高中化学第2单元化学与资源开发利用课题1获取洁净的水(第1课时)天然水的净化学业分层测评新人教版选修2

天然水的净化

(建议用时：45分钟)

[学业达标]

1．有下列物质：①盐酸 ②NaOH ③AlCl 3 ④明矾 ⑤FeCl 3 ⑥FeSO 4 ⑦硫酸铝 ⑧碱式氯化铝 ⑨肥皂。能在水处理中作混凝剂的是( )

A ．①④⑤⑧

B ．②③④⑤

C ．③④⑤⑥⑦⑧

D ．①②③④⑤⑥⑦⑧⑨

【解析】 常见的混凝剂有：明矾、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁等。利用它们直接或间接水解生成Al(OH)3或Fe(OH)3，即可溶性的铝盐、铁盐及亚铁盐都能在水处理中作混凝剂。

【答案】 C

2．家用水壶中积存的水垢的主要成分是( )

A ．CaCO 3和MgCO 3

B ．Mg(OH)2和CaCO 3

C ．CaSO 4和MgCO 3

D ．Al 2O 3和CaCO 3

【解析】 发生反应主要有：Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑，Mg(HCO 3)2=====

△

MgCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑，MgCO 3＋H 2O=====△

Mg(OH)2↓＋CO 2↑。所以水垢主要成分为CaCO 3和Mg(OH)2。

【答案】 B

3．下列说法正确的是( )

A ．含有少量碳酸氢钙和氯化钙的水是永久硬水

B ．明矾有净水作用，所以用明矾处理硬水，可以使硬水软化

C ．用离子交换剂处理硬水，只能软化暂时硬水，不能软化永久硬水

D ．只具有暂时硬度的水经加热煮沸后，可变成软水

【解析】 由钙、镁的硫酸盐或氯化物所引起硬度的水为永久硬水，因此A 选项错误；明矾虽有净水作用，但明矾不能使硬水软化，因此B 选项也错误；离子交换法既能软化暂时硬水，又能软化永久硬水。

【答案】 D

4．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Ca 2＋、Mg 2＋

C ．生产、生活中使用的天然水必须经软化

D ．加热可使暂时硬水中的Ca 2＋生成CaCO 3沉淀

【解析】A、B、D是一些常识，C中生活中使用的天然水不是“必须经软化”才能使用。

【答案】 C

5．目前，我国城市供水处理技术由混凝、沉淀、过滤和消毒等过程组成。下列说法中不正确的是( )

A．传统的无机混凝剂按金属盐可分为铝盐系和铁盐系两大类

B．NCl3可用于水消毒的原因是NCl3跟水反应生成了NH3

C．用ClO2代替Cl2作消毒剂可减小水中有害氯代有机物的浓度

D．新型水处理剂高铁酸钠(Na2FeO4)既是消毒剂又是混凝剂

【解析】净化水常用的混凝剂为铁盐和铝盐，A正确；NCl3消毒是因为NCl3水解生成HClO，HClO具有强氧化性，B不正确；ClO2的杀菌作用比Cl2强得多，可以减少氯代有机物的含量，C正确；高铁酸钠的强氧化性可杀菌消毒，其还原产物又可作混凝剂，D正确。

【答案】 B

6．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＋对应的什么物质，然后根据题意进行判断。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汽，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

7．下列关于水中钙、镁离子的说法中，正确的是( )

A．通常泉水、深井水等地下水硬度比河水等地表水大

B．由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的水的硬度在加热时能得到软化，所以它们对锅炉的危害不大

C．实践证明，喝硬度大的水会引起肠胃不适，所以饮用水硬度越小越好

D．人体需要的钙、镁有相当一部分是通过饮用水得到的，所以饮用水硬度越高越好【解析】通常泉水、深井水等地下水比河水等地表水溶解的Ca2＋和Mg2＋多，所以泉水、深井水等地下水硬度比河水等地表水大，A正确；由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的水的硬度在加热时能生成碳酸钙和氢氧化镁，形成水垢，降低热效率，不仅浪费燃料，甚至严重时能引起锅炉爆炸，所以它们对锅炉的危害很大，B错误；人要通过饮水补充钙离子，所以饮用水应具有一定的硬度，并非硬度越小越好，但也并不是硬度越大越好，C、D

【答案】 A

8．下列说法中，不正确的是( )

A．煮沸暂时硬水后，水的硬度一定降低

B．硬水中加入适量石灰水后，由于生成Mg(OH)2、CaCO3沉淀，水就软化了

C．永久硬水主要是由含有Ca2＋、Mg2＋的硫酸盐或氯化物等引起的，加热煮沸是不能软化的

D．如果用HR型离子交换树脂软化硬水，则发生的交换反应可以表示为Ca2＋＋2HR===CaR2＋2H＋

【解析】加入石灰水后只能除去暂时硬度，并将Mg2＋引起的永久硬度转化为Ca2＋引起的永久硬度，仍然存在大量Ca2＋。

【答案】 B

9．(2016·盐城高二质检)自来水加工处理流程如下，下列有关说法不正确的是( )

【导学号：30110010】

A．若用FeSO4作混凝剂，最终铁将以Fe(OH)2形式进入反应沉淀池

B．投药时常加入适量的石灰，是为了除去水中Mg2＋、HCO－3等

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．用ClO2消毒自来水，消毒效率是同质量氯气的2.63倍

【解析】根据流程中提示，进入沉淀池之前通入了氯气，氯气具有氧化性，所以不可能是Fe(OH)2，只能是Fe(OH)3，A选项错误。

【答案】 A

10．1 L水中溶有Mg(HCO3)2和CaCl2的浓度分别是b mol/L和2b mol/L，现用一种试剂(适量)把Ca2＋、Mg2＋除去，这种试剂最好选用( )

A．Ca(OH)2B．NaOH

C．NaHCO3D．Na2CO3

【解析】由于Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小，故Mg2＋的除去应用OH－，Ca2＋的除去应用CO2－

3；若加入过量Ca(OH)2，发生反应Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋2CaCO3↓＋2H2O，CaCl2中的Ca2＋仍没有除去，过量的Ca(OH)2又会产生Ca2＋。若选用NaOH只需4b

【答案】 B

[能力提升]

11．水是生命之源，但随着工业的发展，许多宝贵的水资源受到了污染。下面是对某自来水厂水源进行水质分析时得到的部分信息：水体浑浊，有一定异味，pH为6.5，细菌总数1 mL水中含有250个(国家标准规定每毫升不得超过100个)。

(1)为了达到饮用水标准，下列处理措施中不正确的是( )

A．加混凝剂沉降B．用碱调节到中性

C．用活性炭吸附D．注入液氯消毒

(2)已知高铁酸钠(Na2FeO4)加入水中，能杀死水中的微生物和细菌，并能产生类似明矾的净水作用，写出其在净水过程中发生反应的离子方程式：

____________________________________________________

____________________________________________________。

(3)刚出厂的自来水中含少量余氯，它在配水管中停留可有效地起到杀菌作用，并能保持较长时间。请解释其原因：

____________________________________________________

____________________________________________________。

(4)水中可溶性钙及镁的化合物含量的高低可用水的硬度来表示。下列问题的出现与水的硬度无关的是( )

A．锅炉管道结垢

B．肥皂去污效果降低

C．水中溶解氧降低

D．长期饮用造成尿道结石

【解析】(1)用碱调节污水到中性的方法不可取，因为这样只是换了一种污染水的方法。

(2)Na2FeO4中＋6价的铁体现氧化性时变为＋3价铁，而Fe3＋会水解产生具有净水功能的Fe(OH)3胶体。

(3)Cl2与H2O的反应是一个可逆反应，HClO具有杀菌消毒作用，当其被消耗后，由于剩余Cl2的存在，会使Cl2与H2O反应的平衡向生成HClO的方向移动，从而使水中的HClO 得到及时补充。

(4)根据“水中可溶性钙及镁的化合物含量的高低可用水的硬度来表示”的信息，水中溶解氧的降低与水的硬度无关。

【答案】(1)B

(2)Fe3＋＋3H2O Fe(OH)3(胶体)＋3H＋

(3)Cl2＋H2O HCl＋HClO，由于余氯的存在，当次氯酸被消耗后，上述反应的化学平衡向正方向移动，使水中的次氯酸得到了及时的补充(答出平衡移动即可)

(4)C

12．天然水里一般含有Ca2＋、Mg2＋等多种离子。人们把含有较多量Ca2＋、Mg2＋的水叫作硬水，含有较少量或不含Ca2＋、Mg2＋的水叫作软水；降低水中Ca2＋、Mg2＋含量的过程叫作硬水软化。如果硬度太高(含Ca2＋、Mg2＋的浓度太大)会给生产、生活带来很多不利，因此硬水的软化是水处理的重要方面之一。

离子交换法常用于工业锅炉用水的软化。离子交换剂多种多样，磺化煤(NaR)就是一种阳离子交换剂。

(1)写出用磺化煤软化含Ca2＋、Mg2＋浓度较高的硬水的离子方程式：____________________________________________________。

(2)用药剂软化法软化过的水总是含有一定浓度的Ca2＋、Mg2＋，其原因是

____________________________________________________

____________________________________________________

____________________________________________________。

(3)参考烧水后的锅或壶中结有水垢的现象分析说明，如果用硬度太高的水作锅炉用水，主要的不利因素是

____________________________________________________

____________________________________________________。

【解析】(2)CaCO3、Mg(OH)2在水中都有一定的溶解能力。(3)水垢是热的不良导体。

【答案】(1)2NaR＋Ca2＋===CaR2＋2Na＋、2NaR＋Mg2＋===MgR2＋2Na＋

(2)CaCO3、Mg(OH)2虽然溶解度较小，但不是绝对不溶

(3)锅炉结垢，热传递效率下降，浪费能源，甚至引起锅炉爆炸

13．(2016·大同高二检测)自来水生产的流程示意图如下：

加入

混凝剂→粗沙

过滤→加沉淀剂

细沙过滤→加氯→供民用

(1)混凝剂除去悬浮物质的过程______________(填序号)。

①只是物理变化②只是化学变化③是物理和化学变化

FeSO4·7H2O是常用的混凝剂，它在水中最终生成________沉淀。

(2)若要除去Ca2＋、Mg2＋可以往水中加入石灰和纯碱，试剂添加时先加________后加________，原因是

____________________________________________________。

(3)下列物质中，________可以作为氯气的代用品(填序号)。

①臭氧②NH3(液) ③K2FeO4④SO2

(4)有些地区的天然水中含有较多的钙、镁离子。用离子交换树脂软化硬水时，先后把水通过分别装有________离子交换树脂和________离子交换树脂的离子交换柱。(填“阴”或“阳”，阳离子交换树脂为HR型，阴离子交换树脂为ROH型)

【解析】(3)臭氧和K2FeO4具有强氧化性，可用作饮用水的消毒剂。(4)通过阴离子交换树脂后生成OH－，OH－会与钙、镁离子反应生成沉淀，影响阳离子交换树脂发挥作用，故先通过阳离子交换树脂再通过阴离子交换树脂。

【答案】(1)③Fe(OH)3

(2)石灰纯碱过量的钙离子可通过纯碱沉淀下来

(3)①③(4)阳阴

14．(2016·苏州模拟)南海某小岛上，解放军战士为了寻找合适的饮用水源，对岛上山泉水进行分析化验，结果显示水的硬度为28°(属于硬水)，主要含钙离子、镁离子、氯离子和硫酸根离子。请思考下列问题：

(1)该泉水具有________(填写“暂时”或“永久”)硬度。

(2)岛上还可以用海水淡化来获得淡水。下面是将海水通过电渗析法获得淡水的原理图，已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO2－

4等离子，电极为惰性电极。请分析下列问题：

①阳离子交换膜是指________(填“A”或“B”)。

②写出通电后阳极区的电极反应式

____________________________________________________；

阴极区的现象是：

____________________________________________________。

【解析】(1)钙、镁离子的硫酸盐引起的硬度属于永久硬度。

(2)由图可知，电解池的左端电极为阳极，右端电极为阴极，通电后阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则B应为阳离子交换膜才能实现海水变为淡水的转化。阳极：2Cl

－－2e－===Cl

2↑，阴极区：2H2O＋2e －===2OH－＋H

2↑，Mg

2＋＋2OH－===Mg(OH)

2↓，Ca

2＋＋2OH－

===Ca(OH)2↓。

【答案】(1)永久

(2)①B②2Cl－－2e－===Cl2↑电极上产生无色气体，溶液中出现少量白色沉淀