第一单元 水的净化与污水处理
1．了解水是宝贵的自然资源，知道自然界中没有纯水，知道天然水中所含的主要杂质。
2．知道生活用水、工业用水对水质有一定的要求，了解水处理的主要环节，认识化学沉淀剂、氯水、臭氧、二氧化氯、活性炭在水处理中的作用。
3．知道明矾的净水原理，知道污水中的主要污染物及污水处理的主要方法——生物化学方法。
4．充分认识水资源保护的重要性。
2010年10月，一家水质监测机构的官员称，匈牙利一家铝厂泄漏出的有毒废水在本月7日已经流入多瑙河，这条著名河流的生态系统将面临重大考验。全长2
800多千米的多瑙河流经克罗地亚、塞尔维亚、保加利亚、罗马尼亚和乌克兰等国家，最后流入黑海，如果受到污染，将会对欧洲生态造成极大危害。
一、生活用水的净化
天然水中杂质含量超过一定标准时会影响水体的自净作用，需要人工净化后才能使用。生活用水的净化途径主要包括除去水中的固体杂质和悬浮物，消毒，除去水中的异味等。
1．混凝法除天然水中固体杂质和悬浮物
(1)混凝法就是在天然水中加入混凝剂，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)混凝剂，又叫做化学沉降剂，可以除去水中的悬浮物质。
常见的混凝剂有铝盐(硫酸铝、明矾、碱式氯化铝等)，有时还常用“聚合铝”，即由碱式氯化铝聚合而成的化合物聚氯化铝。
(3)铝盐净水的原理：铝盐是强电解质，溶于水后完全电离出Al3＋，Al3＋水解生成氢氧化铝胶体可以吸附悬浮于水中的杂质形成沉淀，使之从水中分离出来。原理为氢氧化铝胶体因吸附溶液中的阳离子而带正电荷。天然水中的杂质大多为带负电荷的胶粒，因此，带正电荷的氢氧化铝能吸附水中带负电荷的胶粒，并使这些杂质与氢氧化铝胶体一起凝聚而沉降。其他如硫酸铝、硫酸亚铁、氯化铁、碱式氯化铝也有相同功效。
2．水的消毒
常用消毒剂有氯气、漂白粉精、臭氧、二氧化氯等。利用的是这些物质的强氧化性，将细菌和病毒杀死而起到消毒效果。
3．除水的异味
活性炭颗粒的比表面积大，吸附能力强。让水通过由细小的活性炭颗粒组成的滤床可去除水中的异味。
二、污水处理
1．污水中的污染物
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、其他矿物及化学物质、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含有不同成分。
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，将有机物分解为二氧化碳、水等无机物，从而达到净水的目的。
(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。
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，可回收再利用。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。
思考讨论：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。
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。
1．现代水处理工艺
现代水处理工艺为混凝→沉淀→过滤→消毒。
(1)混凝剂可加入铝盐或铁盐，现代技术常用聚合氯化铝和聚合硫酸铁作为混凝剂。
(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)盐类水解：在水溶液中，盐电离出来的离子跟水电离出来的H＋或OH－结合生成弱电解质的反应。
2．饮用水的消毒方法
(1)液氯消毒。
在我国，用液氯作消毒剂对自来水消毒，是很普遍的。因为用液氯成本低、材料来源方便，设备也简单，易于操作，消毒效果良好，且积累了丰富的经验。但是，当水源污染较严重时，有机物的含量往往较高，若采用液氯消毒(特别是为了保证水质进行预氯化处理时)，易导致许多有机卤化物的产生。有些有机卤化物危害人体健康，会诱发癌症的产生。为此，现在国内外普遍关注自来水的消毒处理问题，尤其对直接饮用的自来水，许多国家的有关部门专门规定了饮用水中的有机卤化物指标(如三氯甲烷等)。这样，用液氯消毒就受到了限制。但是，限于我国自来水行业的现状，自来水用液氯消毒仍会继续。鉴于上述原因，改善目前加氯消毒工艺，研究最佳氯化条件，实施投氯自动化，做到科学合理地加氯，对降低饮用水的有害物质含量，具有重要意义。
(2)二氧化氯消毒。
二氧化氯消毒剂对水中各种细菌、病毒和真菌等都有很强的灭活能力，且有除味、除Fe2＋、除Mn2＋、脱色、控制卤代烃的形成等优点，公认是替代液氯消毒的可靠途径。但因其难储存，只能在现场制备使用，加之药品费用昂贵、检测技术复杂、产生消毒副产物(DBPS)——亚氯酸根(ClO)和氯酸根(ClO)，仍有人提出疑义。二氧化氯制备方法有以下两种：①电解法：用氯酸钠、亚氯酸钠和氯化钠作电解质均可制取二氧化氯。由于亚氯酸钠较贵，氯酸钠电解法电耗太高，故一般采用电解食盐法。该装置以食盐水为电解质，电解后阴极室得到烧碱溶液，阳极室可得到含有氯、二氧化氯、过氧化氢和臭氧的混合消毒剂。故有的厂家将这种生产装置称为“二氧化氯协同发生器”。混合消毒气体中二氧化氯的含量不高，但合理地选择电解槽中的材料，恰当地控制电极电位和电解条件，可提高二氧化氯的含量。②化学法：由亚氯酸钠作原料，应用较多的反应方法是亚氯酸钠自氧化法和氯气氧化法，反应方程式分别如下：5NaClO2＋4HCl===4ClO2＋5NaCl＋2H2O(亚氯酸钠自氧化法)；2NaClO2＋Cl2===2ClO2＋2NaCl(氯气氧化法)；从反应式可以看出，通过精确控制反应器中反应物的投加量，可以得到较纯净的ClO2，且转化率较高。
(3)臭氧(O3)消毒。
臭氧是强氧化剂，氧化产物中毒副产物很少，作为消毒剂，具有广谱的消毒效果，对水中的Fe2＋、Mn2＋、嗅和色等有很好的去除作用。但O3需现场制备，现场使用。还由于臭氧是由臭氧发生器以电作动力制备，发生器设备昂贵，运转费用高，消毒后难以在水中维持一定的残余量以控制水的再污染等因素，制约了臭氧在饮用水消毒中的推广应用。
拓展思考1：上述三种消毒方法都是应用了消毒剂的什么性质？
提示：强氧化性。
3．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。
(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。如用熟石灰或生石灰来中和钢铁厂、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等。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===CO＋H2O或OH－＋CO2===HCO。对于高浓度的酸、碱废水，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。
(2)沉淀法。
对于含有重金属离子的工业废水，可以利用某些化学物质作为沉淀剂，与金属离子反应生成沉淀而析出，从废水中分离。例如，对于含有Hg2＋的废水，可向其中加入Na2S，使Hg2＋转化为HgS沉淀而除去：Hg2＋＋S2－===HgS↓。由于HgS在水中的溶解度极小，当S2－过量时，Hg2＋的浓度可降至极低。用这种处理方法，也能同时将水中所含的Pb2＋、Cu2＋等重金属离子除去，所以，经过处理的水成为不含重金属类污染物的水。
(3)处理工业废水还有其他方法，如氧化还原法等。在实际处理工业废水时，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。
拓展思考2：现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为哪几种？
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。
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，砂率法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法等。
4．强电解质和弱电解质的区别
强电解质
弱电解质
电离程度
水溶液中完全电离，无电离平衡，电离方程式用“===”
水溶液中只部分电离，存在电离平衡，电离方程式用“”
结构特点
离子化合物和强极性化合物
极性化合物
物质类别
强酸、强碱、多数盐
弱酸、弱碱、水等
实例
H2SO4、HNO3、HCl、HI等，KOH、NaOH、Ba(OH)2、Ca(OH)2等
CH3COOH、H2S、H3PO4、HF等，NH3·H2O、水等
溶液中溶质微粒
只有水合离子
溶质分子与水合离子共存
电离方程式(举例)
NaOH===Na＋＋OH－H2SO4===2H＋＋SO
NH3·H2ONH＋OH－CH3COOHCH3COO－＋H＋
拓展思考3：电解质的强弱与导电性的关系如何？
提示：电解质的强弱在一定情况下影响着溶液导电性的强弱。导电性的强弱是由溶液中离子浓度的大小决定的。如果某强电解质溶液浓度很小，那么它的导电性可以很弱；而某弱电解质虽然电离程度小，但浓度较大时，该溶液的导电能力也可以较强。因此，强电解质溶液的导电能力不一定强，弱电解质溶液的导电能力也不一定弱。
知识点1
生活用水的净化
【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：______________________________。
(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的替代品(填写下列各项的序号)。
①ClO2 ②浓氨水 ③SO2 ④浓硫酸
解析：由题意知：源水中加入CaO后发生的复分解反应有：HCO＋OH－===CO＋H2O、Ca2＋＋HCO＋OH－===CaCO3↓＋H2O、Ca2＋＋2HCO＋2OH－===CaCO3↓＋CO＋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有化学反应，所以既有化学过程又有物理过程。加入FeSO4·7H2O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，所以可以找具有强氧化性的ClO2代替。
答案：(1)HCO＋OH－===CO＋H2O
〔或Ca2＋＋HCO＋OH－===CaCO3↓＋H2O
或Ca2＋＋2HCO＋2OH－===CaCO3↓＋CO＋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 (5)①
点拨：本题通过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。
知识点2
污水处理
【例题2】(2010·江苏南通)下表列出了某冷轧厂排放的废水中各成分的含量及国家环保标准值的有关数据：
冷轧含锌废水水质
经处理后的水国家环保标准值
≤800
≤3.9
pH
1～5
6～9
≤23
000
≤150
某科研机构为该厂量身定做，设计了如下废水处理系统，不但节约大量工业用水，而且大大降低了生产成本。
请回答下列问题：
(1)向中和反应池中通入压缩空气的作用是________________________________。
(2)若废水中细菌含量较高，往往用漂白粉代替石灰乳沉淀Zn2＋，漂白粉沉淀Zn2＋的离子方程式是_____________________________________________________________。
(3)污泥处理系统除去污泥后，可得到的工业副产品有________(填化学式)。
(4)薄膜液体过滤器是将膨体聚四氟乙烯专利技术与全自动控制系统完美地结合在一起的固液分离设备。为提高薄膜液体过滤器的过滤能力，废水处理系统工作一段时间后，需要对薄膜进行化学处理，薄膜定期处理的方法是________________________________。
(5)经上述工艺处理后的废水pH＝8，此时废水中Zn2＋的浓度为____________mg·L－1(常温下，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10－17)，________(填“符合”或“不符合”)国家环保标准。
解析：(1)通入压缩空气的作用相当于化学实验中的搅拌。(2)漂白粉的主要成分是次氯酸钙和氯化钙，ClO－水解使溶液呈碱性，可以沉淀Zn2＋，Ca2＋沉淀SO。(3)冷轧厂的废水中含有大量的Zn2＋、H＋、SO，加入氢氧化钙后，生成的CaSO4、Zn(OH)2与污泥一起沉淀，除去污泥后的副产品就是CaSO4、Zn(OH)2。(4)薄膜液体过滤器的过滤能力是整个污水处理系统中最为关键的一步，提高薄膜液体过滤器过滤能力的工艺途径很多，如：降低滤膜表面摩擦系数；提高单位膜面积成孔率；定期清洗滤膜上残存的Zn(OH)2等杂质，以免堵塞膜孔影响过滤流量等等。其中化学处理的方法是定期清洗滤膜上残存的Zn(OH)2等杂质。(5)先将国家环保标准值中的数据转换成Zn2＋物质的量浓度值，再计算要控制的c(OH－)的值，最后求pH(注意：实际计算时，无须每一步都算到底)。
答案：(1)使反应充分进行
(2)2ClO－＋Zn2＋＋2H2O===2HClO＋Zn(OH)2↓
(3)CaSO4、Zn(OH)2 (4)将薄膜浸泡在盐酸中
(5)0.78 符合
1污水处理的主要方法有：①中和法；②化学沉淀法；③氧化还原法；④过滤法。其中属于化学方法的有( )。
A．①②③
B．①②④
C．②③④
D．①②③④
解析：本题考查了物质分离的方法。中和法、化学沉淀法(加入化学试剂形成沉淀)和氧化还原法均属于化学方法，而过滤法是分离难溶性固体和液体混合物的方法，属于物理方法，所以选A。
答案：A
22010年上海世博会的主题是“城市，让生活更美好”。下列叙述中不正确的是( )。
A．世博会前期，处理废水时加入明矾可作为混凝剂以吸附水中的杂质
B．反复煮沸的水不能饮用
C．可以用氯气对生活用水进行消毒
D．游览世博园时，多饮用纯净水对身体有益
解析：纯净水不能及时补充身体所需的矿物质元素，建议多饮用煮沸的开水或矿泉水，D项错误。
答案：D
3设某省一淡水湖，近来藻类生物疯狂繁殖，特别是蓝藻在多处出现，水质受到严重污染，破坏了生态平衡，请对下列问题提出你的看法：
(1)藻类的生长，说明湖水中哪些元素超标，并说明如何破坏了生态环境。
(2)现在该湖沿岸某电镀厂，每周向湖中排放一次含氰废水，使近岸湖水含CN－的浓度为7.5×10－5
mol·L－1，CN－与O2作用生成CO2、N2等。写出其反应的离子方程式；并计算每排一次，近岸湖水BOD增大多少？
解析：根据生物学科知识，较容易知道是氮、磷超标；再根据BOD的概念求出答案。
(1)藻类的疯长，主要是N、P等元素含量超标，藻类疯长，水中耗氧过多，其他水生动物窒息而死，尸体腐烂，耗氧且增加有机质，恶性循环。
(2)4CN－＋5O2＋4H＋===4CO2＋2N2＋2H2O
由离子方程式可知BOD的增长值为：
7．5×10－5
mol·L－1××32×103
mg·mol－1＝3.0
mg·L－1
答案：(1)见解析 (2)4CN－＋5O2＋4H＋===4CO2＋2N2＋2H2O 3.0
mg·L－1第三单元 海水淡化
1．知道海水是一种重要的资源，海水淡化技术是解决淡水资源紧缺问题的关键。
2．了解海水淡化的主要方法。
3．了解蒸馏法淡化海水的基本原理。
2010年6月23日，以“海水淡化与可持续发展”为主题的2010亚太脱盐大会在青岛开幕，来自10多个国家及地区的400多名海水淡化行业的专家及学者参会，共同为推动海水淡化技术与产业的发展共谋大计。会议为期三天，近80位国内外专家学者就区域水问题概览与前景、装备与配套的创新、热发海水淡化材料、预处理技术的最新进展、脱盐膜材料的研究进展与发展趋势、热法脱盐工艺、创新的水回用技术、膜法海水淡化、水处理化学品的发展等九个专题进行研讨，并作了专题报告。一年一次的青岛海水淡化国际会议已发展成亚太地区规模最大、水平最高、最有影响力和最专业的海水淡化与水再利用会展品牌。
一、海水淡化的概念与方法
1．概念
海水是一种不容忽视的潜在水源，海水淡化技术是解决淡水资源紧缺问题的关键。海水淡化又称脱盐，它是利用物理、化学、生物方法将海水中溶解的盐脱除。
2．方法
海水淡化的方法有蒸馏法、膜法、冷冻法、离子交换法等，其中蒸馏法、膜法是主要方法。
二、海水淡化技术
1．蒸馏法
(1)主要特点：蒸馏法能耗大，但设备相对简单，技术比较成熟。
(2)类型：蒸馏与减压蒸馏。
(3)实际应用：蒸馏法淡化的水量约占世界海水总淡化量的70%。实际应用中，人们采用降低容器内压强的方法使水在比较低的温度下沸腾，并充分利用热交换技术，使该法得以普及。
2．电渗析法
(1)基本原理。
在电渗析槽里，阴、阳离子交换膜把渗析槽分隔成三个区域(如教科书中电渗析原理示意图)，两端的两个区域的电极分别与直流电源的两极相连。装满海水后，在外加电场的作用下，处于中间位置海水槽里的阴、阳离子分别透过阴离子交换膜、阳离子交换膜迁移到阳极区、阴极区，中间水槽里的水含盐量就降低了。
(2)特点：电渗析法消耗的电能大，但其成本只有蒸馏法的1/4。
(3)离子交换膜：选择性离子交换膜是用离子交换树脂制成的薄膜，也称电渗析膜。它有阴、阳离子交换膜之分，阴离子只能通过阴离子交换膜，阳离子只能通过阳离子交换膜。
3．反渗透法
(1)渗透压：用一种渗透膜把含盐浓度不同的两种水溶液隔开，将发生渗透现象。浓度较小的溶液中的水分会通过半透膜渗透到浓度较大的溶液中，使原来浓度较大的一侧溶液液面升高，当液面升高产生的压力达到一定的数值时能阻止水的继续渗透，这个压力称为渗透压。
(2)基本原理：如果在含盐浓度较大的溶液一侧施加一定的压力，可以迫使水从浓溶液一侧向稀溶液一侧渗透，使浓溶液浓度增大。
(3)主要特点：反渗透法的最大优点是节能，利用反渗透技术可以大量、快速地生产淡水。因此，寻找更理想的渗透膜，提高海水淡化效率是目前努力的方向。
4．冷冻法
(1)基本原理：把冷海水喷入真空室，部分海水蒸发吸热使其余海水冷却形成冰晶。固体冰晶中的杂质要比原溶液中少得多。将得到的冰晶用适量的淡水淋洗、熔化，就得到淡水。
(2)主要特点：由于水的比热、汽化热大，这种海水淡化技术要消耗大量的能源。
1．海水淡化的方法
海水淡化的方法已有十几种，主要的有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，是目前海水淡化的主要方法。
(1)蒸馏法：蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。根据所用能源、设备、流程不同主要可分设备蒸馏法、蒸气压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。
(2)冷冻法：冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。冷冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。
(3)反渗透法：通常又称超过滤法，是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低，主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。
(4)太阳能法：人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。由于它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们的重视。
2．海水淡化的原理
海水淡化的目的是去除海水中超标的盐，降低盐的浓度。
最简单的方法是利用太阳能蒸发水分，收集蒸馏水。其次可以采用减压蒸馏的方法，降低水的沸点，使水在较低的温度下蒸发，收集蒸馏水。
现在大规模淡化海水则采用电渗析法。如下图所示：海水进入电渗析装置后，在电场作用下，钠离子和氯离子都要做定向移动：钠离子向阴极移动，氯离子向阳极移动，但阳离子交换膜只能让钠离子通过，阴离子交换膜只能让氯离子通过，所以，在电渗析装置中就出现了“一格海水被浓缩，另一格海水被淡化”的情况，我们只需要将淡水引出即得淡化水，而浓缩后的卤水则可以作为海水加工的原料得到进一步的利用。
知识点海水淡化
【例题】阳离子能在直流电场的作用下透过阳离子交换膜向阴极迁移，阴离子则能在直流电场的作用下透过阴离子交换膜向阳极迁移。同时在电解槽(称为“电渗析器”)中使用合适型号的这两种膜(简称“阳膜”和“阴膜”)，可以在直流电场的作用下进行海水的电渗析脱盐而使海水淡化。
海水中主要离子的含量平均值如下：
Cl－：18
980
mg·L－1 Na＋：10
560
mg·L－1
SO：2
560
mg·L－1 Mg2＋：1
272
mg·L－1
Ca2＋：400
mg·L－1 K＋：380
mg·L－1
HCO：142
mg·L－1
海水在电渗析器中部分变成淡水的原理，示意图如图所示电渗析器中由许多对阳、阴膜围成的许多“隔室”的宽度都很窄。脱盐时，各隔室相间流动着“淡水”和“浓水”；在流动着“极水”的以石墨为电极材料的两极发生电解反应。根据需要，可将几台电渗析器串联使用。图中标写的离子符号，提供思考其在电场中的迁移方向。
回答下列问题：
(1)分别写出海水在电渗析器中脱盐时所得主要阳极产物和主要阴极产物的化学式。用石棉布为隔膜的一般惰性阳极电解槽来电解海水，能用来生产H2吗？为什么？
(2)致力于发展电渗析法、反渗透法等海水淡化新技术的直接社会效益是什么？
(3)已成功地联合应用海水淡化新技术和一般的离子交换树脂净水法，由海水制得纯水。又知海洋水能源(海洋水能发电)有其巨大的开发前景。你认为应怎样综合开发海洋能源，促成人类进入氢能时代？
解析：(1)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：2H＋＋2e－===H2↑。因为氯气可以和烧碱反应，所以不能用于制氯气，但制氢气没有什么问题。
(2)从以上原理看，至少可以得到电解产物氯气、氢气和高浓度的烧碱，同时得到淡水及可用于进一步利用的浓缩海水。
答案：(1)Cl2、H2；可以；因为阴极发生的反应可以得到H2。
(2)制氯气、氢气和高浓度的烧碱，同时得到淡水及高浓度卤水。
(3)思路提示：太阳能发电，电渗析电解得氯碱类产品及淡水，卤水的进一步开发利用。
1广东正在建设海洋强省。下列说法不正确的是( )。
A．从海带中提取碘单质的过程涉及氧化还原反应
B．往淡水中加入NaCl等配成人造海水，可用于海产品的长途运输
C．赤潮主要是由工农业生产和生活废水引起沿海水域的富营养化而造成的
D．海洋经济专属区的资源开发可获得Fe、Co、K、Au、Mg、B等金属
解析：海水中含碘的是碘离子(I－)，要从海水中提取碘单质(I2)必然会涉及元素化合价的升降，所以一定涉及氧化还原反应，故A正确；由于生活污水和工农业生产的废水任意排放引起水中N、P元素增高造成水域的富营养化进一步造成了赤潮，故C正确；B不是金属元素，故D不正确。
答案：D
2海水约占地球现有总水量的97.5%，海水淡化问题成为科学家的主要研究方向。下列淡化海水的方法不可行的是( )。
A．加化学试剂，使海水中的盐分沉淀
B．利用太阳能，将海水蒸馏而去掉盐分
C．将海水通过离子交换树脂而除去盐分
D．利用半透膜，采用反渗透法而除掉盐分
解析：海水中Na＋等离子不能通过加化学试剂而沉淀，A项错误；B项为蒸馏法淡化海水，C项为电渗析法淡化海水，D项为反渗透法淡化海水。
答案：A
3自来水一般用氯气消毒，某同学用自来水配制下列物质的溶液时，不会产生药品明显变质的是( )。
A．AgNO3溶液
B．紫色石蕊试液
C．KI溶液
D．NaCl溶液
答案：D
4目前下列工艺过程没有直接使用离子交换技术的是( )。
A．硬水的软化
B．电解饱和食盐水制NaOH
C．电渗析淡化海水
D．海水中提取金属Mg
解析：选项A，硬水软化常用离子交换树脂脱去其中的钙、镁离子；选项B，电解饱和食盐水常用离子交换膜来阻止气体分子或阴离子通过；选项C，电渗析法淡化海水也用阳离子交换膜和阴离子交换膜；选项D，不用离子交换膜，加入熟石灰后生成氢氧化镁沉淀过滤，然后再加入盐酸进行浓缩结晶，再在氯化氢的气氛中脱水，最后用电解熔融的氯化镁制备金属镁。
答案：D第二、三单元
硬水软化与海水淡化
（第２、３课时）
〔知识回顾〕
如何测定溶液的PH？
什么是渗析,渗析的原理是什么？
〔知识学习〕
一、水的硬度
水的硬度是由什么引起的？如何定义水的硬度？
硬水与软水如何划分？何为暂时硬度？何为永久硬度？请用化学方程式表示
硬水与软水如何定性用实验区分？暂时硬水的危害有哪些？
硬水软化的方法有哪些？请尝试用药剂软化法处理硬水，体会加入药剂的量的控制
离子交换法的化学原理是什么？请用化学反应方程式表示，利用磺化酶法处理硬水，硬水的成分有何变化？如何使磺化酶再生，利用氢型阳离子交换树脂进行交换，溶液的PH如何变化？连用氢型阳离子交换树脂和氢氧根型阴离子交换树脂可以得到蒸馏水，在运用时要注意的问题是什么？
习题巩固：
检验水是否为硬水的简便方法是
A:
加入BaCl2溶液，看是否有沉淀生成
?
B:
将水加热煮沸，看是否有沉淀生成
C:
加入NaOH溶液，看是否有沉淀生成
?
D:
加入少量肥皂水，看是否有沉淀生成
暂时硬水和永久硬水的主要区别在于
A:
含Ca2+、Mg2+的多少
B:
含Cl-、SO42-的多少
C:
含HCO3-还是SO42-、Cl-
D:
含HCO3-的多少
水壶里水垢的主要成分是
A:
CaCO3、Ca(OH)2
B:
Ca(OH)2、Mg(OH)2
C:
CaCO3、MgCO3
D:
CaCO3、Mg(OH)2
有关离子交换法使硬水软化的下列叙述中，正确的是
A:
磺化煤能降低水中Ca2+，Mg2+，SO42-和Cl-离子浓度；
B:
经磺化煤软化处理后的水中[Na+]增大；
C:
磺化煤使硬水软化及磺化煤的再生，这两种操作可以在同一支离子交换柱中同时进行；
D:
失去软化硬水能力的磺化煤，不可能再恢复它的软化能力。
用石灰纯碱法软化硬水时，加入石灰的作用是
A:
只能降低水的永久硬度
B:
能同时除去水的永久硬度和暂时硬度
C:
可把部分Ca2+所形成的硬度转化为Mg2+硬度；
D:
可把部分Mg2+所形成的硬度转化为Ca2+硬度。
要使同时含有Ca2+、Mg2+离子的永久硬水软化，正确的方法是
A:
只需加纯碱
B:
先加石灰，后加纯碱
C:
先加纯碱，后加石灰
D:
将适量的纯碱和石灰混合后加入水中
下列方法：(1)蒸馏、(2)煮沸、(3)加石灰、(4)加纯碱、(5)加磷酸钠、(6)离子交换，能同时除去硬水中的暂时硬度和永久硬度的是
A:
(1)、(5)、(6)
B:
(2)、(4)、(6)
C:
(5)、(6)
D:
(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)
用自来水配制NaOH溶液时,往往会产生白色混浊,因为发生了以下反应
[Mg2++2OH-==Mg(OH)2
↓;Ca2++2HCO-3+2OH-==CaCO3↓+CO32-+2H2O
]
怎样证明天然水具有暂时硬度和永久硬度,或是软水,简述实验步骤,并写出有关化学方程式
.
现有纯碱.石灰.明矾和磺化煤,可用作净水的是
,可用作软化只含CaSO4
CaCl2的硬水的是
,可用于软化暂时硬水的是
.
磺化煤是一种离子交换剂,它是
状物质.它
酸和碱.它的阳离子是
,会跟硬水中的
发生
作用,有关离子方程式为
.用磺化煤来软化硬水的优点
、
、
我国规定饮用水的硬度不能超过25度.硬度的表示方法是:将水中的Ca2+、Mg2+都看作Ca2+,并将其质量折算成CaO的质量.通常把1升水中含有10毫克CaO称为1度.水中的Ca2+、Mg2+可用一定浓度的Y溶液进行滴定,Y跟Ca2+、Mg2+都以等物质的量完全反应.
(1).现取某地区的地下水样品25.0毫升,用0.01摩尔/升Y溶液滴定,完全反应时消耗Y溶液15.0毫升.试计算该地下水的硬度,并判断是否符合饮用标准.
(2).如果每次分析时取的水样都是25.0毫升,为了便于计算,要求每消耗0.50毫升Y溶液即相当于水的硬度为1度.则Y溶液的物质的量浓度应为多少 (91高考题)
二、海水的淡化
1.
海水淡化的方法有哪些？阅读图１－2.
１１和１－3.
１２分析电渗析法和反渗透法的原理
4.
如何从海水中提取食盐和氯化镁，5.
请简要说明，6.
用方程式表示氯化镁和得到过程
习题巩固：
水是非常重要的资源，下列关于水的说法错误的是
A、蒸馏法是海水淡化的方法之一
B、淡水的密度小于海水的密度
C、融化的雪水中矿物质含量比深井水中的少
D、0℃以上，温度越高，水的密度越小
从海水中提取金属镁的途径正确的是
（A）海水→MgCl2→Mg
（B）海水→Mg（OH）2→MgCl2→
Mg
（C）海水→Mg（OH）2→
MgCl2→
Mg
（D）海水→Mg（OH）2→MgO→Mg
利用电渗析法淡化海水时，得到淡水的部分
Ａ阴极区 B阳极区 C中间区 D水区均得到
利用电渗析法淡化海水时，交换膜的放置方法是：
Ａ在阴极附近放阴离子交换膜
Ｂ在阳极附近放阴离子交换膜
C在阳极附近放阳离子交换膜
Ｄ在阴极附近放阳离子交换膜
从海水中提取物质的方法
海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。例如：
（1）从海水中提取溴的主要工艺流程
①用 法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。
②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：
③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的，方程式为：
④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气反应的方程式为
⑤用 萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。
（2）进行从海带中提取碘实验的反应原理及应注意的问题
①反应原理：海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。如用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是为：
海水的综合利用可以制备金属镁，其流和如下图所示：
（1）
若在空气中加热MgCl2 6H2O，（2）
生成的是Mg(OH)Cl或MgO，（3）
写出相应反应的化学方程式
用电解法制取金属镁时，需要无水氧化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl2 6H2O时，能得到无水MgCl2，其原因是
（4）
Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤。
（5）
实验室时将粗盐制成精盐的过程中，（6）
在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，（7）
分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的：
溶解时：
过滤时：
蒸发时：第二单元 硬水软化
1．知道硬水和软水，了解水的硬度、暂时硬度和永久硬度，知道硬度的表示方法和简单的测定方法。
2．了解加热法、药剂软化法、离子交换法软化硬水的原理。
3．了解硬水对生产生活用水的影响。能用相关化学知识解释日常生活中一些和水的硬度有关的现象。
各个品牌的矿物质水在市场上一直卖得很火。很少有人追问，在水中添加矿物质类的食品添加剂，有必要吗？会安全吗？消费者一般把矿物质水等同于矿泉水，以为对人体有益。南方某报发表大篇幅文章，对某品牌矿物质水进行“揭秘”，称其为“靠添加剂赚大钱”；同题配发一幅漫画更是形象生动，将该品牌矿物质水描画成直接从水龙头放水装瓶，然后贴上矿物质水的标签。专家呼吁，国家应通过立法或行政规范的形式，禁止在饮用水中添加食品添加剂，保障国民饮水安全。
思考：纯净水能长期饮用吗？矿物质水有利于健康吗？
提示：纯净水中没有人体必需的矿质元素，矿物质水的酸碱度不符合要求，对人体健康不利。
一、暂时硬度和永久硬度
1．天然水中钙、镁离子的作用
天然水中含有钙、镁等离子，含有少量Ca2＋、Mg2＋的水对人体是有利的。Ca2＋可以补充牙齿和骨骼所需要的钙，Ca2＋、Mg2＋能减缓铁制输水管道上铅的溶出。但有些地区的天然水中含有较多的钙、镁离子，这种水叫做硬水。这种水不宜洗涤衣物。工业锅炉若使用硬水，容易沉积水垢。锅炉壁上形成水垢后，不但浪费燃料，甚至可能引起锅炉爆炸。
2．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。
3．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引起的。
永久硬度：水的硬度是由钙、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。
二、硬水软化
硬水软化的方法通常有加热法、药剂法和离子交换法等。
1．具有暂时硬度的水可用加热法进化软化。
2．具有永久硬度的水可采用药剂法和离子交换法进行软化。
(1)常用化学药剂有纯碱和石灰等，其原理可表示为：
Ca2＋＋CO===CaCO3↓
CaO＋H2O===Ca(OH)2
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
(2)离子交换法软化硬水的原理。
硬水先后通过分别装有阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的离子交换柱。硬水中的Ca2＋、Mg2＋等阳离子和HCO、Cl－、SO等阴离子先后与交换树脂中的H＋、OH－起离子交换作用，从而使硬水软化。有关反应如下：
2RSO3H＋Ca2＋===(RSO3)2Ca＋2H＋
RN(CH3)3OH＋Cl－===RN(CH3)3Cl＋OH－
H＋＋OH－===H2O
(3)离子交换法的特点和应用。
①特点：离子交换树脂使用一段时间后就失去了软化硬水的能力。可用强酸或者强碱的稀溶液处理使之再生，即发生上述离子交换反应的逆反应。这种软化硬水的方法具有比药剂软化法质量高、设备简单、占用面积小、操作方便等优点。
②应用：离子交换法是目前常用的硬水软化方法，使用比较普遍。例如软化机软化水和实验室去离子水的制备。
思考讨论：一条柔软的毛巾，用久了，就会变得又干又硬，这是怎么回事呢？如何处理？
提示：在我们的生活用水中，往往溶解有许多种矿物质，其中含钙、镁盐较多的水叫硬水。自来水、河水和井水都是天然硬水。洗脸用的香皂中的主要成分，溶于水后会和钙、镁结合，形成不溶于水的沉淀物。时间久了，这些沉淀物就会一点一点地积存在纤维中间，使毛巾变得干硬。把发硬的毛巾放进醋水中煮，能使沉淀物脱落，毛巾会重新变软。
1．硬水的分类及危害
如果水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的，这种硬度叫做暂时硬度；如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的，这种硬度叫做永久硬度。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。
水的硬度过高对生活和生产都有害处。例如，洗涤用水如果硬度太高，水中的Ca2＋、Mg2＋与肥皂反应生成不溶于水的物质，不仅浪费肥皂，也洗不干净衣物。在工业上对水的硬度也有要求，如锅炉用水如果硬度太高，长期烧煮后，水里的钙盐和镁盐会在锅炉内结成锅垢，使锅炉内金属管道的导热能力大大降低，不但浪费燃料，而且会导致管道局部过热，使锅炉管道变形或损坏，严重时会引起爆炸事故。所以硬水的软化非常重要。
拓展思考1：水为什么存在硬度？
提示：天然水与空气、岩石和土壤等长期接触，其中溶解了许多杂质，如无机盐类、某些可溶性有机物以及气体等，通常含有Ca2＋、Mg2＋等阳离子和HCO、CO、SO、Cl－、NO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＋少一些。通常按水中Ca2＋、Mg2＋的多少，把天然水分为硬水和软水。含有较多Ca2＋、Mg2＋的水叫做硬水；含有少量Ca2＋、Mg2＋或不含Ca2＋、Mg2＋的水叫做软水。
2．硬水软化的方法
硬水软化的方法通常有加热法、药剂法和离子交换法等。
(1)具有暂时硬度的水可以用加热的方法进行软化。
Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O
MgCO3＋H2OMg(OH)2↓＋CO2↑
(2)具有永久硬度的水可采用药剂法和离子交换法进行软化。
药剂法通过向硬水中加入适当的化学药剂，与Ca2＋、Mg2＋发生化学反应，使Ca2＋、Mg2＋以沉淀的形式分离出来，达到软化硬水的目的。
常用的化学药剂有纯碱、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。
离子交换法是利用离子交换反应原理，软化硬水的方法。其中常用的一种为磺化煤(NaR)作离子交换剂：
2NaR＋Ca2＋===CaR2＋2Na＋
2NaR＋Mg2＋===MgR2＋2Na＋
用8%～10%的食盐溶液浸泡可使失去软化能力的磺化煤再生：CaR2＋2Na＋===2NaR＋Ca2＋。
拓展思考2：用离子交换树脂软化硬水，是先将水通过阳离子交换树脂，还是先通过阴离子交换树脂？为什么？
提示：用离子交换树脂软化硬水的时候先让水通过阳离子交换树脂，这样硬水中的Ca2＋、Mg2＋等阳离子先与阳离子交换树脂中的H＋起离子交换作用，然后硬水中的HCO、Cl－、SO等阴离子与阴离子交换树脂中的OH－起离子交换作用。若顺序反过来，则硬水中的Ca2＋、Mg2＋等阳离子与阴离子交换树脂中的OH－起反应，而生成沉淀，影响离子交换的效率。
知识点1
暂时硬度和永久硬度
【例题1】下列说法正确的是( )。
A．软水中一定不含Ca2＋、Mg2＋
B．硬水经煮沸后就一定变为软水了
C．水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁
D．经过磺化煤处理过的水是不含离子的超净水
解析：硬水与软水的区分是Ca2＋、Mg2＋含量的多与少，不是有与没有，故A项不对；煮沸的过程是Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2的分解以及MgCO3转变为Mg(OH)2的过程，故C项对；煮沸时能使含暂时硬度较高的硬水中的Ca2＋、Mg2＋浓度降低，但不一定能降低到软水中Ca2＋、Mg2＋的含量标准，更何况有的硬水中的硬度更多是由于永久硬度造成的，故B项不对；磺化煤只能交换阳离子，水中还含有多种阴离子和交换出的大量Na＋，故D项不对。
答案：C
知识点2
硬水软化
【例题2】某种纯净水生产线的主要工艺流程如下图所示：
阅读该纯净水生产线的有关资料后回答问题：
资料：反渗透器的核心部件是RO芯，RO芯是由多层反渗透复合膜组成的，原用于太空宇航员进行废水再生。RO芯的孔径很小，大约是普通细菌的1/600，细小固体，有机物杂质不能透过，简单离子、水可以通过。生产时为保证成品的质量，通常控制水压使成品产率在50%左右。
RO芯部分工作参数如下：
硬度
铁
游离氯
有机物
…
＜1.7
mg·L－1
＜0.1
mg·L－1
0.1
mg·L－1
＜1
mg·L－1
…
(1)纯净水一定是不含任何杂质的水吗？
(2)许多食品、饮料都以大肠杆菌的含量作为卫生标准之一，主要原因是什么？
(3)纯净水的国家标准中，“霉菌、酵母菌”为“不得检出”，“大肠杆菌”为“≤3MPN/100
mL”，主要原因是什么？
(4)水中的Ca2＋和Mg2＋是引起水的硬度的主要因素，硬度的表示方法是：将水中的Ca2＋和Mg2＋都看作Ca2＋，并将其质量折算成1
L水中含有的CaO的质量。可用一定浓度的Y溶液进行滴定，Y跟Ca2＋和Mg2＋都以等物质的量完全反应。该工厂现用地下水生产纯净水，取地下水样品25.00
mL，用0.010
00
mol·L－1Y溶液滴定，完全反应时消耗Y溶液15.00
mL。试判断该地下水是否可直接用来生产纯净水？
解析：本题为一道关于水及污水处理的综合题，其中前面三问可根据教材中的知识进行类比回答，而第四问则需要列式计算。纯净水是含有少量杂质的水，所以也是软水；食品和饮料最容易受到的污染就是大肠杆菌，它反映了饮用水被污染的程度。
(4)设钙离子的物质的量为x。
Ca2＋ ＋ Y ―→ CaY2＋
1
mol
1
mol
x
0.010
00
mol·L－1×15.00×10－3
L
解得：x＝1.5×10－4
mol，则1
L水中含有钙离子的物质的量n(Ca2＋)＝×1.5×10－4
mol，进一步可计算出氧化钙的质量m(CaO)＝56
g·mol－1××1.5×10－4
mol＝336×10－3
g＝336
mg。
答案：(1)纯净水也可能含有少量的杂质。
(2)①人类的粪便中约有为大肠杆菌；②它的含量反映了饮用水等被污染的程度。
(3)①前者为真核细胞，后者为原核细胞；②后者的体积比前者小得多。
(4)该地下水的硬度为336
mg·L－1，不符合要求。
点拨：生活中存在的实际问题，又与物理、化学及经济问题联系起来，是培养我们分析和解决实际问题的好素材，有利于我们学习关注社会，学会独立核算，学会科学决策。首先熟练掌握教科书中的有关知识，弄清净化水的原理、常用的消毒灭菌的试剂，结合题意就可回答有关的问题。
1下列广告用语在科学上没有错误的是( )。
A．这种饮料中不含任何化学物质
B．这种蒸馏水绝对纯净，其中不含任何离子
C．这种口服液含丰富的氮、磷、锌等微量元素
D．没有水就没有生命
解析：解答本题要联系实际，饮料中至少含有水，水就是一种化学物质。且无论如何纯净的水都存在水的电离，都有H＋、OH－。氮、磷是农作物生长所必需的成分，而非口服液的成分，且氮、磷不是微量元素。水在各种动植物体中都占有相当大的百分含量，所以没有水就没有生命。
答案：D
2用下列方法除去含Ca2＋、Mg2＋、Cl－、HCO的硬水，所得的水中含离子浓度最小的是( )。
A．蒸馏
B．加热煮沸
C．加Ca(OH)2与Na2CO3
D．离子交换法
解析：蒸馏过程中，只有水被蒸出。
答案：A
3现有三瓶试剂，其中分别为蒸馏水、暂时硬水、永久硬水，请自选试剂设计一个简单的实验，将其区别开来。
解析：暂时硬水中含有较多的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2，加热即有沉淀生成；而永久硬水中含有较多的CaCl2、MgCl2、MgSO4、CaSO4等，加热不会出现沉淀，只有加入肥皂水或Na2CO3等才会有沉淀。
答案：取三种水少许，分别置于三支试管中，加热，产生沉淀的为暂时硬水；再向剩余两支试管中加肥皂水或Na2CO3溶液，产生白色沉淀的是永久硬水，无现象的是蒸馏水。专题一
多样化的水处理技术
〔课程标准要求〕
１、知道化学在水处理中的应用
２、了解海水的综合利用，认识化学科学发展对自然资源利用的作用
〔教学内容增减建议〕增加污水处理中电化学处理、从海水中提取镁，掌握明矾净水的原理、水的消毒原理，富营养化的化学原理，大量内容阅读了解
[课时安排]
第一单元２课时，第二单元３课时,复习１课时，习题１课时，共７课时
第一单元
水的净化与污水处理
（第一课时）
〔知识回顾〕
写出FeCl3
AlCl3的水解方程式，思考如何得到氢氧化铝和氢氧化铁胶体。
写出制备漂白粉的化学方程式，思考漂白粉消毒的原理是什么？
知识学习：
阅读表１－１找出你认为有毒、应当除去的微粒。你能利用所学的知识对这些有害物质进行处理吗？
明矾净水主要处理的水中哪些微粒？原理是什么？
澄清的水是干净的水吗？九寨沟的水折射出漂亮的蓝色？是良好的饮用水吗？
你认为需要怎样的处理？氯水的消毒原理是什么？
结合图1-3完成课后P8的习题3，体会自来水厂净化天然水的设计意图，写出相关的方程式。
自来水能直接饮用吗？理由是什么？
习题巩固：
在净水过程中用到混凝剂，其中可以作为混凝剂使用的是
A、偏铝酸钠
B、氧化铝
C、氯化铝
D、明矾
下列广告用语在科学上没有错误的是
A.这种饮料中不含任何化学物质
B.这种蒸馏水绝对纯净，其中不含任何离子
C.这种口服液含丰富的氮、磷、锌等微量元素
D.没有水就没有生命
下列过程中，不涉及化学变化的是
A.甘油加水作护肤剂
B.用明矾净水
C.烹鱼时加入少量的料酒和食醋可减少腥味，增加香味
D.烧菜用过的铁锅，经放置常出现红棕色斑迹
长时间烧沸的天然水不宜喝的主要原因是
A.水中的氧气少了
B.水中的亚硝酸盐浓度大了
C.水中的钙镁离子多了
D.水中的二氧化碳多了
目前，科学家致力于研制高效、安全、无毒的饮用水消毒剂。
(1)近年来，某些自来水厂在用液氯进行处理的同时还加入少量液氨，其反应的化学方程为：NH3+HClO===H2O+NH2Cl(一氯氨)。NH2Cl较HClO稳定，加液氨能延长液氯杀菌时间的原因是：_____________________________。
(2)科研人员发现在氯消毒的饮用水中，含有微量对人体有潜在危害作用的含氯化合物。世界环保联盟即将全面禁止在自来水中加氯气，推广采用光谱性高效杀菌消毒剂二氧化氯(ClO2，黄绿色气体)。目前欧洲和我国主要采用Kesting法(原料为氯酸钠和盐酸)制ClO2，该法的缺点是同时产生Cl2(占ClO2体积的一半)，使产物纯度低。
①试写出该法制ClO2的化学反应方程式：_____________________________。
②Cl2和ClO2都是通过氧化作用而杀菌消毒，试计算在等质量时，ClO2的氧化能力是Cl2的多少倍。
二、污水处理：
阅读本节调查研究思考水体富营养化是如何产生的？你认为该污染主要由表中哪些因素导致？
DO和BOD的含义是什么？BOD5的含义是什么？为什么BOD5高，河水就会出现恶臭？
你了解的处理污水的方法有哪些？该方法主要用于处理怎样的污水？
习题巩固：
国际上提出了“预防污染”这一新概念，绿色化学是“预防污染”的基本手段，下列各项中属于绿色化学的是
A、处理废弃物
B、治理污染点
C、减少有毒物
D、杜绝污染源
新华社报道：我国太湖因蓝藻疯狂繁殖而造成水质的严重污染。
（1）蓝藻的疯狂生长说明湖水中哪些元素超标
（2）蓝藻的疯长会如何破坏生态平衡？
（3）已知洗衣粉的成分为（Na5P3O10），三聚磷酸钠，已知三聚磷酸是三个H3PO4分子脱2分子水形成的，写出H3PO4、三聚磷酸的结构式。
（4）青岛市政府规定从今年禁止磷洗衣粉使用，而把其中的Na5P3O10用Na2SiO3代替，写出其软化硬水时离子方程式。
工厂为了除含Cr2O72-离子的酸性废水，采用以下处理方法：
以铁作为电极进行电解
鼓入空气，经过一段时间后，使废水中的含铬（有毒）量降到可排放的标准，其原理是：
①
将Cr2O72-离子还原为可溶性三价铬离子。
②电解除铬过程中，使溶液的PH不断升高，使工业废水由酸性变为碱性，再把三价铬离子变成不溶性氢氧化物除去。
根据上述内容回答下列问题：
（1）用铁作电极电解时，电极反应式为：阳极
，阴极 。
（2）在水溶液中将Cr2O72-离子还原成Cr3+的还原剂是溶液中的 离子，此氧化还原反应的离子方程式是
。
（3）在处理废水中使溶液的PH不断升高，由酸性转变碱性是通过 和 途径来实现的。
（4）将Cr3+转变成不溶性氢氧化物的离子反应式为
，同时还有
生成
在自然净化中要把有机污染物自发地转变为简单的无机物质，需要水中含有一定的氧气，使有机物(C，H，O)+O2→CO2+H2O。1
L水中含有的有机物质转变为无机物所需要的氧的量称为生化需氧量(BOD)，用g·L-1为单位表示。如果水中的氧气比BOD少，水就发臭，鱼和其他淡水生物就不能生存。若某地区一条河水中含有机物10
ppm（即质量分数为百万分之十），此有机物分子式用C6H10O5表示，而在正常大气条件下，氧气在水中的溶解量是0.0092
g·L-1。
（1）写出有机物在有氧条件下转化为无机物的化学方程式。
（2）这条河水的BOD是多少？河水中的鱼类能否维持生命？
河道旁有甲乙两工厂，它们排放的工业废水中共含K+、Ag+、Fe3+、Cl-、OH-、NO3-六种离子。
（1）甲厂的废水明显呈碱性，故甲厂废水中所含三种离子是 、 、 。
（2）乙厂的废水中含有另外三种离子，如果加一定量
（活性炭、FeSO4、铁粉）可以回收其中的金属
。
（3）另一种设想是将甲厂和乙厂的废水按适当比例混合，可以使废水中的
转化为沉淀，经过滤后的废水主要含
，可用来__
_____。(共34张PPT)
第一单元 水的净化与污水处理
1．胶体的性质？
提示 ①丁达尔效应 ②聚沉 ③电泳 ④渗析 ⑤吸附
2．水解的含义？Al3＋、Fe3＋水解反应？
提示 水解是指弱酸阴离子或弱碱阳离子结合水电离出的
H＋或OH－生成弱酸或弱碱促进了水的电离。
3．判断强弱电解质的依据？
电解质在水溶液中的电离程度。完全电离的为强电
解质，如CaCO3、NaCl等，不完全电离的为弱电解质，如
HClO、Al(OH)3等。
提示
1．了解水是宝贵的自然资源，知道自然界中没有纯水，知道天
然水中所含的主要杂质。
2．知道生活用水、工业用水对水质有一定的要求，了解水处理的主要环节，认识化学沉淀剂、氯水、臭氧、二氧化氯、活性炭在水处理中的作用。
3．知道明矾的净水原理，知道污水中的主要污染物及污水处理的主要方法——生物化学方法。
4．充分认识水资源保护的重要性。
天然水中杂质含量超过一定标准时会影响水体的
作用，需要
后才能使用。生活用水的净化途径主要包括除去水中的
和
，
，除去水中的异味等。
1．混凝法除天然水中固体杂质和悬浮物
(1)混凝法就是在天然水中加入
，使细小的悬浮物和胶体聚集成较大的颗粒而沉淀，然后
除去的方法。
人工净化
固体杂质
悬浮物
消毒
混凝剂
自净
过滤
(2)混凝剂，又叫做
，可以除去水中的悬浮物质。
常见的混凝剂有
，有时还常用“聚合铝”，即由碱式氯化铝聚合而成的化合物聚氯化铝。
(3)铝盐净水的原理：铝盐是强电解质，溶于水后完全电离出
，
水解生成
可以吸附
形成沉淀，使之从水中分离出来。原理为氢氧化铝胶体因吸附溶液中的阳离子而带正电荷。天然水中的杂质大多为
，因此，带
电荷的
能吸附水中
的胶粒，并使这些杂质与氢氧化铝胶体一起
。其他如
、
、
、
也有相同功效。
化学沉降剂
铝盐(硫酸铝、明矾、碱式氯化铝等)
Al3＋
Al3＋
氢氧化铝胶体
悬浮于水中的杂质
带负电荷的胶粒
氢氧化铝
带负电荷
凝聚而沉降
硫酸铝
硫酸亚铁
氯化铁
碱式氯化铝
正
2．水的消毒
常用消毒剂有
、
、
、
等。利用的是这些物质的
，将细菌和病毒杀死而起到消毒效果。
3．除水的异味
活性炭颗粒的
大，
能力强。让水通过由细小的活性炭颗粒组成的滤床可去除水中的异味。
氯气
漂白粉、漂白精
臭氧
二氧化氯
比表面积
吸附
强氧化性
1.污水中的污染物
污水中的主要污染物有
、
、
、
、
、
、
等，也可能会因情况不同而含有不
同成分。
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
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
为养料生长繁殖，将有机物分解为
、
等无机物，从而达到
的目的。
(2)生物化学方法的关键：培养好活性污泥中的
，并提高处理过程的曝气效率，使需氧微生物获得足够的
。
需氧废物
传染性物质
植物养料
有机物质
其他矿物及化学物质
由土壤冲刷带来的沉
积物
放射性物质
大量需氧微生物
有机废物
有机废物
水
微生物
氧气
净水
3．水的DO与BOD
(1)DO表示
。
(2)BOD指
分解所需的氧气量。污水中
，
越高，水的富营养化程度
。
4．城市污水的再利用
城市污水中
约占70%，其次是
。工业污水中含有某些宝贵的资源，可
。生活污水中含有
，是宝贵的肥源。城市污水经处理后成为
，可供
之用。在我国缺水严重的大连、青岛等城市，
缓解了水资源的短缺。
水中的溶解氧量
水中有机物经微生物
有机物的含量越大
BOD
越高
工业污水
生活污水
回收再利用
丰富的植物营养素
能二次利用的“中水”
农林灌溉、洒水、消防、冲洗
厕所
“中水”
【慎思1】
提示 不是。澄清的水只是没有固体杂质和悬浮物，可能含有大量的细菌、病毒等微生物，需继续消毒杀菌才能变成干净的水。
澄清的水是干净的吗？为什么？
【慎思2】
提示 (1)筛滤：用筛子对水进行筛滤，滤去较大的悬浮物。
(2)沉淀：加入混凝剂静置，将水中的悬浮物沉淀到池底部。
(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。
自来水厂处理水的过程是什么？
【慎思3】
提示 不同。FeCl3水解生成Fe(OH)3胶体只能起到净水作用。而Na2FeO4具有强氧化性，可以杀菌消毒还原为Fe3＋后再水解为Fe(OH)3胶体又可起到净水作用。
FeCl3与Na2FeO4在净水中的作用相同吗？为什么？
现代水处理工艺为混凝→沉淀→过滤→消毒。
1．混凝剂可加入铝盐或铁盐，现代技术常用聚合氯化铝和聚合硫酸铁作为混凝剂。
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．盐类水解：在水溶液中，盐电离出来的离子跟水电离出来的H＋或OH－结合生成弱电解质的反应。
获得饮用水，凝聚过程中除去其中的悬浮物，常加入的净水剂是
( )。
A．明矾
B．NaCl
C．Ca(ClO)2
D．FeCl3
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 AD
【例1】
天然水到饮用水净化一般需要经过的步骤除沉降悬浮物外，还需要
( )。
A．煮沸
B．过滤
C．杀菌消毒
D．蒸馏
解析 天然水含有很多杂质如泥土、难溶性无机盐、可溶性无机盐，微小的固体物质和致病菌等，必须经过综合处理才能达到饮用标准，一般必须经过沉降悬浮物、杀菌消毒等步骤。
答案 C
【体验1】
1．液氯消毒
在我国，用液氯做消毒剂对自来水消毒，是很普遍的。因为用液氯成本低、材料来源方便，设备也简单，易于操作，消毒效果良好，且积累了丰富的经验。但是，当水源污染较严重时，有机物的含量往往较高，若采用液氯消毒(特别是为了保证水质进行预氯化处理时)，易导致许多有机卤化物的产生。有些有机卤化物危害人体健康，会诱发癌症的产生。为此，现在国内外普遍关注自来水的消毒处理问题，尤其对直接饮用的自来水，许多国家的有关部门专门规定了饮用水中的有机卤化物指标(如三氯甲烷等)。
这样，用液氯消毒就受到了限制。但是，限于我国自来水行业的现状，自来水用液氯消毒仍会继续。鉴于上述原因，改善目前加氯消毒工艺，研究最佳氯化条件，实施投氯自动化，做到科学合理地加氯，对降低饮用水的有害物质含量，具有重要意义。
该装置以食盐水为电解质，电解后阴极室得到烧碱溶液，阳极室可得到含有氯、二氧化氯、过氧化氢和臭氧的混合消毒剂。故有的厂家将这种生产装置称为“二氧化氯协同发生器”。混合消毒气体中二氧化氯的含量不高，但合理地选择电解槽中的材料，恰当地控制电极电位和电解条件，可提高二氧化氯的含量。②化学法：由亚氯酸钠作原料，应用较多的反应方法是亚氯酸钠自氧化法和氯气氧化法，反应方程式分别如下：5NaClO2＋4HCl===4ClO2＋5NaCl＋2H2O(亚氯酸钠自氧化法)；2NaClO2＋Cl2===2ClO2＋2NaCl(氯气氧化法)；从反应式可以看出，通过精确控制反应器中反应物的投加量，可以得到较纯净的ClO2，且转化率较高。
3．臭氧(O3)消毒
臭氧是强氧化剂，氧化产物中毒副产物很少，作为消毒剂，具有广谱的消毒效果，对水中的Fe2＋、Mn2＋、嗅和色等有很好的去除作用。但O3需现场制备，现场使用。还由于臭氧是由臭氧发生器以电作动力制备，发生器设备昂贵，运转费用高，消毒后难以在水中维持一定的残余量以控制水的再污染等因素，制约了臭氧在饮用水消毒中的推广作用。
下列方法不能用于对饮用水进行杀菌消毒的是
( )。
A．加热煮沸
B．加入Ca(ClO)2
C．加入纯碱
D．加入ClO2
解析 细菌主要由蛋白质构成，杀菌的实质是用强氧化剂或在高温条件下使菌体蛋白质变性，对少量水通常使用加热煮沸法来杀菌消毒，对大量水多用氧化剂来杀菌消毒，故C不正确。
答案 C
【例2】
蛋白质是生命活动的物质基础，蛋白质失去生理活性。那么，生物就失去生命而死亡，蛋白质变性后不再有生理活性，强氧化剂、酒精、加热、紫外线、重金属离子等都可引起蛋白质变性。
下列物质可以代替漂白精的是
( )。
A．浓氨水
B．Na2CO3
C．Na2FeO4
D．NaOH
解析 漂白精主要成分Ca(ClO)2具有强氧化性，可用于杀菌消毒，四个选项中具有强氧化性的物质是Na2FeO4，因为Fe元素为＋6价。
答案 C
【体验2】
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。
3．处理工业废水还有其他方法，如氧化还原法等。在实际处理工业废水时，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。
污水处理的主要方法有：①中和法；②化学沉淀法；③氧化还原法；④过滤法。其中属于化学方法的有
( )。
A．①②③
B．①②④
C．②③④
D．①②③④
解析 本题考查了物质分离的方法。中和法、化学沉淀法(加入化学试剂形成沉淀)和氧化还原法均属于化学方法，而过滤法是分离难溶性固体和液体分离的方法，属于物理方法。
答案 A
【例3】
化学法包含有化学反应，而物理法不包含有化学反应。
请回答下列问题：
(1)向中和反应池中通入压缩空气的作用是____________。
(2)若废水中细菌含量较高，往往用漂白粉代替石灰乳沉淀Zn2＋，漂白粉沉淀Zn2＋的离子方程式是
________________________________________。
(3)污泥处理系统除去污泥后，可得到的工业副产品有________(填化学式)。
(4)薄膜液体过滤器是将膨体聚四氟乙烯专利技术与全自动控制系统完美地结合在一起的固液分离设备。为提高薄膜液体过滤器的过滤能力，废水处理系统工作一段时间后，需要对薄膜进行化学处理，薄膜定期处理的方法是
___________________________________________。
(5)经上述工艺处理后的废水pH＝8，此时废水中Zn2＋的浓度为________mg·L－1(常温下，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10－17)，________(填“符合”或“不符合”)国家环保标准。
定期清洗滤膜上残存的Zn(OH)2等杂质，以免堵塞膜孔影响过滤流量等等。其中化学处理的方法是定期清洗滤膜上残存的Zn(OH)2等杂质。(5)先将国家环保标准值中的数据转换成Zn2＋物质的量浓度值，再计算要控制的c(OH－)的值，最后求pH(注意：实际计算时，无须每一步都算到底)。第一单元 水的净化与污水处理
1
2010年3月22日是第十八届“世界水日”，3月22～28日是第二十三届“中国水周”。经研究确定，2010年我国纪念“世界水日”和开展“中国水周”活动的宣传主题为“严格水资源管理，保障可持续发展”。下列有关活动不符合这一主题的是( )。
A．大力提倡全民节约用水，加强城市生活污水处理，坚持达标排放
B．大力推广使用纯净水代替自来水作生活用水，以保障用水安全
C．加快产业结构调整，建立水资源节约型、环保型的国民经济体系
D．加强工业用水净化系统工程的改造，提高水的重复利用率
2自来水加工处理流程如下，下列有关说法不正确的是( )。
A．用ClO2消毒自来水，消毒效率比同质量氯气高
B．若用FeSO4作混凝剂，最终铁元素将以Fe(OH)2形式进入反应沉淀池
C．自来水生产中，先加氯起消毒杀菌作用，后加氯是保持水中有效氯的含量，防止自来水二次污染
D．投药时常加入适量的石灰，是为了除去水中Mg2＋、等
3北京奥运会“水立方”游泳池中的水主要是通过砂滤、臭氧和活性炭来净化的，下列有关说法不正确的是( )。
A．砂滤是利用过滤原理除去水中较大的固体颗粒
B．臭氧可以消毒杀菌是因为臭氧有强氧化性
C．活性炭可以吸附水中悬浮的杂质
D．游泳池水中的臭氧浓度越大越好
4下列说法中正确的是( )。
A．二氧化硫溶于水能导电，故二氧化硫属于电解质
B．硫酸钡难溶于水，故硫酸钡属于弱电解质
C．硫酸是强电解质，故纯硫酸能导电
D．氢离子浓度相同的盐酸和醋酸导电能力相同
5某些化学试剂可用于净水。水处理中使用的一种无机高分子混凝剂的化学式可表示为[Al2(OH)nClm·yH2O]X，式中m等于( )。
A．3－n
B．6－n
C．6＋n
D．3＋n
6治理太湖污染是我国目前重要的环保工程，措施之一是在太湖流域推广无磷洗衣粉，这是继无氟冰箱、无铅汽油推广以来又一重要“绿色化工产品”，下列关于磷污染说法正确的是( )。
A．磷是营养元素，促进鱼类大量繁殖
B．磷是有毒物质，杀死水中的动植物
C．磷导致藻类疯长，鱼类因缺氧而无法生存
D．磷促进水中动植物尸体的分解
7某工厂废水中含5.00×10－3
mol·L－1的，其毒性较大。某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4的流程图示意如下：
下列有关判断错误的是( )。
A．操作①中反应的离子方程式为＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
B．操作②所得的滤渣成分主要为Fe(OH)3、Fe(OH)2、Cr(OH)3
C．磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4中，显＋3价铁与显＋2价铁的质量之比为2∶3
D．若废水中杂质不与绿矾反应，将该1
L废水中的完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4，理论上需加入绿矾13.9
g
8含有农药、染料、酚、氰化物，以及引起色度、臭味的废水，常用化学氧化法进行处理，所用的氧化剂有氯类(如液氯、次氯酸钙、次氯酸钠等)和氧类(如空气、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等)。一个典型实例是用氯氧化法处理含有剧毒的氰化物(含CN－)的废水。在碱性条件下(pH＝8.5～11)，氯气可将氰化物中CN－氧化为只有它毒性1/1
000的氰酸盐(含CNO－)。
(1)写出含CN－废水用氯气氧化生成氰酸盐的离子方程式：______________________。
(2)若向含CNO－的废水中再通入氯气，可使CNO－转化为无毒的气体，写出这个反应的离子方程式：______________________________。
(3)在用液氯不便的地区，可用漂白粉处理含CN－的废水，若将其氧化为CNO－，其离子方程式为______________________________。
9废水中的氮常以含氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。生物处理的方法是先将大多数有机态氮转化为铵态氮，然后通过进一步转化成N2而消除污染。生物除氮工艺有以下几种方法：
【方法一】在有氧条件下，通过好氧硝化菌的作用，将废水中的铵态氮转化为中间过渡形态的硝酸态氮和亚硝酸态氮，然后在缺氧条件下，利用反硝化菌，硝酸态氮和亚硝酸态氮被水中的有机物还原为氮气。见图中之①。反应过程如下：(注：有机物以甲醇表示；当废水中有机物不足时，需另外投加有机碳源)
2＋3O2===2HNO2＋2H2O＋2H＋
2HNO2＋O2===2HNO3
6＋2CH3OH―→6＋2CO2↑＋4H2O
6＋3CH3OH―→3N2↑＋3CO2↑＋3H2O＋6OH－
【方法二】与方法一相比，差异仅为硝化过程的中间过渡形态只有亚硝酸态氮。见图中之②。
请回答下列问题：
(1)大气中的氮氧化物的危害有________和________等。
(2)方法一中铵态氮元素1
g转化为硝酸态氮时需氧的质量为________
g。
(3)从原料消耗的角度说明方法二比方法一有优势的原因：__________________。
(4)自然界中也存在反硝化作用，使硝酸盐还原成氮气，从而降低了土壤中氮素营养的含量，对农业生产不利，农业上可通过松土作业，以防止反硝化作用。其原因是
________________________________________________________________________。
(5)荷兰Delft大学Kluyver生物技术实验室试验确认了一种新途径。在厌氧条件下，以亚硝酸盐作为氧化剂，在自养菌作用下将铵态氮(铵态氮以NH表示)氧化为氮气(见图中过程③)。其反应的离子方程式为______________________________________________。
参考答案
1.
解析：B选项和节约用水的主题相违背。
答案：B
2.
解析：A对，因为ClO2比同质量氯气得电子多。B错，因为混凝剂要经过水解变为胶体，最终聚沉为Fe(OH)3。
答案：B
3.
解析：游泳池水中的臭氧浓度不是越大越好。
答案：D
4.
解析：不能仅仅根据溶液是否导电判断电解质和非电解质，也不能根据化合物的溶解性及溶液的导电能力判断电解质的强弱。对于A项，SO2的水溶液导电，电解质是H2SO3，不是SO2；BaSO4难溶于水，只是溶解度小，但溶解的部分完全电离，BaSO4是强电解质，故B项错误；对于C项，尽管硫酸是强电解质，由于没有水存在，H2SO4未电离，因此不能导电；对于D项，不能因为醋酸是弱电解质其溶液的导电能力就一定弱，因为溶液的导电能力主要决定于溶液中自由移动的离子的浓度。
答案：D
5.
解析：由电荷守恒可知：6＝m＋n。
答案：B
6.
解析：磷对水体的污染主要是因为它是水生植物生长的营养元素，水体中含磷量增加，水生植物疯长，将水面完全覆盖后，鱼类及其他水生动物、浮游生物都会因缺氧而窒息死亡。
答案：C
7.
解析：①步骤，在酸性溶液中与Fe2＋反应生成Cr3＋、Fe3＋、H2O，离子方程式为＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，A选项正确；向含Fe2＋、Fe3＋、Cr3＋的溶液中加入氢氧化钠溶液后，得到三种沉淀：Fe(OH)2、Fe(OH)3、Cr(OH)3，B选项正确；这三种氢氧化物焙烧失水得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4，元素化合价没有变化，该化学式中Cr显＋3价，若＋2价铁为1.5
mol，＋3价铁为1
mol，则正化合价代数和为3×0.5＋2×1.5＋3×1＝7.5，负化合价代数和为(－2)×4＝8，化学式中总的化合价代数和不等于0，由此说明，＋2价铁为1
mol，＋3价铁为1.5
mol，故说明该材料中，n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝1
mol∶1.5
mol＝2∶3，C选项不正确；D选项，理论上，1
L废液中含有的物质的量：n()＝5.00×10－3mol·L－1×1L＝5.00×10－3mol，根据关系式：～4Cr0.5Fe1.5FeO4～10FeSO4·7H2O得出，理论上需要绿矾：m(FeSO4·7H2O)＝5.00×10－3mol×10×278
g·mol－1＝13.9
g，D选项正确。
答案：C
8.
解析：(1)CN－是在碱性条件下被Cl2氧化的，故反应物应有OH－参加，产物除生成氰酸盐外还应有Cl－及H2O，离子方程式为CN－＋Cl2＋2OH－===CNO－＋2Cl－＋H2O。
(2)当Cl2过量时(1)中的产物CNO－与Cl2反应，碱性条件下不可能产生CO2及其他气体，而碳元素的存在形式为，无毒气体一定为N2，离子方程式：2CNO－＋3Cl2＋8OH－===2＋6Cl－＋4H2O＋N2。
(3)由于漂白粉中的ClO－具有强氧化性，故可发生反应：CN－＋ClO－===CNO－＋Cl－。
答案：(1)CN－＋Cl2＋2OH－===CNO－＋2Cl－＋H2O
(2)2CNO－＋3Cl2＋8OH－===2＋6Cl－＋4H2O＋N2
(3)CN－＋ClO－===CNO－＋Cl－
9.
解析：本题是与生活相联系的信息情景题。(1)氮的氧化物常见危害是破坏臭氧层、形成光化学烟雾、形成酸雨等；(2)从方程式可以看出，2
mol完全转化为HNO3时消耗4
mol
O2，则1
g铵态氮元素需要的氧气的质量为×2×32
g＝4.57
g；(3)注意要从原料消耗的角度去解释；(4)通过松土作业，增加与氧气的接触，防止反硝化作用；(5)依据题中所给的信息，可以写出方程式：＋===N2↑＋2H2O。
答案：(1)破坏臭氧层 光化学污染 形成酸雨(任选2项)
(2)4.57(4.6也可)
(3)节省铵态氮氧化到硝酸态氮所需的氧，还可节省还原硝酸态氮到氮气的有机碳源
(4)增加与氧气的接触，防止反硝化作用
(5)＋===N2↑＋2H2O第一单元
水的净化与污水处理
（第一课时）
〔知识回顾〕
写出FeCl3
AlCl3的水解方程式，思考如何得到氢氧化铝和氢氧化铁胶体。
写出制备漂白粉的化学方程式，思考漂白粉消毒的原理是什么？
知识学习：
阅读表１－１找出你认为有毒、应当除去的微粒。你能利用所学的知识对这些有害物质进行处理吗？
明矾净水主要处理的水中哪些微粒？原理是什么？
澄清的水是干净的水吗？九寨沟的水折射出漂亮的蓝色？是良好的饮用水吗？
你认为需要怎样的处理？氯水的消毒原理是什么？
结合图1-3完成课后P8的习题3，体会自来水厂净化天然水的设计意图，写出相关的方程式。
自来水能直接饮用吗？理由是什么？
习题巩固：
在净水过程中用到混凝剂，其中可以作为混凝剂使用的是
A、偏铝酸钠
B、氧化铝
C、氯化铝
D、明矾
下列广告用语在科学上没有错误的是
A.这种饮料中不含任何化学物质
B.这种蒸馏水绝对纯净，其中不含任何离子
C.这种口服液含丰富的氮、磷、锌等微量元素
D.没有水就没有生命
下列过程中，不涉及化学变化的是
A.甘油加水作护肤剂
B.用明矾净水
C.烹鱼时加入少量的料酒和食醋可减少腥味，增加香味
D.烧菜用过的铁锅，经放置常出现红棕色斑迹
长时间烧沸的天然水不宜喝的主要原因是
A.水中的氧气少了
B.水中的亚硝酸盐浓度大了
C.水中的钙镁离子多了
D.水中的二氧化碳多了
目前，科学家致力于研制高效、安全、无毒的饮用水消毒剂。
(1)近年来，某些自来水厂在用液氯进行处理的同时还加入少量液氨，其反应的化学方程为：NH3+HClO===H2O+NH2Cl(一氯氨)。NH2Cl较HClO稳定，加液氨能延长液氯杀菌时间的原因是：_____________________________。
(2)科研人员发现在氯消毒的饮用水中，含有微量对人体有潜在危害作用的含氯化合物。世界环保联盟即将全面禁止在自来水中加氯气，推广采用光谱性高效杀菌消毒剂二氧化氯(ClO2，黄绿色气体)。目前欧洲和我国主要采用Kesting法(原料为氯酸钠和盐酸)制ClO2，该法的缺点是同时产生Cl2(占ClO2体积的一半)，使产物纯度低。
①试写出该法制ClO2的化学反应方程式：_____________________________。
②Cl2和ClO2都是通过氧化作用而杀菌消毒，试计算在等质量时，ClO2的氧化能力是Cl2的多少倍。
二、污水处理：
阅读本节调查研究思考水体富营养化是如何产生的？你认为该污染主要由表中哪些因素导致？
DO和BOD的含义是什么？BOD5的含义是什么？为什么BOD5高，河水就会出现恶臭？
你了解的处理污水的方法有哪些？该方法主要用于处理怎样的污水？
习题巩固：
国际上提出了“预防污染”这一新概念，绿色化学是“预防污染”的基本手段，下列各项中属于绿色化学的是
A、处理废弃物
B、治理污染点
C、减少有毒物
D、杜绝污染源
新华社报道：我国太湖因蓝藻疯狂繁殖而造成水质的严重污染。
（1）蓝藻的疯狂生长说明湖水中哪些元素超标
（2）蓝藻的疯长会如何破坏生态平衡？
（3）已知洗衣粉的成分为（Na5P3O10），三聚磷酸钠，已知三聚磷酸是三个H3PO4分子脱2分子水形成的，写出H3PO4、三聚磷酸的结构式。
（4）青岛市政府规定从今年禁止磷洗衣粉使用，而把其中的Na5P3O10用Na2SiO3代替，写出其软化硬水时离子方程式。
工厂为了除含Cr2O72-离子的酸性废水，采用以下处理方法：
以铁作为电极进行电解
鼓入空气，经过一段时间后，使废水中的含铬（有毒）量降到可排放的标准，其原理是：
①
将Cr2O72-离子还原为可溶性三价铬离子。
②电解除铬过程中，使溶液的PH不断升高，使工业废水由酸性变为碱性，再把三价铬离子变成不溶性氢氧化物除去。
根据上述内容回答下列问题：
（1）用铁作电极电解时，电极反应式为：阳极
，阴极 。
（2）在水溶液中将Cr2O72-离子还原成Cr3+的还原剂是溶液中的 离子，此氧化还原反应的离子方程式是
。
（3）在处理废水中使溶液的PH不断升高，由酸性转变碱性是通过 和 途径来实现的。
（4）将Cr3+转变成不溶性氢氧化物的离子反应式为
，同时还有
生成
在自然净化中要把有机污染物自发地转变为简单的无机物质，需要水中含有一定的氧气，使有机物(C，H，O)+O2→CO2+H2O。1
L水中含有的有机物质转变为无机物所需要的氧的量称为生化需氧量(BOD)，用g·L-1为单位表示。如果水中的氧气比BOD少，水就发臭，鱼和其他淡水生物就不能生存。若某地区一条河水中含有机物10
ppm（即质量分数为百万分之十），此有机物分子式用C6H10O5表示，而在正常大气条件下，氧气在水中的溶解量是0.0092
g·L-1。
（1）写出有机物在有氧条件下转化为无机物的化学方程式。
（2）这条河水的BOD是多少？河水中的鱼类能否维持生命？
河道旁有甲乙两工厂，它们排放的工业废水中共含K+、Ag+、Fe3+、Cl-、OH-、NO3-六种离子。
（1）甲厂的废水明显呈碱性，故甲厂废水中所含三种离子是 、 、 。
（2）乙厂的废水中含有另外三种离子，如果加一定量
（活性炭、FeSO4、铁粉）可以回收其中的金属
。
（3）另一种设想是将甲厂和乙厂的废水按适当比例混合，可以使废水中的
转化为沉淀，经过滤后的废水主要含
，可用来__
_____。第二单元 硬水软化
1下列有关硬水及其软化的说法中错误的是( )。
A．离子交换法可以软化硬水
B．硬水中含有较多Ca2＋、Mg2＋
C．生产、生活使用的天然水必须经过软化
D．加热可使暂时硬水中的Ca2＋生成CaCO3沉淀
2长时间烧沸的天然水不宜喝的主要原因是( )。
A．水中的氧气少了
B．水中的亚硝酸盐浓度大了
C．水中的钙、镁离子多了
D．水中的二氧化碳多了
3下列关于硬水的叙述错误的有( )。
A．硬水中的Ca2＋、Mg2＋会阻碍肥皂起泡
B．用漂白粉对自来水消毒，会增加水的总硬度
C．向硬水中加入明矾，可以使硬水软化
D．雨水的硬度比海水的硬度小
4不能使永久硬水发生软化的方法是( )。
A．煮沸法
B．纯碱法
C．Na3PO4
D．离子交换法
5用石灰纯碱法软化硬水时，加入石灰的作用是( )。
A．只能降低水中的永久硬度
B．能同时降低水中的永久硬度和暂时硬度
C．可把部分Ca2＋所形成的硬度转变为Mg2＋形成的硬度
D．可把部分Mg2＋所形成的硬度转变为Ca2＋形成的硬度
6关于离子交换法软化硬水，下列叙述中正确的是( )。
A．磺化煤能使永久硬水软化，因其有效地除去了水中的Ca2＋、Cl－、等离子
B．经磺化煤软化处理后，水中Na＋浓度增大
C．经磺化煤软化处理后，从水中可分离出CaCO3、Mg(OH)2等难溶物
D．磺化煤软化硬水，使水中Ca2＋、Mg2＋浓度减小
7“娃哈哈”牌矿泉水标签上印有的主要成分如下：(单位：mg·L－1)Ca：20.0；K：39.1；Mg：3.2；Zn：0.06；F：0.02；重碳酸()：7；偏硅酸()：4，并且特意注明“绝不含CO2”等字样。
(1)这里的Ca、K、Mg、Zn、F是指______。
A．单质
B．元素
C．离子
D．分子
(2)这里的重碳酸是指化学上的______。
A．碳酸氢根()
B．碳酸
C．两者都是
D．两者都不是
(3)这里的偏硅酸是指化学上的______。
A．硅酸钠(Na2SiO3)
B．硅酸根()
C．硅酸(H2SiO3)
D．原硅酸(H4SiO4)
(4)“绝不含CO2”是什么意思？
8、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10
mg
CaO或与之相当的物质(如7.1
mg
MgO)。若某天然水中c(Ca2＋)＝1.2×10－3
mol·L－1，c(Mg2＋)＝6×10－4mol·L－1，则此水的硬度为________；
(5)若(4)中的天然水还含有c()＝8×10－4
mol·L－1，现要软化10
m3这种天然水，则需先加入Ca(OH)2______
g，后加入Na2CO3______
g。
9某城市用水中含c(Ca2＋)为1.0×10－3
mol·L－1，c(Mg2＋)为5.0×10－4
mol·L－1，c()为8.0×10－4
mol·L－1。如用药剂软化该水1
000
L，应加入Ca(OH)2______
g，Na2CO3______
g；如果水中含Mg2＋，加入Na2CO3后，为尽量减少水中的Mg2＋的浓度，可将水加热至沸，加热时反应的化学方程式为______________。
参考答案
1.
解析：A、B、D是一些常识，C中生活使用的硬水不是“必须”经过软化才能使用。
答案：C
2.
解析：长时间蒸煮，水中的亚硝酸钠等亚硝酸盐浓度增大，而亚硝酸盐在人体内作用后会产生致癌物质。
答案：B
3.
解析：明矾净水是由于Al3＋水解：Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，生成的Al(OH)3胶体具有吸附作用，将水中的悬浮颗粒沉淀，但不能用来软化硬水。
答案：C
4.
解析：煮沸只能除去水的暂时硬度，因永久硬度是由Ca2＋、Mg2＋与SO、Cl－形成的，因此煮沸法不能软化永久硬水。
答案：A
5.
解析：所谓硬水，是指含有较多量的Ca2＋和Mg2＋的水。当它们以酸式碳酸盐形式存在时所引起的硬度，称为暂时硬度；而以硫酸盐或氯化物形式存在时所引起的硬度，则称为永久硬度，用煮沸法可降低暂时硬度。加石灰水可以发生如下反应：
Ca(OH)2＋Ca(HCO3)2===2CaCO3↓＋2H2O
2Ca(OH)2＋Mg(HCO3)2===2CaCO3↓＋Mg(OH)2↓＋2H2O
石灰水也可以跟硫酸镁或氯化镁起反应：
MgSO4＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaSO4
MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2
这样，就把部分Mg2＋所形成的永久硬度转变为Ca2＋形成的永久硬度，所以D选项是正确的。
题目中所用的石灰纯碱法指的是纯碱最终除去由Ca2＋形成的永久硬度。
CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4
CaCl2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaCl
石灰纯碱法是软化硬水的方法之一，当然是暂时硬度和永久硬度均可降低，但题目只问“石灰”起的作用而不是“石灰和纯碱”共同起了什么作用，所以B选项是迷惑项。
答案：D
6.
解析：磺化煤处理硬水，发生下列变化：
Ca2＋＋2NaR===CaR2＋2Na＋
Mg2＋＋2NaR===MgR2＋2Na＋
溶液中的Ca2＋、Mg2＋，不论是暂时硬水，还是永久硬水，都被Na＋所代替，但未能除去Cl－、等阴离子，A项错，B项对，D项对。磺化煤软化硬水时，没有CaCO3、Mg(OH)2沉淀生成，C项不正确。CaCO3、Mg(OH)2沉淀是加热煮沸法或药剂软化法的产物。
答案：BD
7.
解析：这是一道化学基本概念知识在生活中的应用题。水中的质量分数是指某种元素的质量分数；标签上已经注明重碳酸和偏硅酸的成分分别是碳酸氢根和硅酸根；绝不含二氧化碳说明已经将二氧化碳用人为的方法除尽了。
答案：(1)B (2)A (3)B (4)“绝不含CO2”是指此矿泉水在灌瓶前已经除去过CO2。
8.
解析：(1)天然水中溶解的气体主要是空气，空气由N2、O2、CO2、H2O等气体组成。
(2)混凝剂的作用是净化水，即除去水中悬浮的杂质，能作混凝剂的物质为铁盐或铝盐，其净水原理是应用Al3＋(或Fe3＋)的水解，Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋，由于生成的胶体中胶粒有较大的比表面积，可以吸附水中的悬浮物，并且金属氢氧化物形成的胶粒吸附阳离子后带正电荷，破坏天然水中其他带异电的胶体，达到净水的目的。
(3)水的软化是降低其中Ca2＋、Mg2＋的含量，含较多Ca2＋、Mg2＋的水叫做硬水，不含或含较少Ca2＋、Mg2＋的水叫做软水。
(4)取1
L该硬水，其中n(Ca2＋)＝1.2×10－3
mol，m(CaO)＝1.2×10－3
mol×56
g·mol－1＝6.72×10－2
g，则由CaO引起的硬度为＝6.72°，该硬水中n(Mg2＋)＝6×10－4
mol，m(MgO)＝6×10－4
mol×40
g·mol－1＝2.4×10－2
g，则由MgO引起的硬度为＝3.38°，则此水的硬度为6.72°＋3.38°＝10.1°，约为10°。
(5)10
m3天然水中，n(Ca2＋)＝1.2×10－3
mol·L－1×10
m3×1
000
L·m－3＝12
mol，n(Mg2＋)＝6×10－4
mol·L－1×10
m3×1
000
L·m－3＝6
mol，n()＝8×10－4
mol·L－1×10
m3×1
000
L·m－3＝8
mol，应用石灰纯碱法软化硬水生成的沉淀为Mg(OH)2和CaCO3，其中发生的离子反应方程式为＋OH－===＋H2O，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，Ca2＋＋===CaCO3↓，设加入Ca(OH)2的物质的量为x，Na2CO3的物质的量为y，则反应体系中n(Ca2＋)＝12
mol＋x，n(OH－)＝2x，n()＝y，可得如下方程组
求得x＝10
mol，y＝14
mol，所以m
〔Ca(OH)2〕＝10
mol×74
g·mol－1＝740
g，m(Na2CO3)＝14
mol×106
g·mol－1＝1
484
g。
答案：(1)O2 CO2(或氮气)
(2)明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁 铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应氢氧化物胶体，它可吸附天然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，达到净化的目的
(3)水的净化是用混凝剂(如明矾等)将水中胶体及悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子
(4)10°
(5)740 1
484
9.
解析：首先要搞清沉淀的关系：
Ca2＋―→Na2CO3 沉淀为CaCO3
Mg2＋―→Ca(OH)2 沉淀为Mg(OH)2
―→Ca(OH)2 沉淀为CaCO3
Ca(OH)2的用途有两个，一是沉淀Mg2＋，二是与反应生成，故所消耗Ca(OH)2的质量便可求出：
m〔Ca(OH)2〕＝(0.5＋0.8×)mol×74
g·mol－1＝66.6
g
加入Na2CO3的用途自然是沉淀Ca2＋，溶液中原有Ca2＋为1
mol，又加入了Ca(OH)2的量为0.9
mol，从而使得Ca2＋总物质的量为1.9
mol；又因为0.8
mol已转化为0.8
mol
，故加入Na2CO3的量应为：
m(Na2CO3)＝(1.9－0.8)
mol×106
g·mol－1＝116.6
g
答案：66.6 116.6
MgCO3＋2H2OMg(OH)2↓＋CO2↑＋H2O第三单元 海水淡化
1化学与科技、社会、生产密切结合，下列有关说法不正确的是( )。
A．“乙醇汽油”的广泛使用能有效减少有害气体的排放
B．“无磷洗涤剂”的推广使用，能有效减少水体富营养化的发生
C．“无氟冰箱”取代“含氟冰箱”，对人类的保护伞——臭氧层起到保护作用
D．“海水淡化”可以解决“淡水供应危机”，向海水中加入净水剂明矾可以使海水淡化
2若实行海水淡化供应饮用水，下列方法在原理上完全不可行的是( )。
A．用明矾使海水中的盐分沉淀而淡化
B．利用太阳能使海水蒸馏而淡化
C．将海水缓慢凝固以获取淡化的饮用水
D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含盐分的离子
3下列关于水的说法正确的是( )。
A．电解水实验用的是交流电
B．水是由氢气和氧气组成的
C．水是由氢元素和氧元素组成的
D．海水是蓝色的，湖水是绿色的，所以水具有多种颜色
4下列说法中，不正确的是( )。
A．蒸馏法淡化海水是将水加热至105℃蒸发汽化，然后将蒸气冷凝而得到蒸馏水的方法
B．天然水里一般溶有Ca2＋、Mg2＋等金属阳离子，我们把溶有较多量Ca2＋、Mg2＋的水称为硬水
C．阳离子交换树脂中的H＋可与水中的金属阳离子Mn＋交换
D．阴离子交换树脂中既含有阳离子，又含有阴离子，因此既能与水中的阳离子交换，又能与水中的阴离子交换
5生产、生活离不开各种化学物质，下列说法不正确的是( )。
A．不需要通过化学反应就能从海水中获得食盐和淡水
B．潜水艇在紧急情况下可用过氧化钠供氧
C．氯气与烧碱溶液或石灰乳反应都能得到含氯消毒剂
D．工业上常用硅制造光导纤维
6《科学》评出2004年10大科技突破，其中“火星上‘找’到水的影子”名列第一。下列关于水的说法中错误的是( )。
A．用膜分离的方法可以使海水淡化
B．高效催化剂可使水分解，同时释放能量
C．密度小于1
g·cm－3的溶液，浓度越大，密度越小
D．金属的电化学腐蚀中，水参与了正极反应
7下列说法不正确的是( )。
A．海水淡化的主要方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法、反渗透法
B．海水中溶解的主要无机盐有NaCl、MgCl2、KCl、MgSO4等物质
C．海水综合利用，可将海水淡化与制食盐及氯碱工业、镁工业、钾工业、溴工业等形成联合工业体
D．海水淡化因能耗大，成本高，不能形成规模化生产
8地球的海水总量约有1.4×1018
t，是人类最大的资源库。
(1)如图利用海水得到淡水的方法为________。
(2)电渗析法是近年发展起来的一种较好的海水淡化技术，其原理如图：
a是电源的________极；Ⅰ口排出的是________(填“淡水”或“浓水”)。
(3)海水淡化后的浓水中含大量盐分，排入水中会改变水质，排到土壤中会导致土壤盐碱化，故不能直接排放，可以与氯碱工业联产。
①电解前需要把浓水精制，加入试剂的顺序为_______________________________；
②用离子交换膜电解槽电解食盐水的化学方程式为_______________________________________________________________________。
(4)铀是核反应最重要的燃料，其提炼技术直接关系着一个国家核工业或核武器的发展水平，海水中铀以UCl4形式存在，每吨海水只含3.3
mg铀，海水总量极大，铀总量相当巨大。不少国家正在探索海水提铀的方法。现在，已经研制成功了一种螯合型离子交换树脂，它专门吸附海水中的铀，而不吸附其他元素。其反应原理为____________(树脂用HR代替)，发生离子交换后的离子交换膜用酸处理还可再生并得到含铀的溶液，其反应原理为________________________________________________________________________。
9海水资源的利用具有非常广阔的前景。
(1)海水淡化的主要方法有(只写出1种即可)________。
(2)海水中丰富的氯化钠是重要的化工原料，如电解饱和食盐水可以制备多种化工产品。
①用石墨电极电解饱和食盐水时，阴极的电极反应式是_____________________。
②常温下，用石墨电极电解饱和食盐水，当阴极产生的气体体积为112
mL(已折算为标准状况)时停止电解，此时溶液体积为1
L，若忽略气体的溶解，最终溶液的pH约为________。
参考答案
1.
解析：海水淡化可以解决淡水供应危机，但向海水中加入明矾不能使海水淡化。
答案：D
2.
解析：海水淡化的方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。选项A，加明矾，明矾的主要成分是KAl(SO4)2·12H2O，不能使海水中的盐沉淀出来，所以不能使海水淡化。
答案：A
3.
解析：电解水使用的是直流电。虽然水通电后能分解生成两种气体，但不能认为水是由氢气和氧气组成的，否则水就不是纯净物，而是混合物了。纯净的水是无色液体，海水和湖水呈现不同的颜色是因为它们都不是纯净的水，且水层厚度大。当纯水的厚度不超过2
m时，都是无色透明的。
答案：C
4.
解析：在进行水处理时，阳离子交换树脂中的H＋只能和水中的金属阳离子Mn＋交换，阴离子交换树脂中的OH－只能和水中的阴离子Ym－交换。
答案：D
5.
解析：A选项，蒸发海水可以得到淡水和食盐，属于物理变化；B选项，2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2,2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑；C选项，Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，NaClO是84消毒液的有效成分，2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O，Ca(ClO)2是漂白粉的有效成分，它们都能漂白、杀菌消毒；D选项，工业上制造光导纤维的应是SiO2，所以D选项错误。
答案：D
6.
解析：膜分离法是海水淡化的一种方法，A项正确；催化剂可以加快化学反应速率，但不能改变反应的方向和热效应，B项错误；C项正确，如常见的氨水、乙醇溶液等均如此；金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀，正极的电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，D项正确。
答案：B
7.
解析：A项中涉及海水淡化的几种主要方法，正确；B项中海水含有Na＋、Mg2＋、K＋、Ca2＋、、Cl―、Br―等，因此可以从海水中得到NaCl、MgCl2、KCl、MgSO4、CaSO4、MgBr2等物质；C项中海水淡化的同时，得到了含盐分较多的浓水，为氯碱工业、镁工业、钾工业、溴工业等提供了较好的原料，可以降低成本，C项正确；D项中最初海水淡化能耗大，成本高，但随着技术的进步，使用规模的扩大，成本已大大降低，故错误。
答案：D
8.
解析：(1)海水经过蒸发和冷凝得到淡水，原理与蒸馏相同，故方法可归类为蒸馏法。(2)从阴极接电源负极，阳极接电源正极以及图中阴、阳离子移动方向可知a是电源的负极；利用电场作用，使海水中阴、阳离子分别向阳、阴极定向移动，但在阳膜和阴膜的离子选择性透过作用下，使有的间隔内离子浓度变大(如②间隔)，有的间隔内离子浓度变小(如①间隔)，故得出Ⅰ口排出的是淡水。(3)浓水需精制后才能电解，精制时一般先加烧碱除去Mg2＋、Fe3＋等，再加氯化钡除去，再加碳酸钠除去Ca2＋和过量的Ba2＋，过滤出沉淀后加盐酸调节pH。(4)根据离子交换树脂交换溶液中阳离子的离子方程式，迁移到交换铀离子的离子方程式，一定要注意铀离子带4个单位的正电荷，用酸处理交换后的树脂又得到铀离子和树脂。
答案：(1)蒸馏法
(2)负 淡水
(3)①NaOH、BaCl2(NaOH和BaCl2位置可互换)、Na2CO3、盐酸 ②2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(4)4HR＋U4＋===UR4＋4H＋ UR4＋4H＋===4HR＋U4＋
9.
解析：本题考查了海水的综合利用。海洋是个大宝库，里面有许多资源。(1)在淡水资源日益紧张的今天，海水淡化显得非常重要，常用的方法有蒸馏法(或电渗析法或离子交换法)。(2)用石墨电极电解饱和食盐水，阳极发生的反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极发生的反应：2H＋＋2e－===H2↑。当阴极产生112
mL气体时，此时消耗H＋为0.01
mol，所以生成0.01
mol
OH－，pH＝12。
答案：(1)蒸馏法(或电渗析法、离子交换法)
(2)①2H＋＋2e－===H2↑ ②12(共22张PPT)
专题归纳整合
请分别用一句话表达下列关键词
混凝法 DO BOD 强电解质 弱电解质 盐类水解 中和法 沉淀法 硬水 软水 蒸馏 反渗透法
提示 混凝法：向天然水中加入混凝剂，细小的悬浮颗粒与胶体聚集较大的颗粒而沉淀，然后再用过滤的方法除去。
DO：表示水中溶解的氧气量(mg·L－1)
BOD：表示水中的微生物分解所需O2量
强电解质：在水溶液中能够完全电离的电解质
弱电解质：在水溶液中不能完全电离的电解质
盐类水解：盐中的弱酸阴离子或弱碱阳离子结合水电离出的H＋或OH－生成弱电解质的过程
中和法：将酸性或碱性废水可采取中和反应原理除杂的方法
沉淀法：对于含重金属离子的工业废水，通过加化学沉淀剂与重金属离子反应生成沉淀析出
硬水：含Ca
2＋和Mg
2＋浓度较大的水
软水：含Ca
2＋和Mg
2＋较少或不含Ca
2＋、Mg
2＋的水
蒸馏：利用混合物各种液体组分的沸点不同而将其分离的方法
反渗透：在含盐浓度较大的一侧施加一定压力，可以迫使水从浓度较大的一侧向稀溶液的一侧渗透，从而得到淡水的一种方法
1．为什么大多胶体具有吸附性？
提示 氢氧化铝胶体因吸附溶液中的阳离子而带正电荷；天然水中的杂质大多为带负电荷的胶粒，因此，带正电荷的氢氧化铝胶体能吸附水中带负电荷的胶粒，并使这些杂质与氢氧化铝胶体一起凝聚而沉降。
其他如硫酸铝、硫酸亚铁、氯化铁、碱式氯化铝等也有相同功效。
2．强电解质、弱电解质与其溶解性有关吗？为什么？
提示 无关。强电解质、弱电解质与其溶解性无关。
某些难溶或微溶于水的盐，由于其溶解度很小，如果测其溶液的导电能力，往往是很弱的。但是其溶于水的部分，却是完全电离的，所以它们仍然属于强电解质，例如：CaCO3、BaSO4等。相反，少数盐尽管能溶于水，但只有部分电离，仍属于弱电解质。
3．盐类水解的规律？
提示 有弱酸阴离子或弱碱阳离子的盐类才会水解；弱酸阴
离子或弱碱阳离子原来对应的酸或碱越弱，其对应的盐水解
程度越大；盐类水解后的溶液呈酸性或碱性决定于溶液中不
水解的离子或水解离子水解程度相对大小。
有弱才水解，无弱不水解；越弱越水解，都弱都水解；谁强
显谁性，双弱电离定。
1．蒸馏水、磁化水、矿泉水和纯净水的区别？
提示 蒸馏水是利用蒸馏设备使水蒸发汽化，再使水蒸气冷
凝成水。这一过程除去了重金属离子，但也除去了人体所需要的微量元素，并且没有除去低沸点的有机物。
磁化水是指经磁场作用，交叉切割磁力线，分子结构发生改变，完成磁化过程的水。
矿泉水是指流经某些岩石层的深层地下水。
纯净水是经纯化处理后的水。因宇航员最早饮用的是这种水，故也叫太空水。但是在纯化过程中，不仅除去了水中细菌、病毒、污染物等杂质，也除去了对人体有益的微量元素和矿物质，如钙、镁等几乎被除净。
2．天然水、自来水和中水的区别？
提示 天然水指取自地面或地下的水。商品中经过包括过滤、臭氧氧化或其他消毒处理过程，而不改变其矿化度的瓶装泉水、矿泉水或井水也称为天然水。自来水指经过自来水厂过滤、消毒等方法处理过的水。中水是指将城市污水经过处理，进行二次利用的一类水。
3．如何减少和防止水的污染？
提示 处理污水，应从源头做起，而最有效的手段就是减少污水排放量，要求工矿企业的污水必须在达到国家规定的排放标准后才可排放。
4．清水一定干净吗？为什么？
提示 清水并不一定干净，消毒后的自来水也不可以直接饮用，应煮沸后再用，因为消毒后的水在管道输送过程中会重新滋生细菌，并且消毒后仍残留少量Cl2，煮沸可以杀菌，赶出Cl2。
5．如何除去水中的异味？
提示 活性炭颗粒的比表面积大，吸附能力强。让水通过由细小的活性炭颗粒组成的滤床可除去水中的异味。
6．什么因素决定了电解质的导电能力？
提示 自由移动的离子浓度大小与离子所带电荷的多少，强电解质不一定导电能力强，弱电解质不一定导电能力弱。
水资源主要是指淡水资源，淡水的含量少，所有用水主要以淡水为主，要提高淡水的利用率必须做到：①从源头减少水源的污染 ②对污染的水要及时净化和处理 ③大力开发海水资源的利用，将海水淡化为淡水 ④节约用好每一滴水，在高考命题中水资源是一个热点，主要考查污水处理和海水的利用与淡化，多以选择题和填空题出现，在命题中主要体现在以下几个方向。
学科思想培养一 有关水资源的命题角度和解题指导
污染水源的有害物质有：重金属、耗氧物质、化肥、农药、难降解的有机物、洗涤剂等，防止或治理污水的方法有①控制污水的任意排放；②用物理、化学、生物等方法综合治理。
了解水的净化原理和污水产生的根源，利用化学原理中的有关知识，如胶体的吸附性，氧化剂的氧化性沉淀的生成与转化等解决相关问题，建立“绿色化学”概念，提高环保意识。
方向一 污水的处理和水的净化
【知识基础】
【解题指导】
水是生命之源，也是重要的环境要素之一。
(1)观察图1，若用1
L水来代表地球上的总水量，要比较精确地量取地球上的淡水量，应选择的仪器是
( )。
A．100
mL烧杯
B．50
mL烧杯
C．100
mL量筒
D．50
mL量筒
【例1】
(2)图2是某居民小区中垃圾收集点(小圈)的布局，它在选址上存在的问题有________________；垃圾收集点选址应考虑的因素包括______________________________________。
(3)有人设想在住宅小区附近建立小型生活垃圾焚烧厂，其流程如图3。请将图3中①、②、③所要表达的内容填在下面的横线上。
图3
①_______________________________________________；
②________________________________________________；
③________________________________________________。
解析 (1)选择仪器越精确越好，淡水只占3%，只有0.03
L即30
mL，故选用50
mL量筒。(2)对河水造成污染的污染源之一是生活污水，生活垃圾场靠近小河，必定造成严重污染。(3)焚烧垃圾是一种常用的方法，但必须对废气严格处理。
答案 (1)D (2)分布不均匀(不合理，太集中)、沿河放置污染水源 是否对小区景观产生影响，是否污染环境、便于运输等 (3)①垃圾分类收集点 ②热能 ③再利用(制砖、制肥料、作建筑填料)
硬水是指含Mg2＋和Ca2＋浓度大的水，将Mg2＋、Ca2＋浓度减小的方法有加热软化、加药剂软化、离子交换法。
根据硬水产生的原因采取恰当的方法进行软化，如暂时硬水可采用加热法。掌握不同硬水软化法的原理。
如：离子交换法：硬水→阳离子交换膜→阴离子交换膜→软水。
方向二 硬水的软化
【知识基础】
【解题指导】
我国规定饮用水的硬度不能超过25度。硬度的表示方法是：将水中的Ca2＋和Mg2＋都看成Ca2＋，并将其折算成CaO的质量。通常把1
L水中含有10
mg
CaO称为1度。水中的Ca2＋和Mg2＋可用一定浓度的Y溶液进行滴定，Y跟Ca2＋和Mg2＋都以等物质的量完全反应。
(1)现取某地区的地下水样品25.0
mL用0.010
0
mol·L－1
Y溶液进行滴定，完全反应时消耗Y溶液15.0
mL。试计算该地下水的硬度，并判断是否符合饮用水标准。
(2)如果每次分析时取的水样都是25.0
mL，为了便于计算，要求每消耗0.50
mL
Y溶液即相当于水的硬度为1度，则Y溶液的物质的量浓度应为多少？
【例2】
(1)该地下水的硬度为33.6度，不符合饮用水标准。 (2)8.93×10－3
mol·L－1
答案
方向三 海水的淡化
【知识基础】
海水淡化可采用膜分离技术。如右图所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜右侧的侧淡水池，而海水中其他各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水。对加压后右侧海水成分变化分析正确的是
( )。
A．溶质质量增加
B．溶剂质量减少
C．溶液质量不变
D．溶质质量分数减小
解析 右侧水减少后，溶剂质量和溶液质量减少，右侧溶液的溶质质量分数增加，溶质质量不变，因为NaCl等不能通过淡化膜。
答案 B
【例3】第二单元
硬水软化与海水淡化
（第２、３课时）
〔知识回顾〕
如何测定溶液的PH？
什么是渗析,渗析的原理是什么？
〔知识学习〕
一、水的硬度
水的硬度是由什么引起的？如何定义水的硬度？
硬水与软水如何划分？何为暂时硬度？何为永久硬度？请用化学方程式表示
硬水与软水如何定性用实验区分？暂时硬水的危害有哪些？
硬水软化的方法有哪些？请尝试用药剂软化法处理硬水，体会加入药剂的量的控制
离子交换法的化学原理是什么？请用化学反应方程式表示，利用磺化酶法处理硬水，硬水的成分有何变化？如何使磺化酶再生，利用氢型阳离子交换树脂进行交换，溶液的PH如何变化？连用氢型阳离子交换树脂和氢氧根型阴离子交换树脂可以得到蒸馏水，在运用时要注意的问题是什么？
习题巩固：
检验水是否为硬水的简便方法是
A:
加入BaCl2溶液，看是否有沉淀生成
?
B:
将水加热煮沸，看是否有沉淀生成
C:
加入NaOH溶液，看是否有沉淀生成
?
D:
加入少量肥皂水，看是否有沉淀生成
暂时硬水和永久硬水的主要区别在于
A:
含Ca2+、Mg2+的多少
B:
含Cl-、SO42-的多少
C:
含HCO3-还是SO42-、Cl-
D:
含HCO3-的多少
水壶里水垢的主要成分是
A:
CaCO3、Ca(OH)2
B:
Ca(OH)2、Mg(OH)2
C:
CaCO3、MgCO3
D:
CaCO3、Mg(OH)2
有关离子交换法使硬水软化的下列叙述中，正确的是
A:
磺化煤能降低水中Ca2+，Mg2+，SO42-和Cl-离子浓度；
B:
经磺化煤软化处理后的水中[Na+]增大；
C:
磺化煤使硬水软化及磺化煤的再生，这两种操作可以在同一支离子交换柱中同时进行；
D:
失去软化硬水能力的磺化煤，不可能再恢复它的软化能力。
用石灰纯碱法软化硬水时，加入石灰的作用是
A:
只能降低水的永久硬度
B:
能同时除去水的永久硬度和暂时硬度
C:
可把部分Ca2+所形成的硬度转化为Mg2+硬度；
D:
可把部分Mg2+所形成的硬度转化为Ca2+硬度。
要使同时含有Ca2+、Mg2+离子的永久硬水软化，正确的方法是
A:
只需加纯碱
B:
先加石灰，后加纯碱
C:
先加纯碱，后加石灰
D:
将适量的纯碱和石灰混合后加入水中
下列方法：(1)蒸馏、(2)煮沸、(3)加石灰、(4)加纯碱、(5)加磷酸钠、(6)离子交换，能同时除去硬水中的暂时硬度和永久硬度的是
A:
(1)、(5)、(6)
B:
(2)、(4)、(6)
C:
(5)、(6)
D:
(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)
用自来水配制NaOH溶液时,往往会产生白色混浊,因为发生了以下反应
[Mg2++2OH-==Mg(OH)2
↓;Ca2++2HCO-3+2OH-==CaCO3↓+CO32-+2H2O
]
怎样证明天然水具有暂时硬度和永久硬度,或是软水,简述实验步骤,并写出有关化学方程式
.
现有纯碱.石灰.明矾和磺化煤,可用作净水的是
,可用作软化只含CaSO4
CaCl2的硬水的是
,可用于软化暂时硬水的是
.
磺化煤是一种离子交换剂,它是
状物质.它
酸和碱.它的阳离子是
,会跟硬水中的
发生
作用,有关离子方程式为
.用磺化煤来软化硬水的优点
、
、
我国规定饮用水的硬度不能超过25度.硬度的表示方法是:将水中的Ca2+、Mg2+都看作Ca2+,并将其质量折算成CaO的质量.通常把1升水中含有10毫克CaO称为1度.水中的Ca2+、Mg2+可用一定浓度的Y溶液进行滴定,Y跟Ca2+、Mg2+都以等物质的量完全反应.
(1).现取某地区的地下水样品25.0毫升,用0.01摩尔/升Y溶液滴定,完全反应时消耗Y溶液15.0毫升.试计算该地下水的硬度,并判断是否符合饮用标准.
(2).如果每次分析时取的水样都是25.0毫升,为了便于计算,要求每消耗0.50毫升Y溶液即相当于水的硬度为1度.则Y溶液的物质的量浓度应为多少 (91高考题)
二、海水的淡化
1.
海水淡化的方法有哪些？阅读图１－2.
１１和１－3.
１２分析电渗析法和反渗透法的原理
4.
如何从海水中提取食盐和氯化镁，5.
请简要说明，6.
用方程式表示氯化镁和得到过程
习题巩固：
水是非常重要的资源，下列关于水的说法错误的是
A、蒸馏法是海水淡化的方法之一
B、淡水的密度小于海水的密度
C、融化的雪水中矿物质含量比深井水中的少
D、0℃以上，温度越高，水的密度越小
从海水中提取金属镁的途径正确的是
（A）海水→MgCl2→Mg
（B）海水→Mg（OH）2→MgCl2→
Mg
（C）海水→Mg（OH）2→
MgCl2→
Mg
（D）海水→Mg（OH）2→MgO→Mg
利用电渗析法淡化海水时，得到淡水的部分
Ａ阴极区 B阳极区 C中间区 D水区均得到
利用电渗析法淡化海水时，交换膜的放置方法是：
Ａ在阴极附近放阴离子交换膜
Ｂ在阳极附近放阴离子交换膜
C在阳极附近放阳离子交换膜
Ｄ在阴极附近放阳离子交换膜
从海水中提取物质的方法
海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。例如：
（1）从海水中提取溴的主要工艺流程
①用 法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。
②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：
③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的，方程式为：
④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气反应的方程式为
⑤用 萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。
（2）进行从海带中提取碘实验的反应原理及应注意的问题
①反应原理：海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。如用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是为：
海水的综合利用可以制备金属镁，其流和如下图所示：
（1）
若在空气中加热MgCl2 6H2O，（2）
生成的是Mg(OH)Cl或MgO，（3）
写出相应反应的化学方程式
用电解法制取金属镁时，需要无水氧化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl2 6H2O时，能得到无水MgCl2，其原因是
（4）
Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤。
（5）
实验室时将粗盐制成精盐的过程中，（6）
在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，（7）
分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的：
溶解时：
过滤时：
蒸发时：(共24张PPT)
第三单元 海水淡化
1．什么是蒸馏？
提示 利用液体的沸点不同将两种或多种互溶液体分离的方法。
2．渗析的含义是什么？
提示 渗析是用于提纯胶体的一种方法，利用胶粒不能通过半透膜而离子或小分子能透过半透膜而将胶体和离子分开。
1．知道海水是一种重要的资源，海水淡化技术是解决淡水资源
紧缺问题的关键。
2．了解海水淡化的主要方法。
3．了解蒸馏法淡化海水的基本原理。
1.
概念：海水是一种不容忽视的潜在水源，海水淡化技术是解
决
紧缺问题的关键。海水淡化又称
，它是利用
、
、
方法将海水中溶解的盐脱除。
2．方法：海水淡化的方法有
、
、
、
等，其中
、
是主要方法。
淡水资源
脱盐
物理
化学
生物
蒸馏法
膜法
冷冻法
离子交换法
蒸馏法
膜法
1.蒸馏法
(1)类型：
与
。
(2)实际应用：蒸馏法淡化的水量约占世界海水总淡化量的。
实际应用中，人们采用降低容器内压强的方法使水在比较
的温度下沸腾，并充分利用
，使该法得以普及。
蒸馏
减压蒸馏
70%
热交换技术
低
2．电渗析法
基本原理：在电渗析槽里，阴、阳离子交换膜把渗析槽分隔成
个区域(如教科书中电渗析原理示意图)，两端的两个区域的电极分别与
的两极相连。装满海水后，在外加
的作用下，处于中间位置
里的
分别透过
迁移到阳极区、阴极区，中间水槽里的水含盐量就
了。
三
直流电源
电场
海水槽
阴、阳离子
阴离子交换膜、阳离子交换膜
降低
3．反渗透法
(1)渗透压：用一种渗透膜把
的两种水溶液隔开，将发生
现象。浓度
的溶液中的水分会通过半透膜渗透到浓度
的溶液中，使原来
的一侧溶液液面升高，当液面升高产生的压力达到一定的数值时能阻止水的继续
，这个压力称为
。
(2)基本原理：如果在
的溶液一侧施加一定的压力，可以迫使水从
一侧向
一侧渗透，使
浓度增大。
含盐浓度不同
渗透
较小
较大
浓度较大
渗透
渗透压
含盐浓度较大
浓溶液
稀溶液
浓溶液
4．冷冻法
基本原理：把
喷入
，部分海水蒸发吸热使其余海水冷却形成
。
中的杂质要比原溶液中少得多。将得到的冰晶用适量的淡水
、
，就得到淡水。
冷海水
真空室
冰晶
固体冰晶
淋洗
熔化
电渗析法将海水淡化的原理是什么？怎样形成闭合回路的？
提示 电解原理。外电路靠电子定向移动，内电路靠阴阳离子分别向两极透过阴阳离子交换膜定向移动形成电流。
要因地制宜地选择海水淡化的方案，需注意哪些问题？
提示 ①该地区的地理环境；②该地区所需淡水量的多少；③经济状况；④技术条件。
反渗透法的特点是什么？关键是什么？
提示 ①寻找理想的渗透膜。②提高海水的淡化效率。
【慎思1】
【慎思2】
【慎思3】
海水淡化的方法已有十几种，主要的有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，是目前海水淡化的主要方法。
(1)蒸馏法：蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。根据所用能源、设备、流程不同主要可分设备蒸馏法、蒸气压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。
(2)冷冻法：冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。冷冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。
(3)反渗透法：通常又称超过滤法，是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。
如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低，主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。
(4)太阳能法：人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。由于它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们的重视。
将海水淡化后作生活用水，以解决淡水资源匮乏的问题，下列淡化海水的方法，在原理上完全不可行的是
( )。
A．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化
B．利用太阳能使海水蒸馏淡化
C．将海水缓慢降温凝固以获取淡化的饮用水
D．将海水通过离子交换树脂除去所含离子
【例1】
解析 A项中明矾是KAl(SO4)2·12H2O，加入到海水中能除去OH－或Ba2＋等，但对Na＋、Cl－、Mg2＋、Ca2＋等无影响，起不到淡化海水的作用，另外，加入明矾，对水的质量要求较高的生活用水，会有对人不利的因素，不可行；B项中是海水淡化常用的一种方法；C项中由于降温，物质的溶解性降低，而使水得到淡化；D项中此法普通水都可以纯净化，海水当然可以淡化。
答案 A
海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、反渗透法、冷冻法、太阳能法。
水资源非常重要，联合国确定2003年为国际淡水年。下列关于水的说法中错误的是
( )。
A．蒸馏法是海水淡化的方法之一
B．淡水的密度小于海水的密度
C．融化的雪水中矿物质的含量比深井水中的少
D．在0
℃以上，温度越高，水的密度越小
解析 水在4
℃时，ρ＝1
g·cm－3，小于4
℃时热缩冷胀，高于4
℃时，热胀冷缩。
答案 D
【体验1】
海水淡化的目的是去除海水中超标的盐，降低盐的浓度。
最简单的方法是利用太阳能蒸发水分，收集蒸馏水。其次可以采用减压蒸馏的方法，降低水的沸点，使水在较低的温度下蒸发，收集蒸馏水。
现在大规模淡化海水则采用电渗析法。如下图所示：海水进入电渗析装置后，在电场作用下，钠离子和氯离子都要做定向移动：钠离子向阴极移动，氯离子向阳极移动，但阳离子交换膜只能让钠离子通过，阴离子交换膜只能让氯离子通过，所以，在电渗析装置中就出现了“一格海水被浓缩，另一格海水被淡化”的情况，我们只需要将淡水引出即得淡化水，而浓缩后的卤水则可以作为海水加工的原料得到进一步的利用。
海水在电渗析器中部分变成淡水的原理，示意图如图所示电渗析器中由许多对阳、阴膜围成的许多“隔室”的宽度都很窄。脱盐时，各隔室相间流动着
“淡水”和“浓水”；在流
动着“极水”的以石墨为电
极材料的两极发生电解反应
。根据需要，可将几台电渗
析器串联使用。图中标写的
离子符号，提供思考其在电
场中的迁移方向。
回答下列问题：
(1)分别写出海水在电渗析器中脱盐时所得主要阳极产物和主要阴极产物的化学式。用石棉布为隔膜的一般惰性阳极电解槽来电解海水，能用来生产H2吗？为什么？
(2)致力于发展电渗析法、反渗透法等海水淡化新技术的直接社会效益是什么？
(3)已成功地联合应用海水淡化新技术和一般的离子交换树脂净水法，由海水制得纯水。又知海洋水能源(海洋水能发电)有其巨大的开发前景。你认为应怎样综合开发海洋能源，促成人类进入氢能时代？
解析 (1)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：2H＋＋2e－===H2↑。因为氯气可以和烧碱反应，所以不能用于制氯气，但制氢气没有什么问题。
(2)从以上原理看，至少可以得到电解产物氯气、氢气和高浓度的烧碱，同时得到淡水及可用于进一步利用的浓缩海水。
答案 (1)Cl2、H2；可以；因为阴极发生的反应可以得到H2。(2)制氯气、氢气和高浓度的烧碱，同时得到淡水及高浓度卤水。
(3)思路提示：太阳能发电，电渗析电解得氯碱类产品及淡水，卤水的进一步开发利用。
海水的淡化的方向是：①能耗低 ②效率高 ③选择优质的阴(阳)离子交换膜。
海水约占地球现有总水量的97.5%，海水淡化问题成为科学家的主要研究方向。下列淡化海水的方法不可行的是
( )。
A．加化学试剂，使海水中的盐分沉淀
B．利用太阳能，将海水蒸馏而去掉盐分
C．将海水通过离子交换树脂而除去盐分
D．利用半透膜，采用反渗透法而除掉盐分
解析 海水中Na＋等离子不能通过加化学试剂而沉淀，A项错误；B项为蒸馏法淡化海水，C项为电渗析法淡化海水，D项为反渗透法淡化海水。
答案 A
【体验2】(共28张PPT)
第二单元 硬水软化
1．水垢的主要成分是什么？怎样除去？
提示 CaCO3、Mg(OH)2，加醋酸可以除去
反应为：
CaCO3＋2CH3COOH===H2O＋CO2↑＋Ca(CH3COO)2
Mg(OH)2＋2CH3COOH===2H2O＋Mg(CH3COO)2
2．Mg(HCO3)2和Ca(HCO3)2受热易分解，书写反应方程式？
3．你知道“水滴穿石”包含的化学科学道理吗？
1．知道硬水和软水，了解水的硬度、暂时硬度和永久硬度，知道硬度的表示方法和简单的测定方法。
2．了解加热法、药剂软化法、离子交换法软化硬水的原理。
3．了解硬水对生产生活用水的影响。能用相关化学知识解释日常生活中一些和水的硬度有关的现象。
1.天然水中钙、镁离子的作用
天然水中含有钙、镁等离子，含有少量Ca2＋、Mg2＋的水对人体是有利的。Ca2＋可以补充
和
所需要的钙，Ca2＋、Mg2＋能减缓铁制输水管道上
的溶出。但有些地区的天然水中含有较多的钙、镁离子，这种水叫做
。这种水不宜洗涤衣物。工业锅炉若使用硬水，容易
。锅炉壁上形成水垢后，不但浪费燃料，甚至可能引起
。
牙齿
骨骼
硬水
沉积水垢
锅炉爆炸
铅
2．硬水和软水
硬水：含有较多
的水。
软水：含有少量
或不含
的水。
3．暂时硬度和永久硬度
暂时硬度：水的硬度是由
引起的。
永久硬度：水的硬度是由
等引起的。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。
Ca2＋、Mg2＋
Ca2＋、Mg2＋
Ca2＋、Mg2＋
Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2
钙、镁的硫酸盐或氯化物
加热法
药剂法
离子交换法
加热法
药剂法
离子交换法
纯碱
石灰
阳离子交换树脂
阴离子交换树脂
Ca2＋、Mg2＋
H＋、OH－
硬水软化
(3)离子交换法的特点和应用。
①特点：离子交换树脂使用一段时间后就失去了
的能力。可用
的稀溶液处理使之再生，即发生上述离子交换反应的逆反应。这种软化硬水的方法具有比药剂软化法
、
、
、
等优点。
②应用：离子交换法是目前常用的
方法，使用比较普遍。例如
和实验室去
的制备。
软化硬水
强酸或者强碱
质量高
设备简单
占用面积小
操作方便
软化机软化水
离子水
硬水软化
如果水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的，这种硬度叫做暂时硬度；如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的，这种硬度叫做永久硬度。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。
水的硬度过高对生活和生产都有害处。例如，洗涤用水如果硬度太高，水中的Ca2＋、Mg2＋与肥皂反应生成不溶于水的物质，不仅浪费肥皂，也洗不净衣物。在工业上对水的硬度也有要求，如锅炉用水如果硬度太高，长期烧煮后，水里的钙盐和镁盐会在锅炉内结成锅垢，使锅炉内金属管道的导热能力大大降低，不但浪费燃料，而且会导致管道局部过热，使锅炉管道变形或损坏，严重时会引起爆炸事故。所以硬水的软化非常重要。
解析 硬水与软水的区分是Ca2＋、Mg2＋含量的多与少，不是有与没有，故A项不对；煮沸的过程是Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2的分解以及MgCO3转变为Mg(OH)2的过程，故C项对；煮沸时能使含暂时硬度较高的硬水中的Ca2＋、Mg2＋浓度降低，但不一定能降低到软水中Ca2＋、Mg2＋的含量标准，更何况有的硬水中的硬度更多是由于永久硬度造成的，故B项不对；磺化媒只能交换阳离子，水中还含有多种阴离子和交换出的大量Na＋，故D项不对。
答案 C
Ca2＋、Mg2＋的含量决定水的硬度大小，由Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2引起的硬水叫暂时硬水，由氯化物和硫酸盐引起的硬水叫永久硬水。
解析 此题考查的是硬水的概念，含Ca2＋、Mg2＋较多的水为硬水。由CaSO4、CaCl2、MgSO4、MgCl2等引起的硬水叫永久硬水，加热不能除掉永久硬度。
答案 A
b．适用范围：具有暂时硬度的水可以用加热的方法进行软化。
②药剂法
a．定义：向水中加入适当的化学试剂，促使溶解在水中的Ca2＋、Mg2＋以沉淀的形式从水中分离出来达到软化目的的方法。
b．药剂：常用的药剂有纯碱、生石灰、氢氧化钠等；工业锅炉用水还常用磷酸盐处理。
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：
2NaR＋Ca2＋===CaR2＋2Na＋
2NaR＋Mg2＋===MgR2＋2Na＋
b．离子交换树脂简介
离子交换树脂是由不溶于水的交换剂本体和能在水中离解的活性交换基团两部分组成的。例如，常用的苯乙烯型离子交换树脂，其交换剂本体是苯乙烯和部分对苯二乙烯共聚而成的不溶性高聚物。其分子中含有的活性基团——磺酸基或季铵基分别具有交换阳离子或阴离子的性能。离子交换树脂一般为颗粒状或球状固体，不溶解于水和其他普通溶剂。
离子交换树脂按分子内所含酸性基团和碱性基团，分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
由以上两式可知，在离子交换反应中，水中的阳离子、阴离子被转移到了离子交换树脂上，而离子交换树脂上可交换的H＋或OH－转入水中。
在进行水处理时，如果需要将水中的阳离子、阴离子都除去，阳离子交换树脂和阴离子交换树脂可以交替使用。交换完成后的树脂用酸或碱处理可重新恢复交换能力，这个过程叫做树脂的再生。
离子交换技术在水处理领域中有着广泛的应用。通过离子交换可以除去水中的无机盐，但是不能除去水里的细菌和病毒，因此在生产纯净水的过程中，还需要借助其他的技术。
c．适用范围：除去暂时硬度和永久硬度。
下列方法中能同时除去硬水中暂时硬度和永久硬度的
是
( )。
①蒸馏 ②煮沸 ③加纯碱 ④加石灰 ⑤离子交换
A．①②③
B．①③⑤
C．②③⑤
D．③④⑤
解析 本题首先需要了解硬水中暂时硬度和永久硬度指的是
Ca2＋、Mg2＋对应的什么产物，然后根据题意进行采用除杂
的方法进行除去。能同时除去硬水中暂时硬度和永久硬度的
方法可以采用使水形成蒸气，采用加入纯碱的方法使Ca2＋、
Mg2＋生成沉淀而除去，另外还可以采用离子交换的方法进行
除去。
答案 B
【例2】
暂时硬水可用加热法。
永久硬水可加沉淀剂或用离子交换法。
磺化媒(代表式NaR)是一种钠离子型交换剂，它能使硬水中的Ca2＋、Mg2＋通过交换除去而软化。现在海水(已知海水中含Na＋、Ca2＋、Mg2＋等阳离子)的淡化方法是使海水按顺序通过两种离子交换树脂，其流程如图所示。
(1)现有氢型阳离子交换树脂
和羟型阴离子交换树脂，则
(填代表式)A柱是________，
B柱是________。
(2)按上述顺序装柱的理由
是__________________。
【体验2】
解析 要使海水淡化，必须借离子交换树脂的作用除去海水中Na＋、Ca2＋、Mg2＋及Cl－等离子，逐一分析两种顺序能否顺利进行海水的淡化。
答案 (1)HR ROH (2)若先将海水通过ROH，溶液中会生成较多的OH－，使Mg2＋转化为Mg(OH)2沉淀，造成堵塞而使海水淡化失败
