1、第 8 课时 污水处理 海水淡化 学案 【学习目标】 1.了解污水处理的技术可分为物理法、生物法和化学法等。 2.了解污水处理的化学原理。 3.了解中和法和沉淀法在污水处理中的应用。 4.了解海水淡化的技术，了解蒸馏法、电渗析法、离子交换法的原理。 【重点难点】 1.污水处理的化学原理。 2.中和法和沉淀法在污水处理中的应用 课前预习 【情景材料】水是一种宝贵的自然资源。随着工农业生产的迅速发展和人口的急剧增长， 水资源日趋紧张。同时，由于工农业生产排放的污（废）水量急剧增加，使许多江、河、 湖、海，甚至地下水都遭受到不同程度的污染，这更加剧了水资源短缺的矛盾，因此，污 水的处理是城市发展的重
2、要课题。 【预习内容】 根据教材有关内容填写下列空白： 一、污水处理 污水处理的技术很多，可分为 、 和 等。 根据污水处理的程度又分为 、 、 。 1.污水处理的常用方法 常见方法有 法、 法等。 (1)中和法 对酸性或碱性废水，可用 法处理。常用 处理酸性废 水；用 处理碱性废水。 高浓度的酸、碱废水，应先 ，如 回收其中的酸或 碱，再用 处理较少量的酸或碱。 (2)沉淀法 对于含重金属离子的工业废水，可以利用 。 2.污水处理流程 一级处理通常采用 ，即用格栅间，沉淀池等除去污水中 的污染物。 二级处理采用生物方法及某些化学方法，除去水中的 和 。 三级处理主要采用 、 、 和 等，对污
3、水进行深度处理和净化。 二、海水淡化 1.海水淡化主要有 和 。 2.电渗析是指利用 对水中阴、阳离子的 ，在外 加 作用下，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到 目 的的方法。 预习内容答案 一、物理法 生物法 化学法 一级、二级 三级 酸碱中和法 重金属离子沉淀法 中和 熟石灰 硫酸或 CO2 回收利用 浓缩法 中和法 某些化学物质做沉淀剂，与重金 属离子反应生成沉淀析出 物理法 不溶解 可降解有机物 部分胶体 用化学沉淀定法 氧化还原法 离子交换法 反渗透法 二、蒸馏法 电渗析法 离子交换法 选择透过性 电场 淡水和浓缩海水分离 堂中互动 【问题探究 1】水体污染主要来源有哪些？
4、【教师点拨】大量污染物质排入水体，超过水体的自净能力使水质恶化，水体及周围的生 态平衡遭到破坏，对人类健康、生活和生产活动等造成损失和威胁的情况。从污水的来源 考虑。 分析解答:水体污染的主要 工业污染：工厂的“三废”(废气、废渣、废液) 倒入江河、地下，污染江河和地下水。 农业污染：农药、化肥的不合理使用，也易造成水的污染。 生活污染：生活污水及生活垃圾的任意排放，造成水的污染。 其他污染：A.病原微生物污染； B.需氧有机物污染；C.富营养化污染(赤潮)；D. 恶臭物污染； E.地下水硬度升高；F.重金属离子污染( 水俣病)；J.石油泄露造成的海水污染； H.热污染；I. 放射性水污染。
5、【即学即练 1】巢湖是全国五大淡水湖之一，是风景秀丽的鱼米之乡。最近市政府决定 对城内护城河进行治理，使城内风景、环境更加美好。下列做法不正确的是( ) A.清除河底污泥以提高水的质量 B.禁止生活污水、小企业废水和其它未经处理的水排入河中 C.鼓励市民和企业采用低碳经济方式进行活动和生产 D.护城河边的居民可以适当地将生活垃圾和废水倒入河中 1.D【解析】对城内护城河进行治理，可以清污，以及进行源头控制，A 、B 正确；提高居 民和企业的环保意识和生活经营方式才是治污的根本，C 正确；将生活垃圾和废水倒入河 中只能加重污染，D 错，答案为 D。 【问题探究 2】处理污水的方法概括起来主要有哪
6、些？为什么用 Na2S 除去 Hg2+的同时，也 能将水中所含的 Pb2+、Cu 2+等重金属离子除去？请写出有关反应的离子方程式。 【教师点拨】在实际处理工业废水时，根据污染物组成和回收用水水质要求的不同，经常 需要采用多种技术分步处理，才能达到排放标准或复用指标。将水中所含的 Pb2+、Cu 2+等 重金属离子除去，使经过处理的水成为不含重金属类污染物的水。 分析解答：污水的悬浮物可用混凝法除去；对其他溶解在水中的污染物，则应据其化学性 质有针对性地处理。常见方法有酸碱中和法、重金属离子沉淀法等。因为会生成 PbS、CuS 等难溶物质而除去。Hg 2+S2=HgS Pb 2+S2=PbS
7、Cu 2+S2=CuS。 【即学即练 2】某河道两旁有甲、乙两厂，它们排放的工业废水中共含 K+、Ag +、Fe 3+、Cl 、OH 、NO 3六种离子。 甲厂的废水明显呈碱性，故甲厂废水中所含的三种离子是 _、_、_。 乙厂的废水中含有另外三种离子。如果加入一定量_（选填：活性炭、硫酸亚铁、 铁粉），可以回收其中的金属_（填写金属元素符号）。 另一种设想是将甲厂和乙厂的废水按适当的比例混合，可以使废水中的_（填写离 子符号）转化为沉淀，经过滤后的废水主要含_，可用来浇灌农田。 2.OH 、K +、Cl 铁粉 Ag Ag +、Fe 3+、Cl 、OH KNO 3 【解析】甲厂排放的工业废水明显
8、呈碱性，说明其中一定含有 OH，则分析能与 OH共 存或不能与 OH共存的其他离子即可。与 OH可以共存的离子有 K+、Cl 、NO 3，考虑 到 Ag+与 Cl不能共存。所以，甲厂废水中所含的三种离子应是 OH 、K +、Cl ，则乙厂 的废水中含有的另外三种离子是 Ag+、Fe 3+、NO 3。在乙厂的废水中加入一定量的铁粉可 得到 Ag。甲厂和乙厂的废水按适当的比例混合， Ag+与 Cl生成 AgCl 沉淀，Fe 3+与 OH 生成 Fe(OH)3 沉淀，过滤后废水中主要含 K+和 NO3，即 KNO3。 【问题探究 3】多级闪急蒸馏海水的流程怎样？电渗析淡化海水的原理如何？ 【教师点拨
9、】参考教材 P30 图 24 简述多级闪急蒸馏海水的流程。参考教材 P31 图 26 简述电渗析淡化海水的原理。 分析解答：在一定的压力下，把经过预热的海水加热至某一温度，引入第一个闪蒸室，降 压使海水蒸发，产生的蒸汽在热交换管外冷凝而成淡水，而留下的海水，温度降到相应的 饱和温度。依次将浓缩海水引入以后各闪蒸室逐级降压，使其蒸发，再冷凝而得到淡水。 电渗析淡化海水是使用一种特别制造的薄膜实现的。在电力作用下，海水中盐类的阳离子 穿过阳膜跑向阴极方向，不能穿过阴膜而留下来；阴离子穿过阴膜跑向阳极方向，不能穿 过阳膜而留下来。这样，盐类离子被交换走的管道中的海水就成了淡水，而盐类离子留下 来的管
10、道里的海水就成了被浓缩了的卤水. 【即学即练 3】随着全球淡水资源危机日益严重，世界各国都把目光投向了占全球总水量 约 97%的汪洋大海，希望从苦涩的海水中提取可以饮用的淡水。 目前海水淡化有了许多新工艺，最广泛应用的为多级闪蒸法，其流程示意图如下图。 已知一级闪蒸室和二级闪蒸室内的压强分别是 p1 和 p2，且 p2p11.013105Pa。 请回答： (1)处海水的温度比处海水温度高的原因是_ _。 (2)盐水能够从一级闪蒸室流入二级闪蒸室的原因是_ _。 (3)为降低能耗，多级闪蒸法采取了降压和_两项措施。降压可以降低能耗的 理由是_。 (4)海水淡化亦称海水脱盐。该工艺过程包括海水预处
11、理、脱盐、淡化水的后处理等。 下列属于海水预处理的是_、_、_。( 填序号) 淡水收集 除掉悬浮物 杀灭海洋生物 除掉海水中的盐分 水质检测 降低海水浑浊度 为了检验所收集的淡水是否含有氯离子，通常采用的试剂是_。 3.(1)海水经过闪蒸室时，吸收了管外水蒸气放出的热量，温度升高 (2)二级闪蒸室的压强小于一级闪蒸室的压强，( 或 p2p1)，所以盐水流入二级闪蒸室 (3)热交换 降压后水的沸点降低，水汽化所需要的能量减少 (4) 硝酸银溶液和稀硝酸 【解析】(1)受热后的海水进入一级闪蒸室，水蒸气经过冷却后，一部分转化为淡水。由于 一级闪蒸室中的压强大于二级闪蒸室，所以一级闪蒸室中余下的盐水
12、可进入二级闪蒸室， 水蒸气被再次冷却。由于 p2p11.013105 Pa，所以一级闪蒸室和二级闪蒸室均属于减压 蒸馏，同时又充分利用了热交换，这样可以节约能源。(4)中的均属于淡化水的后处理， 属于脱盐，属于海水预处理。 练案 A 组（课堂反馈 满分 50 分） 一、选择题（每小题 5 分，共 35 分） 1.污水处理的主要方法有：中和法；化学沉淀法；氧化还原法；过滤法。其中属 于化学方法的有( ) A. B. C. D. 1.A【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的混合物的方法，为基本 实
13、验操作，所以选 A。 2.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/cm3 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 2.B【解析】膜分离法是海水淡化的其中一种方法， 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，电极反应式为 2H2OO 24e = 4OH ，D 项正确。 3.以下是
14、有关海水淡化的叙述，其中不正确的是( ) A.蒸馏法比电渗析法获得的淡水纯度高 B.蒸馏法比电渗析法获得的淡水纯度高 C.电渗析法所形成的浓水属于纯无用之水 D.电渗析法所形成的浓水可以再利用 3.C【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。 4.海水约占地球现有总水量的 97%，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
15、用半透膜，采用反渗透法而除掉盐分 4.A【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。 5.下列各组内的两种海水处理方法都能制取高纯度水的是( ) A蒸馏法、离子交换法 B电渗析法、反渗透法 C蒸发法、反渗透法 D电渗析法、离子交换法 5.B【解析】离子交换是使硬水软化的常用方法，离子交换树脂结合 Ca2 、Mg 2 替换出了 Na 、H 等；在对海水进行蒸发的过程中，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。 6.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
16、加压，水分子可以透过 淡化膜进入左侧淡水池，而海水中的各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水，对加压后 右侧海水成分变化进行分析，正确的是( ) A溶质质量增加 B溶液质量不变 C溶剂质量减少 D溶质质量分数不变 6.C【解析】右侧海水中水分子能通过淡化膜进入左侧淡水池，而各种离子不能通过淡化膜， 故溶质质量不变，溶剂质量减少，溶质质量分数增大。 7.某溶液中含有 Fe2 、Al 3 、Ag 、Cu 2 ，为分别得到各含一种金属阳离子的沉淀物。可 采取通入 H2S 气体，通过 CO2 气体，加入盐酸，加入氢氧化钠溶液四个步骤，每 次通入或加入试剂均过量，且每次都把沉淀物滤出，其操作的正确顺序是(
17、 ) A. B. C. D. 7.A【解析】要使离子逐一沉淀出来，即每加一种试剂，只得一种沉淀。若先加 NaOH，则 四种离子都会出现沉淀，NaOH 过量，只有 Al(OH)3 溶解，其余均为沉淀，故先加 NaOH 不可，排除 C、D。若先加 H2S 气体，则 Ag 和 Cu2 都会沉淀出来，故排除 B。A 中先加 盐酸至过量，则 Ag 形成 AgCl 沉淀出来；再加 H2S 气体，Cu 2 形成 CuS 沉淀出来； 由于第一步中加入盐酸过量，所以不生成 FeS 沉淀，FeS 不溶于水，但溶于酸；再加入 NaOH 过量，Al 3 形成 AlO2 ，Fe 2 形成沉淀；最后通入CO 2 气体。可
18、以将 AlO2 形 成 Al(OH)3 沉淀。CO 22H 2OAlO 2 =HCO3 Al(OH) 3，故选 A。 二、填空题（共 15 分） 8.(6 分)观察下图，回答下列问题： (1)图中所表现的景象是水循环过程中的_环节，图中景象与自然过程相比，显著不 同之处在于_。 (2)图中污水处理厂的污水来自_、_两个方面。 (3)图中达标水排放口与污水进入口相比，水中的_将会增加，_、_ 将减少。加速污水处理的环境因素有_、_。 (4)面对水污染问题，人们在用水过程中，一方面要注意_；另一方面要注意 _。 8.(1)地表径流 人类活动的参与和影响 (2)生产(工厂) 生活(城镇) (3)溶解
19、氧 藻类 细菌含量 日光 空气 (4)减少污水排放 节约用水 【解析】本题为一幅示意图，它表示了污水的两种主要来源，污水处理的主要流程及功能。 9.(9 分)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)。一个典型实例是用氧氯化法处理含有剧毒的氰化物( 含 CN )的废水。 在碱性条件下(pH8.511) ，氯气可将氰化物中的 CN 氧化为只有其毒性 0.001 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：_ _ _ _。
20、 (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.(1)CN Cl 22OH =CNO 2Cl H 2O (2)2CNO 3Cl 28OH =2CO32 6Cl 4H 2ON 2 (3)CN ClO =CNO Cl 【解析】(1)CN 是在碱性条件下被 Cl2 氧化的，故反应应有 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 Cl 22OH =CNO 2Cl H 2O。(2)当 Cl2 过量时，
21、(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 CO32 ，无毒气体一定为 N2，离于方程式： 2CNO 3Cl 28OH =2CO32 6Cl 4H 2ON 2。(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 。 B 组（课后拓展） 1.某电镀铜厂有两种废水需要处理，一种废水中含有 CN离子，另一种废水中含有 Cr2O72 离子。该厂拟定如图所示的废水处理流程。 回答以下问题： (1)上述处理废水的流程中主要使用的方法是_ 。 (2)中使用的 NaClO 溶液呈碱性，用离子方程式解释原因 _
22、。 (3)中反应后无气体放出，该反应的离子方程式为_ 。 (4)中反应时，每 0.4 mol Cr2O72-转移 2.4 mol e，该反应的离子方程式为_ _ _ _。 (5)取少量待检水样于试管中，先加入 NaOH 溶液，观察到有蓝色沉淀生成，继续加入 NaOH 溶液，直到不再产生蓝色沉淀为止，再加入 Na2S 溶液，有黑色沉淀生成，且蓝色沉 淀逐渐减少。请你使用化学用语，结合必要的文字解释其原因 _ _。 1.(1)氧化还原法 (2)ClO + H2O HClO+OH (3)CN+ ClO= CNO+ Cl (4)3S2O32+ 4Cr2O72 +26H+ = 6SO42+ 8Cr3+
23、+ 13H2O (5)待检水样中还有 Cu2+ (1 分 ) Cu2+2OH = Cu(OH)2 Cu(OH)2(s)+S2(aq)= CuS(s)+2OH(aq)(1 分，未标状态给分，或 Cu(OH)2 Cu2+2OH ；Cu 2+S2=CuS给分) CuS 比 Cu(OH)2 更难溶(1 分，或溶解度更小) (共 4 分) 【解析】本题考查化学基本知识与化工生产实际的联系。在沉淀溶解平衡中，溶解度大的 物质可以生成溶解度小的物质。认真观察各种物质的转化流程图，标出物质的化合价可以 判断出处理废水的流程中主要使用的方法是氧化还原法；NaClO 是一种强碱弱酸盐，在溶 液中水解显碱性，即 C
24、lO+ H2O HClO+OH；ClO 强氧化性可以氧化 CN，即 CN+ ClO = CNO+ Cl；在含有 Cu2+的溶液中加入氢氧化钠溶液可以发生反应生成蓝 色的氢氧化铜沉淀，当再加入 Na2S 溶液时，氢氧化铜沉淀可以转化为溶解度更小的黑色 的硫化铜沉淀，即 Cu(OH)2(s)+S2-(aq)= CuS(s)+2OH-(aq)。 2.水处理技术在生产、生活中应用广泛。 (1)含有较多_离子的水称为硬水。硬水加热后产生碳酸盐沉 淀的离子方程式为_( 写一个即可) 。 (2)将 RH 型阳离子交换树脂和 ROH 型阴离子交换树脂串接来软化天然硬水，应该先使硬 水通过_(填“RH”或 “R
25、OH”)型离子交换树脂，原因是_。 (3)通过施加一定压力使水分子通过半透膜而将大分子或离子截留，从而获得纯净水的方法 称为_。电渗析法净化水时，使离子通过半透膜的推动力是 _。(4)检验蒸馏水的纯度时，最简单易行的方法是测定水的 _。 2.(1)Mg2+、Ca 2+ Ca2+2HCO3=CaCO3+H2O+CO2或 Mg2+2 HCO3=MgCO3+H2O+CO2。 (2)HR 先通过阴离子交换膜可能产生等沉淀而影响树脂交换效果 (3)反渗透法 电势差(或电场力 ) (4)电导率(或电阻率 ) 【解析】本题主要考查运用化学知识解释工业上进行水处理的原理。(1)硬水是含 Mg2+、Ca 2+较
26、多的水；暂时硬水加热时的分解反应为：Ca 2+2HCO3-=CaCO3+H2O+CO2 或 Mg2+2HCO3-=MgCO3+H2O+CO2。(2)应先通过阳离子交换剂 HR ；后通过阴离子交 换剂 ROH；若先通过阴离子交换树脂，SO 42- + ROH = RSO4-+ OH-，生成的 OH-发生： Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2，能使交换膜发生堵塞。 (3)反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为 它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。电渗析法的是利用离子交换膜在电场作用下,分离 盐水中的阴、阳离子,从而使淡水室中盐分浓度降低而得到淡水的一种
27、膜分离技术。电渗析 装置是利用离子在电场的作用下定向迁移,通过选择透过性的离子交换膜达到除盐目的。 3.（2011 天津卷）工业废水中常含有一定量的 Cr2O72 和 CrO42 ，它们会对人类及生态系 统产生很大损害，必须进行处理。常用的处理方法有两种。 方法 1：还原沉淀法、 该法的工艺流程为：CrO 42 Cr2O72 Cr3+ Cr(OH)3 其中第步存在平衡：2CrO 42 (黄色)+2H Cr2O72 (橙色)+H 2O 若平衡体系的 pH=2，该溶液显 _ 色。 能说明第步反应达平衡状态的是_ 。 a. Cr2O72 和 CrO42 的浓度相同 b.2(Cr2O72 )=(CrO
28、42 ) c.溶液的颜色不变 第步中，还原 1 molCr2O72 离子，需要_mol 的 FeSO4 7H2O。 第步生成的 Cr(OH)3 在溶液中存在以下沉淀溶解平衡： Cr(OH)3(s) Cr3+(aq)+3OH (aq) 常温下，Cr(OH) 3 的溶度积 Ksp=c(Cr3+)c3(OH )=10-32，要使 c(Cr3+)降至 10-5 mol/L，溶液的 pH 应调至_。 方法 2：电解法 该法用 Fe 做电极电解含 Cr2O72 的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液 pH 升高， 产生 Cr(OH)3 沉淀。 用 Fe 做电极的原因为_。 在阴极附近溶液 pH 升高的原
29、因是 (用电极反应解释)_，溶液中同时生 成的沉淀还有_。 3.橙 c 6 5 阳极反应为 Fe-2e=Fe2+，提供还原剂 Fe2+ 2H +2e=H2 Fe(OH)3 【解析】本题主要考查化学平衡状态的判断、平衡移动的应用、应用溶度积进行溶液的 pH 的计算。(1)c(H )增大，平衡 2CrO42 (黄色)+2H Cr2O72 (橙色)+H 2O 向右移动，溶 液呈橙色；(2) Cr 2O72 和 CrO42 的浓度相同时，并不能说明各组分的浓度不再改变了，故 a 不能说明反应已达平衡状态；(Cr 2O72 )和 (CrO42 )表示的都是正反应或都是逆反应， 2(Cr2O72 )=(C
30、rO42 )并不能说明正逆反应速率相等；溶液的颜色不再改变，也就是各物 质的浓度不再改变，是平衡状态，故选 c；(3)还原 1 molCr2O72-离子生成 2 mol Cr3+，得到 的电子数为 6 mol，根据电子得失守恒可知，需要 6 mol 的 FeSO4 7H2O； (4)当 c(Cr3+)=10-5 mol/L 时，溶液的 c(OH )= =10-9 mol/L，pH=5，即要使 c(Cr3+) 降至 10-5 mol/L，溶液的 pH 应调至 5。 (5)在电解法除铬中，铁作阳极，铁优先失去电子生成 Fe2+，以提供还原剂； (6)在阴极附近溶液 pH 升高的原因是 H 放电生成 H2 的同时，降低了溶液的酸性；Fe 2 与 Cr2O72 反应生成了 Fe3+，Fe 3+转化为 Fe(OH)3 沉淀。
