【人教版】高中化学选修2：2.1《获取洁净的水》示范学案(含答案)

课题1 获取洁净的水

1．了解天然水净化的方法，掌握其化学原理。

2．了解污水处理的方法，掌握其化学原理。

3．知道化学在水处理中的应用和意义。

3月22日是第十八届“世界水日”，联合国确定世界水日的主题是“保障清洁水源，创造健康世界”。3月22～28日是第二十三届“中国水周”，宣传主题为“严格水资源管理，保障可持续发展”。全球半数以上住院患者染病与污水相关，并且每年有很多人死于与水相关的疾病。因此，世界各国应加大投入，不仅注重水资源数量，更要提高质量，推动全社会形成关心水、亲近水、爱护水、节约水的良好风尚。

思考：地球实际上是个“水球”，水资源丰富，那么，我们为什么还要节约用水呢？

答案：地球表面面积约74%被液态和固态水所覆盖。其中淡水约(含盐量小于0.1%)占全球总水量的2.5%；咸水(含盐量超过0.1%)约占全球总水量的97.5%。我国是一个严重缺水的国家。

一、天然水的净化

1．混凝法

(1)定义：加入___________，使__________和___________聚集成较大的颗粒而沉淀，然后______除去的方法。

(2)工业生产中常用的混凝剂有：__________、___________、___________、________、______等。

(3)明矾净水原理。

明矾在水中发生电离：____________________；

Al3＋发生水解反应的化学方程式：__________________________。

①Al(OH)3在水中以________________存在，Al(OH)3胶体粒子带____电，水中的胶体杂质一般带__________电，通过________作用，使________聚沉。

②Al(OH)3胶体有较大的表面积，能吸附水中__________。

(4)获取生活用水。

混凝剂难以清除溶解于水中的________、__________和______。获取生活用水的一般过程：__________―→__________―→__________。

自主思考：天然水中含有细菌，其主要成分是蛋白质。你能举出几种在家中就能杀灭水中细菌的简单方法吗？

2．化学软化法

(1)天然水可分为硬水和软水。

硬水：含有______________________的水；

软水：含有________________或__________________的水。

(2)水的硬度可分为暂时硬度和永久硬度。

①暂时硬度：水的硬度是由__________或__________所引起的。

②永久硬度：水的硬度是由______和____的________或________等引起的。

天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。

(3)硬水软化的方法。

①具有暂时硬度的水可用__________进行软化。

②具有永久硬度的水可采用__________和__________进行软化。常用化学药剂有______和____________等。

自主思考：如何区分硬水和软水？

二、污水处理

1．污水处理方法

主要有____________、____________和____________等。

2．处理工业废水常用的化学方法

(1)中和法。

钢铁厂、电镀厂等产生的酸性废水可用____________中和；

造纸厂等产生的碱性废水可用______________或____________中和。

(2)沉淀法。

对于含有Hg2＋的废水，可向其中加入Na2S，离子方程式为____________。

自主思考：为什么用Na2S除去Hg2＋的同时，也能将水中所含的Pb2＋、Cu2＋等重金属离子除去？ 用离子方程式表示

三、海水淡化

海水淡化常用的方法有：______、__________、____________等。其中______的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。

答案:一、1.(1)混凝剂细小的悬浮物胶体过滤

(2)明矾硫酸铝聚合铝硫酸亚铁硫酸铁

(3)KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO2－4Al3＋＋3H2O A l(OH)3＋3H＋①絮状的胶体形式正负电性吸引胶体杂质②悬浮的杂质

(4)有机物无机盐微生物混凝沉淀过滤杀菌

自主思考

提示：加热、加消毒剂、紫外线照射等。

2．(1)较多Ca2＋、Mg2＋少量Ca2＋、Mg2＋不含Ca2＋、Mg2＋

(2)Ca(HCO3)2 Mg(HCO3)2钙镁硫酸盐氯化物

(3)加热法药剂法离子交换法纯碱生石灰

自主思考

提示：可用两种方法。

①加入肥皂水振荡，有大量泡沫产生的是软水，泡沫很少且有沉淀产生的是硬水。

②加入饱和Na2CO3溶液，无沉淀产生的是软水，有沉淀产生的是硬水。

二、1.物理法生物法化学法

2．(1)熟石灰H2SO4 CO2 (2)Hg2＋＋S2－===HgS↓

自主思考

提示：Pb2＋＋S2－===PbS↓

Cu2＋＋S2－===CuS↓

三、蒸馏法电渗析法离子交换法蒸馏法

一、天然水的净化

1．混凝法

FeSO4·7H2O净水原理：FeSO4·7H2O溶于水得Fe2＋(aq)Fe3＋(aq)

Fe(OH)3，使水中的胶体杂质聚沉，同时吸附一些悬浮物而沉降，获得符合不同质量标准的水。

Fe(OH)2溶解度较大，混凝效果不好，应将Fe2＋氧化成Fe3＋，水解得到Fe(OH)3。

2．化学软化法

(1)天然水中的可溶性杂质。

①无机盐类：通常含有Ca2＋、Mg2＋等阳离子和HCO－3、CO2－3、SO2－4、Cl－、NO－3等阴离子。不同地区的天然水里含有这些离子的种类和数量不同。一般地说，地下水、泉水中含Ca2＋、Mg2＋较多，而雨水、河水、湖水中含Ca2＋、Mg2＋较少。

②有机物类。

③气体：如氧气、二氧化碳、二氧化硫等。

(2)硬水的软化方法。

①加热法(适用于降低水的暂时硬度)。

具有暂时硬度的水，经加热煮沸可使其软化，使其碳酸氢盐转化为难溶的碳酸盐。其中值得注意的是：煮沸时分解形成的碳酸镁在继续受热的情况下生成更难溶解的Mg(OH)2。

Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O

Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O

MgCO3＋H2O Mg(OH)2↓＋CO2↑

②药剂法。

a．药剂：常用的化学药剂有纯碱、生石灰等；工业锅炉用水还常用磷酸盐处理。

b．适用范围：降低水的暂时硬度和永久硬度。

c．用石灰法软化硬水时，常和纯碱一起使用，目的是用纯碱除去过量的石灰，工业上称为石灰纯碱法，其基本原理为：

首先加入石灰乳[Ca(OH)2]：

Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2===2CaCO3↓＋2H2O

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

MgCl2＋Ca(OH)2===CaCl2＋Mg(OH)2↓(将由镁离子引起的硬度转化为由钙离子引起的硬度)

然后再加入纯碱(Na2CO3)：

Ca(OH)2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaOH

CaCl2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaCl

③离子交换法。