶解度較小，但不是絕對不溶(3)鍋爐結(jié)垢，熱傳遞效

20、率下降，浪費能源，甚至引起鍋爐爆炸11 (9分)永久硬水中含有MgCl2和CaCl2,請你用Ca(OH)2溶液、NaOH§液、飽和Ns2CO溶液、肥皂水，設(shè)計出軟化水的實驗方案。實驗步驟現(xiàn)象有美反應(yīng)式9.實驗步驟現(xiàn)象有美反應(yīng)式加入適量的Ca(OH)2溶液、攪拌后靜置有沉淀析出MgCb+Ca(OH)2=Mg(OH>J+CaCl2加入適量的飽和NaCO溶液，攪拌后靜置有沉淀析出CaCl2+N&CO=CaCOj+2NaCl將過濾出來的水加入肥皂水，攪拌如果有大量泡沫，證明是軟水B組(課后拓展)1 .洪澇地區(qū)欲將江河水轉(zhuǎn)化為可飲用的水。請排列下列合理的處理順序?；瘜W沉降消毒殺菌

21、自然沉降加熱煮沸(1)鐵酸鈉(NazFeO)是水處理過程中使用的一種新型凈水劑，它的氧化性比高鎰酸鉀還強，本身在水處理過程中還原成Fe”,同時達到兩目的。請解釋其原因是(2)加熱煮沸的目的是為了，最后使之轉(zhuǎn)化為沉淀。1.(1)鐵酸鈉的強氧化性使之能殺菌消毒；被還原生成的Fe"發(fā)生水解生成Fe(0H)3(膠體)，能吸附水中的懸浮物而起到凈水的作用(2)降低水中的暫時硬度Mg(OH、CaCO2 .(2010年全國理綜)水是一種重要的自然資源，是人類賴以生存不可缺少的物質(zhì)。水質(zhì)優(yōu)劣直接影響人體健康。請回答下列問題：(1)天然水中溶解的氣體主要有、；(2)天然水在凈化處理過程中加入的混凝劑可

22、以是(填其中任何兩種)其凈水作用的原理是;(3)水的凈化與軟化的區(qū)別是;(4)硬度為1°的水是指每升水含10mgCaO或與之相當?shù)奈镔|(zhì)(如7.1mgMgO)若某天然水中c(Ca2+)=1.2x10-3mol-L-1,c(Mg2+)=6X10-4mol-L-1,則此水的硬度為;(5)若(4)中的天然水還含有c(HCO)=8X10-4mol”-1,現(xiàn)要軟化10m3這種天然水，則需先加入Ca(OH)2g,后力口入NaCOg。2.(1)O2CO(或氮氣)(2)明磯、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵鋁鹽或鐵鹽在水中發(fā)生水解生成相應(yīng)氫氧化物膠體，它可吸附天然水中懸浮物并破壞天然水中的其他帶異電的膠體，使

23、其聚沉，達到凈化目的(3)水的凈化是用混凝劑(如明磯等)將水中膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中的鈣離子和鎂離子(4)10°7401484【解析】(1)天然水中溶解的氣體來自空氣，所以主要是O2、CO2俄N2)(2)凈化處理水的原理就是利用鋁鹽、鐵鹽水解產(chǎn)生的膠體來吸附天然水中的懸浮物，同時也可以破壞其他帶異電的膠體，使其聚沉而達凈化目的，所以常用的混凝劑有明磯、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵等。(3)軟化水的目的是除去水中的鈣離子和鎂離子，降低水的硬度，而凈化水的目的是使水中的懸浮物和其他雜質(zhì)沉淀下來。(4)根據(jù)題給水的硬度的定義可計算出水的硬度：水的硬度=1.2X103mol/

24、LX1LX56g/molX103mg/g10mg6X104mol/LX1LX40g/molx103mg/g07.1mg(5)此問考查的知識點是硬水軟化的方法之一：石灰一純堿法、發(fā)生反應(yīng)的離子方程式有：HCO+OH=CO2+H2OMg"+2O口=Mg(。哨JCa+CO=CaC3X由題意知n(HCO)=8X104mol/Lx10m3x103L/m3=8moln(Mg2)=6X104mol/Lx10m3x103L/m3=6moln(Ca2)=1.2x103mol/Lx10m3x103L/m3=12mol由方程式知共需要OH的物質(zhì)的量為n(OH)=8mol+12mol=20mol,所以nCa

25、(OH)220mol=2X74g/mol=740g.、.、一人12+.一一.一一2+加入Ca(OH)2后溶放中共含有Ca的物質(zhì)的量為n(Ca)=12mol+10mol=22mol由方程式知共需n(CO*)總=22mol,而方程式提供的CO”的物質(zhì)的量為n(CO32)1=8mol,所以還需要加入的CO"的物質(zhì)的量為n(CO32)2=22mol8mol=14mol所以m(Na2CO)=14molx106g/mol=1484g。3.水是一種重要的自然資源，是人類賴以生存不可缺少的物質(zhì)，水質(zhì)優(yōu)劣直接影響人體健康。請回答下列問題：(1)某貧困山區(qū)，為了尋找合適的飲用水，對山上的泉水進行了分析化

26、驗，結(jié)果顯示水中主要含鈣離子、鎂離子、氯離子和硫酸根離子。則該硬水屬于(填“暫時”、“永久”)硬度，若要除去Ca2+、Mg+,可以往水中加入石灰和純堿，試劑加入時先加后加。(2)我國規(guī)定飲用水的硬度不能超過25°。硬度的表示方法是：將水中的Cs2+和Md+都看作Ca+,并將其折算成CaO的質(zhì)量，通常把1升水中含有10mgCaO稱為1度。某化學實驗小組對本地區(qū)地下水的硬度進行檢測，實驗過程如下：實驗中涉及的部分反應(yīng)：M2+(金屬離子)+EBT作各黑T)=MEBT藍色酒紅色宓+(金屬離子)+Y4(EDTA)=MY2MEBRY4(EDTA)=MY2+EBT(銘黑T)取地下水樣品25.00m

27、L進行預處理。寫出由Mg2引起的暫時硬度的水用加熱方法處理時所發(fā)生反應(yīng)的化學方程式(任寫一個)。預處理的方法是向水樣中加入濃鹽酸，煮沸幾分鐘，煮沸的目的是。將處理后的水樣轉(zhuǎn)移到250mL的錐形瓶中，加入氨水氯化錢緩沖溶液調(diào)節(jié)pH為10,滴加幾滴銘黑T溶液，用01000molL1的EDTAfe準溶液進行滴定，滴定時眼睛應(yīng),滴定終點時的實驗現(xiàn)象是。滴定終點時共消耗EDTA希夜15.00mL,則該地下水的硬度=。若實驗時裝有EDTAfe準液的滴定管只用蒸儲水潤洗而未用標準液潤洗，則測定結(jié)果將(填“偏高”、“偏低”或“無影響”)。3.永久石石純堿；(2)Mg(HCQ旦Mg(OHJ+2COT(注意：Mg(HCQ巫MgCOJ+COT+H2O,MgCQ+H2OMg(OH)4+COT)除去溶解的CO注視錐形瓶中溶液顏色的變化；溶液由酒紅色變?yōu)樗{色且半分鐘不褪色33.6°偏高【解析】(2)由于沉淀中的物質(zhì)為Mg(OH和CaC0口少量的MgCQCa(HCQ2三CaCOJ+COT+H2O或Mg(HC2MgC創(chuàng)+COT+HkO或Mg(HCO2Mg(OH>J+COT;除去溶解的CO。注視錐形瓶中溶液顏色的變化；開始溶