《海水淡化与现代水处理技术》教案1 13页

'《海水淡化与现代水处理技术》教案●课标要求知道化学在水处理中的应用。●课标解读.了解蒸馏法、电渗析法在海水淡化中的应用。．理解离子交换法、膜分离法在硬水软化中的应用。．了解污水处理的常用方法。●教学地位海水资源非常丰富，为化工生产提供了廉价的原料。《课程标准》中明确要求：知道化学在水处理中的应用。天然水的净化、硬水的软化、污水的处理均是高考的热点，也是化工生产中“三废”中废水处理方法的重要内容。●新课导入建议年月日是第二十一届“世界水日”，月～日是第二十六届“中国水周”。联合国确定的“世界水日”主题是“水与粮食安全”。我国纪念“世界水日”和开展“中国水周”活动的宣传主题为“大力加强农田水利，保障国家粮食安全”。你节约用水了吗？●教学流程设计课前预习安排：看教材－，填写[课前自主导学]，并完成[思考交流]。⇒步骤：导入新课，本课时教学地位分析。⇒步骤：建议对[思考交流]进行提问，反馈学生预习效果。⇒步骤：师生互动完成探究，可利用[问题导思]的设问作为主线。⇓步骤：通过[例]和教材－“离子交换法”的讲解研析，对“探究，硬水的软化”中注意的问题进行总结。⇐步骤：师生互动完成“探究”。⇐步骤：指导学生自主完成[变式训练]和[当堂双基达标]第题。⇐步骤：通过[例]和教材－“海水淡化”的讲解研析，对“探究，海水淡化的方法”中注意的问题进行总结。⇓步骤：指导学生自主完成[变式训练]和[当堂双基达标]中的第题及～题。⇒步骤：引导学生自主总结本课时知识框架，然后对照[课堂小结]。安排课下作业完成[课后知能检测]。课　标　解　读重　点　难　点.认识海水淡化的重要意义，了解海水淡化的方法。 .了解离子交换法和膜分离法的原理和应用。.了解水污染及其处理技术。.培养节约用水、保护水资源的意识。.天然水净化和污水处理的化学原理及工艺流程。(重点).硬水的软化。(重难点).中和法、沉淀法在污水处理中的应用。(难点)海水淡化.蒸馏法是将水加热至°蒸发汽化，然后将蒸汽冷凝而得到蒸馏水的方法。蒸馏法的特点是设备结构简单、易操作、淡水质量好，缺点是能耗大。．电渗析法是指利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，在外加直流电场作用下，海水中溶解盐的离子转移到另一部分海水中使海水淡化的方法。．海水淡化的目的是什么？【提示】　海水淡化的目的是利用物理或化学方法除去海水中的无机盐。纯水的制造.水的硬度()硬水：溶有较多＋、＋的水。()水的硬度：以水中含(或相当于)为度来表示。．水处理技术()核心：减少或除去水中的各种杂质离子。()方法①离子交换法是使离子交换树脂上的离子与水中的离子进行交换，以除去水中的阴、阳离子的方法。阳离子交换树脂()与金属离子＋的反应为：＋＋＋＋；阴离子交换树脂()与阴离子－的反应为：＋－＋－；交换树脂用酸或碱处理可重新恢复交换能力，该过程叫做树脂的再生。②膜分离法：包括电渗析和反渗透两种广泛应用的技术。 ．海水淡化因能耗大，成本高，不能形成规模化生产，此话对吗？【提示】　不对，海水淡化耗能大，成本高，这是传统淡化法，现在研究出许多新的方法，如离子膜法、离子交换法等，耗能成本都大大降低，可以形成规模化生产。水污染和污水处理.水污染废水的排放使自然水体中的污染物超过其自净能力时，就会引起自然水体发生物理性质和化学性质的变化，使水质变坏。．污水处理()物理法：主要利用物理原理和机械作用对废水进行治理，包括沉淀、均衡调节、过滤及离心分离等方法。()物理化学法：通过物理化学过程除去污染物的方法，包括吸附、浮选、反渗透、电渗析、超过滤及超吸附等方法。()化学法：通过施用化学药剂或采用其他化学手段进行废水处理的方法，如中和法、氧化法、还原法、离子交换法。()生物化学法：利用微生物的作用，除去废水中的溶胶物质及有机物质的方法，包括活性污泥法、生物滤池法及厌气处理法等。海水淡化的方法【问题导思】　①海水淡化的方法有哪些？【提示】　蒸馏法、电渗析法、离子交换法、膜分离法。②电渗析法淡化海水的原理是什么？【提示】　电渗析法中阴离子交换膜只允许阴离子通过，阳离子交换膜只允许阳离子通过。在外加电场的作用下，阴离子透过阴离子交换膜迁移到阳极区，阳离子透过阳离子交换膜迁移到阴极区。．蒸馏法()原理：将水加热至℃蒸发汽化，然后将蒸汽冷凝而得到蒸馏水。()优点：设备结构简单、易操作、淡水质量好。()缺点：能耗大。．电渗析法()原理：利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，在外加直流电场作用下，海水中溶解盐的离子转移到另一部分海水中使海水淡化的方法。()应用：海水淡化、污水处理等。．反渗透法 ()原理：在含盐浓度较大的溶液一侧施加压力，可以迫使水从浓溶液一侧向稀溶液一侧渗透，将水从浓盐溶液中排出而使盐分留下。()优点：可以大量、快速地生产淡水。()发展方向：寻找理想的渗透膜，提高海水的淡化效率。　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中，在原理上完全不可行的是(　　)．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化．利用太阳能使海水蒸馏淡化．将海水缓慢降温凝固以获取淡化的饮用水．将海水通过离子交换树脂以除去所含离子【解析】　明矾的成分是()·，加入到海水中只能除去悬浮杂质及－或＋等，对＋、－、＋、＋等无影响，起不到淡化的作用。【答案】　明矾净水原理是由于＋水解生成()胶体吸附水中悬浮物，而不能除去水中的盐也不能杀菌消毒。．目前下列工艺过程没有直接使用离子交换技术的是(　　)①硬水的软化　②电渗析法淡化海水　③海水蒸馏制淡水．①　　　．②　　　．①②③　　　．③【解析】　根据所学知识可以判断只有③即海水蒸馏制淡水没有直接使用离子交换技术。本题主要考查对硬水软化，电渗析法淡化海水及海水蒸馏制淡水的原理的了解。【答案】　硬水的软化【问题导思】　①硬水和软水有什么区别？【提示】　含＋、＋较多的水称为硬水；含＋、＋较少或不含＋、＋的水称为软水。②如何区别硬水和软水？【提示】　．加入肥皂水振荡，有大量泡沫产生的为软水，泡沫很少且有沉淀产生的是硬水。.加入饱和溶液，无沉淀产生的是软水，有沉淀产生的是硬水。原因是：＋＋↓＋＋↓③硬水软化的方法有哪些？【提示】　加热法(除暂时硬度)、药剂法、离子交换法。 ．水的硬度()硬水和软水硬水：含有＋、＋较多的水。软水：含＋、＋较少或不含＋、＋的水。()硬度的划分暂时硬度：水的硬度由()或()引起。永久硬度：水的硬度由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起。．硬水的软化()加热法①适用范围：暂时硬度的水②反应原理()↓＋＋↑，()↓＋＋↑，＋()↓＋↑。()药剂法①适用范围：永久硬度的水。②原理：把纯碱、生石灰等试剂加入到硬水中，与＋、＋反应形成沉淀，分离。()离子交换法①适用范围：永久硬度的水。②原理：用离子交换剂除去硬水中的＋、＋。如用离子交换树脂软化水的过程为：＋＋＋＋，＋－＋－。　磺化煤(表示式)是一种钠型离子交换剂，它能把硬水中的＋、＋交换除去而使水软化，现代海水的淡化方法是：使海水按顺序通过两种离子交换树脂，其流程如图所示：()现有氢型阳离子交换树脂()和羟基型阴离子交换树脂()，则离子交换柱中应分别装入的离子交换树脂是(填代表符号)：柱；柱。()说明按上述顺序装柱的理由是。【解析】　由离子交换法的原理迁移应用到题给信息可知，阳离子交换树脂的交换原理为：＋＋＋＋　＋＋＋＋　＋＋＋＋阴离子交换树脂的交换原理为：＋－＋－　＋＋－　＋＋－ 交换下来的＋和－反应生成从而得到淡水。【答案】　()　()若相反，则首先产生－易与＋等反应产生()等沉淀，堵塞离子交换柱．下列方法适宜于软化具有永久硬度的水的是(　　)．离子交换法　　　　　　．长时间加热．加入．加入【解析】　永久硬度的水是由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的，加热法只能软化暂时硬度的水；加入或均不能减少＋、＋。【答案】　污水处理方法【问题导思】　①为什么用除去＋的同时，也能将水中所含的＋、＋等重金属离子除去？(用离子方程式表示)【提示】　＋＋－↓；＋＋－↓。②污水处理常用方法有哪些？【提示】　物理法、物理化学法、化学法、生物化学法等。．物理法包括沉淀、均衡调节、过滤及离心分离等方法。．物理化学法主要包括吸附、浮选、反渗透、电渗析、超过滤及超吸附等方法。．化学法中和法、氧化法、还原法、离子交换法等。．生物化学法包括活性污泥法、生物滤池法及厌气处理法等。　某厂废水中含×－·－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(的化合价依次为＋、＋)，设计了如下实验流程：()第①步反应的离子方程式是。()第②步中用试纸测定溶液的操作是。()第②步过滤得到的滤渣中主要成分除()外，还有。()欲使该废水中的完全转化为，理论上需要加入·。【解析】　()第①步是与＋发生氧化还原反应，化学方程式为＋＋＋＋＋＋＋＋；()从最终所得磁性材料的化学式可知，滤渣中主要有()、()、()；()废水中，()＝×－ ，根据关系式：～～·，可知理论上需(·)＝，(·)＝×·－＝。【答案】　()＋＋＋＋＋＋＋＋　()将一小块试纸放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液，点在试纸上，再与标准比色卡对照　()()、()　()．(·大纲卷)电解法处理酸性含铬废水(主要含有)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应＋＋＋＋＋＋＋＋，最后＋以()形式除去。下列说法不正确的是(　　)．阳极反应为－－＋．电解过程中溶液不会变化．过程中有()沉淀生成．电路中每转移电子，最多有被还原【解析】　．电解时用铁作阳极，失去电子生成具有还原性的＋，＋将废水中的还原为＋。.电解过程中消耗＋，溶液的发生变化。.电解过程中电离出的＋参与反应，(－)增大，＋与＋都与－结合为沉淀。.根据电极反应式－－＋，可知每转移－生成＋，＋可还原。【答案】　．海水淡化主要的种方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法、膜分离法。．污水处理的种方法：物理法、物理化学法、化学法、生物化学法。．硬水软化的种方法：加热法、药剂法、离子交换法。．下列各组内的两种海水处理方法都能制取高纯度的水的是(　　)．蒸馏法、离子交换法　　．电渗析法、反渗透法．蒸馏法、反渗透法．电渗析法、离子交换法【解析】　在对海水进行蒸馏的过程中，蒸发的是水。在对海水进行反渗透的过程中，能透过半透膜的是水分子。【答案】　．下列溶液中加入肥皂水(澄清的)，振荡后，不产生沉淀而且有大量泡沫的是(　　)．光卤石溶液．地下水．海水．雨水【解析】　雨水为软水，硬度较小；光卤石溶液、地下水、海水硬度较大，均为硬水。【答案】　．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别废酸加生石灰中和物理法＋等重金属离子加硫酸盐沉降化学法 含苯废水用活性炭吸附物理法含纯碱的废水加石灰水反应化学法【解析】　废酸与碱中和属于化学法，项错；＋不可能用沉降，项错；活性炭吸收苯是利用了活性炭的吸附性，是物理法，项正确；＋()↓＋，生成强碱，废水的碱性增强，项错误。【答案】　．(双选)(·海南高考)污水经过一级、二级处理后，还含有少量＋、＋、＋等重金属离子，可加入沉淀剂使其沉淀。下列物质不能作为沉淀剂的是(　　)．氨水．硫化氢气体．硫酸钠溶液．纯碱溶液【解析】　题目要求就是生成沉淀，后加的试剂均要求过量。加氨水会有络合离子的生成，不能全生成沉淀，硫化氢与重金属离子都会有沉淀生成，纯碱加入可调节值使重金属离子沉淀。【答案】　．农村有些家庭直接用河水或池塘水作为生活饮用水。一般是把水担回家倒入水缸，加明矾使水澄清，加漂白粉进行消毒。明矾的化学式为，写出它溶于水后生成胶体的离子方程式：。漂白粉的主要成分是，它在自然条件下能产生次氯酸，次氯酸的氧化性很强，能杀死病菌。写出漂白粉生成次氯酸的化学方程式：。【解析】　()在空气中与、作用即可生成。【答案】　()·＋＋()(胶体)＋＋、()()＋＋↓＋．下列方法不能用于对饮用水进行杀菌消毒的是(　　)．加热煮沸　　　　　　．加入()．加入明矾．加入【解析】　明矾净水是＋水解生成()胶体，该胶体可吸附水中悬浮物使之聚沉。【答案】　．获得饮用水，凝聚过程中除去其中的悬浮物，可加入的净水剂是(　　)．．．()．【解析】　不用于净水，()用于杀菌消毒，而不能使水中的悬浮杂质沉降，铝盐和铁盐会形成()胶体和()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】　．(双选)以下是有关海水淡化的叙述，其中不正确的是(　　)．蒸馏法比电渗析法获得的淡水纯度高．蒸馏法比电渗析法获得的淡水纯度低．电渗析法所形成的浓水属于纯无用之水．电渗析法所形成的浓水可以再利用【解析】　由于海水中的盐类沸点都很高，电渗析时离子的移动是有自由性的，所以蒸馏法比电渗析法获得的淡水纯度高。电渗析法所形成的浓水又叫卤水，可从其中提取多种化工原料。【答案】　．商品“纯净水”、“太空水”、“蒸馏水”等作为日常饮用水，因缺少某些成分而不利于儿童身体健康发育，你认为制备上述商品饮用水时还需要添加的化学物质是(　　)．含钙、镁的碳酸氢盐．含碘酸钾的食盐．漂白粉消毒剂．小苏打【解析】　人体必需元素钙的来源之一就是饮用水，当身体缺乏时会出现抽搐等，长期饮用纯净水会缺少无机盐离子。【答案】　．下列说法中正确的是(　　)．软水中一定不含＋、＋．硬水经煮沸后就一定变为软水了．水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁．经过磺化煤处理过的水是不含任何离子的超净水【解析】　硬水与软水的区别是＋、＋含量的多与少，不是有与没有，故不对；煮沸的方法是通过()、()的分解以及的水解转变为()的过程，故对；煮沸时能使含暂时硬度较高的硬水中的＋、＋浓度降低，但不一定能降低到软水中＋、＋的含量标准，更何况有的硬水的硬度更多是由于永久硬度造成的，故不对；磺化煤只能交换阳离子，水中还含有多种阴离子和交换出来的大量＋，故不对。【答案】　．下列方法能同时降低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．①②③．①③⑤．②③⑤．③④⑤ 【解析】　煮沸只能降低暂时硬度，加石灰不能降低＋浓度。【答案】　．下列关于水污染叙述错误的是(　　)．水污染的程度是由其溶氧量来测定．污染水的金属元素如汞、镉、铅等的含量少时，不会对生物造成伤害．使用含磷洗衣粉会造成河水、湖水污染，使海藻疯狂生长，鱼类死亡．工业冷却所排出的热水危害水生生物【解析】　汞、镉、铅均为重金属，会对生物造成伤害。【答案】　．氢离子交换剂，交换时发生的反应为＋＋＋＋。现用它处理含＋的中性溶液，使＋完全被树脂交换，再用蒸馏水洗涤树脂，并将交换液和洗涤液收集在一起，共得溶液，则该混合液中＋浓度为(　　)．×－·－　　　　．×－·－．×－·－．×－·－【解析】　交换原理为＋＋＋＋，故所得氢离子共有，而溶液体积为，即，则(＋)＝＝×－·－。【答案】　．某工厂的污水中含有＋、＋、＋、＋等离子，为了充分利用资源和保护环境，需要回收污水中的铜和汞。请你设计一个回收的实验方案，要求写明简要的操作步骤和有关的化学方程式或离子方程式。【答案】　①取污水加过量的铁粉，充分搅拌后过滤，可得滤渣，即铜、汞及残留铁粉的混合物。＋＋＋＋，＋＋＋＋。②用过量稀盐酸洗涤滤渣，过滤，再用水洗涤滤渣，即得和的混合物。＋＋＋＋↑。③加热和的混合物，汞变成蒸汽，经冷却装置，可回收汞，同时铜被氧化为。＋。④用氢气还原，可回收铜。＋＋。．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：()天然水中溶解的气体主要有、。()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。()水的净化与软化的区别是。()硬度为°的水是指每升水含或与之相当的物质(如)。若某天然水中(＋)＝×－·－，(＋)＝×－·－，则此水的硬度为。 【解析】　()天然水中溶解的气体主要是空气中的主要成分，如氧气、氮气、二氧化碳等。()天然水中含有一些悬浮物，除去的方法通常是在水中加入一些混凝剂，如明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁等盐，它们的净水原理是相同的，都是金属阳离子如＋、＋在水中发生水解反应生成相应的氢氧化物胶体，它们可吸附天然水中的悬浮物并破坏天然水中的其他带异种电荷的胶体微粒，使其发生聚沉，达到净化水的目的。()水的净化指的是用混凝剂将水中的悬浮物、胶体微粒沉淀下来，不能把水中溶解的盐除去；水的软化是指用化学试剂或者利用离子交换膜等方法将水中溶解的钙离子、镁离子除去。()()＝×－·－××·－＝×－3g，由钙离子引起的水的硬度为°；()＝×－·－××·－＝×－3g，由镁离子引起的水的硬度为：÷≈°，总硬度为°。【答案】　()氧气　二氧化碳(或氮气)　()明矾、硫酸铁　金属阳离子如＋、＋在水中发生水解反应，生成相应的氢氧化物胶体，它们可吸附天然水中的悬浮物并破坏天然水中的其他带异种电荷的胶体微粒，使其发生聚沉，达到净化水的目的　()水的净化指的是用混凝剂将水中的悬浮物、胶体微粒沉淀下来；水的软化是指用化学试剂或者利用离子交换膜等方法将水中溶解的钙离子、镁离子除去　()°．某综合实践活动小组到自来水厂进行参观，了解到天然水处理成自来水的工艺流程示意图如下：()天然水中含＋、＋、、－等，加入后生成()，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：。()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·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。()通入二氧化碳的目的是和。()气体的作用是。()下列物质中，可以作为气体的代替品。(选填下列各项的序号)①　②浓氨水　③　④浓硫酸【解析】　由题意知：天然水中加入后发生的复分解反应有：＋－＋、＋＋＋－↓＋、＋＋＋－↓＋＋、＋＋－()↓，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。·加入后生成红褐色()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。气体应是氯气，其作用是杀菌消毒，所以可以找具有强氧化性的代替。【答案】　()＋－＋[或＋＋＋－↓＋ 或＋＋＋－↓＋＋或＋＋－()↓]()③　()()除去钙离子　调节溶液酸度()杀菌消毒()①．某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以和·的形式存在，该废水的处理流程如下：氨氮废水低浓度氨氮废水含废水达标废水()过程Ⅰ：加溶液，调节至后，升温至°，通空气将氨赶出并回收。①用离子方程式表示加溶液的作用：。②用化学平衡原理解释通空气的目的：。()过程Ⅱ：在微生物作用的条件下，经过两步反应被氧化成。两步反应的能量变化示意图如下：①第一步反应是反应(填“放热”或“吸热”)，判断依据是。②()全部氧化成()的热化学方程式是。()过程Ⅲ：一定条件下，向废水中加入，将还原成。若该反应消耗转移电子，则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是。【解析】　()与－反应：＋－·，且·受热易分解，故升温时，逸出。废水中的能被空气带出，使·＋的平衡正向移动。()根据第一步反应的能量变化示意图可知反应物[()＋()]总能量高于生成物[()＋＋()＋()]总能量，故该反应为放热反应。根据盖斯定律知：()＋()()＋＋()＋()　Δ＝－(＋)·－＝－·－。()根据电子守恒可得()∶()＝∶＝∶。【答案】　()①＋－·②废水中的被空气带走，使·＋的平衡向正反应方向移动，利于除氨()①放热　Δ＝－·－<(或反应物的总能量大于生成物的总能量)②()＋()＋()＋()＋()　Δ＝－·－()∶．(·天津高考)海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列；从海水中提取食盐和溴的过程如下：()请列举海水淡化的两种方法：、。 ()将溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有、、或、。()步骤Ⅰ中已获得，步骤Ⅱ中又将还原为－，其目的为。()步骤Ⅱ用水溶液吸收，吸收率可达，有关反应的离子方程式为，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是。()某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料，的沸点为℃，微溶于水，有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图。请你参与分析讨论：①图中仪器的名称：。②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因为。③实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：。④中液体产物颜色为。为除去该产物中仍残留的少量，可向其中加入溶液，充分反应后，再进行的分离操作是。【解析】　()常规识记问题。()根据＋＋↑＋↑，以及＋＋＋可得到答案。()根据框图可知先前得到的溴浓度较低，这样做是使溴富集。()＋＋＋＋＋－，反应产生大量的酸，会腐蚀设备。()掌握蒸馏的知识即可顺利解答。【答案】　()蒸馏法、电渗析法、离子交换法(任选两种，其他合理答案也可)()　　()富集溴元素()＋＋＋＋＋－　强酸对设备的严重腐蚀()①冷凝管　②溴腐蚀橡胶　③控制温度计的温度，并收集℃时的馏分　④深红棕色　分液(或蒸馏)'