研究与实践课
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
第16课时 了解水处理过程中的化学原理
【研究目的】
通过查阅资料或现场参观等，了解水处理过程中所涉及的化学原理，认识水溶液中的离子反应与平衡在生产、生活中的应用，提高安全用水的意识，体会化学的价值。
【学习活动】
研究任务
任务：（1）了解水的硬度，以及常用的硬水软化的方法及其化学原理。 （2）了解工业锅炉水垢的主要成分、危害、处理方法及其化学原理。 （3）了解污水处理中主要的化学方法及其原理。 材料一 水硬度的分类，一般来说水的硬度是暂时硬度和永久硬度的总和。水的暂时硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁引起的，这种水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙或碳酸氢镁就会分解成不溶于水的碳酸钙和难溶于水的碳酸镁沉淀。这些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，从而使硬度较高的水得到软化。水的永久硬度则是由钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的，永久硬度不能用加热的方法软化，一般有加入碳酸盐的沉淀法和离子交换法等。 材料二 水垢(Water scale)俗称“水锈、水碱”，是指硬水煮沸后所含矿质附着在容器(如锅、壶等)内逐渐形成的白色块状或粉末状的物质，主要成分有碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫酸镁、氯化钙、氯化镁等。水垢的导热能力很差，如果锅炉内形成的水垢过厚则会导致锅炉效率降低，重则会引起锅炉爆管造成锅炉事故。 水垢的处理方法有许多，如：酸除水垢。如烧水壶有了水垢，可将几勺醋(或柠檬片)放入水中，煮沸浸泡一段时间，水垢即除。如水垢中的主要成分是硫酸钙，则可将纯碱溶液倒在水壶里烧煮，再加酸即可去垢。 其他还有离子交换，专用清洁剂等。 材料三 水的化学处理法是通过化学反应来分离、去除废水中的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。 常见的化学处理法：混洗方法，如明矾净水。沉淀法，硫化物沉淀含汞、镉等废水。氧化还原法，如氰化物等处理。电解法(第四章学习)、中和法、离子交换等方法。 【思考与讨论】 1.总结一下水处理的方法有哪些？ 参考答案：主要分为物理处理法和化学处理法，物理处理法有筛率、沉底与上浮、过滤等；化学处理法有中和、混凝、氧化还原、化学沉底法、高级氧化、电解、电渗析等。 2.明矾净水时能不能杀菌消毒？ 参考答案：不能。明矾净水的原理是氢氧化铝胶体吸附水里悬浮的杂质，并形成沉底，使水澄清。 3.应用某些氯制剂或者臭氧处理水属于水处理中的那种方法？ 参考答案：氧化还原法。 【针对训练1】加热煮沸可使暂时硬水软化，分析其化学原理。 参考答案：硬水中含有Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2 Ca(HCO3)2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑ Mg(HCO3)2MgCO3↓＋H2O＋CO2↑ MgCO3＋H2O===Mg(OH)2＋CO2↑ 沉淀析出后，水的硬度降低。 【针对训练2】锅炉水垢的主要成分是( ) A．CaCO3和MgCO3 B．CaSO4和MgCO3 C．CaCO3和Mg(OH)2 D．CaSO4和CaCO3 答案：C 解析：水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁，主要形成的反应：Ca(HCO3)2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑；Mg(HCO3)2MgCO3↓＋H2O＋CO2↑，MgCO3＋H2O===Mg(OH)2＋CO2↑。 【针对训练3】锅炉中水垢CaSO4不溶于H2O，不溶于酸，较难去除。 已知CaCO3与CaSO4的溶度积分别为2.8×10－9、9.1×10－6。由此可知二者的溶解度的大小关系为CaCO3________CaSO4，在锅炉除垢操作中，要先用碳酸钠溶液将水垢中的硫酸钙转化成碳酸钙，其主要原因是______________________________________________________。 答案：＜ 碳酸钙可溶于酸而硫酸钙不溶 解析：CaCO3与CaSO4的溶度积分别为2.8×10－9、9.1×10－6，类型相同，溶度积小的溶解度小，则溶解度的大小关系为CaCO3＜CaSO4，锅炉除垢操作中，要先用碳酸钠溶液将水垢中的硫酸钙转化成为碳酸钙，是因为碳酸钙可溶于酸而硫酸钙不溶。 【针对训练4】工业上处理废水时，Na2S和FeS均可用于除去废水中的Hg2＋，试解释原因(用离子方程式表示)。 参考答案：Na2S===2Na＋＋S2－ Hg2＋＋S2－===HgS↓； FeS＋Hg2＋===HgS＋Fe2＋[Ksp(FeS)＞Ksp(HgS)，沉淀的转化、难溶转化成更难溶]。 【针对训练5】高铁酸钾紫红色固体是一种高效净水剂，溶于水后能生成Fe(OH)3胶体，具有强氧化性，能杀菌消毒。将K2FeO4溶于水会有一种使火星的木条复燃的气体生成，请写出相应离子方程式： 。 参考答案：4FeO＋10H2O===4Fe(OH)3＋8OH－＋3O2↑
2研究与实践课
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
第16课时 了解水处理过程中的化学原理
【研究目的】
通过查阅资料或现场参观等，了解水处理过程中所涉及的化学原理，认识水溶液中的离子反应与平衡在生产、生活中的应用，提高安全用水的意识，体会化学的价值。
【学习活动】
研究任务
任务：（1）了解水的硬度，以及常用的硬水软化的方法及其化学原理。 （2）了解工业锅炉水垢的主要成分、危害、处理方法及其化学原理。 （3）了解污水处理中主要的化学方法及其原理。 材料一 水硬度的分类，一般来说水的硬度是暂时硬度和永久硬度的总和。水的暂时硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁引起的，这种水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙或碳酸氢镁就会分解成不溶于水的碳酸钙和难溶于水的碳酸镁沉淀。这些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，从而使硬度较高的水得到软化。水的永久硬度则是由钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的，永久硬度不能用加热的方法软化，一般有加入碳酸盐的沉淀法和离子交换法等。 材料二 水垢(Water scale)俗称“水锈、水碱”，是指硬水煮沸后所含矿质附着在容器(如锅、壶等)内逐渐形成的白色块状或粉末状的物质，主要成分有碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫酸镁、氯化钙、氯化镁等。水垢的导热能力很差，如果锅炉内形成的水垢过厚则会导致锅炉效率降低，重则会引起锅炉爆管造成锅炉事故。 水垢的处理方法有许多，如：酸除水垢。如烧水壶有了水垢，可将几勺醋(或柠檬片)放入水中，煮沸浸泡一段时间，水垢即除。如水垢中的主要成分是硫酸钙，则可将纯碱溶液倒在水壶里烧煮，再加酸即可去垢。 其他还有离子交换，专用清洁剂等。 材料三 水的化学处理法是通过化学反应来分离、去除废水中的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。 常见的化学处理法：混洗方法，如明矾净水。沉淀法，硫化物沉淀含汞、镉等废水。氧化还原法，如氰化物等处理。电解法(第四章学习)、中和法、离子交换等方法。 【思考与讨论】 1.总结一下水处理的方法有哪些？ 2.明矾净水时能不能杀菌消毒？ 3.应用某些氯制剂或者臭氧处理水属于水处理中的那种方法？ 【针对训练1】加热煮沸可使暂时硬水软化，分析其化学原理。 【针对训练2】锅炉水垢的主要成分是( ) A．CaCO3和MgCO3 B．CaSO4和MgCO3 C．CaCO3和Mg(OH)2 D．CaSO4和CaCO3 【针对训练3】锅炉中水垢CaSO4不溶于H2O，不溶于酸，较难去除。 已知CaCO3与CaSO4的溶度积分别为2.8×10－9、9.1×10－6。由此可知二者的溶解度的大小关系为CaCO3________CaSO4，在锅炉除垢操作中，要先用碳酸钠溶液将水垢中的硫酸钙转化成碳酸钙，其主要原因是______________________________________________________。 【针对训练4】工业上处理废水时，Na2S和FeS均可用于除去废水中的Hg2＋，试解释原因(用离子方程式表示)。 【针对训练5】高铁酸钾紫红色固体是一种高效净水剂，溶于水后能生成Fe(OH)3胶体，具有强氧化性，能杀菌消毒。将K2FeO4溶于水会有一种使火星的木条复燃的气体生成，请写出相应离子方程式： 。
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