高三化學二輪復習：水處理中的氧化還原反應 講義

課例：水處理中的氧化還原反應教學過程情境1：播放有關污水中惡臭氣體的視頻生活中的污水經(jīng)常會散發(fā)出惡臭，這是由于污水中的硫化物產生了有臭味、有毒的硫化氫氣體。你知道硫化氫嗎？腸內微生物代謝就會產生H2S，它是一種具有臭雞蛋氣味的氣體，是一種可怕的氣體，這種氣體薰鼻子辣眼睛。低濃度的H2S惡臭難聞，據(jù)說還易燃，這么臭的氣體還能燃燒！據(jù)說還極易爆炸，mygod，真不敢想象，萬一你排放尾氣時，你老爸在邊上點了一支煙，那可就炸了！由于污水中的硫化物產生了有臭味、有毒的硫化氫氣體，所以我們要除去水中的硫化氫。那么如何除去呢？思考方法：價類二維。①根據(jù)硫化氫的酸性可采用氫氧化鈉溶液吸收硫化氫。②一般情況下除去原理是根據(jù)硫化氫的還原性，實際生活中多選擇具有氧化性的物質(如氧氣、過氧化氫、氯氣、高錳酸鉀等)，使兩者發(fā)生氧化還原反應，從而除去硫化氫。應該如何篩選合適的氧化劑，需要從哪些角度考慮呢？學生思考、討論后作答：對于氧化劑的選擇，一般需要綜合考慮三個方面，如氧化劑氧化性的強弱、價格、環(huán)保污染情況等。經(jīng)過比較，過氧化氫是比較理想的氧化劑，產物也無污染，綠色環(huán)保，過氧化氫價格也比較便宜。情境2：如何設計實驗探究負二價硫與過氧化氫的反應證明H2O2具有氧化性？學生設計實驗方案①：首先向一支試管中加入少量的Na2S溶液，然后緩慢滴加過氧化氫。兩者反應的實驗現(xiàn)象如下：溶液中先產生黃色沉淀，隨著反應的進行沉淀溶解生成無色溶液。經(jīng)分析，黃色沉淀為硫單質，最后的無色溶液為Na2SO4，硫元素在無色溶液中以SO42-形式存在，其可以用鹽酸酸化的BaCl2溶液檢驗。在實驗過程中要注意保持通風。實驗過程中發(fā)生反應的化學方程式如下:Na2S+H2O2=2NaOH+S↓2S+6NaOH=2Na2S+Na2SO3+3H2ONa2SO3+H2O2=Na2SO4+H2ONa2S+4H2O2=Na2SO4+4H2O教師提供實驗方案②：向Pb(NO3)2溶液中滴加硫化鈉，生成黑色沉淀，再滴加過氧化氫溶液，生成白色沉淀。播放實驗視頻：過氧化氫的氧化性。學生書寫生成白色沉淀的離子方程式，小結歸納陌生氧化還原反應方程式的書寫策略。要點1：陌生氧化還原反應方程式或離子方程式的書寫策略——“一定三守恒”具體步驟：【即時訓練】由碳酸錳礦(主要成分MnCO3，還含有FeCO3、MnO2、Al2O3、SiO2等)中提取金屬錳的一種流程如下：已知“酸浸”后溶液中錳元素只以Mn2＋形式存在，則“酸浸”中發(fā)生氧化還原反應的離子方程式為_______________________________________________________________________。答案：2FeCO3＋MnO2＋8H＋=2Fe3＋＋Mn2＋＋2CO2↑＋4H2O情境3：凈化處理生活中的污水，除了用過氧化氫作氧化劑外，還可以選擇含氯的消毒劑，如次氯酸鈉。請同學們思考：如果用過氧化氫和含氯消毒劑一起作氧化劑，是不是可以增強氧化的效果呢?學生設計實驗并展示成果。實驗設計：取少量游泳池的水于一燒杯中，向燒杯中加入少量84消毒液(次氯酸鈉)，再逐滴加入相應濃度的過氧化氫，觀察現(xiàn)象(有無色氣泡產生)。無色氣泡可能是氧氣，用帶火星的木條檢驗排出的氣體能否使木條復燃，過氧化氫和次氯酸鈉反應產生O2。根據(jù)預測，書寫離子反應方程式。（書寫的障礙？）播放實驗視頻：次氯酸鈉和過氧化氫反應。（證據(jù)推理）科普一下：過氧化氫和次氯酸鈉混用，不僅不會增強氧化的效果，當含氯消毒劑不足時，余氯不足，細菌會瘋狂繁殖，藻類會快速生長，導致池水變綠。播放里約奧運會：一池碧水。恩格斯說：“生命的起源必然是通過化學的途徑實現(xiàn)的?！焙沃故巧?，衣食住行、工農業(yè)生產、國防科技等等，都離不開化學的貢獻。舉個生活中的小例子。夏天到了，很多人喜歡到游泳池里游泳，一個大池子，幾十個人，很熱鬧。但是有一個問題，水非常容易臟。而且啊據(jù)調查發(fā)現(xiàn)，有很多人啊他嫌麻煩，他就在泳池里釋放體內的洪荒之力，真的，很大一部分人，這個時候，水就要經(jīng)常換，還要加消毒劑比如含氯消毒劑，像漂白粉、三氯異氰尿酸等，你看，這就是化學的功勞。泳池變尿池，這都是人干的事兒。所以為了徹底解決此問題，作為化學工作者，我們可以研制一種化學指示劑，滴在尿池里，不，水池里，專門檢測這種釋放天性的行為。就像紫色石蕊遇酸會變紅一樣。我想問同學都會游泳嗎？這個世界上只有兩種高級動物不會游泳，知道是什么嗎？媳婦和媽呀！針對學生書寫離子反應式：NaC1O+H2O2=NaCl+O2↑+H2O。提問：①H2O2是氧化劑嗎？②你的書寫障礙是什么？要點2：常見氧化劑還原劑與對應產物情境4：在污水凈化的處理中，除了常見的過氧化氫、含氯氧化劑外，還可以選用高鐵酸鉀這種強氧化劑。高鐵酸鉀氧化性強，可以用來進行污水和廢水的氧化、消毒、殺菌等。那么，如何判斷高鐵酸鉀和過氧化氫這兩種污水處理劑，氧化效果更好呢？請同學們設計實驗。學生設計實驗并交流：向一定濃度的K2FeO4溶液中逐滴加入H2O2溶液，觀察并描述現(xiàn)象（實驗現(xiàn)象：生成紅褐色沉淀加酸溶解，經(jīng)驗檢溶液中生成Fe3+，并有氣泡冒出，氣體為O2），實驗現(xiàn)象證明兩者發(fā)生了氧化還原反應，K2FeO4的氧化性比H2O2強。H2O2有強氧化性，但遇到更強的氧化劑K2FeO4時，就顯還原性。情境5：展示圖片數(shù)據(jù)等資料，如全球每年約有十幾億人的飲用水不潔凈，每年有3000萬人死于被污染的飲用水?！经h(huán)球時報綜合報道】據(jù)美國全國公共廣播電臺22日報道，21日，聯(lián)合國發(fā)布《2023世界水資源發(fā)展報告》，報告顯示，全世界有26%的人口沒有清潔飲用水喝，46%的人口缺乏基本的衛(wèi)生設施。報告稱，在過去40年里，全球用水量每年的增長速度約為1%，目前，全球10%的人口生活在水資源極度緊張的國家，多達35億人每年至少有一個月處在用水短缺的情況下。在水污染方面，未經(jīng)處理的廢水是最大的污染源，全球范圍內，平均有80%的廢水沒做任何處理就被排放到生態(tài)環(huán)境中，而在一些發(fā)展中國家，該比例甚至高達99%。全球每年約有十幾億人的飲用水不潔凈，每年有3000萬人死于被污染的飲用水。所以我們要注意飲用水衛(wèi)生，多喝開水。開水是中國人的神水，據(jù)說能夠殺菌助消化，能美容養(yǎng)顏，延緩衰老。女同學還是要多喝開水。其實在古代，窮苦老百姓想喝開水是不容易的，因為燒開水需要柴火煤等燃料，窮苦的人可能做飯都不夠用，而且古人也沒有細菌的概念，也不知道喝水之前要殺菌。直到上個世紀，中國政府才開始推廣燒開水喝開水，當時的口號是什么呢？要用開水澆灌祖國的花朵。目前地球上的飲用水污染情況嚴重，我們應該怎么做呢?學生討論交流：我們首先自己要做到節(jié)約淡水資源，不