【课堂新坐标】16-17学年高中化学鲁教版选修2教师用书课题2专题1海水淡化与现代水处理技术含解析

课题1海水淡化与现代水处理技术1．认识海水淡化的重要意义，了解海水淡化的方法。

知道天然水净化和污水处理的化学原理及工艺流程。

(重点)2．了解离子交换法和膜分离法的原理和应用。

3．了解水污染及其处理技术。

掌握中和法、沉淀法在污水处理中的应用。

(难点)4．培养节约用水、保护水资源的意识。

1.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。

2．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。

1．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。

1.(1)硬水：溶有较多Ca2＋、Mg2＋的水。

(2)水的硬度：以1 L水中含10_mg_CaO(或相当于10_mg_CaO)为1度来表示。

2．水处理技术(1)核心：减少或除去水中的各种杂质离子。

(2)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(HR)与金属离子M n＋的反应为n HR＋M n＋ MR n＋n H＋；阴离子交换树脂(ROH)与阴离子Y m－的反应为m ROH＋Y m－ R m Y＋m OH－；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。

2．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。

1.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。

2．污水处理(1)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。

(2)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。

(3)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。

(4)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。

【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。

1．蒸馏法(1)原理：将水加热至105 ℃蒸发汽化，然后将蒸汽冷凝而得到蒸馏水。

(2)优点：设备结构简单、易操作、淡水质量好。

(3)缺点：能耗大。

2．电渗析法(1)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。

(2)应用：海水淡化、污水处理等。

3．反渗透法(1)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。

(2)优点：可以大量、快速地生产淡水。

(3)发展方向：寻找理想的渗透膜，提高海水的淡化效率。

将海水淡化后做生活用水，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()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以除去所含离子【解析】明矾的成分是KAl(SO4)2·12H2O，加入到海水中只能除去悬浮杂质及OH－或Ba2＋等，对Na＋、Cl－、Mg2＋、Ca2＋等无影响，起不到淡化的作用。

【答案】 A明矾净水原理是由于Al3＋水解生成Al(OH)3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。

1．海水淡化可采用膜分离技术，如下图所示，对淡化膜右侧的海水加压，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【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。

【答案】 C①硬水和软水有什么区别？【提示】含Ca2＋、Mg2＋较多的水称为硬水；含Ca2＋、Mg2＋较少或不含Ca2＋、Mg2＋的水称为软水。

②如何区别硬水和软水？【提示】a．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。

b.加入饱和Na2CO3溶液，无沉淀产生的是软水，有沉淀产生的是硬水。

原因是Ca2＋＋CO2－3===CaCO3↓，Mg2＋＋CO2－3===MgCO3↓。

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。

1．水的硬度(1)硬水和软水硬水：含Ca2＋、Mg2＋较多的水。

软水：含Ca2＋、Mg2＋较少或不含Ca2＋、Mg2＋的水。

(2)硬度的划分暂时硬度：水的硬度由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起。

永久硬度：水的硬度由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起。

2．硬水的软化(1)加热法①适用范围：暂时硬度的水。

②反应原理：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↑。

(2)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Ca 2＋、Mg 2＋反应形成沉淀，分离。

(3)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Ca 2＋、Mg 2＋。

如用离子交换树脂软化水的过程为：n HR ＋M n ＋ MR n ＋n H ＋，m ROH ＋Y m － R m Y ＋m OH －。

磺化煤(表示式NaR)是一种钠型离子交换剂，它能把硬水中的Ca 2＋、Mg 2＋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：(1)现有氢型阳离子交换树脂(HR)和羟基型阴离子交换树脂(ROH)，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)：A 柱________；B 柱________。

(2)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Na＋＋HR H＋＋NaR Ca2＋＋2HR 2H＋＋CaR2Mg2＋＋2HR 2H＋＋MgR2阴离子交换树脂的交换原理为：ROH＋Cl－ RCl＋OH－2ROH＋SO2－4 R2SO4＋2OH－ROH＋HCO－3RHCO3＋OH－交换下来的H＋和OH－反应生成H2O从而得到淡水。

【答案】(1)HR ROH(2)若相反，则首先产生OH－易与Mg2＋等反应产生Mg(OH)2等沉淀，堵塞离子交换柱2．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＋浓度较高的硬水的化学方程式：_______________________________________________________________________。

(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①为什么用Na2S除去Hg2＋的同时，也能将水中所含的Pb2＋、Cu2＋等重金属离子除去？(用离子方程式表示)【提示】Pb2＋＋S2－ PbS↓；Cu2＋＋S2－ CuS↓。

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。

1．物理法包括沉淀、均衡调节、过滤及离心分离等方法。

2．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。

3．化学法中和法、氧化法、还原法、离子交换法等。

4．生物化学法包括活性污泥法、生物滤池法及厌气处理法等。

(2016·全国丙卷)聚合硫酸铁(PFS)是水处理中重要的絮凝剂。

下图是以回收的废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。

回答下列问题：(1)废铁屑主要为表面附有大量铁锈的铁，铁锈的主要成分是________。

粉碎过筛的目的是________。

(2)酸浸时最合适的酸是________，写出铁锈与酸反应的离子方程式______________________________________________________________________。

(3)反应釜中加入氧化剂的作用是________，下列氧化剂中最合适的是________(填标号)。

a．KMnO4B．Cl2c．H2O2D．HNO3(4)聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围。

pH偏小时Fe3＋水解程度弱，pH偏大时则________。

(5)相对于常压蒸发，减压蒸发的优点是________。