2021新人教版高中化学选修2第7课时《天然水的净化》word导学案

第7课时天然水的净化学案【学习目标】1.了解自来水的净化原理。

2.了解净水的常用方法——混凝法和化学软化法。

3.知道纯水与天然水、硬水与软水的区别，学会简单、常用的检验硬水与软水的方法。

4.了解硬水软化的常用方法——加热法、药剂法和离子交换法。

【重点难点】硬水软化的常用方法——加热法、药剂法和离子交换法课前预习【情景材料】如何获得在人们的生活和生产中可以使用的洁净的水，本课题从三个角度度介洁净水的获取方法，即从天然淡水、从生产或生活污水及从海水中获取洁净水。

介绍水净化的化学原理、方法和简要流程。

例如，天然水的净化主要介绍了混化学软化法；污水处理介绍了中和和法和沉沉淀法等。

【预习内容】根据教材有关内容填写下列空白:一、水处理方法的选择水处理方法的选择，通常要考虑以下几个方面:1. 和的要求。

2.选择有效的和。

3.考虑必要的，进行质量、数量及等方面的综合评价。

二、天然水的净化1.混凝法除水中的悬浮物和胶体(1)定义:混凝法就是在天然水中加入，使，然后过滤除去的方法。

(2)常用的混凝剂在生活中常用作混凝剂，在工业生产中还常用、、、等作混凝剂。

(3)明矾的净水原理①写出明矾发生电离和水解的方程式、。

②Al(OH)3胶体粒子带电，通过作用，破坏了天然水中胶体杂质的，使胶体杂质，同时，Al(OH)3还能吸附一些一同聚沉，从而起到了净水作用。

2.杀菌(1)用混凝剂可以除去天然水中的不溶性杂质，若要作为生活用水，还要。

流程如下: →→。

(2)常用的杀菌剂有: 、 、 等。

3.化学软化法(1)水的硬度①软水和硬水:含有 叫做硬水；含有叫做软水。

②硬度的划分a.暂时硬度:水的硬度是由 所引起的，这种硬度叫暂时硬度。

b.永久硬度:水的硬度是 等引起的，这种硬度叫永久硬度。

(2)硬水的软化方法硬水软化的方法通常用 、 和 等。

①具有暂时硬度的水可以用 的方法进行软化，用化学反应方程式表示为:、 和 。

②具有永久硬度的水可采用 和 进行软化。

预习内容答案一、1.水质 数量 2.方法 设备 成本核算 经济实用二、1.混凝剂 细小的悬浮物和胶体聚集成较大的颗粒而沉淀 明矾 硫酸铝、聚合铝、硫酸亚铁、硫酸铁 KAl(SO 4)2=K ＋＋Al 3＋＋2SO 42－ Al 3＋＋3H 2OAl(OH)3＋3H ＋正 电性吸引 稳定性 聚沉 悬浮物2.杀菌消毒 混凝沉淀 过滤 杀菌 氯气 二氧化氯 臭氧3.较多Ca 2＋、Mg 2＋的水 少量的Ca 2＋、Mg 2＋或不含Ca 2＋、Mg 2＋的水 Ca(HCO 3)2或Mg(HCO 3)2 由钙和镁的硫酸盐或氯化物 加热法、药剂法和离子交换法 加热Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O Mg(HCO 3)2=====△MgCO 3↓＋CO 2↑＋H 2OMgCO 3＋H 2O=====△Mg(OH)2↓＋CO 2↑ 药剂法 离子交换法 堂中互动【问题探究1】天然水中含有细菌，其主要成分是蛋白质。

请你举出几种在家中能杀灭水中细菌的简单方法。

城市自来水以天然水为水源，你能简要地说明获取自来水的过程吗？从饮用水消毒剂和混凝剂的使用来看，请你思考:在采取某种化学方法处理生活中的问题时，一般需要考虑哪些问题？【教师点拨】杀菌主要是是蛋白质变性，加热或强氧化性；获取自来水主要是让学生将课本介绍形成简单的流程；生活用水主要考查学生对饮用水的知识。

分析解答: 加热煮沸、在水中通入臭氧、在水中加入84消毒液等。

天然水一沉降过滤一加入混凝剂一沉降过滤一加入消毒剂一自来水。

可以从两个方面考虑，首先是所采用的有效的化学方法，如反应原理适用、添加试剂的性质、顺序和量等。

其次，还要考虑应用化学方法所产生的的经济和社会等方面的问题，主要指成本核算、对生态环境和人体健康是否有直接影响或是有潜在的、长远的影响等。

【即学即练1】某综合实践活动小组到自来水厂进行参观，了解到源水处理成自来水的工艺流程示意图如下:(1)源水中含Ca2+、Mg2+、HCO3—、Cl—等，加入CaO后生成Ca(OH)2，进而发生若干个复分解反应，试写出其中任意一个反应的离子方程式:________________________________。

(2)加入凝聚剂可以除去其中的悬浮固体颗粒，该过程是______________(填序号)。

①只有物理过程，无化学过程②只有化学过程，无物理过程③既有化学过程又有物理过程FeSO4·7H2O是常用的凝聚剂，加入后最终生成红褐色胶状沉淀，则这种沉淀是___________。

(3)通入二氧化碳的目的是________________和__________________。

(4)气体A的作用是__________________。

(5)下列物质中，可以作为气体A的代替品_____________(填序号)。

①ClO2 ②浓氨水③SO2 ④浓硫酸1.(1) HCO3－+OH－=CO32－+H2O[Ca2＋+2HCO3－+2OH－=CaCO3↓+CO32－+2H2O或Ca2++2HCO3－+2OH-=CaCO3↓+ CO32－+2H2O或Mg2++2OH—=Mg(OH)2↓](2)③Fe(OH)3(3)除去钙离子调节溶液酸度(4)杀菌消毒(5)①【解析】由题意知:含有Ca2＋、Mg2＋、HCO3－、Cl－的源水中加入CaO后发生的复分解反应有:HCO3－+OH－=CO32－+H2O、Ca2＋+2HCO3－+2OH－=CaCO3↓+CO32－+2H2O、Ca2++2HCO3－+2OH-=CaCO3↓+ CO32－+2H2O、Mg2++2OH—=Mg(OH)2↓，任意写出一个即可。

加入凝聚剂除去其中的悬浮固体颗粒，该过程既有胶体的吸附作用，也发生了化学反应，所以既有化学过程又有物理过程。

FeSO4·7H2O加入后生成红褐色Fe(OH)3胶状沉淀。

通入二氧化碳的目的是除去钙离子并调节溶液酸度。

气体A应是氯气，其作用是杀菌消毒，所以可以用具有强氧化性的ClO2代替。

【问题探究2】具有永久硬度的水通常采用药剂法和离子交换法进行软化。

那么药剂法软化硬水常使用何种药剂？药剂法软化硬水的原理是什么？写出有关反应的化学方程式。

【教师点拨】药剂法通过向硬水中加入适当的化学药剂，与Ca2＋、Mg2＋发生化学反应，使Ca2＋、Mg2＋以沉淀的形式分离出来，达到软化水的目的。

分析解答:常用的化学药剂有纯碱、生石灰等。

对于工业锅炉用水，还有一种用磷酸盐作药剂的处理方法，使沉淀物悬浮在水中而不结垢。

有关反应方程式如下:Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2=2CaCO3↓＋2H2OMg(HCO3)2＋2Ca(OH)2=2CaCO3↓＋Mg(OH)2↓＋2H2OCa(HCO3)2＋2NaOH=CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2OMg(HCO3)2＋2NaOH=Mg(OH)2↓＋Na2CO3＋2H2OCa2＋＋CO32－=CaCO3↓【即学即练2】水的硬度常用一种规定的标准来衡量。

通常把1 L的水中含10 mg CaO(或相当于10 mg CaO的物质)称为1°。

Ca2＋、Mg2＋的硬度之和称为总硬度。

总硬度在8°以上的水称为硬水。

例如某水样分析含Ca2＋44 mg/L，含Mg2＋18 mg/L，则通过Ca2＋～CaO和Mg2＋～CaO的关系式，计算出1 L这种水相当于含103.6 mg CaO，即总硬度为10.4°。

现在我区某地用水所含Ca2＋、Mg2＋、HCO3－物质的量浓度如下:c(Ca2＋)＝1×10－3mol/L、c(Mg2＋)＝5×10－4mol/L、c(HCO3－)＝8×10－4mol/L。

通过计算回答:(1)这种用水的总硬度为________。

(2)要使这种硬水软化，每1 m3的水中，应加入________g消石灰，________g纯碱。

2.(1) 8.4°(2)66.6116.6【解析】题示信息给出了硬度及其计算方法等新知识，既给出知识，又教会方法，关键是分析1 L水中所含CaO或相当于CaO的物质的质量。

(1)设水样的体积为1 L，则n(Ca2＋)＝1×10－3mol，n(Mg2＋)＝5×10－4mol，n(HCO3－)＝8×10－4mol，由Ca2＋～CaO和Mg2＋～CaO关系式知，相当于该水样中含CaO:1×10－3＋5×10－4＝1.5×10－3(mol)，其质量为1.5×10－3×56×103＝84(mg)。

所以水的总硬度为84/10＝8.4°。

(2)1 m3水样中n(Ca2＋)＝1 mol，n(Mg2＋)＝0.5 mol，n(HCO3－)＝0.8 mol，可将溶质看成Ca(HCO3)2:0.4 mol(暂时硬度)；Ca2＋:0.6 mol和Mg2＋:0.5 mol(永久硬度)。

加入消石灰时，发生如下反应:Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2===2CaCO3↓＋2H2O0．4 mol 0.4 molMg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋0．5 mol 0.5 mol 0.5 mol故共需Ca(OH)2质量为(0.4＋0.5)mol×74 g·mol－1＝66.6 g。

再加入Na2CO3时，发生如下反应:Ca 2＋ ＋ CO 32－=== CaCO 3↓(0.6＋0.5)mol (0.6＋0.5)mol故共需Na 2CO 3质量为(0.6＋0.5) mol ×106 g·mol －1＝116.6 g 。

【问题探究3】除去水的暂时硬度和永久硬度均可以采用离子交换法，其原理如何？何谓离子交换树脂的再生？【教师点拨】阅读教材P27页熟悉其原理，可以看成是一个相互交换离子的离子反应。

交换树脂的再生可以看成一个逆过程。

分析解答:原理如下:离子交换法是用离子交换剂软化水的方法。

离子交换剂中的阳离子与水中的Ca 2＋、Mg 2＋发生离子交换作用，使水软化。

离子交换树脂使用一段时间后，由NaR 型转化为CaR 2(或MgR 2)型后，就失去了交换能力。

可把失效后的离子交换树脂置于5%～8%的食盐水中，便可发生逆向交换反应，重新生成NaR ，恢复交换能力，这个过程叫做再生:CaR 2＋2Na ＋=2NaR ＋Ca 2＋。

【即学即练3】氢型阳离子交换树脂的主要反应可表示为:2HR ＋M 2＋===MR 2十2H ＋。

若将100 mL 只含Ca 2＋的水经过此阳离子交换柱后，流出液用0.1000 mol·L －1NaOH 溶液中和，用去NaOH 溶液20.00 mL 。