获取洁净的水
（第2课时）
学案
【学习目标】
1.了解污水处理的技术可分为物理法、生物法和化学法等。
2.了解污水处理的化学原理。
3.了解中和法和沉淀法在污水处理中的应用。
4.了解海水淡化的技术，了解蒸馏法、电渗析法、离子交换法的原理。
【重点难点】
1.污水处理的化学原理。
2.中和法和沉淀法在污水处理中的应用
课前预习
【情景材料】水是一种宝贵的
( http: / / www.21cnjy.com )自然资源。随着工农业生产的迅速发展和人口的急剧增长，水资源日趋紧张。同时，由于工农业生产排放的污（废）水量急剧增加，使许多江、河、湖、海，甚至地下水都遭受到不同程度的污染，这更加剧了水资源短缺的矛盾，因此，污水的处理是城市发展的重要课题。
【预习内容】
根据教材有关内容填写下列空白：
一、污水处理
污水处理的技术很多，可分为
、
和
等。根据污水处理的程度又分为
、
、
。
1.污水处理的常用方法
常见方法有
法、
法等。
(1)中和法
①对酸性或碱性废水，可用
法处理。常用
处理酸性废水；用
处理碱性废水。
②高浓度的酸、碱废水，应先
，如
回收其中的酸或碱，再用
处理较少量的酸或碱。
(2)沉淀法
对于含重金属离子的工业废水，可以利用
。
2.污水处理流程
一级处理通常采用
，即用格栅间，沉淀池等除去污水中
的污染物。
二级处理采用生物方法及某些化学方法，除去水中的
和
。
三级处理主要采用
、
、
和
等，对污水进行深度处理和净化。
二、海水淡化
1.海水淡化主要有
和
。
2.电渗析是指利用
对水中阴、阳离子的
，在外加
作用下，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到
目的的方法。
预习内容答案
一、物理法
生物法
化学法
一级、二级
三级
酸碱中和法
重金属离子沉淀法
中和
熟石灰
硫酸或CO2
( http: / / www.21cnjy.com )回收利用
浓缩法
中和法
某些化学物质做沉淀剂，与重金属离子反应生成沉淀析出
物理法
不溶解
可降解有机物
部分胶体
用化学沉淀定法
氧化还原法
离子交换法
反渗透法
二、蒸馏法
电渗析法
离子交换法
选择透过性
电场
淡水和浓缩海水分离
课堂互动
【问题探究1】水体污染主要来源有哪些？
【教师点拨】大量污染物质排入水体，超过水体
( http: / / www.21cnjy.com )的自净能力使水质恶化，水体及周围的生态平衡遭到破坏，对人类健康、生活和生产活动等造成损失和威胁的情况。从污水的来源考虑。
分析解答:水体污染的主要来源：
工业污染：工厂的“三废”(废气、废渣、废液)倒入江河、地下，污染江河和地下水。
农业污染：农药、化肥的不合理使用，也易造成水的污染。
生活污染：生活污水及生活垃圾的任意排放，造成水的污染。
其他污染：A.病原微生物污染；B.需氧有机物污染；C.富营养化污染(赤潮)；D.恶臭物污染；E.地下水硬度升高；F.重金属离子污染(水俣病)；J.石油泄露造成的海水污染；H.热污染；I.放射性水污染。
【即学即练1】巢湖是全国五大淡水湖之一，是风景秀丽的鱼米之乡。最近市政府决定对城内护城河进行治理，使城内风景、环境更加美好。下列做法不正确的是(
)
A.清除河底污泥以提高水的质量
B.禁止生活污水、小企业废水和其它未经处理的水排入河中
C.鼓励市民和企业采用低碳经济方式进行活动和生产
D.护城河边的居民可以适当地将生活垃圾和废水倒入河中
1.D【解析】对城内护城河进行治理，可
( http: / / www.21cnjy.com )以清污，以及进行源头控制，A、B正确；提高居民和企业的环保意识和生活经营方式才是治污的根本，C正确；将生活垃圾和废水倒入河中只能加重污染，D错，答案为D。
【问题探究2】处理污水的方法概括起
( http: / / www.21cnjy.com )来主要有哪些？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？请写出有关反应的离子方程式。
【教师点拨】在实际处理工业废水时
( http: / / www.21cnjy.com )，根据污染物组成和回收用水水质要求的不同，经常需要采用多种技术分步处理，才能达到排放标准或复用指标。将水中所含的Pb2+、Cu2+等重金属离子除去，使经过处理的水成为不含重金属类污染物的水。
分析解答：污水的悬浮物可用混凝法除去；
( http: / / www.21cnjy.com )对其他溶解在水中的污染物，则应据其化学性质有针对性地处理。常见方法有酸碱中和法、重金属离子沉淀法等。因为会生成PbS、CuS等难溶物质而除去。Hg2++S2—=HgS↓
Pb2++S2—=PbS↓
Cu2++S2—=CuS↓。
【即学即练2】某河道两旁有甲、乙两厂，它们排放的工业废水中共含K+、Ag+、Fe3+、Cl—、OH—、NO3—六种离子。
甲厂的废水明显呈碱性，故甲厂废水中所含的三种离子是________、________、________。
乙厂的废水中含有另外三种离子。如果
( http: / / www.21cnjy.com )加入一定量________（选填：活性炭、硫酸亚铁、铁粉），可以回收其中的金属________（填写金属元素符号）。
另一种设想是将甲厂和乙厂的废水按适当
( http: / / www.21cnjy.com )的比例混合，可以使废水中的________（填写离子符号）转化为沉淀，经过滤后的废水主要含________，可用来浇灌农田。
2.OH－、K+、Cl－
铁粉
Ag
Ag+、Fe3+、Cl－、OH－
KNO3
【解析】甲厂排放的工业废水明显呈碱性，
( http: / / www.21cnjy.com )说明其中一定含有OH—，则分析能与OH—共存或不能与OH—共存的其他离子即可。与OH—可以共存的离子有K+、Cl－、NO3—，考虑到Ag+与Cl—不能共存。所以，甲厂废水中所含的三种离子应是OH－、K+、Cl－，则乙厂的废水中含有的另外三种离子是Ag+、Fe3+、NO3—。在乙厂的废水中加入一定量的铁粉可得到Ag。甲厂和乙厂的废水按适当的比例混合，Ag+与Cl—生成AgCl沉淀，Fe3+与OH—生成Fe(OH)3沉淀，过滤后废水中主要含K+和NO3—，即KNO3。
【问题探究3】多级闪急蒸馏海水的流程怎样？电渗析淡化海水的原理如何？
【教师点拨】参考教材P30图2－4简述多级闪急蒸馏海水的流程。参考教材P31图2－6简述电渗析淡化海水的原理。
分析解答：在一定的压力下
( http: / / www.21cnjy.com )，把经过预热的海水加热至某一温度，引入第一个闪蒸室，降压使海水蒸发，产生的蒸汽在热交换管外冷凝而成淡水，而留下的海水，温度降到相应的饱和温度。依次将浓缩海水引入以后各闪蒸室逐级降压，使其蒸发，再冷凝而得到淡水。
电渗析淡化海水是使用一种特别制造的
( http: / / www.21cnjy.com )薄膜实现的。在电力作用下，海水中盐类的阳离子穿过阳膜跑向阴极方向，不能穿过阴膜而留下来；阴离子穿过阴膜跑向阳极方向，不能穿过阳膜而留下来。这样，盐类离子被交换走的管道中的海水就成了淡水，而盐类离子留下来的管道里的海水就成了被浓缩了的卤水.
【即学即练3】随着全球淡水资源危机日益严重，世界各国都把目光投向了占全球总水量约97%的汪洋大海，希望从苦涩的海水中提取可以饮用的淡水。
目前海水淡化有了许多新工
( http: / / www.21cnjy.com )艺，最广泛应用的为多级闪蒸法，其流程示意图如下图。已知一级闪蒸室和二级闪蒸室内的压强分别是p1和p2，且p2
请回答：
(1)②处海水的温度比①处海水温度
( http: / / www.21cnjy.com )高的原因是_________________________________
__________________________________________。
(2)盐水能够从一级闪蒸室流入二
( http: / / www.21cnjy.com )级闪蒸室的原因是______________________________
____________________________________________。
(3)为降低能耗，多级闪蒸法采取了
( http: / / www.21cnjy.com )降压和__________两项措施。降压可以降低能耗的理由是______________________________________。
(4)海水淡化亦称海水脱盐
( http: / / www.21cnjy.com )。该工艺过程包括海水预处理、脱盐、淡化水的后处理等。下列属于海水预处理的是________、________、________。(填序号)
①淡水收集 ②除掉悬浮物 ③杀灭海洋生物 ④除掉海水中的盐分 ⑤水质检测 ⑥降低海水浑浊度
为了检验所收集的淡水是否含有氯离子，通常采用的试剂是________________。
3.(1)海水经过闪蒸室时，吸收了管外水蒸气放出的热量，温度升高
(2)二级闪蒸室的压强小于一级闪蒸室的压强，(或p2(3)热交换 降压后水的沸点降低，水汽化所需要的能量减少
(4)② ③ ⑥ 硝酸银溶液和稀硝酸
【解析】(1)受热后的海水进入
( http: / / www.21cnjy.com )一级闪蒸室，水蒸气经过冷却后，一部分转化为淡水。由于一级闪蒸室中的压强大于二级闪蒸室，所以一级闪蒸室中余下的盐水可进入二级闪蒸室，水蒸气被再次冷却。由于p2Pa，所以一级闪蒸室和二级闪蒸室均属于减压蒸馏，同时又充分利用了热交换，这样可以节约能源。(4)中的①⑤均属于淡化水的后处理，④属于脱盐，②③⑥属于海水预处理。获取洁净的水
第1课时
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
( http: / / www.21cnjy.com )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，
( http: / / www.21cnjy.com )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
( http: / / www.21cnjy.com )，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
( http: / / www.21cnjy.com )
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(SO4)2=K＋＋Al3＋＋2SO42－
Al3＋＋3H2OAl(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Ca2＋、Mg2＋的水
少量的Ca2＋、Mg2＋或不含Ca2＋、Mg2＋的水
Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)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(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O
MgCO3＋H2OMg(OH)2↓＋CO2↑
药剂法
离子交换法
课堂互动
【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：
( http: / / www.21cnjy.com )(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
( http: / / www.21cnjy.com )，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－+
( http: / / www.21cnjy.com )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Ca
( http: / / www.21cnjy.com )2＋、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
( http: / / www.21cnjy.com )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
( http: / / www.21cnjy.com )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↓＋2H2O
Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2=2CaCO3↓＋Mg(OH)2↓＋2H2O
Ca(HCO3)2＋2NaOH=CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O
Mg(HCO3)2＋2NaOH=Mg(OH)2↓＋Na2CO3＋2H2O
Ca2＋＋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)66.6 116.6
【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
( http: / / www.21cnjy.com )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＋)
( http: / / www.21cnjy.com )＝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↓＋2H2O
0．4
mol
0.4
mol
Mg2＋ ＋ 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：
Ca2＋ ＋ CO32－ ===
CaCO3↓
(0.6＋0.5)mol
(0.6＋0.5)mol
故共需Na2CO3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
( http: / / www.21cnjy.com )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。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，这个过程叫做再生：CaR2＋2Na＋=2NaR＋Ca2＋。
【即学即练3】氢型阳离子交换树脂的主
( http: / / www.21cnjy.com )要反应可表示为：2HR＋M2＋===MR2十2H＋。若将100
mL只含Ca2＋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。则此100
mL水中含Ca2＋( )
A.160.00
mg B.80.00
mg
C.40.00
mg
D.120.00
mg
3.C【解析】本题可以采用逆推法求解，即根据用去NaOH溶液的体积求出溶液中H＋的物质的量，然后再进一步求出Ca2＋的质量。