人教版高中化学选修二教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：05水资源的利用(基础)
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修二教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：05水资源的利用(基础) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 484.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2019-12-24 08:07:50 | ||
图片预览
文档简介
水资源的利用
【学习目标】
1、通过学习天然水的净化和污水处理的几种方法，知道化学在水处理中的应用；
2、了解海水的综合利用，从中认识和体会化学科学发展对自然资源开发、利用的重要意义。
【要点梳理】
要点一、天然水的净化【 化学与资源开发利用#天然水的净化】
1．消除悬浮物
常用的方法有自然沉淀、混凝沉淀和过滤。
（1）自然沉淀：水中的悬浮物质，在水流速度减慢或静止时，由于本身的重力而沉淀，使水得到初步澄清，叫做自然沉淀。多用在浑浊度高的地面水。
（2）混凝沉淀
①原理：当加入硫酸铝等化学混凝剂时，铝离子水解生成Al(OH)3胶体，Al(OH)3胶体具有强大的吸附能力，能吸附悬浮物质而迅速沉降。
②混凝剂（又叫化学沉降剂）
混凝剂：目前常用的混凝剂有金属盐类（铝盐、铁盐、碱式氯化铝）和高分子（聚合氯化铝）两类混凝剂。
铝盐有明矾（十二水合硫酸铝钾）（化学式为KAl(SO4)2·12H2O）、硫酸铝（化学式为Al2(SO4)2），铁盐有硫酸亚铁或绿矾（化学式为FeSO4、FeSO4·7H2O）、三氯化铁等。
碱式氯化铝（又名羟基氯化铝）是一种高效净化剂，具有使用方便、用量少、混凝效果好的特点。
（3）过滤
过滤是使水通过滤料而得到净化。常用的滤料是沙，所以也叫做沙滤。
过滤净水的原理主要有二：①隔滤作用：水中悬浮杂质颗粒大于砂层的孔隙者，因不能通过滤层而被阻留；②沉淀和吸附作用：水中的胶体粒子、细菌等，当通过过滤层时大多能沉淀在过滤层表层上，过滤层表层因胶体物质和细菌的沉淀而形成胶质的生物膜，它具有吸附能力，可吸附水中微小粒子。
2．消毒
为了确保饮用水的安全，水经净化后还必须进行消毒。饮用水的消毒方法很多，主要有两大类：一是物理法，如煮沸、紫外线照射、超声波杀菌等；二是化学法，是往水中投加各种消毒剂，如氯、臭氧、高锰酸钾、碘、溴等氧化剂和某些金属离子。目前我国广泛采用的是氯化消毒法。氯化消毒法是用液氯或含有效氯的化合物进行消毒的方法。
（1）氯化消毒剂：常用的有漂白粉、漂白粉精[有效成分是Ca(ClO)2]、液态氯、氯胺（NH2Cl和NHCl2）等几种。
（2）氯化消毒的原理
各种氯化消毒剂在水中都能水解生成次氯酸（HClO）。次氯酸是一种强氧化剂，有渗透细菌膜的能力，能使细菌体内的多种酶系统被氧化而破坏，使细菌的糖代谢发生障碍而死亡。常用的氯化消毒剂在水中产生次氯酸的反应如下：
Cl2+H2O==HCl+HClO
2NaClO+CO2+H2O==Na2CO3+2HCIO；Ca(ClO)2+CO2+H2O==CaCO3↓+2HClO
（3）其他消毒法
①紫外线消毒法：紫外线具有杀菌能力。紫外线消毒饮用水时，水层的深度不宜超过30 cm，每次的持续照射时间不应少于1 mm，所以大量供水的自来水厂难以采用。
②臭氧消毒法：臭氧（O3）具有很强的氧化和杀菌能力，还可除去水中的色、臭、味。本法的主要缺点是耗电量大、费用高、无持续杀菌作用。自来水厂很少采用。
（4）除去味道和气味
除去水中不良味道和气味的方法之一，是让水通过由细小活性炭颗粒组成的滤床。这些炭粒的巨大表面积足以吸附大量的各种杂质。杂质被炭粒吸附于表面。如果杂质是氯，可发生下列反应：2Cl2+C+2H2O==CO2+4H++4Cl－。通过该反应，含氯的软水中的氯味可能全部消除。
要点诠释：水的净化流程：
要点二、硬水软化【 化学与资源开发利用#硬水软化】
1．硬水和软水
通常把溶有较多的钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+）的水，叫做硬水。
只溶有少量或不含钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+）的水，叫做软水。
硬水中的钙盐、镁盐能与肥皂（硬脂酸钠）作用，生成不溶性的硬脂酸盐，降低肥皂的去污能力。因此硬水中加入肥皂水，泡沫较少，而且出现絮状沉淀。而软水中加入肥皂水则产生较多泡沫，且没有沉淀生成。
2．暂时硬度和永久硬度
若水的硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁所引起的，这种硬度叫做暂时硬度。
若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。
要点诠释：（1）水的硬度以水中溶有Ca2+、Mg2+的多少来衡量。水的硬度是天然水固有的内在特征，不存在没有硬度的天然水。
（2）一般所说的水的硬度是指暂时硬度和永久硬度的总和。
（3）天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。
（4）为保证人们身体健康，我国饮用水的硬度统一规定为不超过25°。
3．硬水软化
（1）煮沸法（只适用于暂时硬度的硬水）
具有暂时硬度的水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙就分解而生成不溶性的碳酸钙：
Ca(HCO3)2 CaCO3↓+H2O+CO2↑
水里所含的碳酸氢镁先形成难溶于水的碳酸镁沉淀。
Mg(HCO3)2 MgCO3↓+H2O+CO2↑
继续加热煮沸，MgCO3会与水反应，生成更难溶的Mg(OH)2沉淀：
MgCO3+H2O Mg(OH)2↓+CO2↑
要点诠释：A、水垢的主要成分为CaCO3和Mg(OH)2。
B、MgCO3在加热煮沸过程中能发生水解反应。由于水解生成的Mg(OH)2沉淀溶解度比MgCO3的溶解度更小，又有CO2气体生成，使水解反应趋于完全，所以MgCO3沉淀转化为Mg(OH)2沉淀。
（2）药剂软化法（石灰纯碱法）
在这种方法中，暂时硬度加入石灰就可以完全消除，HCO3－都被转化成CO32－。而镁的永久硬度在石灰的作用下会转化为等物质的量的钙的硬度，最后被去除。反应过程中，镁都是以氢氧化镁的形式沉淀，而钙都是以碳酸钙的形式沉淀。
Ca2+ (aq)——石灰一苏打法—→—一CaCO3 (s)
Mg2+ (aq)——石灰一苏打法—→Mg(OH)2 (s)
（3）离子交换法
①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，使水得到软化。
②离子交换剂：现在常用作离子交换剂的离子交换树脂是一类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。
③发生的反应为：2NaR+Ca2+==CaR2+2Na+，
2NaR+Mg2+==MgR2+2Na+。
③离子交换树脂的再生
离子交换树脂使用一段时间后就失去了软化硬水的能力。常用5％～8％ NaCl溶液浸泡，CaR2和MgR2跟Na+发生交换作用重新生成NaR，从而又恢复了磺化煤软化硬水的能力：CaR2+2Na+===2NaR+Ca2+，这个过程叫再生。
④离子交换法的优点
离子交换法比药剂软化法质量高，设备简单，占用面积小，操作方便。
要点诠释：石灰纯碱法软化硬水的原理是什么？
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2==2CaCO3↓+2H2O；Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2==2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2O
由此可见，石灰水可以消除暂时硬度。
CaCl2+Na2CO3==CaCO3↓+2NaCl
MgSO4+Ca(OH)2==Mg(OH)2↓+CaSO4；CaSO4+Na2CO3==CaCO3↓+Na2SO4
加入石灰水可使永久硬水中的Mg2+形成的硬度转化成Ca2+所形成的硬度；再加入纯碱则可除去Ca2+，从而使硬水软化。
用石灰纯碱法软化水的操作次序不能颠倒，如果颠倒，则Ca2+所形成的硬度不能除去。
要点三、污水处理要点【 化学与资源开发利用#污水处理】
1．废水处理技术
废水排放是引起水污染的一个重要方面，目前采用的污水处理基本方法：
废水处理是用物理、化学或生物方法，或几种方法配合使用以去除废水中的有害物质，按照水质状况及处理后出水的去向确定其处理程度，废水处理一般可分为一级、二级和三级处理。
一级处理通常采用物理方法，即用格栅间、筛网、沉沙池、沉淀池、隔油池等构筑物，去除废水中的固体悬浮物、浮油，初步调整pH，减轻废水的腐化程度。废水经一级处理后，一般达不到排放标准（BOD去除率仅25％～40％）。故通常为预处理阶段，以减轻后续处理工序的负荷和提高处理效果。
二级处理是采用生物方法及某些化学方法，除废水中的可降解有机物和部分胶体污染物。经过二级处理后，废水中BOD的去除率可达80％～90％，即BOD含量可低于30 mg／L。经过二级处理后的水，一般可达到农灌标准和废水排放标准，故二级处理是废水处理的主体。
但经过二级处理的水中还存留一定量的悬浮物、生物不能分解的溶解性有机物、溶解性无机物和氮磷等藻类增值营养物，并含有病毒和细菌。因而不能满足要求较高的排放标准，如处理后排入流量较小、稀释能力较差的河流就可能引起污染，也不能直接用作自来水、工业用水和地下水的补给水源。
三级处理是进一步去除二级处理未能去除的污染物，如磷、氮及生物难以降解的有机污染物、无机污染物、病原体等。废水的三级处理是在二级处理的基础上，进一步采用化学法（化学氧化、化学沉淀等）、物理化学法（吸附、离子交换、膜分离技术等）以除去某些特定污染物的一种“深度处理”方法。
2．污水处理的化学方法
（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。如用熟石灰来中和钢铁厂、电镀厂等产生的酸性废水；用硫酸或二氧化碳中和造纸厂等产生的碱性废水等。
（2）沉淀法：对于含有重金属离子的工业废水，可以利用化学物质作为沉淀剂，与金属离子反应生成沉淀而析出，从废水中分离出来。如废水中的一些重金属离子常用Na2S来除去。Hg2++S2－==HgS↓，Cu2++S2－=CuS↓，Pb2++S2－==PbS↓。
要点四、海水淡化
海水淡化的方法，基本上分为两大类：
（1）从海水中取淡水，有蒸馏法、反渗透法、冷冻法。
（2）除去海水中的盐分，有电渗析法、离子交换法。
目前应用第一类方法为主。
1．蒸馏法
蒸馏法是一种使海水通过加热生成水蒸气，水蒸气再凝结成可饮用的淡水。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。
2．电渗析法
该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5～1.0 mm厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为阳离子交换膜（阳膜）与阴离子交换膜（阴膜）。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室，海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。
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净压称为渗透压。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。它的能耗仅为电渗析法的1／2，蒸馏法的1／40。
4．冷冻法
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，就得到了淡水。
要点五、海水中盐的开发和利用【 化学与资源开发利用#海水资源的开发和利用】
（一）海水制盐——蒸发法（盐田法）
1．原理：在太阳照射后，海水受热使水分蒸发，当各种盐分别达到其饱和浓度时，依次以固态形式析出。
2．作为盐田的条件：有平坦空旷的海滩，且潮汐落差大；气候干燥、多风、少雨；远离江河入海口，避免海水被淡水冲稀。
3．盐田的构成：盐田一般分贮水池、蒸发池和结晶池三部分。
4．过程：晒盐时，利用涨潮把海水引入贮水池，待海水澄清后，使它顺序流经蒸发池各区，经过风吹、日晒，海水逐渐蒸发浓缩，达到一定浓度后，引入结晶池继续浓缩，直至达到饱和析出食盐晶体；分离食盐晶体后所得到的母液叫苦卤，可以综合利用，获得一系列副产品。
（二）食盐资源的利用——氯碱工业
1．电解饱和食盐水反应原理
在NaCl溶液中存在的离子有Na+、H+、Cl－和OH－，通直流电后，带负电的OH－和Cl－向阳极移动，由于此时Cl－比OH－容易失电子，在阳极Cl－被氧化生成Cl2，电极反应：2Cl－－2e－==Cl2↑；带正电的Na+、H+向阴极移动，由于H+比Na+容易得到电子，在阴极H+被还原生成H2，电极反应：2H++2e－==H2↑。
电解饱和食盐水的总反应式为：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，其中阴极区生成H2和NaOH，阳极区生成Cl2。
2．离子交换膜法制烧碱
（1）离子交换膜电解槽的构成
离子交换膜电解槽主要有阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒构成。每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。
（2）阳离子交换膜的作用
阳离子交换膜只允许Na+通过而Cl－、OH－和气体则不能通过，其作用两个：
①防止H2和Cl2混合而发生爆炸；
②避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。
（3）电解精制的饱和食盐水
如上图，精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，放出阴极产物之一湿氢气，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－==H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程
阴极室中进入的是纯水，但要加入少量的NaOH，其目的是增强导电性。
（4）以氯碱工业为基础的化工生产
烧碱是基本化工原料之一，主要用于制造有机化学品、造纸、肥皂、玻璃、纺织印染等。
氯气的用途非常广泛，主要有液氯、盐酸及漂粉精、次氯酸钠等漂白消毒系列产品，大量用于制造有机氯农药，在有机合成方面有更广泛、更大的用途。氢气除用于制盐酸和聚氯乙烯外，另一重大用途是植物油加氢生产硬化油，此外，用于金属的冶炼。
3．食盐水的精制
粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－等杂质，不符合电解要求，电解前必须经过精制。①加入稍过量的BaCl2溶液（使粗盐水中的SO42－形成沉淀）；②加入稍过量的Na2CO3溶液（使粗盐水中的Ca2+和过量的Ba2+形成沉淀）；③加入稍过量的NaOH溶液（使溶液中的Mg2+、Fe3+等形成氢氧化物沉淀）；④过滤；⑤加入适量的HCl（调节溶液的pH并除去CO32－）；⑥通过阳离子交换树脂（除去溶液中残留的Ca2+、Mg2+等金属离子）。有关反应离子方程式：
Ba2++SO42－==BaSO4↓；CO32－+Ba2+==BaCO3↓
Ca2++CO32－==CaCO3↓；Mg2++2OH－==Mg(OH)2↓
Fe3++3OH－==Fe(OH)3↓；CO32－+2H+==CO2↑+H2O
这样得到的盐水仍含有少量Ca2+、Mg2+等金属离子，还需要通过阳离子交换树脂进一步除去。
注意事项：①Na2CO3溶液一定要在BaCl2溶液后加入，不然Ba2+不能除去；②盐酸一定要在Na2CO3溶液后加入，不然CO32－不能除去；③在加盐酸之前，一定要过滤。否则，沉淀又会转化为杂质离子。
要点六、海水提溴
1．原理
（1）氯化：用氯水将海水中的Br―氧化，使其变成Br2。离子方程式为：Cl2+2Br―=2Cl―+Br2
（2）吹出：当海水中的Br―被氧化成Br2以后，用空气将其吹出。
（3）吸收：用空气吹出的溴和空气混合在一起，不容易分离。可用SO2作还原剂，使Br2转化为氢溴酸，再用氯气将其氧化得到溴产品。有关化学方程式为SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4 Cl2+2Br―=2Cl―+Br2
2．流程
特别提示
从海带中提取碘：
主要化学原理：Cl2+2KI==2KCl+I2。
要点七、海水提镁
从海水中提取镁，最基本的方法就是往海水里加碱，得到氢氧化镁沉淀，将沉淀分离出来后，再加入盐酸把它变成氯化镁，经过干燥、电解即可得到金属镁。
1．从海水中提取镁的流程
2．有关反应的化学方程式如下：
MgCl2+Ca(OH)2==Mg(OH)2↓+CaCl2；Mg(OH)2+2HCl==MgCl2+2H2O
MgCl2·6H2O MgCl2+6H2O↑；MgCl2Mg+Cl2↑
特别提示
（1）海水和海边的贝壳等原料价格低廉且取之不竭。
（2）电解产生的氯气用于制盐酸，循环使用。
要点八、从海水中提取重水
1．重水：氢的同位素氘（）又叫重氢，化学符号为D。由重氢和氧化合而成的水叫做重水（D2O）。重水可作原子反应堆的中子减速剂和传热介质。
2．从海水中提取重水：提取重水的方法有蒸馏法、电解法、化学交换法和吸附法等。较为常见的是化学法，其中的一种是硫化氢——水双温交换法。反应为：
H2O (l)+HDS (g)==HDO (l)+H2S (g)。
【典型例题】
类型一：水的净化处理
例1 我国规定饮用水质量标准必须符合下列要求：
pH
6.5～8.5
Ca2+、Mg2+总浓度
＜0.0045 mol·L－1
细菌总数
＜100个／mL
以下是源水处理成自来水的工艺流程示意图：
（1）源水中含Ca2+、Mg2+、HCO3―、Cl―等，加入石灰后生成Ca(OH)2，进而发生若干复分解反应，写出其中一个离子方程式：________________。
（2）混凝剂除去悬浮固体颗粒的过程________。（填写编号）
①只是物理过程；②只是化学过程；③是物理和化学过程
FeSO4·7H2O是常用的混凝剂，它在水中最终生成________沉淀。
（3）通入二氧化碳的目的是________和________。
（4）气体A的作用是________，这种作用是基于气体A和水反应的产物具有________性。
（5）下列物质中，________可以作为气体A的代用品。（填写编号）
①Ca(ClO)2；②NH3（液）；③K2FeO4；④SO2
【思路点拨】本题考查水的净化及其初步处理方法。需要明确水中的杂质及其处理步骤，反应的原理及其对应的化学方程式，将所学的知识综合运用，同时考查学生对教材延伸知识点的掌握。
【答案】（1）HCO3―+OH―==CO32―+H2O Mg2++2OH―==Mg(OH)2↓ Ca2++HCO3―+OH―==CaCO3↓+H2O
（2）③ 胶状Fe(OH)3 （3）除去Ca2+ 调节pH
（4）杀菌消毒 强氧化 （5）①③
【解析】（2）凝聚剂加入水中一般先发生水解（化学过程），生成的胶状物吸附悬浮物（物理过程）。
（3）加入二氧化碳可以除去过量的Ca(OH)2，其作用是除去Ca2+和调节pH。
（4）除去水中的悬浮物后，就必须对水进行消毒。所以通入气体A的作用定为杀菌消毒（如可通入氯气），显然是利用气体A跟水反应的产物具有强氧化性。
（5）根据（4）的分析，作为气体A的代用品必须具有强氧化性，对照选项，可得答案为①③。
【总结升华】本题注重考核学生对基础知识理解的深度，要求学生在所学化学知识的基础上会思考、会分析，能用好知识、用活知识。本题能把学科知识与社会、生产、生活情景相互沟通，使学生体会到学有所获、学有所用。试题还要求学生在解题过程中善于调用已形成的知识网络，把水的净化知识综合后迁移到本题中来，这对学生调用知识块的效率和速度提出了高要求。
举一反三：
【变式1】（1）自来水厂用绿矾和氯水一起净水，试用离子方程式和简要的文字叙述原理。
（2）根据水源的情况来确定处理水的化学试剂，下列试剂中：①Cl2；②NaClO；③Ca(ClO)2；④Ca(OH)2；⑤O3；⑥明矾溶液；⑦Fe(OH)xCl(3―x)。能用来使水消毒的是________；能用来使水净化的是________。
【答案】（1）2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl―，Cl2+H2O==H++Cl―+HClO，Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+
HClO能杀菌消毒，Fe(OH)3胶体吸附水中的悬浮杂质。
（2）①②③⑤ ⑥⑦
【变式2】（2019 上海模拟）明矾是一种较好的净水剂，这是因为（ ）。
A．本身有较强的吸附性
B．本身与悬浮杂质生成沉淀
C．Al3+水解呈酸性
D．Al3+水解生成的Al(OH)3有吸附作用
【答案】D
【解析】明矾溶于水电离出Al3+，Al3+水解生成Al(OH)3胶体：Al3++3H2OAl(OH)3（胶体）+3H+，Al(OH)3（胶体）有吸附作用。
类型二：硬水及其软化
例2 三个瓶中分别盛有蒸馏水、暂时硬水和永久硬水，请自选试剂设计一个简单的实验，将其区别开来。
【思路点拨】本题考查硬水、软水及硬水中的暂时硬水和永久硬水等概念问题。需要明确引起硬水中的硬度的因素，再根据必修中学习的元素化合物的知识，鉴别其中的离子。
【答案】取三种水少许分别装于三支试管中，加热，产生沉淀的为暂时硬水。再向剩余二支试管中加肥皂水或Na2CO3溶液，产生白色沉淀的是永久硬度的水。无现象的是蒸馏水。
【解析】暂时硬水中含有较多的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2，加热即有沉淀生成现象；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。
例3（2019 北京海淀）某天然水中含有较多的Ca2+、Mg2+、HCO3－、SO42－等杂质离子，关于此天然水的下列叙述中不正确的是（ ）。
A．天然水具有暂时硬度和永久硬度
B．加入明矾，能除去此天然水中各种杂质离子而使之净化
C．将天然水蒸馏，可得较纯的蒸馏水
D．将天然水通过磺化煤的装置后可使之软化
【思路点拨】本题考查硬水的软化。实质仍然是离子反应、离子共存问题。
【答案】B
【解析】明矾净水是因为Al3+水解生成Al(OH)3胶体，通过电性吸引作用，破坏天然水中胶体杂质的稳定性，使之聚沉，同时，Al(OH)3胶体还能吸附天然水中的悬浮物，达到净水目的，但不能除去各种离子，因此B不正确。
【总结升华】必须掌握各种硬水软化方法的本质，明晰硬水软化的过程。
举一反三：
【变式1】试用化学方法证明某天然水既有暂时硬度又有永久硬度？
【答案】将天然水煮沸，有白色沉淀生成，说明有暂时硬度。过滤，向滤液中加入Na2CO3溶液（注意：若加NaOH溶液，则不能证明由Ca2+引起的永久硬度而结论不确切），若有白色沉淀产生，证明有永久硬度。
类型三：氯碱工业的原理及相关计算
例4 在20℃时氯化钠的溶解度为36.0 g。现取一定量该温度下的饱和氯化钠溶液，用惰性电极电解。当阳极析出11.2 L（标准状况下）气体时，氯化钠完全消耗，所得溶液密度为1.20 g·cm－3。若忽略电极产物在溶液中的溶解，试计算：
（1）电解时所取饱和氯化钠溶液的质量。
（2）电解后溶液中氢氧化钠的物质的量浓度。
【思路点拨】本题考查电解饱和食盐水的原理及其简单计算。需要熟练掌握有关的化学方程式，计算时进行合理忽略。
【答案】（1）221 g （2）6.50 mol·L－1
【解析】阳极析出气体的物质的量
2NaCl+2H2O2NaOH + H2↑ + Cl2↑
2 mol 2 mol 1 mol 1 mol
1 mol 1 mol 0.5 mol 0.5 mol
则电解时消耗食盐水中氯化钠的质量为：1 mol×58.5 g·mol－1=58.5 g，饱和食盐水中溶质的质量分数为：，所以所取饱和食盐水的质量为：。
电解结束后溶液的体积为：，电解后溶液中氢氧化钠的物质的量浓度为。
【总结升华】根据化学方程式的计算必须找出相关量之间的量的关系，要注意上下单位一致，所有单位可以不同。
举一反三：
【变式1】实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：负极：Pb+SO42－==PbSO4+2e－；正极：PbO2+4H++SO42－+2e－==PbSO4+2H2O。今若制得Cl2 0.050 mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是（ ）
A．0.025 mol B．0.050 mol C．0.10 mol D．0.20 mol
【答案】C
【解析】从铅蓄电池放电反应可知，负极、正极反应都要消耗H2SO4，而且1 mol Pb和1 mol PbO2都各消耗1 mol H2SO4并转移2 mol电子。电解时，电源的正极连电解槽的阳极。电解饱和食盐水时，阳极放出Cl2，而且是2 mol Cl－失2 mol电子生成1 mol Cl2；而正极1 mol PbO2得2 mol电子消耗1 mol H2SO4变成1 mol PbSO4；又知正、负极同时消耗同量H2SO4，所以制得0.050 mol Cl2，电池内消耗H2SO4的物质的量为0.10 mol。
【变式2】离子膜法制烧碱示意图如下所示，下列有关说法正确的是（ ）
A．a口进水 B．b口进精制饱和食盐水
C．c口出的Cl－是由b口进入的 D．d口出的是H2
【答案】D
【解析】a口是向阳极室补充的溶液，应为NaCl溶液，b口向阴极室补充水（溶有少量的NaOH），d口出的应是阴极生成的H2。
类型四：海水中元素的提取
例5 工业上从海水中提取溴可采用如下方法：
（1）向海水中通入Cl2，将海水中的溴化物（设为NaBr）氧化，其化学方程式为________________。
（2）向上述混合液中吹入热空气，将生成的溴吹出后用纯碱溶液吸收，其化学方程式为______________。
（3）将（2）所得溶液用H2SO4酸化，使NaBr、NaBrO3中的溴转化为单质溴，再用有机溶剂提取溴后，还可得到副产品Na2SO4，写出这一过程的化学方程式________________。
（4）这样得到的溴中还混有少量Cl2，怎样除去这些Cl2？
【思路点拨】本题考查海水中溴的提取，注意元素提取的实质及其中发生的化学反应。
【答案】（1）2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl
（2）3Na2CO3+3Br2==5NaBr+NaBrO3+3CO2
（3）5NaBr+NaBrO3+3H2SO4==3Na2SO4+3Br2+3H2O
（4）在所得溴中加适量可溶溴化物（如KBr），充分反应后蒸发，再收集溴蒸气。
【解析】（2）Na2CO3溶液显碱性，Br2与碱发生歧化反应生成溴化物，另外生成的是次溴酸盐还是更高价态的溴酸盐呢？由（3）的叙述可知生成的是溴酸盐，CO32―则转化为CO2；（3）Br―、BrO3―和H+作用生成Br2和H2O；（4）要除去液溴中少量Cl2，应加适量KBr固体，使Cl2被转化成难挥发的KCl，再通过蒸发使溴挥发即可。
【总结升华】（1）不能根据卤素与碱的作用推出溴与纯碱溶液作用是发生歧化反应。
（2）未注意信息的整体性，在溴歧化的产物上判断不出产物为BrO3―。
（3）忽略溴的挥发性，简单地认为加热可除溴中的Cl2，或错误地认为只要将Cl2还原即可达到除杂要求，在溴中加入了KBr溶液，并且未进行加热蒸发。
例6 海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可以按照如下步骤：①把贝壳制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶，过滤、干燥产物；④将所得产物熔融后电解。关于提取镁，下列说法不正确的是（ ）
A．此法的优点之一是原料来源丰富
B．进行①②③步操作的目的是从海水中提取氯化镁
C．第④步电解会产生氯气
D．以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、化合反应和置换反应
【思路点拨】本题考查海水中镁元素的提取。注意生产的原理及步骤。
【答案】D
【解析】海水和贝壳来源丰富。①步用于生成氢氧化钙，包括分解和化合两个反应，②步用于生成氢氧化镁，为复分解反应，③步用于制备氯化镁，也是复分解反应，④步为电解熔融氯化镁得到镁，为分解反应。
【总结升华】海水的综合利用一直是研究的重要课题，其中提取镁的有关工业流程已经趋于成熟。涉及的化学反应都是化学中的基本反应。
举一反三：
【变式1】某工厂采用如下步骤从海水中提取镁，①把贝壳制成石灰乳；②在引入海水中加入石灰乳，沉降，过滤，洗涤；③将沉淀物与盐酸反应，结晶，过滤，得到含结晶水的晶体；④将所得晶体在一定条件下加热得到无水氯化镁；⑤电解无水氯化镁．得到金属镁。
（1）请写出步骤①、⑤中发生反应的化学方程式：
①________________。 ⑤________________。
（2）在以上提取镁的过程中，没有涉及的化学反应类型是（ ）
A．分解反应 B．化合反应 C．复分解反应 D．置换反应
（3）已知海水中镁的含量为1.10 mg·L－1，若该工厂每天生产1.00 t镁，则每天至少需要多少升的海水？
【答案】（1）CaCO3CaO+CO2↑ MgCl2Mg+Cl2↑ （2）D
（3）V×1.10 mg·L－1×10―9 t·mg―1=1.00 t，V=9.09×108 L。
【变式2】海水中溴元素以Br形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程，如下图：
（1）步骤①反应的离子方程式是________________。
（2）步骤③反应的化学方程式是________________。
（3）Br的原子序数是________，在周期表中位于________周期________族。
（4）步骤⑤蒸馏的过程中，温度应控制在80～90℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因________。
（5）为什么不直接用“溴水混合物Ⅰ”，而要用“溴水混合物Ⅱ”进行蒸馏，得到液溴？________。
【答案】（1）Cl2+2I―==2Cl―+I2
（2）SO2+Br2+2H2O==H2SO4+2HBr
（3）35 4 ⅦA
（4）温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴气中水增加，温度过低，溴不能完全蒸出，收率低
（5）“溴水化合物Ⅰ”中虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏，处理量大，生产成本高；经过一系列步骤实际上是将溴水浓缩了
【巩固练习】
一、选择题
1．（2019 四川诊断）用自来水养鱼时，通常先将自来水晒一段时间后再注入鱼缸中，目的是（ ）。
A．提高水温 B．增加水中氯气的含量
C．除去水中少量的氯气 D．用紫外线杀死水中的细菌
2．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
3．两个瓶里分别盛有蒸馏水和永久硬水，可用下列哪个方法加以鉴别（ ）
A．观察澄清程度 B．加热煮沸 C．加入明矾 D．加入饱和碳酸钠溶液
4．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+形成的硬度
D．可把部分Mg2+所形成的硬度转化为Ca2+形成的硬度
5．目前从海水中提取食盐的方法主要是利用海水晒盐，它所利用的物质分离方法是（ ）
A．溶解法 B．过滤法 C．结晶法 D．蒸馏法
6．用惰性电极电解未精制的饱和食盐水，食盐水装在U型管内。结果很快在某一电极附近出现食盐水浑浊现象。造成浑浊的难溶物主要是（ ）
A．碳酸镁 B．硫酸钡 C．氢氧化镁 D．碳酸钡
7．用U型管作电解槽，用惰性电极，电解Na2CO3溶液，阳极和阴极所收集气体的体积比为（气体经干燥，并在同温同压下测量）（ ）
A．1∶2 B 2∶1 C．略大于1∶2 D．略大于2∶1
8．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，溶液的pH升高，在电解池底部出现白色沉淀的是（ ）
A．CuSO4 B．Al2(SO4)3 C．MgCl2 D．NaCl
9．做碘升华实验的烧杯，洗涤时可选用（ ）
A．水 B．盐酸 C．烧碱溶液 D．四氯化碳
10．为了保存液溴，可以在试剂瓶中加一些（ ）
A．汽油 B．水 C．四氯化碳 D．氢氧化钠溶液
11．（2019 长沙检测）工业废水中常含有不同类型的污染物，可采用不同的方法处理。以下处理措施和方法正确的是（ ）。
选项
污染物
处理措施
方法类型
A
废酸
加生石灰中和
物理法
B
Cu2+等重金属离子
加硫酸盐沉淀
化学法
C
含苯废水
用活性炭吸附
物理法
D
含纯碱的废水
加石灰水反应
化学法
12．从海水中提取镁，正确的方法是（ ）
A．海水Mg(OH)2Mg
B．海水MgCl2 (aq)—→MgCl2固体Mg
C．海水Mg(OH)2MgOMg
D．海水Mg(OH)2MgCl2 (aq)—→MgCl2Mg
二、填空题
1．化学需氧量（COD）是水体质量的控制项目之一，它是量度水中还原性污染物的重要指标。COD是指用强氧化剂（我国采用K2Cr2O7）处理一定量水样时所消耗的氧化剂的量，并换算成以O2作为氧化剂时，1 L水样所消耗O2的质量（mg·L－1）。现有某废水样品20.00 mL，加入10.00 mL 0.0400 mol·L－1 K2Cr2O7溶液，并加入适量酸和催化剂，加热反应2 h。在指示剂存在下用0.100 mol·L－1 (NH4)2Fe(SO4)2溶液滴定多余的K2Cr2O7，共用去(NH4)2Fe(SO4)2溶液12.00 mL。
（1）计算20.00 mL废水所消耗的K2Cr2O7的物质的量。
（2）计算在废水水样的COD。
（3）在锻造、机械、印染、造纸、电镀、蓄电池等工厂所排放的污水中，COD特别高的是________。
2．在一个U型管里盛有氯化铜溶液，并插入两块锌片作电极，如下图。
（1）如果把电键K接A，那么A是________装置，Zn①极是________极，电极附近的现象________，电极反应式是________________；Zn②极是________极，电极反应式是________________。
（2）上述反应进行5 min后，转换电键K到C，这一装置形成________，Zn①极是________极，电极反应式是________________；Zn②极是________极，电极反应式是________________，电流的方向是从________极流向________极。
（3）上述装置进行2 min后，再转换电键K到B，在Zn②极发生的化学反应是________，Zn①极发生的有关反应是________。
3．已知MgCl2·6H2O晶体在空气中加热时，释放部分结晶水，同时生成Mg(OH)Cl（碱式氯化镁）或生成MgO。下列是关于MgCl2·6H2O的综合应用：
请回答下列问题：
（1）在上图中的括号内填写适当的反应条件。
（2）依据绿色化学的原子经济的概念（即化学反应的原料中每个原子都参与反应并全部转化为产物），203 kg MgCl2·6H2O原料可以获得29.8 kg MgO、________kg 36.5%的盐酸和________kg MgCl2。
4．（2019 北京西城）我国规定饮用水的硬度不能超过25°。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CaO的质量。通常把1 L水中含10 mg CaO称为1°。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）下列各项叙述正确的是（ ）。
A．含碳酸氢镁的暂时硬水，煮沸后Mg2+转化为碳酸镁沉淀
B．由MgSO4和MgCl2引起的硬水，加石灰即可软化
C．若离子交换树脂中Na+全部被Ca2+、Mg2+代替后，可用食盐水浸泡再生
D．用加热法软化暂时硬水属于化学变化，而用离子交换树脂软化硬水属于物理变化
（2）现取某地区的地下水样品25.0 mL用0.0100 mol·L－1 Y溶液滴定，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。
（3）如果每次分析取水样都是25.0 mL，为了便于计算，要求每消耗0.50 mL Y溶液即相当水的硬度为1°，则Y溶液的物质的量浓度应为多少？
【参考答案与解析】
一、选择题
1．C
【解析】自来水中残留有Cl2，Cl2有毒，会使鱼类中毒。经日光曝晒时，Cl2和H2O反应生成HClO，HClO见光易分解，从而降低有害物质Cl2的含量。
2．D
【解析】A不正确，因为检验硬水的实质是检验是否含有大量的Ca2+、Mg2+。加入BaCl2只能检验SO42－，不能检验Ca2+、Mg2+；B不正确，因为用加热煮沸的办法只能检验是否为暂时硬水；C不正确，因为Ca(OH)2微溶于水，加入NaOH只能检验出Mg2+，不能检验Ca2+；D正确，因为Ca2+、Mg2+可以和肥皂的主要成分硬脂酸钠[Na(C18H35O2)]反应生成沉淀[Ca(C18H35O2)2]
3．D
【解析】蒸馏水和永久硬水在外观上都是澄清透明的，所以A不正确。加热煮沸的方法只能使暂时硬水出现沉淀，不能使永久硬水出现沉淀，所以B也错误。向蒸馏水和永久硬水中分别加明矾，都不会有沉淀出现，C错误。D正确，因为永久硬水中含有钙、镁离子，加入饱和碳酸钠溶液后有沉淀生成
4．D
【解析】Mg2++2OH－==Mg(OH)2↓，所以加入石灰水的作用是除去Mg2+，但是在加入石灰时，同时也引入了Ca2+，所以水的硬度没有降低
5．C
6．C
【解析】阴极生成的NaOH与溶液中的Mg2+生成了Mg(OH)2沉淀
7．C
【解析】电解Na2CO3溶液相当于电解水，电解水阳极上产生的氧气与阴极上产生的氢气的体积比为1∶2，但要注意，电解池为U型管，阳极上OH―离子放电后导致阳极区H+的增多，会与CO32―产生一些CO2气体，所以答案应为C
8．C
【解析】电解CuSO4，阳极上水电离产生的OH―放电，阴极上Cu2+得电子，电解一段时间后，溶液的pH降低，A错误。电解Al2(SO4)3，相当于电解水，不会出现沉淀，B错误。电解MgCl2，阳极上Cl―失电子，阴极上水电离产生的H+得电子，这样水电离产生的OH―就和Mg2+结合生成白色沉淀，原来MgCl2水解显酸性，随着电解的进行，MgCl2消耗，溶液的pH升高，C正确。电解NaCl溶液，不会出现白色沉淀，D错误
9．CD
【解析】碘与烧碱溶液易发生反应生成易溶于水的碘化物等，故可用烧碱溶液洗涤。碘易溶于四氯化碳，故可用四氯化碳洗涤。碘在水中溶解度不大，与盐酸不发生反应，故很难用水或盐酸洗净
10．B
【解析】不可加入有机溶剂，因为Br2在有机溶剂中溶解度大，对Br2的挥发不起封盖作用，况且CCl4密度大，沉在液体底部。更不能加入NaOH (aq)，因为Br2易与NaOH反应：2NaOH+Br2==NaBr+NaBrO+H2O
11．C
【解析】废酸与碱中和属于化学法，A项错；Cu2+不能用硫酸盐沉降，B项错；活性炭吸收苯是利用了活性炭的吸附性，是物理法，C项正确；Na2CO3+Ca(OH)2==CaCO3↓+2NaOH，生成强碱NaOH，废水的碱性增强，D项错误。
12．D
【解析】海水中的Mg2+用廉价的石灰乳富集成为Mg(OH)2，再用盐酸使其转化为MgCl2，电解熔融的MgCl2即可得到Mg。要注意MgO熔点很高，电解熔融的MgO不现实
二、填空题
1．（1）2.000×10－4 mol （2）COD=180 mg·L－1 （3）印刷厂、造纸厂
【解析】（1）根据得失电子数相等可得：20.00 mL废水所消耗的K2Cr2O7的物质的量为：(10.00×10－3 L×0.0400 mol·L－1×2×3－0.100 mol·L－1×12.00×10－3 L×1)××=2.000×10－4 mol。
（2）根据得失电子数相等进行换算，COD=
2．（1）电解 阳 锌片逐渐溶解 Zn―2e―==Zn2+ 阴 Cu2++2e―==Cu
（2）原电池 负 Zn―2e―==Zn2+ 正 Cu2++2e―==Cu Zn② Zn①
（3）电化腐蚀、Zn极：Zn―2e―==Zn2+；Cu极：Cu2++2e―==Cu Zn①：Zn+CuCl2==ZnCl2+Cu
3．（1）在干燥的氯化氢气流中加热 （2）149 24.2
【解析】（1）由题意：MgCl2+H2OMg(OH)Cl+HCl，Mg(OH)Cl==MgO+HCl↑，如MgCl2·6H2O晶体直接加热则会发生上述反应，通入HCl气体要抑制MgCl2的上述反应。（2），n (HCl)=2n (MgO)=745 mol×2=1490 mol，，根据质量守恒：m (MgCl2)=203 kg―29.8 kg―149 kg=24.2 kg。或n (MgCl2)=1000 mol―745 mol=255 mol，m (MgCl2)=255 mol×95 g·mol―1=24225 g=24.2 kg
4．（1）c
（2）水的硬度为33.6°，因超过25°，故不符合饮用水标准。
（3）Y溶液的浓度应为8.93×10－3 mol·L－1。
【解析】（1）暂时硬水在加热煮沸时，碳酸氢钙转化为碳酸钙，碳酸氢镁转化为氢氧化镁，故A错。由Mg2+引起的硬水，在加入石灰时，Mg2+生成了Mg(OH)2沉淀，但是也引入了Ca2+，硬度并未减小，故B错。用加热法软化暂时硬水属于化学变化，用离子交换树脂软化硬水也是化学变化，故D错。（2）Y跟Ca2+和Mg2+都以等物质的量完全反应，则水的硬度以Ca2+计时，n（CaO）=n（Ca2+）=n（Y）=0.010 0 mol·L－1×15.0×10－3 L=1.50×10－4 mol。m（CaO）=56 g·mol－1×1.50×10－4 mol=8.4×10－3 g=8.4 mg，水的硬度，因超过25°，故不符合饮用水标准。（3）设Y溶液的浓度为c，则有(0.0100 mol·L－1×15.0×10－3)∶33.6=(c×0.50×10－3 L)∶1，c=8.93×10－3 mol·L－1。
【学习目标】
1、通过学习天然水的净化和污水处理的几种方法，知道化学在水处理中的应用；
2、了解海水的综合利用，从中认识和体会化学科学发展对自然资源开发、利用的重要意义。
【要点梳理】
要点一、天然水的净化【 化学与资源开发利用#天然水的净化】
1．消除悬浮物
常用的方法有自然沉淀、混凝沉淀和过滤。
（1）自然沉淀：水中的悬浮物质，在水流速度减慢或静止时，由于本身的重力而沉淀，使水得到初步澄清，叫做自然沉淀。多用在浑浊度高的地面水。
（2）混凝沉淀
①原理：当加入硫酸铝等化学混凝剂时，铝离子水解生成Al(OH)3胶体，Al(OH)3胶体具有强大的吸附能力，能吸附悬浮物质而迅速沉降。
②混凝剂（又叫化学沉降剂）
混凝剂：目前常用的混凝剂有金属盐类（铝盐、铁盐、碱式氯化铝）和高分子（聚合氯化铝）两类混凝剂。
铝盐有明矾（十二水合硫酸铝钾）（化学式为KAl(SO4)2·12H2O）、硫酸铝（化学式为Al2(SO4)2），铁盐有硫酸亚铁或绿矾（化学式为FeSO4、FeSO4·7H2O）、三氯化铁等。
碱式氯化铝（又名羟基氯化铝）是一种高效净化剂，具有使用方便、用量少、混凝效果好的特点。
（3）过滤
过滤是使水通过滤料而得到净化。常用的滤料是沙，所以也叫做沙滤。
过滤净水的原理主要有二：①隔滤作用：水中悬浮杂质颗粒大于砂层的孔隙者，因不能通过滤层而被阻留；②沉淀和吸附作用：水中的胶体粒子、细菌等，当通过过滤层时大多能沉淀在过滤层表层上，过滤层表层因胶体物质和细菌的沉淀而形成胶质的生物膜，它具有吸附能力，可吸附水中微小粒子。
2．消毒
为了确保饮用水的安全，水经净化后还必须进行消毒。饮用水的消毒方法很多，主要有两大类：一是物理法，如煮沸、紫外线照射、超声波杀菌等；二是化学法，是往水中投加各种消毒剂，如氯、臭氧、高锰酸钾、碘、溴等氧化剂和某些金属离子。目前我国广泛采用的是氯化消毒法。氯化消毒法是用液氯或含有效氯的化合物进行消毒的方法。
（1）氯化消毒剂：常用的有漂白粉、漂白粉精[有效成分是Ca(ClO)2]、液态氯、氯胺（NH2Cl和NHCl2）等几种。
（2）氯化消毒的原理
各种氯化消毒剂在水中都能水解生成次氯酸（HClO）。次氯酸是一种强氧化剂，有渗透细菌膜的能力，能使细菌体内的多种酶系统被氧化而破坏，使细菌的糖代谢发生障碍而死亡。常用的氯化消毒剂在水中产生次氯酸的反应如下：
Cl2+H2O==HCl+HClO
2NaClO+CO2+H2O==Na2CO3+2HCIO；Ca(ClO)2+CO2+H2O==CaCO3↓+2HClO
（3）其他消毒法
①紫外线消毒法：紫外线具有杀菌能力。紫外线消毒饮用水时，水层的深度不宜超过30 cm，每次的持续照射时间不应少于1 mm，所以大量供水的自来水厂难以采用。
②臭氧消毒法：臭氧（O3）具有很强的氧化和杀菌能力，还可除去水中的色、臭、味。本法的主要缺点是耗电量大、费用高、无持续杀菌作用。自来水厂很少采用。
（4）除去味道和气味
除去水中不良味道和气味的方法之一，是让水通过由细小活性炭颗粒组成的滤床。这些炭粒的巨大表面积足以吸附大量的各种杂质。杂质被炭粒吸附于表面。如果杂质是氯，可发生下列反应：2Cl2+C+2H2O==CO2+4H++4Cl－。通过该反应，含氯的软水中的氯味可能全部消除。
要点诠释：水的净化流程：
要点二、硬水软化【 化学与资源开发利用#硬水软化】
1．硬水和软水
通常把溶有较多的钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+）的水，叫做硬水。
只溶有少量或不含钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+）的水，叫做软水。
硬水中的钙盐、镁盐能与肥皂（硬脂酸钠）作用，生成不溶性的硬脂酸盐，降低肥皂的去污能力。因此硬水中加入肥皂水，泡沫较少，而且出现絮状沉淀。而软水中加入肥皂水则产生较多泡沫，且没有沉淀生成。
2．暂时硬度和永久硬度
若水的硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁所引起的，这种硬度叫做暂时硬度。
若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。
要点诠释：（1）水的硬度以水中溶有Ca2+、Mg2+的多少来衡量。水的硬度是天然水固有的内在特征，不存在没有硬度的天然水。
（2）一般所说的水的硬度是指暂时硬度和永久硬度的总和。
（3）天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。
（4）为保证人们身体健康，我国饮用水的硬度统一规定为不超过25°。
3．硬水软化
（1）煮沸法（只适用于暂时硬度的硬水）
具有暂时硬度的水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙就分解而生成不溶性的碳酸钙：
Ca(HCO3)2 CaCO3↓+H2O+CO2↑
水里所含的碳酸氢镁先形成难溶于水的碳酸镁沉淀。
Mg(HCO3)2 MgCO3↓+H2O+CO2↑
继续加热煮沸，MgCO3会与水反应，生成更难溶的Mg(OH)2沉淀：
MgCO3+H2O Mg(OH)2↓+CO2↑
要点诠释：A、水垢的主要成分为CaCO3和Mg(OH)2。
B、MgCO3在加热煮沸过程中能发生水解反应。由于水解生成的Mg(OH)2沉淀溶解度比MgCO3的溶解度更小，又有CO2气体生成，使水解反应趋于完全，所以MgCO3沉淀转化为Mg(OH)2沉淀。
（2）药剂软化法（石灰纯碱法）
在这种方法中，暂时硬度加入石灰就可以完全消除，HCO3－都被转化成CO32－。而镁的永久硬度在石灰的作用下会转化为等物质的量的钙的硬度，最后被去除。反应过程中，镁都是以氢氧化镁的形式沉淀，而钙都是以碳酸钙的形式沉淀。
Ca2+ (aq)——石灰一苏打法—→—一CaCO3 (s)
Mg2+ (aq)——石灰一苏打法—→Mg(OH)2 (s)
（3）离子交换法
①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，使水得到软化。
②离子交换剂：现在常用作离子交换剂的离子交换树脂是一类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。
③发生的反应为：2NaR+Ca2+==CaR2+2Na+，
2NaR+Mg2+==MgR2+2Na+。
③离子交换树脂的再生
离子交换树脂使用一段时间后就失去了软化硬水的能力。常用5％～8％ NaCl溶液浸泡，CaR2和MgR2跟Na+发生交换作用重新生成NaR，从而又恢复了磺化煤软化硬水的能力：CaR2+2Na+===2NaR+Ca2+，这个过程叫再生。
④离子交换法的优点
离子交换法比药剂软化法质量高，设备简单，占用面积小，操作方便。
要点诠释：石灰纯碱法软化硬水的原理是什么？
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2==2CaCO3↓+2H2O；Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2==2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2O
由此可见，石灰水可以消除暂时硬度。
CaCl2+Na2CO3==CaCO3↓+2NaCl
MgSO4+Ca(OH)2==Mg(OH)2↓+CaSO4；CaSO4+Na2CO3==CaCO3↓+Na2SO4
加入石灰水可使永久硬水中的Mg2+形成的硬度转化成Ca2+所形成的硬度；再加入纯碱则可除去Ca2+，从而使硬水软化。
用石灰纯碱法软化水的操作次序不能颠倒，如果颠倒，则Ca2+所形成的硬度不能除去。
要点三、污水处理要点【 化学与资源开发利用#污水处理】
1．废水处理技术
废水排放是引起水污染的一个重要方面，目前采用的污水处理基本方法：
废水处理是用物理、化学或生物方法，或几种方法配合使用以去除废水中的有害物质，按照水质状况及处理后出水的去向确定其处理程度，废水处理一般可分为一级、二级和三级处理。
一级处理通常采用物理方法，即用格栅间、筛网、沉沙池、沉淀池、隔油池等构筑物，去除废水中的固体悬浮物、浮油，初步调整pH，减轻废水的腐化程度。废水经一级处理后，一般达不到排放标准（BOD去除率仅25％～40％）。故通常为预处理阶段，以减轻后续处理工序的负荷和提高处理效果。
二级处理是采用生物方法及某些化学方法，除废水中的可降解有机物和部分胶体污染物。经过二级处理后，废水中BOD的去除率可达80％～90％，即BOD含量可低于30 mg／L。经过二级处理后的水，一般可达到农灌标准和废水排放标准，故二级处理是废水处理的主体。
但经过二级处理的水中还存留一定量的悬浮物、生物不能分解的溶解性有机物、溶解性无机物和氮磷等藻类增值营养物，并含有病毒和细菌。因而不能满足要求较高的排放标准，如处理后排入流量较小、稀释能力较差的河流就可能引起污染，也不能直接用作自来水、工业用水和地下水的补给水源。
三级处理是进一步去除二级处理未能去除的污染物，如磷、氮及生物难以降解的有机污染物、无机污染物、病原体等。废水的三级处理是在二级处理的基础上，进一步采用化学法（化学氧化、化学沉淀等）、物理化学法（吸附、离子交换、膜分离技术等）以除去某些特定污染物的一种“深度处理”方法。
2．污水处理的化学方法
（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。如用熟石灰来中和钢铁厂、电镀厂等产生的酸性废水；用硫酸或二氧化碳中和造纸厂等产生的碱性废水等。
（2）沉淀法：对于含有重金属离子的工业废水，可以利用化学物质作为沉淀剂，与金属离子反应生成沉淀而析出，从废水中分离出来。如废水中的一些重金属离子常用Na2S来除去。Hg2++S2－==HgS↓，Cu2++S2－=CuS↓，Pb2++S2－==PbS↓。
要点四、海水淡化
海水淡化的方法，基本上分为两大类：
（1）从海水中取淡水，有蒸馏法、反渗透法、冷冻法。
（2）除去海水中的盐分，有电渗析法、离子交换法。
目前应用第一类方法为主。
1．蒸馏法
蒸馏法是一种使海水通过加热生成水蒸气，水蒸气再凝结成可饮用的淡水。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。
2．电渗析法
该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5～1.0 mm厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为阳离子交换膜（阳膜）与阴离子交换膜（阴膜）。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室，海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。
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净压称为渗透压。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。它的能耗仅为电渗析法的1／2，蒸馏法的1／40。
4．冷冻法
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，就得到了淡水。
要点五、海水中盐的开发和利用【 化学与资源开发利用#海水资源的开发和利用】
（一）海水制盐——蒸发法（盐田法）
1．原理：在太阳照射后，海水受热使水分蒸发，当各种盐分别达到其饱和浓度时，依次以固态形式析出。
2．作为盐田的条件：有平坦空旷的海滩，且潮汐落差大；气候干燥、多风、少雨；远离江河入海口，避免海水被淡水冲稀。
3．盐田的构成：盐田一般分贮水池、蒸发池和结晶池三部分。
4．过程：晒盐时，利用涨潮把海水引入贮水池，待海水澄清后，使它顺序流经蒸发池各区，经过风吹、日晒，海水逐渐蒸发浓缩，达到一定浓度后，引入结晶池继续浓缩，直至达到饱和析出食盐晶体；分离食盐晶体后所得到的母液叫苦卤，可以综合利用，获得一系列副产品。
（二）食盐资源的利用——氯碱工业
1．电解饱和食盐水反应原理
在NaCl溶液中存在的离子有Na+、H+、Cl－和OH－，通直流电后，带负电的OH－和Cl－向阳极移动，由于此时Cl－比OH－容易失电子，在阳极Cl－被氧化生成Cl2，电极反应：2Cl－－2e－==Cl2↑；带正电的Na+、H+向阴极移动，由于H+比Na+容易得到电子，在阴极H+被还原生成H2，电极反应：2H++2e－==H2↑。
电解饱和食盐水的总反应式为：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，其中阴极区生成H2和NaOH，阳极区生成Cl2。
2．离子交换膜法制烧碱
（1）离子交换膜电解槽的构成
离子交换膜电解槽主要有阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒构成。每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。
（2）阳离子交换膜的作用
阳离子交换膜只允许Na+通过而Cl－、OH－和气体则不能通过，其作用两个：
①防止H2和Cl2混合而发生爆炸；
②避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。
（3）电解精制的饱和食盐水
如上图，精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，放出阴极产物之一湿氢气，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－==H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程
阴极室中进入的是纯水，但要加入少量的NaOH，其目的是增强导电性。
（4）以氯碱工业为基础的化工生产
烧碱是基本化工原料之一，主要用于制造有机化学品、造纸、肥皂、玻璃、纺织印染等。
氯气的用途非常广泛，主要有液氯、盐酸及漂粉精、次氯酸钠等漂白消毒系列产品，大量用于制造有机氯农药，在有机合成方面有更广泛、更大的用途。氢气除用于制盐酸和聚氯乙烯外，另一重大用途是植物油加氢生产硬化油，此外，用于金属的冶炼。
3．食盐水的精制
粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－等杂质，不符合电解要求，电解前必须经过精制。①加入稍过量的BaCl2溶液（使粗盐水中的SO42－形成沉淀）；②加入稍过量的Na2CO3溶液（使粗盐水中的Ca2+和过量的Ba2+形成沉淀）；③加入稍过量的NaOH溶液（使溶液中的Mg2+、Fe3+等形成氢氧化物沉淀）；④过滤；⑤加入适量的HCl（调节溶液的pH并除去CO32－）；⑥通过阳离子交换树脂（除去溶液中残留的Ca2+、Mg2+等金属离子）。有关反应离子方程式：
Ba2++SO42－==BaSO4↓；CO32－+Ba2+==BaCO3↓
Ca2++CO32－==CaCO3↓；Mg2++2OH－==Mg(OH)2↓
Fe3++3OH－==Fe(OH)3↓；CO32－+2H+==CO2↑+H2O
这样得到的盐水仍含有少量Ca2+、Mg2+等金属离子，还需要通过阳离子交换树脂进一步除去。
注意事项：①Na2CO3溶液一定要在BaCl2溶液后加入，不然Ba2+不能除去；②盐酸一定要在Na2CO3溶液后加入，不然CO32－不能除去；③在加盐酸之前，一定要过滤。否则，沉淀又会转化为杂质离子。
要点六、海水提溴
1．原理
（1）氯化：用氯水将海水中的Br―氧化，使其变成Br2。离子方程式为：Cl2+2Br―=2Cl―+Br2
（2）吹出：当海水中的Br―被氧化成Br2以后，用空气将其吹出。
（3）吸收：用空气吹出的溴和空气混合在一起，不容易分离。可用SO2作还原剂，使Br2转化为氢溴酸，再用氯气将其氧化得到溴产品。有关化学方程式为SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4 Cl2+2Br―=2Cl―+Br2
2．流程
特别提示
从海带中提取碘：
主要化学原理：Cl2+2KI==2KCl+I2。
要点七、海水提镁
从海水中提取镁，最基本的方法就是往海水里加碱，得到氢氧化镁沉淀，将沉淀分离出来后，再加入盐酸把它变成氯化镁，经过干燥、电解即可得到金属镁。
1．从海水中提取镁的流程
2．有关反应的化学方程式如下：
MgCl2+Ca(OH)2==Mg(OH)2↓+CaCl2；Mg(OH)2+2HCl==MgCl2+2H2O
MgCl2·6H2O MgCl2+6H2O↑；MgCl2Mg+Cl2↑
特别提示
（1）海水和海边的贝壳等原料价格低廉且取之不竭。
（2）电解产生的氯气用于制盐酸，循环使用。
要点八、从海水中提取重水
1．重水：氢的同位素氘（）又叫重氢，化学符号为D。由重氢和氧化合而成的水叫做重水（D2O）。重水可作原子反应堆的中子减速剂和传热介质。
2．从海水中提取重水：提取重水的方法有蒸馏法、电解法、化学交换法和吸附法等。较为常见的是化学法，其中的一种是硫化氢——水双温交换法。反应为：
H2O (l)+HDS (g)==HDO (l)+H2S (g)。
【典型例题】
类型一：水的净化处理
例1 我国规定饮用水质量标准必须符合下列要求：
pH
6.5～8.5
Ca2+、Mg2+总浓度
＜0.0045 mol·L－1
细菌总数
＜100个／mL
以下是源水处理成自来水的工艺流程示意图：
（1）源水中含Ca2+、Mg2+、HCO3―、Cl―等，加入石灰后生成Ca(OH)2，进而发生若干复分解反应，写出其中一个离子方程式：________________。
（2）混凝剂除去悬浮固体颗粒的过程________。（填写编号）
①只是物理过程；②只是化学过程；③是物理和化学过程
FeSO4·7H2O是常用的混凝剂，它在水中最终生成________沉淀。
（3）通入二氧化碳的目的是________和________。
（4）气体A的作用是________，这种作用是基于气体A和水反应的产物具有________性。
（5）下列物质中，________可以作为气体A的代用品。（填写编号）
①Ca(ClO)2；②NH3（液）；③K2FeO4；④SO2
【思路点拨】本题考查水的净化及其初步处理方法。需要明确水中的杂质及其处理步骤，反应的原理及其对应的化学方程式，将所学的知识综合运用，同时考查学生对教材延伸知识点的掌握。
【答案】（1）HCO3―+OH―==CO32―+H2O Mg2++2OH―==Mg(OH)2↓ Ca2++HCO3―+OH―==CaCO3↓+H2O
（2）③ 胶状Fe(OH)3 （3）除去Ca2+ 调节pH
（4）杀菌消毒 强氧化 （5）①③
【解析】（2）凝聚剂加入水中一般先发生水解（化学过程），生成的胶状物吸附悬浮物（物理过程）。
（3）加入二氧化碳可以除去过量的Ca(OH)2，其作用是除去Ca2+和调节pH。
（4）除去水中的悬浮物后，就必须对水进行消毒。所以通入气体A的作用定为杀菌消毒（如可通入氯气），显然是利用气体A跟水反应的产物具有强氧化性。
（5）根据（4）的分析，作为气体A的代用品必须具有强氧化性，对照选项，可得答案为①③。
【总结升华】本题注重考核学生对基础知识理解的深度，要求学生在所学化学知识的基础上会思考、会分析，能用好知识、用活知识。本题能把学科知识与社会、生产、生活情景相互沟通，使学生体会到学有所获、学有所用。试题还要求学生在解题过程中善于调用已形成的知识网络，把水的净化知识综合后迁移到本题中来，这对学生调用知识块的效率和速度提出了高要求。
举一反三：
【变式1】（1）自来水厂用绿矾和氯水一起净水，试用离子方程式和简要的文字叙述原理。
（2）根据水源的情况来确定处理水的化学试剂，下列试剂中：①Cl2；②NaClO；③Ca(ClO)2；④Ca(OH)2；⑤O3；⑥明矾溶液；⑦Fe(OH)xCl(3―x)。能用来使水消毒的是________；能用来使水净化的是________。
【答案】（1）2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl―，Cl2+H2O==H++Cl―+HClO，Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+
HClO能杀菌消毒，Fe(OH)3胶体吸附水中的悬浮杂质。
（2）①②③⑤ ⑥⑦
【变式2】（2019 上海模拟）明矾是一种较好的净水剂，这是因为（ ）。
A．本身有较强的吸附性
B．本身与悬浮杂质生成沉淀
C．Al3+水解呈酸性
D．Al3+水解生成的Al(OH)3有吸附作用
【答案】D
【解析】明矾溶于水电离出Al3+，Al3+水解生成Al(OH)3胶体：Al3++3H2OAl(OH)3（胶体）+3H+，Al(OH)3（胶体）有吸附作用。
类型二：硬水及其软化
例2 三个瓶中分别盛有蒸馏水、暂时硬水和永久硬水，请自选试剂设计一个简单的实验，将其区别开来。
【思路点拨】本题考查硬水、软水及硬水中的暂时硬水和永久硬水等概念问题。需要明确引起硬水中的硬度的因素，再根据必修中学习的元素化合物的知识，鉴别其中的离子。
【答案】取三种水少许分别装于三支试管中，加热，产生沉淀的为暂时硬水。再向剩余二支试管中加肥皂水或Na2CO3溶液，产生白色沉淀的是永久硬度的水。无现象的是蒸馏水。
【解析】暂时硬水中含有较多的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2，加热即有沉淀生成现象；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。
例3（2019 北京海淀）某天然水中含有较多的Ca2+、Mg2+、HCO3－、SO42－等杂质离子，关于此天然水的下列叙述中不正确的是（ ）。
A．天然水具有暂时硬度和永久硬度
B．加入明矾，能除去此天然水中各种杂质离子而使之净化
C．将天然水蒸馏，可得较纯的蒸馏水
D．将天然水通过磺化煤的装置后可使之软化
【思路点拨】本题考查硬水的软化。实质仍然是离子反应、离子共存问题。
【答案】B
【解析】明矾净水是因为Al3+水解生成Al(OH)3胶体，通过电性吸引作用，破坏天然水中胶体杂质的稳定性，使之聚沉，同时，Al(OH)3胶体还能吸附天然水中的悬浮物，达到净水目的，但不能除去各种离子，因此B不正确。
【总结升华】必须掌握各种硬水软化方法的本质，明晰硬水软化的过程。
举一反三：
【变式1】试用化学方法证明某天然水既有暂时硬度又有永久硬度？
【答案】将天然水煮沸，有白色沉淀生成，说明有暂时硬度。过滤，向滤液中加入Na2CO3溶液（注意：若加NaOH溶液，则不能证明由Ca2+引起的永久硬度而结论不确切），若有白色沉淀产生，证明有永久硬度。
类型三：氯碱工业的原理及相关计算
例4 在20℃时氯化钠的溶解度为36.0 g。现取一定量该温度下的饱和氯化钠溶液，用惰性电极电解。当阳极析出11.2 L（标准状况下）气体时，氯化钠完全消耗，所得溶液密度为1.20 g·cm－3。若忽略电极产物在溶液中的溶解，试计算：
（1）电解时所取饱和氯化钠溶液的质量。
（2）电解后溶液中氢氧化钠的物质的量浓度。
【思路点拨】本题考查电解饱和食盐水的原理及其简单计算。需要熟练掌握有关的化学方程式，计算时进行合理忽略。
【答案】（1）221 g （2）6.50 mol·L－1
【解析】阳极析出气体的物质的量
2NaCl+2H2O2NaOH + H2↑ + Cl2↑
2 mol 2 mol 1 mol 1 mol
1 mol 1 mol 0.5 mol 0.5 mol
则电解时消耗食盐水中氯化钠的质量为：1 mol×58.5 g·mol－1=58.5 g，饱和食盐水中溶质的质量分数为：，所以所取饱和食盐水的质量为：。
电解结束后溶液的体积为：，电解后溶液中氢氧化钠的物质的量浓度为。
【总结升华】根据化学方程式的计算必须找出相关量之间的量的关系，要注意上下单位一致，所有单位可以不同。
举一反三：
【变式1】实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：负极：Pb+SO42－==PbSO4+2e－；正极：PbO2+4H++SO42－+2e－==PbSO4+2H2O。今若制得Cl2 0.050 mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是（ ）
A．0.025 mol B．0.050 mol C．0.10 mol D．0.20 mol
【答案】C
【解析】从铅蓄电池放电反应可知，负极、正极反应都要消耗H2SO4，而且1 mol Pb和1 mol PbO2都各消耗1 mol H2SO4并转移2 mol电子。电解时，电源的正极连电解槽的阳极。电解饱和食盐水时，阳极放出Cl2，而且是2 mol Cl－失2 mol电子生成1 mol Cl2；而正极1 mol PbO2得2 mol电子消耗1 mol H2SO4变成1 mol PbSO4；又知正、负极同时消耗同量H2SO4，所以制得0.050 mol Cl2，电池内消耗H2SO4的物质的量为0.10 mol。
【变式2】离子膜法制烧碱示意图如下所示，下列有关说法正确的是（ ）
A．a口进水 B．b口进精制饱和食盐水
C．c口出的Cl－是由b口进入的 D．d口出的是H2
【答案】D
【解析】a口是向阳极室补充的溶液，应为NaCl溶液，b口向阴极室补充水（溶有少量的NaOH），d口出的应是阴极生成的H2。
类型四：海水中元素的提取
例5 工业上从海水中提取溴可采用如下方法：
（1）向海水中通入Cl2，将海水中的溴化物（设为NaBr）氧化，其化学方程式为________________。
（2）向上述混合液中吹入热空气，将生成的溴吹出后用纯碱溶液吸收，其化学方程式为______________。
（3）将（2）所得溶液用H2SO4酸化，使NaBr、NaBrO3中的溴转化为单质溴，再用有机溶剂提取溴后，还可得到副产品Na2SO4，写出这一过程的化学方程式________________。
（4）这样得到的溴中还混有少量Cl2，怎样除去这些Cl2？
【思路点拨】本题考查海水中溴的提取，注意元素提取的实质及其中发生的化学反应。
【答案】（1）2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl
（2）3Na2CO3+3Br2==5NaBr+NaBrO3+3CO2
（3）5NaBr+NaBrO3+3H2SO4==3Na2SO4+3Br2+3H2O
（4）在所得溴中加适量可溶溴化物（如KBr），充分反应后蒸发，再收集溴蒸气。
【解析】（2）Na2CO3溶液显碱性，Br2与碱发生歧化反应生成溴化物，另外生成的是次溴酸盐还是更高价态的溴酸盐呢？由（3）的叙述可知生成的是溴酸盐，CO32―则转化为CO2；（3）Br―、BrO3―和H+作用生成Br2和H2O；（4）要除去液溴中少量Cl2，应加适量KBr固体，使Cl2被转化成难挥发的KCl，再通过蒸发使溴挥发即可。
【总结升华】（1）不能根据卤素与碱的作用推出溴与纯碱溶液作用是发生歧化反应。
（2）未注意信息的整体性，在溴歧化的产物上判断不出产物为BrO3―。
（3）忽略溴的挥发性，简单地认为加热可除溴中的Cl2，或错误地认为只要将Cl2还原即可达到除杂要求，在溴中加入了KBr溶液，并且未进行加热蒸发。
例6 海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可以按照如下步骤：①把贝壳制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶，过滤、干燥产物；④将所得产物熔融后电解。关于提取镁，下列说法不正确的是（ ）
A．此法的优点之一是原料来源丰富
B．进行①②③步操作的目的是从海水中提取氯化镁
C．第④步电解会产生氯气
D．以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、化合反应和置换反应
【思路点拨】本题考查海水中镁元素的提取。注意生产的原理及步骤。
【答案】D
【解析】海水和贝壳来源丰富。①步用于生成氢氧化钙，包括分解和化合两个反应，②步用于生成氢氧化镁，为复分解反应，③步用于制备氯化镁，也是复分解反应，④步为电解熔融氯化镁得到镁，为分解反应。
【总结升华】海水的综合利用一直是研究的重要课题，其中提取镁的有关工业流程已经趋于成熟。涉及的化学反应都是化学中的基本反应。
举一反三：
【变式1】某工厂采用如下步骤从海水中提取镁，①把贝壳制成石灰乳；②在引入海水中加入石灰乳，沉降，过滤，洗涤；③将沉淀物与盐酸反应，结晶，过滤，得到含结晶水的晶体；④将所得晶体在一定条件下加热得到无水氯化镁；⑤电解无水氯化镁．得到金属镁。
（1）请写出步骤①、⑤中发生反应的化学方程式：
①________________。 ⑤________________。
（2）在以上提取镁的过程中，没有涉及的化学反应类型是（ ）
A．分解反应 B．化合反应 C．复分解反应 D．置换反应
（3）已知海水中镁的含量为1.10 mg·L－1，若该工厂每天生产1.00 t镁，则每天至少需要多少升的海水？
【答案】（1）CaCO3CaO+CO2↑ MgCl2Mg+Cl2↑ （2）D
（3）V×1.10 mg·L－1×10―9 t·mg―1=1.00 t，V=9.09×108 L。
【变式2】海水中溴元素以Br形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程，如下图：
（1）步骤①反应的离子方程式是________________。
（2）步骤③反应的化学方程式是________________。
（3）Br的原子序数是________，在周期表中位于________周期________族。
（4）步骤⑤蒸馏的过程中，温度应控制在80～90℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因________。
（5）为什么不直接用“溴水混合物Ⅰ”，而要用“溴水混合物Ⅱ”进行蒸馏，得到液溴？________。
【答案】（1）Cl2+2I―==2Cl―+I2
（2）SO2+Br2+2H2O==H2SO4+2HBr
（3）35 4 ⅦA
（4）温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴气中水增加，温度过低，溴不能完全蒸出，收率低
（5）“溴水化合物Ⅰ”中虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏，处理量大，生产成本高；经过一系列步骤实际上是将溴水浓缩了
【巩固练习】
一、选择题
1．（2019 四川诊断）用自来水养鱼时，通常先将自来水晒一段时间后再注入鱼缸中，目的是（ ）。
A．提高水温 B．增加水中氯气的含量
C．除去水中少量的氯气 D．用紫外线杀死水中的细菌
2．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
3．两个瓶里分别盛有蒸馏水和永久硬水，可用下列哪个方法加以鉴别（ ）
A．观察澄清程度 B．加热煮沸 C．加入明矾 D．加入饱和碳酸钠溶液
4．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+形成的硬度
D．可把部分Mg2+所形成的硬度转化为Ca2+形成的硬度
5．目前从海水中提取食盐的方法主要是利用海水晒盐，它所利用的物质分离方法是（ ）
A．溶解法 B．过滤法 C．结晶法 D．蒸馏法
6．用惰性电极电解未精制的饱和食盐水，食盐水装在U型管内。结果很快在某一电极附近出现食盐水浑浊现象。造成浑浊的难溶物主要是（ ）
A．碳酸镁 B．硫酸钡 C．氢氧化镁 D．碳酸钡
7．用U型管作电解槽，用惰性电极，电解Na2CO3溶液，阳极和阴极所收集气体的体积比为（气体经干燥，并在同温同压下测量）（ ）
A．1∶2 B 2∶1 C．略大于1∶2 D．略大于2∶1
8．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，溶液的pH升高，在电解池底部出现白色沉淀的是（ ）
A．CuSO4 B．Al2(SO4)3 C．MgCl2 D．NaCl
9．做碘升华实验的烧杯，洗涤时可选用（ ）
A．水 B．盐酸 C．烧碱溶液 D．四氯化碳
10．为了保存液溴，可以在试剂瓶中加一些（ ）
A．汽油 B．水 C．四氯化碳 D．氢氧化钠溶液
11．（2019 长沙检测）工业废水中常含有不同类型的污染物，可采用不同的方法处理。以下处理措施和方法正确的是（ ）。
选项
污染物
处理措施
方法类型
A
废酸
加生石灰中和
物理法
B
Cu2+等重金属离子
加硫酸盐沉淀
化学法
C
含苯废水
用活性炭吸附
物理法
D
含纯碱的废水
加石灰水反应
化学法
12．从海水中提取镁，正确的方法是（ ）
A．海水Mg(OH)2Mg
B．海水MgCl2 (aq)—→MgCl2固体Mg
C．海水Mg(OH)2MgOMg
D．海水Mg(OH)2MgCl2 (aq)—→MgCl2Mg
二、填空题
1．化学需氧量（COD）是水体质量的控制项目之一，它是量度水中还原性污染物的重要指标。COD是指用强氧化剂（我国采用K2Cr2O7）处理一定量水样时所消耗的氧化剂的量，并换算成以O2作为氧化剂时，1 L水样所消耗O2的质量（mg·L－1）。现有某废水样品20.00 mL，加入10.00 mL 0.0400 mol·L－1 K2Cr2O7溶液，并加入适量酸和催化剂，加热反应2 h。在指示剂存在下用0.100 mol·L－1 (NH4)2Fe(SO4)2溶液滴定多余的K2Cr2O7，共用去(NH4)2Fe(SO4)2溶液12.00 mL。
（1）计算20.00 mL废水所消耗的K2Cr2O7的物质的量。
（2）计算在废水水样的COD。
（3）在锻造、机械、印染、造纸、电镀、蓄电池等工厂所排放的污水中，COD特别高的是________。
2．在一个U型管里盛有氯化铜溶液，并插入两块锌片作电极，如下图。
（1）如果把电键K接A，那么A是________装置，Zn①极是________极，电极附近的现象________，电极反应式是________________；Zn②极是________极，电极反应式是________________。
（2）上述反应进行5 min后，转换电键K到C，这一装置形成________，Zn①极是________极，电极反应式是________________；Zn②极是________极，电极反应式是________________，电流的方向是从________极流向________极。
（3）上述装置进行2 min后，再转换电键K到B，在Zn②极发生的化学反应是________，Zn①极发生的有关反应是________。
3．已知MgCl2·6H2O晶体在空气中加热时，释放部分结晶水，同时生成Mg(OH)Cl（碱式氯化镁）或生成MgO。下列是关于MgCl2·6H2O的综合应用：
请回答下列问题：
（1）在上图中的括号内填写适当的反应条件。
（2）依据绿色化学的原子经济的概念（即化学反应的原料中每个原子都参与反应并全部转化为产物），203 kg MgCl2·6H2O原料可以获得29.8 kg MgO、________kg 36.5%的盐酸和________kg MgCl2。
4．（2019 北京西城）我国规定饮用水的硬度不能超过25°。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CaO的质量。通常把1 L水中含10 mg CaO称为1°。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）下列各项叙述正确的是（ ）。
A．含碳酸氢镁的暂时硬水，煮沸后Mg2+转化为碳酸镁沉淀
B．由MgSO4和MgCl2引起的硬水，加石灰即可软化
C．若离子交换树脂中Na+全部被Ca2+、Mg2+代替后，可用食盐水浸泡再生
D．用加热法软化暂时硬水属于化学变化，而用离子交换树脂软化硬水属于物理变化
（2）现取某地区的地下水样品25.0 mL用0.0100 mol·L－1 Y溶液滴定，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。
（3）如果每次分析取水样都是25.0 mL，为了便于计算，要求每消耗0.50 mL Y溶液即相当水的硬度为1°，则Y溶液的物质的量浓度应为多少？
【参考答案与解析】
一、选择题
1．C
【解析】自来水中残留有Cl2，Cl2有毒，会使鱼类中毒。经日光曝晒时，Cl2和H2O反应生成HClO，HClO见光易分解，从而降低有害物质Cl2的含量。
2．D
【解析】A不正确，因为检验硬水的实质是检验是否含有大量的Ca2+、Mg2+。加入BaCl2只能检验SO42－，不能检验Ca2+、Mg2+；B不正确，因为用加热煮沸的办法只能检验是否为暂时硬水；C不正确，因为Ca(OH)2微溶于水，加入NaOH只能检验出Mg2+，不能检验Ca2+；D正确，因为Ca2+、Mg2+可以和肥皂的主要成分硬脂酸钠[Na(C18H35O2)]反应生成沉淀[Ca(C18H35O2)2]
3．D
【解析】蒸馏水和永久硬水在外观上都是澄清透明的，所以A不正确。加热煮沸的方法只能使暂时硬水出现沉淀，不能使永久硬水出现沉淀，所以B也错误。向蒸馏水和永久硬水中分别加明矾，都不会有沉淀出现，C错误。D正确，因为永久硬水中含有钙、镁离子，加入饱和碳酸钠溶液后有沉淀生成
4．D
【解析】Mg2++2OH－==Mg(OH)2↓，所以加入石灰水的作用是除去Mg2+，但是在加入石灰时，同时也引入了Ca2+，所以水的硬度没有降低
5．C
6．C
【解析】阴极生成的NaOH与溶液中的Mg2+生成了Mg(OH)2沉淀
7．C
【解析】电解Na2CO3溶液相当于电解水，电解水阳极上产生的氧气与阴极上产生的氢气的体积比为1∶2，但要注意，电解池为U型管，阳极上OH―离子放电后导致阳极区H+的增多，会与CO32―产生一些CO2气体，所以答案应为C
8．C
【解析】电解CuSO4，阳极上水电离产生的OH―放电，阴极上Cu2+得电子，电解一段时间后，溶液的pH降低，A错误。电解Al2(SO4)3，相当于电解水，不会出现沉淀，B错误。电解MgCl2，阳极上Cl―失电子，阴极上水电离产生的H+得电子，这样水电离产生的OH―就和Mg2+结合生成白色沉淀，原来MgCl2水解显酸性，随着电解的进行，MgCl2消耗，溶液的pH升高，C正确。电解NaCl溶液，不会出现白色沉淀，D错误
9．CD
【解析】碘与烧碱溶液易发生反应生成易溶于水的碘化物等，故可用烧碱溶液洗涤。碘易溶于四氯化碳，故可用四氯化碳洗涤。碘在水中溶解度不大，与盐酸不发生反应，故很难用水或盐酸洗净
10．B
【解析】不可加入有机溶剂，因为Br2在有机溶剂中溶解度大，对Br2的挥发不起封盖作用，况且CCl4密度大，沉在液体底部。更不能加入NaOH (aq)，因为Br2易与NaOH反应：2NaOH+Br2==NaBr+NaBrO+H2O
11．C
【解析】废酸与碱中和属于化学法，A项错；Cu2+不能用硫酸盐沉降，B项错；活性炭吸收苯是利用了活性炭的吸附性，是物理法，C项正确；Na2CO3+Ca(OH)2==CaCO3↓+2NaOH，生成强碱NaOH，废水的碱性增强，D项错误。
12．D
【解析】海水中的Mg2+用廉价的石灰乳富集成为Mg(OH)2，再用盐酸使其转化为MgCl2，电解熔融的MgCl2即可得到Mg。要注意MgO熔点很高，电解熔融的MgO不现实
二、填空题
1．（1）2.000×10－4 mol （2）COD=180 mg·L－1 （3）印刷厂、造纸厂
【解析】（1）根据得失电子数相等可得：20.00 mL废水所消耗的K2Cr2O7的物质的量为：(10.00×10－3 L×0.0400 mol·L－1×2×3－0.100 mol·L－1×12.00×10－3 L×1)××=2.000×10－4 mol。
（2）根据得失电子数相等进行换算，COD=
2．（1）电解 阳 锌片逐渐溶解 Zn―2e―==Zn2+ 阴 Cu2++2e―==Cu
（2）原电池 负 Zn―2e―==Zn2+ 正 Cu2++2e―==Cu Zn② Zn①
（3）电化腐蚀、Zn极：Zn―2e―==Zn2+；Cu极：Cu2++2e―==Cu Zn①：Zn+CuCl2==ZnCl2+Cu
3．（1）在干燥的氯化氢气流中加热 （2）149 24.2
【解析】（1）由题意：MgCl2+H2OMg(OH)Cl+HCl，Mg(OH)Cl==MgO+HCl↑，如MgCl2·6H2O晶体直接加热则会发生上述反应，通入HCl气体要抑制MgCl2的上述反应。（2），n (HCl)=2n (MgO)=745 mol×2=1490 mol，，根据质量守恒：m (MgCl2)=203 kg―29.8 kg―149 kg=24.2 kg。或n (MgCl2)=1000 mol―745 mol=255 mol，m (MgCl2)=255 mol×95 g·mol―1=24225 g=24.2 kg
4．（1）c
（2）水的硬度为33.6°，因超过25°，故不符合饮用水标准。
（3）Y溶液的浓度应为8.93×10－3 mol·L－1。
【解析】（1）暂时硬水在加热煮沸时，碳酸氢钙转化为碳酸钙，碳酸氢镁转化为氢氧化镁，故A错。由Mg2+引起的硬水，在加入石灰时，Mg2+生成了Mg(OH)2沉淀，但是也引入了Ca2+，硬度并未减小，故B错。用加热法软化暂时硬水属于化学变化，用离子交换树脂软化硬水也是化学变化，故D错。（2）Y跟Ca2+和Mg2+都以等物质的量完全反应，则水的硬度以Ca2+计时，n（CaO）=n（Ca2+）=n（Y）=0.010 0 mol·L－1×15.0×10－3 L=1.50×10－4 mol。m（CaO）=56 g·mol－1×1.50×10－4 mol=8.4×10－3 g=8.4 mg，水的硬度，因超过25°，故不符合饮用水标准。（3）设Y溶液的浓度为c，则有(0.0100 mol·L－1×15.0×10－3)∶33.6=(c×0.50×10－3 L)∶1，c=8.93×10－3 mol·L－1。