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1、第二单元 化学与资源开发利用课题1获取洁净的水第1课时天然水的净化1.能记住天然水净化的基本方法。2.会运用天然水净化的化学原理。1.混凝法(1)定义:加入混凝剂,使细小的悬浮物和胶体聚集成较大的颗粒而沉淀,然后过滤除去的方法。(2)常用的混凝剂在生活中常用明矾作混凝剂,在工业生产中还常用硫酸铝、聚合铝、硫酸亚铁、硫酸铁等作混凝剂。(3)明矾净水原理。Al(OH)3在水中以絮状的胶体形式存在,Al(OH)3胶体粒子带正电,水中的胶体杂质一般带负电,通过电性吸引作用,使胶体杂质聚沉。Al(OH)3胶体有较大的表面积,能吸附水中悬浮的杂质。铁盐的水解反应与铝盐相似,你能写出Fe3+水解的离子方程式
2、吗?(4)获取生活用水。混凝剂难以清除溶解于水中的有机物、无机盐和微生物。获取生活用水的一般过程:混凝沉淀过滤杀菌。城市自来水以天然水为水源,你能简要说明获取自来水的过程吗?提示天然水自然沉降、过滤加入混凝剂沉降过滤加入消毒剂自来水2.化学软化法(1)天然水可分为硬水和软水。硬水:含有较多Ca2+、Mg2+的水;软水:含有少量Ca2+、Mg2+或不含Ca2+、Mg2+的水。(2)水的硬度可分为暂时硬度和永久硬度。暂时硬度:水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的。永久硬度:水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的。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。
3、具有暂时硬度的水可用加热法进行软化。具有永久硬度的水可采用药剂法和离子交换法进行软化。常用化学药剂有纯碱和生石灰等。如何区分硬水和软水?提示可用两种方法。加入肥皂水振荡,有大量泡沫产生的是软水,泡沫很少且有浮渣产生的是硬水。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。一二一、天然水的净化1.混凝法FeSO47H2O净水原理:FeSO47H2O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。特别提醒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。一二
4、2.化学软化法(1)天然水中的可溶性杂质。有机物类。气体:如氧气、二氧化碳、二氧化硫等。一二(2)硬水的软化方法。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。一二药剂法。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:(将由镁离子引起的硬度转化为由
5、钙离子引起的硬度)然后再加入纯碱(Na2CO3):一二离子交换法。a.原理: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Ca2+、Mg2+发生离子交换作用,使水软化。其工艺流程如下图所示。图中的离子交换剂是一种树脂,它是不溶于水但能与溶液中相同电性离子进行交换的有机高分子电解质,常用NaR、HR等表示。发生的反应如下:离子交换法软化水示意图一二b.适用范围:降低水的暂时硬度和永久硬度。离子交换树脂使用一段时间后,由NaR型转化为CaR2(或MgR2)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,
6、这个过程叫做再生:一二二、水的硬度的计算水的硬度有多种表示方法:德国度,每一度即相当于每1L水中含有10mgCaO;法国度,每一度相当于每1L水中含有10mgCaCO3;英国度,每一度相当于每1L水中含有14mgCaCO3。我国对水的硬度计算是以每升水中含有10mgCaO为1度实际上水中不存在CaO,因为CaO与水接触立即反应生成Ca(OH)2或相当于10mgCaO的物质,如7.1mgMgO,即每升水含知识点1知识点2天然水的净化【例题1】某综合实践活动小组到自来水厂进行参观,了解到天然水处理成自来水的工艺流程示意图如下:知识点1知识点2(2)加入混凝剂可以除去其中的悬浮固体颗粒,该过程是(填
7、写下列各项的序号)。只有物理过程,无化学过程只有化学过程,无物理过程既有化学过程又有物理过程FeSO47H2O是常用的混凝剂,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,(填写下列各项的序号)可以作为气体A的代替品。ClO2浓氨水SO2浓硫酸知识点1知识点2中的悬浮固体颗粒,该过程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。FeSO47H2O加入后经水解、氧化最终生成红褐色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pH。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
8、代替。知识点1知识点2(2)Fe(OH)3(3)除去钙离子调节溶液pH(4)杀菌消毒(5)知识点1知识点2水的硬度的计算【例题2】水是一种重要的自然资源,是人类赖以生存不可缺少的物质。水质优劣直接影响人体健康。请回答下列问题:(1)天然水中溶解的气体主要有、。(2)天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是(填其中任何两种),其净水作用的原理是。(3)水的净化与软化的区别是。(4)硬度为1的水是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质(如7.1mgMgO)。若某天然水中c(Ca2+)=1.210-3molL-1,c(Mg2+)=610-4molL-1,则此水的硬度为。(5)若(4)中的天然水还含
9、有,现要软化10m3这种天然水,则需先加入Ca(OH)2g,后加入Na2CO3g。知识点1知识点2解析：(1)天然水中溶解的气体主要有O2、CO2、N2等。(2)天然水加入混凝剂净化的主要原理是混凝剂中电离的铝离子、铁离子在水中发生水解生成相应的氢氧化物胶体,表面积很大,吸附水中的悬浮杂质,常用的混凝剂有明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁等。(3)水的净化是通过混凝剂(如明矾等)将水中的胶体及悬浮物除去,而水的软化是使水中的Ca2+、Mg2+浓度减小。(4)水的硬度计算式:知识点1知识点2=4mol,共耗Ca(OH)210mol,质量为740g。后加入Na2CO3除去Ca2+,加入Ca(OH)2后
10、溶液中总的Ca2+的物质的量为(1.210-3-810-4)molL-110m3103Lm-3+10mol=14mol,则Na2CO3质量为14mol106gmol-1=1484g。知识点1知识点2答案：(1)O2CO2(或N2)(2)明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁(填其中任何两种)铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应的氢氧化物胶体,它可吸附水中悬浮物并破坏天然水中的其他带异电的胶体,使其聚沉,达到净化水的目的(3)水的净化是通过混凝剂(如明矾等)将水中的胶体及悬浮物除去,而水的软化是使水中的Ca2+、Mg2+浓度减小(4)10度(5)74014841 2 3 4 51获得饮用水,凝聚过程中除去其
11、中的悬浮物,可加入的净水剂是()A.FeCl3B.NaClC.Ca(ClO)2D.MgCl2解析：NaCl不用于净水,Ca(ClO)2用于杀菌消毒,而不能使水中的悬浮杂质沉降,铝盐和铁盐会形成Al(OH)3胶体和Fe(OH)3胶体,可吸附水中的固体小颗粒而沉降,从而达到净水的目的。答案：A1 2 3 4 52FeSO47H2O用作天然水净化混凝剂,要调到pH为9左右的主要原因是()A.在碱性条件下促进Fe2+水解使其氧化成Fe3+B.FeSO47H2O溶于水后显酸性C.FeSO47H2O溶于水后显碱性D.以上都不对解析：pH为9左右,Fe2+水解成Fe(OH)2,Fe(OH)2易被氧化为Fe(
12、OH)3。答案：A1 2 3 4 53水经过磺化煤(NaR)处理之后,阳离子浓度最大的是()A.Ca2+B.Mg2+C.Na+D.H+解析：因磺化煤中的Na+与水中的Ca2+、Mg2+发生交换,降低了水的硬度,但是溶液中Na+的浓度却升高了。答案：C1 2 3 4 54下列对天然水的净化认识不正确的是()A.水的净化与软化都是除去水中不溶性杂质B.混凝剂的作用是除去水中不易沉淀的悬浮物和胶体C.FeSO47H2O可用作净水工业的混凝剂D.由Ca2+、Mg2+的碳酸氢盐引起的水的硬度叫暂时硬度解析：水的净化是除去水中的悬浮物和胶体,水的软化是降低水中Ca2+、Mg2+的浓度。答案：A1 2 3 4 55农村有些家庭直接用河水或池塘水作为生活饮用水。一般是把水担回家倒入水缸,加明矾使水澄清,加漂白粉进行消毒。明矾的化学式为,写出它溶于水后生成胶体的离子方程式:。漂白粉的主要成分是,它在自然条件下能产生次氯酸,次氯酸的氧化性很强,能杀死病菌。写出漂白粉生成次氯酸的化学方程式:。解析：Ca(ClO)2在空气中与H2O、CO2作用即可生成HClO。答案：KAl(SO4)212H2O
