高中化學(xué)選修2主題1獲取潔凈水教案

1、主題1 獲取潔凈的水【導(dǎo)入新課】干旱災(zāi)區(qū)的朋友們好不容易找到的水源能直結(jié)接飲用嗎？ 【分析】我們知道天然水在自然循環(huán)過程中與大氣和土壤不斷地接觸，必然會混入很多種雜質(zhì)，為了獲得符合不同標(biāo)準(zhǔn)(指工業(yè)生產(chǎn)或生活方面)的水，必須對水進行處理，以除掉水中的一些雜質(zhì)。那么如何如何對水進行處理，如何獲得符合所需標(biāo)準(zhǔn)的水，這將是這節(jié)課將要學(xué)習(xí)的獲取潔凈的水?！締栴}討論】自來水廠生產(chǎn)過程中為什么加入絮凝劑？【分析】天然水中常含有一些懸浮物和膠體，很難用自然沉降法除去。所以常用加入混凝劑的方法，使細(xì)小的懸浮物和膠體聚集成較大顆粒而沉淀，然后過濾除去。像這種除雜的方法就稱之為混凝法?！景鍟恳弧⑻烊凰膬艋景鍟?/p>

2、】1.混凝法：（1）原理：加入一種混凝劑（如：明礬、鐵鹽、亞鐵鹽等），使水中細(xì)小的懸浮物質(zhì)和膠體聚集成較大顆的顆粒而沉淀，然后過濾除去?！咎釂枴砍Ｓ玫幕炷齽┦敲鞯\，你們知道明礬為什么能凈化水？【分析】明礬的主要成分是KAl(SO4)2，它是強電解質(zhì)，在水溶液中發(fā)生完全電離，他的電離方程式為：KAl(SO4)2 = K+ +Al3+ + 2SO42- ，Al3+與水發(fā)生水解反應(yīng)生成Al(OH)3，水解方程式為 Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + 3H+Al(OH)3在水中以絮狀的膠體形式存在，由于水中的膠體雜質(zhì)一般都帶負(fù)電,而Al(OH)3膠體粒子帶正電，通過電性吸引作用，破壞了天然水中

3、膠體雜質(zhì)的穩(wěn)定性，并在分子引力作用下凝聚成大顆粒下沉。同時還能吸附一些懸浮物，這樣就起到了凈水的作用?！咀⒁狻客瑢W(xué)們注意啦，膠體本身是不帶電的，帶電的是膠體粒子，這就像溶液一樣，溶液是成電中性，但溶液中的粒子有可能是帶電的。【過渡】近年來用含鋁混凝劑處理飲用水的安全性不斷受到質(zhì)疑，有資料顯示鋁鹽對人體健康有危害，同學(xué)們可以看一下：有資料表明：此外，鋁可抑制胃液和胃酸的分泌，使胃蛋白酶活性下降，導(dǎo)致甲狀旁腺的亢進。當(dāng)有鐵存在時，鋁的存在能增加水的脫色?！窘馕觥恳虼?，世界衛(wèi)生組織1989年就將鋁作為有毒有害物質(zhì)在食品領(lǐng)域加以控制了，我國衛(wèi)生部2000年頒發(fā)的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中將鋁列為飲用水水質(zhì)控

4、制指標(biāo)之一，并明確規(guī)定飲用水中鋁含量不得高于02mgL。【過渡】隨著社會的進步，在處理飲用水時，美國、歐盟以及日本等發(fā)達(dá)國家已普遍改用三價鐵混凝劑，而鋁混凝劑逐漸被淘汰。鋁混凝劑主要有？鐵混凝劑主要有？ 【板書】（2）常見混凝劑：鋁混凝劑：明礬，硫酸鋁，聚合鋁等鐵混凝劑：高鐵酸鹽（鈉，鉀），硫酸亞鐵，硫酸鐵，堿式硫酸鐵等【過渡】我們知道了明礬的凈水原理，同樣地其他鋁混凝劑的凈水原理和明礬一樣，就是Al3+與水發(fā)生水解反應(yīng)生成Al(OH)3膠體，Al(OH)3膠體可以使水中的膠體雜質(zhì)凝聚成大顆粒下沉，即膠體的聚沉，同時還能吸附一些懸浮物，這樣就起到了凈水的作用。那鐵混凝劑的凈水原理又是如何的呢？

5、由于高鐵酸鹽是一種新型水處理劑。下面我們就來簡要學(xué)習(xí)一下高鐵酸鹽。 【分析】高鐵酸鹽是一種綠色凈水劑，其有效成部分是高鐵酸根（FeO4）2-。這里，鐵呈+6價，具有很強的氧化性，能通過氧化作用進行消毒，在殺菌消毒的同時，本身被還原成Fe3+，又容易水解生成Fe(OH)3膠體，可以吸附水中的懸浮物和使膠體雜質(zhì)聚沉，從而起到凈化水的作用?！景鍟績羲?Fe3+ + 3H2O Fe (OH)3 + 3H+【分析】高鐵酸鹽的作用有殺菌消毒和吸附水中的懸浮物和使膠體雜質(zhì)聚沉，因此高鐵酸鹽同時具有氯氣和明礬的凈水效果，并且它在整個對水的消毒和凈化過程中，不產(chǎn)生任何對人體有害的物質(zhì)。高鐵酸鹽被科學(xué)家們公

6、認(rèn)為綠色消毒劑。【分析】高鐵酸鹽除了具有優(yōu)異的氧化漂白、高效絮凝、優(yōu)良的殺菌作用以外，它還迅速有效地去除淤泥中的臭味物質(zhì)。鐵酸鹽除臭主要是氧化掉諸如硫化氫(H2S)、甲硫醇(CH3SH)、甲基硫(CH3)2S)、氨氣(NH3)等惡臭物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為安全無味的物質(zhì)。由于高鐵酸鹽在整個PH值范圍都具有極強的氧化性，因而對于淤泥除臭處理是較為理想的方法?！具^渡】下面請同學(xué)看到實驗2-1【實驗2-1】：在河水中加入以下物質(zhì)實驗現(xiàn)象燒杯1加入綠礬攪拌后靜置有少量膠狀物出現(xiàn)燒杯2加NaOH溶液，使pH=9，再加綠礬攪拌后靜置有沉淀析出燒杯3加入硫酸鐵攪拌后靜置有沉淀析出【過渡】從現(xiàn)象可以得出什么結(jié)論呢?【

7、學(xué)生討論】為什么亞鐵鹽的凈化效果沒有鐵鹽的效果好？它在水中的作用與鋁鹽相似，亞鐵鹽在水中水解后生成的Fe(OH)2溶解度較大，混凝效果不好。所以，實際應(yīng)用時必須將Fe2氧化成Fe3，在溶液中生成Fe(OH)3，起到較好的混凝作用。【分析】在工業(yè)上常用FeSO4·7H2O作為混凝劑，因為它來源充足。在使用FeSO4·7H2O的時候一定要注意:1、必須將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+ ,因為Fe(OH)3的凈水效果要好些;由于FeSO4·7H2O溶于水后顯酸性，而Fe2在堿性條件下更容易被氧化成Fe3，所以要將pH調(diào)到9左右，變成效果更好的三價鐵離子?！具^渡】開水壺用久了，內(nèi)

8、壁會長出一層厚厚的水垢 ，那說明自來水是什么水?【過渡】在初中我們已經(jīng)學(xué)過了硬水和軟水的知識，下面我們就來簡要回顧一下?！景鍟?、化學(xué)軟化法【設(shè)問】 什么是硬水？什么是軟水？(通過閱讀回答)【板書】（1）天然水的分類：硬水：含有較多Ca2、Mg2的水叫做硬水；如礦泉水，自來水，河水、湖水、井水、泉水，自然界中的地面水和地下水等。軟水：含有少量Ca2、Mg2或不含Ca2、Mg2的水叫做軟水。如雨水，雪水（剛下的雨雪），純凈水等?！具^渡】 硬水中含有Ca2+、Mg2+的多少常用水的硬度來表示最初硬度是指水能溶解肥皂的程度。同學(xué)們閱讀課本有關(guān)硬度的小字內(nèi)容。硬度的定義是什么？【板書】（2）硬度定義

9、 ：1升水中含有10mmgCaO或者相當(dāng)于10mmgCaO)稱為1度（1。)【分析】水的硬度的表示方法有多種，目前沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這種硬度的表示方法稱作德國度，我國采用的表示方法與德國相同，這種表示方法是我國目前最普遍使用的一種水的硬度表示方法?！具^渡】 通常根據(jù)引起水的硬度的物質(zhì)是否含HCO3-把水的硬度分為暫時硬度和永久硬度暫時硬度：如果水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的，這種硬度叫做暫時硬度。永久硬度：如果水的硬度是由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物等引起的，這種硬度叫做永久硬度?！咎釂枴克伎迹簳簳r硬度可以用什么方法消除？【分析】暫時硬度經(jīng)加熱之后分解成沉淀物從水中除去

10、，故稱為暫時硬度。而永久硬度不能用加熱分解的方法除去，因此稱為永久硬度?！具^渡】一般天然水大多同時具有暫時硬度和永久硬度，因此，一般所說的硬度是泛指兩種硬度的總和【過渡】我們知道了硬水和軟水，那硬水和軟水應(yīng)該如何鑒別呢？【板書】（3）硬水和軟水的鑒別方法:肥皂水法：種類硬水軟水現(xiàn)象泡沫少，有大量浮渣有大量泡沫，無浮渣結(jié)論可用肥皂水來區(qū)別硬水和軟水；硬水浪費肥皂加熱法：種類硬水軟水現(xiàn)象蒸發(fā)皿底部有白色固體蒸發(fā)皿底部無或很少固體結(jié)論可用蒸發(fā)法區(qū)別硬水和軟水；硬水加熱可形成水垢【過渡】我們?yōu)槭裁匆芯坑菜?？【板書】?）硬水給生活和生產(chǎn)帶來的危害：不適宜飲用，因為它容易引起腸胃不適，還能誘發(fā)疾??；

11、北方水的硬度高，平均壽命比南方人短6年。太硬或太軟的水都不利于身體健康。不利于洗滌，因為它會造成洗滌劑的浪費，使衣物失去原有色澤且變硬；因為用硬水洗衣服的時候，水里的鈣鎂離子和肥皂結(jié)合，生成了脂肪酸鈣和脂肪酸鎂的絮狀沉淀，這就是“豆腐渣”的來歷。不能做鍋爐用水，因為它會使鍋爐內(nèi)結(jié)水垢，降低熱效率，不僅浪費燃料，甚至嚴(yán)重時能引起鍋爐爆炸?！具^渡】所以，我們必須將硬水進行軟化。那么，就讓我們接著學(xué)習(xí)硬水軟化的方法吧！【板書】（5）硬水軟化的方法【分析】硬水的軟化就是軟化硬水的方法有多種，通常有加熱法，藥劑法及離子交換法。對于具有暫時硬度的水可以用加熱的方法進行軟化。在前面已經(jīng)提到可以用加熱法來消除

12、暫時硬度，下面我們就來看一下它是如何消除的。由于具有暫時硬度的水的硬度是由Ca(HCO3)2，Mg(HCO3)2引起的。在加熱的條件下它們會發(fā)生分解。加熱法Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2OMg(HCO3)2MgCO3CO2H2O思考：CaCO3和MgCO3的溶解度的差別？CaCO3不溶，MgCO3微溶。所以碳酸鎂在進一步加熱的條件下還可以與水反應(yīng)生成更難溶的氫氧化鎂。MgCO3H2OMg(OH)2CO2所以水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2 ，可以用稀鹽酸洗，但是為了防止腐蝕設(shè)備，需要加入合適的緩蝕劑?！拘〗Y(jié)】通過這樣處理后，溶液中Ca2、Mg2含量減小，因而硬度減小【過渡】對

13、于具有永久硬度的水可采用藥劑法和離子交換法進行軟化。藥劑法：藥劑法通過向硬水中加入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥劑，與Ca2、Mg2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使Ca2、Mg2以沉淀的形式分離出來，達(dá)到軟化水的目的。常用的化學(xué)藥劑有純堿、生石灰等。對于工業(yè)鍋爐用水，還有一種用磷酸鹽作藥劑的處理方法，使沉淀物懸浮在水中而不結(jié)垢。根據(jù)水的硬度和對水質(zhì)的要求，決定使用某種藥劑或同時使用幾種藥劑。A如果對水的軟化程度要求不高，或者僅為其它軟化法做預(yù)處理，可以使用石灰，它能消除水的暫時硬度： CaOH2O=Ca(OH)2 Ca(HCO3)2Ca(OH)2=2CaCO3+2H2O Mg(HCO3)22Ca(OH)2=Mg(OH)2+2C

14、aCO32H2OB如果對水的軟化程度要求高一些，可以使用石灰和純堿的混合物，它既能消除水的暫時硬度，也可以消除水的永久硬度： CaCl2Na2CO3CaCO32NaCl MgSO4Na2CO3=MgCO3Na2SO4 MgSO4Ca(OH)2=Mg(OH)2CaSO4 CaSO4Na2CO3CaCO3Na2SO4【板書】離子交換法【分析講述】離子交換法是用離子交換劑軟化水的方法。離子交換劑分無機質(zhì)類和有機質(zhì)類兩大類。無機質(zhì)類又可分天然的如海綠砂；人造的如合成沸石。有機質(zhì)類又分碳質(zhì)和合成樹脂兩類。其中碳質(zhì)類如磺化煤等；合成樹脂類分陽離子型如強酸性和弱酸性樹脂；陽離子型如強堿性和弱堿性樹脂、兩性樹

15、脂和螯合樹脂等類。【過渡】離子交換劑中的陽離子與水中的Ca2、Mg2發(fā)生離子交換作用，使水得到軟化。（現(xiàn)在常用作離子交換劑的離子交換樹脂，是一類不溶于水但能與溶液中同電性離子進行交換的有機高分子電解質(zhì)，常用NaR、HR等表示。）如果用NaR表示離子交換劑，你們可以用離子反應(yīng)來表示離子交換法軟化水的過程？【板書】離子交換原理 2NaR+Ca2=CaR2+2Na2NaR+Mg2=MgR2+2Na【過渡】下面來看一下離子交換法軟化水示意圖；接著看一下具體的交換過程【思考】 這種離子交換是否可以無限進行？【解析】交換并非是無止境的。交換進行到離子交換劑中的Na+全部被Ca2、Mg2代替后，離子交換劑即

16、失去軟化硬水的能力，也就是說交換后的水不再符合軟水的標(biāo)準(zhǔn)時，離子交換劑就失效了，此時必須使離子交換劑再生【提問】 什么是離子交換劑的再生？如何再生？(請一位同學(xué)回答)【講解】常用58NaCl溶液浸泡失去交換能力的離子交換劑，CaR2和MgR2跟Na+發(fā)生交換作用重新生成NaR，從而又恢復(fù)了離子交換劑軟化硬水的能力，這個過程叫再生【板書】 再生原理：CaR2+2Na=2NaR+Ca2【提問】再生過程和交換過程有什么關(guān)系呀？【解答】再生過程是交換過程的逆過程?！具^渡】中國水資源還是挺多的，但是人均占有量少，空間分布不平衡。隨著中國城市化、工業(yè)化的加速，水資源的需求缺口也日益增大。在這樣的背景下，污

17、水處理行業(yè)成為新興產(chǎn)業(yè)，目前與自來水生產(chǎn)、供水、排水、中水回用行業(yè)處于同等重要地位。那下面我們就來學(xué)習(xí)污水處理?！景鍟慷⑽鬯幚?、污水的處理方法：物理法、生物法、化學(xué)法等【分析】污水中的污染物組成非常復(fù)雜，常常需要以上幾種方法組合，才能達(dá)到處理要求。2、污水的處理過程：根據(jù)污水處理的程度，分為一級、二級、三級處理?！痉治觥课鬯患壧幚響?yīng)用物理方法，如篩濾、沉淀等去除污水中不溶解的懸浮固體和漂浮物質(zhì)。廢水經(jīng)一級處理后，一般達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。故通常為預(yù)處理階段，以減輕后續(xù)處理工序的負(fù)荷和提高處理效果。污水二級處理主要是采用生物方法及某些化學(xué)方法，即通過微生物的代謝作用進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程，將污水

18、中的各種復(fù)雜的有機物氧化降解為簡單的物質(zhì)。生物處理對污水水質(zhì)、水溫、水中的溶氧量、pH值等有一定的要求。經(jīng)過二級處理后的水，一般可達(dá)到農(nóng)灌標(biāo)準(zhǔn)和廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，故二級處理是廢水處理的主體?！具^渡】但經(jīng)過二級處理的水中還存留一定量的懸浮物、生物不能分解的溶解性有機物、溶解性無機物和氮磷等藻類增值營養(yǎng)物，并含有病毒和細(xì)菌。因而不能滿足要求較高的排放標(biāo)準(zhǔn)，如處理后排入流量較小、稀釋能力較差的河流就可能引起污染，也不能直接用作自來水、工業(yè)用水和地下水的補給水源。 污水三級處理是在一、二級處理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用中和法，沉淀法，氧化還原法等化學(xué)方法去除污水中難溶解的有機物、磷、氮等營養(yǎng)性物質(zhì)。 三級處理為深度處

19、理，出水水質(zhì)較好，甚至能達(dá)到飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但處理費用高，除在一些極度缺水的國家和地區(qū)外，應(yīng)用較少。目前我國許多城市正在籌建和擴建污水二級處理廠，以解決日益嚴(yán)重的水污染問題。【過渡】接下來我們來具體看一下中和法和沉淀法。3、污水處理中的化學(xué)反應(yīng)及原理：、中和法用于處理酸性廢水及堿性廢水。向酸性廢水中投加堿性物質(zhì)如石灰、氫氧化鈉等進行中和，向堿性廢水中吹入含CO2的煙道氣或其它酸性物質(zhì)中和。、沉淀法向污水中投加某中化學(xué)物質(zhì)，使它與污水中的溶解性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成難溶于水的沉淀物，以降低污水中的溶解污染物的方法。這種處理方法常用于處理含重金屬、氰化物等工業(yè)生產(chǎn)污水的處理。在處理含鋅廢水時，一般投加石

20、灰沉淀劑；處理含汞廢水時，可采用硫化鈉進行共沉處理；含鉻污水，可采用碳酸鋇、氫氧化鋇等為沉淀劑生成難溶的鉻酸鋇沉淀?！具^渡】隨著世界經(jīng)濟和人口的發(fā)展，各國對淡水的需求缺口越來越大，以至有28個國家已經(jīng)被列為缺水國或嚴(yán)重缺水國(我國就在其中)。為解決淡水問題，各國想盡了辦法，如跨流域調(diào)水、節(jié)約用水、污水凈化再利用等。然而這只是水資源的時空位移，并不能增加淡水資源的總量。于是，人們再次將目光投向汪洋大海，希望將那取之不盡的苦澀海水變成可以飲用和可以使用的淡水。下面我們就來簡單學(xué)習(xí)一下海水淡化的方法。最簡單的方法，是蒸餾法三、海水淡化1、海水淡化的方法之一蒸餾法蒸餾：給液體加熱，使它變?yōu)檎魵?，再使?/p>

21、氣冷卻，凝聚成液體，這種方法叫做蒸餾。通過蒸餾，可以把 沸點 不同的物質(zhì)從混合物中分離出來（如工業(yè)制氧氣），也可以把 揮發(fā)性 液體與溶解在液體中的 不揮發(fā)性 雜質(zhì)分離開來（如蒸餾水就是用蒸餾的方法得到的）。【分析】蒸餾法，將水蒸發(fā)而鹽留下，再將水蒸氣冷凝為液態(tài)淡水。另一個海水淡化的方法是冷凍法，冷凍海水，使之結(jié)冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)的冰的同時，鹽被分離了出去。兩種方法都有難以克服的弊病。蒸餾法會消耗大量的能源，并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，相反得到的淡水卻并不多。這是一種很不劃算的方式。冷凍法同樣要消耗許多能源，得到的淡水卻味道不佳，難以使用。蒸餾法的原理很簡單，就是我們在實驗室里制備蒸餾水的原理

22、。把海水燒到沸騰，淡水蒸發(fā)為蒸汽，鹽留在鍋底，蒸汽冷凝為蒸餾水，即是淡水。 這種古老的海水淡化方法，消耗大量能源，產(chǎn)生大量鍋垢，很難大量生產(chǎn)淡水?，F(xiàn)代多級閃急蒸餾淡化使古老的蒸餾法煥發(fā)了青春。 水在常規(guī)氣壓下，加熱到100才沸騰成為蒸汽。如果使適當(dāng)加溫的海水，進入真空或接近真空的蒸餾室，便會在瞬間急速蒸發(fā)為蒸汽。利用這一原理，做成多級閃急蒸餾海水淡化裝置。此種淡化裝置可以造得比較大，真空蒸發(fā)室可以造得比較多，連接起來，成為大型海水淡化工廠。這種淡化工廠，可以與熱電廠建在一起，利用熱電廠的余熱加熱海水。水電聯(lián)產(chǎn)，可以大大降低生產(chǎn)成本。現(xiàn)行大型海水淡化廠，大多采用此法。如果太陽能蒸發(fā)淡化法能夠投入

23、實用，古老的蒸餾淡化技術(shù)又上一個節(jié)能的新臺階。 2、海水淡化的方法之二多級閃急蒸餾法：原理：在一定的壓力下，把經(jīng)過預(yù)熱的海水加熱至某一溫度，引入第一個閃蒸室，降壓使海水蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽在熱交換管外冷凝而成淡水，而留下的海水，溫度降到相應(yīng)的飽和溫度。依次將濃縮海水引入以后各閃蒸室逐級降壓，使其蒸發(fā)，再冷凝而得到淡水。閃蒸室的個數(shù)，稱為級數(shù)，最常見的裝置有2030級,有些裝置可達(dá)40級以上?！痉治觥克^閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發(fā)的現(xiàn)象。多級閃蒸海水淡化是將經(jīng)過加熱的海水，依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進行蒸發(fā)，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多

24、級閃蒸方法產(chǎn)量最大，技術(shù)最成熟，運行安全性高彈性大，主要與火電站聯(lián)合建設(shè)，適合于大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國家采用。多級閃蒸技術(shù)成熟、運行可靠，主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。原理：將原料海水加熱到一定溫度后引入閃蒸室，由于該閃蒸室中的壓力控制在低于熱鹽水溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓的條件下，故熱鹽水進入閃蒸室后即成為過熱水而急速地部分汽化，從而使熱鹽水自身的溫度降低，所產(chǎn)生的蒸汽冷凝后即為所需的淡水。多級閃蒸就是以此原理為基礎(chǔ)，使熱鹽水依次流經(jīng)若干個壓力逐漸降低的閃蒸室，逐級蒸發(fā)降溫，同時鹽水也逐級增濃，直到其溫度接近（但高于）天然海水溫度。在一定的壓力下，把經(jīng)過預(yù)熱的海水加熱至某一溫度，引入第一個閃蒸室，降壓使海水閃急蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽在熱交換管外冷凝而成淡水