高二化学水的净化与污水处理
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(5)①
【规律方法】 本题以自来水的工艺流程为出发 点，考查了离子反应、胶体性质、氯气的消毒原 理等知识点，是一道综合性较强的实验流程题。 在解题时注意与必修内容相结合，如离子方程式 书写的准确性，CO2和Cl2 的用途等都是必修知识 在化学与技术中的体现。
变式训练1 (2010年邯郸调研)聚合氯化铝是一种 新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态的碱 式氯化铝[Al2(OH)nCl6－n]。 本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制备碱式氯化铝。 其制备原料为分布广、价格廉的高岭土，化学组 成为：Al2O3(25%～34%)、SiO2(40%～50%)、 Fe2O3(0.5%～3.0%)以及少量杂质和水分。
2.污水处理的主要方法——生物化学方法 (1)生物化学方法的定义:通常使用含有大__量__需__氧__微__ _生__物__的活性污泥,在强力通入空气(曝气)的条件下, 微生物以水中的_有__机__废__物_为养料生长繁殖,将有机 物分解为_C_O__2、_H__2O_等无机物,从而达到净化污水 的目的. (2)生物化学方法的关键:培养好活性污泥中的_微__生_ _物__,并提高处理过程的曝气效率,使需氧微生物获 得足够的_氧__气__.
【解析】 (1)由题意知：源水中加入 CaO 后发生的 复分解反应有：HCO－ 3 ＋OH－===CO23－＋H2O、Ca2＋ ＋HCO－ 3 ＋OH－===CaCO3↓＋H2O、Ca2＋＋2HCO3－ ＋2OH－===CaCO3↓＋CO23－＋2H2O、Mg2＋＋2OH－ ===Mg(OH)2↓，写出任意一个即可。
【提示】 可分为一级、二级和三级处理。
一级处理,主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染 物质,物理处理法大部分只能完成一级处理的要求. 经过一级处理的污水,BOD物质一般可去除30%左 右,达不到排放标准.一级处理属于二级处理的预 处理.
二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的 有机污染物质(BOD，COD物质)，去除率可达 90%以上，使有机污染物达到排放标准。
(3)高岭土煅烧后，Al2O3、Fe2O3均溶于盐酸,产生 AlCl3、FeCl3. (4)加入少量铝粉的作用是除去溶液中的Fe3＋。
(5)pH＝4.2～4.5必须用pH计或精密pH试纸测。
答案： (1)改变高岭土中氧化铝的结构,使其能溶于酸 (2)230 量筒 (3)Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O, Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O (4)除去溶液中的Fe3＋ (5)pH计(或精密pH试纸) 水浴加热
(2)加入凝聚剂除去其中的悬浮固体颗粒，该过程 是既有胶体的吸附作用也有化学反应，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。(3)通入二氧化碳的目 的是除去钙离子并调节溶液酸度。(4)气体A应是 氯气，其作用是杀菌消毒。(5)可以找具有强氧化 性的ClO2代替。
__________________________________________.
(4)加少量铝粉的主要作用是_________________. (5)“调节溶液pH在4.2～4.5”的过程中，除添加 必要的试剂,还需借助的实验用品是_______;“蒸 发浓缩”需保持温度在90～100 ℃,控制温度的实 验方法是__________________________________ ______________________________________.
2．沉淀法
【答案】 (1)HCO－ 3 ＋OH－===CO23－＋H2O (或：Ca2＋＋HCO－ 3 ＋OH－===CaCO3↓＋H2O 或：Ca2＋＋2HCO3－＋2OH－===CaCO3↓＋CO23－＋ 2H2O 或：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓) (2)③ Fe(OH)3 (3)除去钙离子 调节溶液酸度 (4)杀菌消毒
已知氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差 异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化 铝难溶于酸。制备碱式氯化铝的实验流程如下：
根据流程图回答下列问题： (1)“煅烧”的目的是_______________________. (2)配制质量分数为15%的盐酸需要200 mL 30% 的浓盐酸(密度约为1.15 g/cm3)和_______g蒸馏水, 配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、_______. (3)“溶解”过程中发生反应的离子方程式为
_用__.生活污水中含有_丰__富__的__植__物__营__养__素__,是宝贵的 肥源.城市污水经处理后,成为能二次利用的“中 水”,可供农林灌溉、洒水、消防、冲洗厕所之用. 在我国缺水严重的大连、青岛等城市“,_中__水__”___缓 解了水资源的短缺.
思考感悟
2.现代污水处理技术,按处理程度划分,可分为哪几 种？
第一单元 水的净化与污水处理
第
一
学习目标
单
元
水
课前自主学案
的
净
化wenku.baidu.com
课堂互动讲练
与
污
水
处
知能优化训练
理
学习目标 1.了解天然水中所含有的主要杂质,知道生活用水 的要求与处理方法,了解自来水生产的一般工艺流 程,并能用盐类水解反应解释水处理工艺中的某些 常见混凝剂净水的基本原理. 2.了解污水处理的方法.
2.混凝剂的净水原理是Al3＋或Fe3＋与水中的OH－ 结合成胶体,胶体能吸附水中的悬浮物质而沉降.
3．Al3＋＋3H2 Fe3＋＋3H2
3(胶体)＋3H＋; 3(胶体)＋3H＋.
例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＋、HCO、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_________ ________________________.
解析:本题以框图形式考查了新型混凝剂的生产工 艺.对于框图题首先要找到突破口,依此推导.
(1)高岭土中Al2O3不溶于酸,故煅烧的目的是改变 Al2O3的结构,使其溶于酸. (2)利用稀释前后溶质质量守恒解题,设蒸馏水的质 量为m,则有(m＋200 mL×1.15 g·cm－3)×15%＝ 200 mL×1.15 g·cm－3×30%，m＝230 g.
利用混凝剂除去的是一些悬浮杂质,常用的混凝剂 除明矾外,还有FeCl3等.三价铁盐能发生水解反应, 生成的_F__e(_O__H_)_3_胶__体__能吸附水中的悬浮物而沉降,
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水解反应的化学方程式为 _F_e_C__l3_＋__3H__2____________3(_胶__体__)＋__3_H__C_l _, 离子方程式是 _F_e_3_＋_＋__3_H_2____________3(_胶__体__)＋__3_H__＋___.
2.自来水的消毒方法 水常用漂白粉或漂粉精[有效成分是Ca(ClO)2]、 氯气、臭氧、二氧化氯(ClO2)等进行消毒、杀菌 处理.这些物质的消毒作用是利用了它们具有的 _强__氧__化__性___.
思考感悟 1．自来水厂处理水的过程是什么？ 【提示】 (1)筛滤：用筛子对水进行筛滤，滤去 颗粒较大的悬浮物。 (2)沉淀：加入混凝剂静置，将水中的悬浮物沉淀 到池底部。
三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷 等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主 要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法， 活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。
课堂互动讲练
现代水处理工艺 现代水处理工艺为：混凝→沉淀→过滤→消毒. 1．混凝剂可加入Al3＋或Fe3＋,现代技术用聚合氯 化铝和聚合硫酸铁作为混凝剂.
1．中和法 对于酸性废水和碱性废水,可以用中和法进行处理.如用 石灰来中和钢铁厂、电镀厂等产生的酸性废水;用 H2SO4 或 CO2 中和造纸厂等产生的碱性废水.反应的离 子方程式分别为:2H＋＋Ca(OH)2===Ca2＋＋2H2O,2H＋ ＋CaO===Ca2＋＋H2O；OH－＋H＋===H2O,2OH－＋CO2 ===CO23－＋H2O 或 OH－＋CO2===HCO－ 3 。对于高浓度 的酸、碱性废水，应优先考虑回收利用的问题,如可用 浓缩法回收其中的酸或碱.
(3)过滤:使水通过细沙,以除去沉淀和残留的悬浮 物. (4)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. (5)消毒:加入杀菌消毒剂杀灭水中的有害微生物.
二、污水处理 1.污水中的主要污染物有需__氧__废__物__、_传__染__性__物__质_、 植物养料、有机物质、其他矿物质、由土壤冲刷带 来的沉积物、放__射__性__物__质__等,也可能会因情况不同 而有不同成分.
【解析】 自来水中残留有Cl2，Cl2有毒，会使 鱼类中毒。经日光曝晒时，Cl2和H2O反应生成 HClO，HClO见光易分解，从而降低有害物质Cl2 的含量。
【答案】 C
【规律方法】 本题利用一些基本常识考查了对 自来水消毒的认识，对同学们分析问题的能力和 思维能力进行了综合考查。
变式训练2 养殖场长途运输鱼苗时,需满足3个条 件:①保持水中有适量的氧气;②及时排出鱼苗呼 出的二氧化碳;③防止细菌滋生.已知下列物质加 入水中都可以起到供氧、杀菌作用,在储运鱼苗的 水中可加入的最佳药剂是( )
课前自主学案
一、生活用水的净化 1．混凝法 天然水中常含有一些悬浮物,通常很难用自然沉降 法除去,因此需要加入_混__凝__剂___,利用其发生水解产 生的胶体吸附水中的悬浮物形成较大的颗粒而沉 淀,达到净水的目的.生活中主要采用明矾作混凝剂, 其净水的原理为:
_K_A_l_(_S_O_4_)2_=_=_=_K_＋_＋__A__l3_＋_＋_2_S_O__24 －__; _A_l_3＋_＋__3_H_2_O_____A_l(_O_H__)_3(_胶__体_)_＋__3_H_＋.
(2)加入凝聚剂可以除去其中的悬浮固体颗粒，该 过程是________(填写下列各项的序号)。 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.(填写下列各项的序号) ①ClO2 ②浓氨水 ③SO2 ④浓硫酸
饮用水消毒的常用方法
特别提醒：由于上述消毒方法可产生Cl2,Cl2与水 中有机物反应生成致癌物质,因此现在又使用ClO2、 Na2FeO4等消毒物质.
例2 用自来水养鱼时,通常先将自来水晒一段时 间后再注入鱼缸中,目的是( )
A．提高水温 B．增加水中氯气的含量 C．除去水中少量的次氯酸 D．用紫外线杀死水中的细菌
3.水的DO与BOD (1)DO表示_水__中__的__溶__解__氧__量__. (2)BOD指水中有机物经微生物分解所需的氧气量, 污水中有机物的含量越大,BOD越高,水的富营养 化程度_越__高___.
4．城市污水的再利用
城市污水中_工__业__污__水__约占70%,其次是_生__活__污__水__. 工业污水中含有某些宝贵的资源,可_回__收__再__加__工__利__
A．Na2O2 C．Cl2
B．CaO2 D．H2O2
解析：选B.解题时注意题给的附加条件,Na2O2与 水反应过于激烈,会很快消耗完毕,生成的NaOH 属强腐蚀性的物质;Cl2有毒;H2O2能提供O2,但不 能吸收CO2.
污水的处理方法
污水处理时，污水中的悬浮物可用混凝法除去； 对其他溶解在水中的污染物，则要根据其化学性 质采用有针对性的化学方法，如酸碱中和法、重 金属离子沉淀法等。
【规律方法】 本题以自来水的工艺流程为出发 点，考查了离子反应、胶体性质、氯气的消毒原 理等知识点，是一道综合性较强的实验流程题。 在解题时注意与必修内容相结合，如离子方程式 书写的准确性，CO2和Cl2 的用途等都是必修知识 在化学与技术中的体现。
变式训练1 (2010年邯郸调研)聚合氯化铝是一种 新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态的碱 式氯化铝[Al2(OH)nCl6－n]。 本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制备碱式氯化铝。 其制备原料为分布广、价格廉的高岭土，化学组 成为：Al2O3(25%～34%)、SiO2(40%～50%)、 Fe2O3(0.5%～3.0%)以及少量杂质和水分。
2.污水处理的主要方法——生物化学方法 (1)生物化学方法的定义:通常使用含有大__量__需__氧__微__ _生__物__的活性污泥,在强力通入空气(曝气)的条件下, 微生物以水中的_有__机__废__物_为养料生长繁殖,将有机 物分解为_C_O__2、_H__2O_等无机物,从而达到净化污水 的目的. (2)生物化学方法的关键:培养好活性污泥中的_微__生_ _物__,并提高处理过程的曝气效率,使需氧微生物获 得足够的_氧__气__.
【解析】 (1)由题意知：源水中加入 CaO 后发生的 复分解反应有：HCO－ 3 ＋OH－===CO23－＋H2O、Ca2＋ ＋HCO－ 3 ＋OH－===CaCO3↓＋H2O、Ca2＋＋2HCO3－ ＋2OH－===CaCO3↓＋CO23－＋2H2O、Mg2＋＋2OH－ ===Mg(OH)2↓，写出任意一个即可。
【提示】 可分为一级、二级和三级处理。
一级处理,主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染 物质,物理处理法大部分只能完成一级处理的要求. 经过一级处理的污水,BOD物质一般可去除30%左 右,达不到排放标准.一级处理属于二级处理的预 处理.
二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的 有机污染物质(BOD，COD物质)，去除率可达 90%以上，使有机污染物达到排放标准。
(3)高岭土煅烧后，Al2O3、Fe2O3均溶于盐酸,产生 AlCl3、FeCl3. (4)加入少量铝粉的作用是除去溶液中的Fe3＋。
(5)pH＝4.2～4.5必须用pH计或精密pH试纸测。
答案： (1)改变高岭土中氧化铝的结构,使其能溶于酸 (2)230 量筒 (3)Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O, Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O (4)除去溶液中的Fe3＋ (5)pH计(或精密pH试纸) 水浴加热
(2)加入凝聚剂除去其中的悬浮固体颗粒，该过程 是既有胶体的吸附作用也有化学反应，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。(3)通入二氧化碳的目 的是除去钙离子并调节溶液酸度。(4)气体A应是 氯气，其作用是杀菌消毒。(5)可以找具有强氧化 性的ClO2代替。
__________________________________________.
(4)加少量铝粉的主要作用是_________________. (5)“调节溶液pH在4.2～4.5”的过程中，除添加 必要的试剂,还需借助的实验用品是_______;“蒸 发浓缩”需保持温度在90～100 ℃,控制温度的实 验方法是__________________________________ ______________________________________.
2．沉淀法
【答案】 (1)HCO－ 3 ＋OH－===CO23－＋H2O (或：Ca2＋＋HCO－ 3 ＋OH－===CaCO3↓＋H2O 或：Ca2＋＋2HCO3－＋2OH－===CaCO3↓＋CO23－＋ 2H2O 或：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓) (2)③ Fe(OH)3 (3)除去钙离子 调节溶液酸度 (4)杀菌消毒
已知氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差 异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化 铝难溶于酸。制备碱式氯化铝的实验流程如下：
根据流程图回答下列问题： (1)“煅烧”的目的是_______________________. (2)配制质量分数为15%的盐酸需要200 mL 30% 的浓盐酸(密度约为1.15 g/cm3)和_______g蒸馏水, 配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、_______. (3)“溶解”过程中发生反应的离子方程式为
_用__.生活污水中含有_丰__富__的__植__物__营__养__素__,是宝贵的 肥源.城市污水经处理后,成为能二次利用的“中 水”,可供农林灌溉、洒水、消防、冲洗厕所之用. 在我国缺水严重的大连、青岛等城市“,_中__水__”___缓 解了水资源的短缺.
思考感悟
2.现代污水处理技术,按处理程度划分,可分为哪几 种？
第一单元 水的净化与污水处理
第
一
学习目标
单
元
水
课前自主学案
的
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与
污
水
处
知能优化训练
理
学习目标 1.了解天然水中所含有的主要杂质,知道生活用水 的要求与处理方法,了解自来水生产的一般工艺流 程,并能用盐类水解反应解释水处理工艺中的某些 常见混凝剂净水的基本原理. 2.了解污水处理的方法.
2.混凝剂的净水原理是Al3＋或Fe3＋与水中的OH－ 结合成胶体,胶体能吸附水中的悬浮物质而沉降.
3．Al3＋＋3H2 Fe3＋＋3H2
3(胶体)＋3H＋; 3(胶体)＋3H＋.
例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＋、HCO、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_________ ________________________.
解析:本题以框图形式考查了新型混凝剂的生产工 艺.对于框图题首先要找到突破口,依此推导.
(1)高岭土中Al2O3不溶于酸,故煅烧的目的是改变 Al2O3的结构,使其溶于酸. (2)利用稀释前后溶质质量守恒解题,设蒸馏水的质 量为m,则有(m＋200 mL×1.15 g·cm－3)×15%＝ 200 mL×1.15 g·cm－3×30%，m＝230 g.
利用混凝剂除去的是一些悬浮杂质,常用的混凝剂 除明矾外,还有FeCl3等.三价铁盐能发生水解反应, 生成的_F__e(_O__H_)_3_胶__体__能吸附水中的悬浮物而沉降,
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水解反应的化学方程式为 _F_e_C__l3_＋__3H__2____________3(_胶__体__)＋__3_H__C_l _, 离子方程式是 _F_e_3_＋_＋__3_H_2____________3(_胶__体__)＋__3_H__＋___.
2.自来水的消毒方法 水常用漂白粉或漂粉精[有效成分是Ca(ClO)2]、 氯气、臭氧、二氧化氯(ClO2)等进行消毒、杀菌 处理.这些物质的消毒作用是利用了它们具有的 _强__氧__化__性___.
思考感悟 1．自来水厂处理水的过程是什么？ 【提示】 (1)筛滤：用筛子对水进行筛滤，滤去 颗粒较大的悬浮物。 (2)沉淀：加入混凝剂静置，将水中的悬浮物沉淀 到池底部。
三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷 等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主 要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法， 活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。
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现代水处理工艺 现代水处理工艺为：混凝→沉淀→过滤→消毒. 1．混凝剂可加入Al3＋或Fe3＋,现代技术用聚合氯 化铝和聚合硫酸铁作为混凝剂.
1．中和法 对于酸性废水和碱性废水,可以用中和法进行处理.如用 石灰来中和钢铁厂、电镀厂等产生的酸性废水;用 H2SO4 或 CO2 中和造纸厂等产生的碱性废水.反应的离 子方程式分别为:2H＋＋Ca(OH)2===Ca2＋＋2H2O,2H＋ ＋CaO===Ca2＋＋H2O；OH－＋H＋===H2O,2OH－＋CO2 ===CO23－＋H2O 或 OH－＋CO2===HCO－ 3 。对于高浓度 的酸、碱性废水，应优先考虑回收利用的问题,如可用 浓缩法回收其中的酸或碱.
(3)过滤:使水通过细沙,以除去沉淀和残留的悬浮 物. (4)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. (5)消毒:加入杀菌消毒剂杀灭水中的有害微生物.
二、污水处理 1.污水中的主要污染物有需__氧__废__物__、_传__染__性__物__质_、 植物养料、有机物质、其他矿物质、由土壤冲刷带 来的沉积物、放__射__性__物__质__等,也可能会因情况不同 而有不同成分.
【解析】 自来水中残留有Cl2，Cl2有毒，会使 鱼类中毒。经日光曝晒时，Cl2和H2O反应生成 HClO，HClO见光易分解，从而降低有害物质Cl2 的含量。
【答案】 C
【规律方法】 本题利用一些基本常识考查了对 自来水消毒的认识，对同学们分析问题的能力和 思维能力进行了综合考查。
变式训练2 养殖场长途运输鱼苗时,需满足3个条 件:①保持水中有适量的氧气;②及时排出鱼苗呼 出的二氧化碳;③防止细菌滋生.已知下列物质加 入水中都可以起到供氧、杀菌作用,在储运鱼苗的 水中可加入的最佳药剂是( )
课前自主学案
一、生活用水的净化 1．混凝法 天然水中常含有一些悬浮物,通常很难用自然沉降 法除去,因此需要加入_混__凝__剂___,利用其发生水解产 生的胶体吸附水中的悬浮物形成较大的颗粒而沉 淀,达到净水的目的.生活中主要采用明矾作混凝剂, 其净水的原理为:
_K_A_l_(_S_O_4_)2_=_=_=_K_＋_＋__A__l3_＋_＋_2_S_O__24 －__; _A_l_3＋_＋__3_H_2_O_____A_l(_O_H__)_3(_胶__体_)_＋__3_H_＋.
(2)加入凝聚剂可以除去其中的悬浮固体颗粒，该 过程是________(填写下列各项的序号)。 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.(填写下列各项的序号) ①ClO2 ②浓氨水 ③SO2 ④浓硫酸
饮用水消毒的常用方法
特别提醒：由于上述消毒方法可产生Cl2,Cl2与水 中有机物反应生成致癌物质,因此现在又使用ClO2、 Na2FeO4等消毒物质.
例2 用自来水养鱼时,通常先将自来水晒一段时 间后再注入鱼缸中,目的是( )
A．提高水温 B．增加水中氯气的含量 C．除去水中少量的次氯酸 D．用紫外线杀死水中的细菌
3.水的DO与BOD (1)DO表示_水__中__的__溶__解__氧__量__. (2)BOD指水中有机物经微生物分解所需的氧气量, 污水中有机物的含量越大,BOD越高,水的富营养 化程度_越__高___.
4．城市污水的再利用
城市污水中_工__业__污__水__约占70%,其次是_生__活__污__水__. 工业污水中含有某些宝贵的资源,可_回__收__再__加__工__利__
A．Na2O2 C．Cl2
B．CaO2 D．H2O2
解析：选B.解题时注意题给的附加条件,Na2O2与 水反应过于激烈,会很快消耗完毕,生成的NaOH 属强腐蚀性的物质;Cl2有毒;H2O2能提供O2,但不 能吸收CO2.
污水的处理方法
污水处理时，污水中的悬浮物可用混凝法除去； 对其他溶解在水中的污染物，则要根据其化学性 质采用有针对性的化学方法，如酸碱中和法、重 金属离子沉淀法等。