高中化学选修2主题1获取洁净的水教案

主题1获取洁净的水【导入新课】干旱灾区的朋友们好不容易找到的水源能直结接饮用吗？【分析】我们知道天然水在自然循环过程中与大气和土壤不断地接触，必然会混入很多种杂质，为了获得符合不同标准(指工业生产或生活方面)的水，必须对水进行处理，以除掉水中的一些杂质。那么如何如何对水进行处理，如何获得符合所需标准的水，这将是这节课将要学习的获取洁净的水。【问题讨论】自来水厂生产过程中为什么加入絮凝剂？【分析】天然水中常含有一些悬浮物和胶体，很难用自然沉降法除去。所以常用加入混凝剂的方法，使细小的悬浮物和胶体聚集成较大颗粒而沉淀，然后过滤除去。像这种除杂的方法就称之为混凝法。【板书】一、天然水的净化【板书】1.混凝法：（1）原理：加入一种混凝剂（如：明矾、铁盐、亚铁盐等），使水中细小的悬浮物质和胶体聚集成较大颗的颗粒而沉淀，然后过滤除去。【提问】常用的混凝剂是明矾，你们知道明矾为什么能净化水？【分析】明矾的主要成分是KAl(SO4)2，它是强电解质，在水溶液中发生完全电离，他的电离方程式为：KAl(SO4)2=K++Al3++2SO42-，Al3+与水发生水解反应生成Al(OH)3，水解方程式为Al3++3H2OAl(OH)3+3H+Al(OH)3在水中以絮状的胶体形式存在，由于水中的胶体杂质一般都带负电,而Al(OH)3胶体粒子带正电，通过电性吸引作用，破坏了天然水中胶体杂质的稳定性，并在分子引力作用下凝聚成大颗粒下沉。同时还能吸附一些悬浮物，这样就起到了净水的作用。【注意】同学们注意啦，胶体本身是不带电的，带电的是胶体粒子，这就像溶液一样，溶液是成电中性，但溶液中的粒子有可能是带电的。【过渡】近年来用含铝混凝剂处理饮用水的安全性不断受到质疑，有资料显示铝盐对人体健康有危害，同学们可以看一下：有资料表明：此外，铝可抑制胃液和胃酸的分泌，使胃蛋白酶活性下降，导致甲状旁腺的亢进。当有铁存在时，铝的存在能增加水的脱色。【解析】因此，世界卫生组织1989年就将铝作为有毒有害物质在食品领域加以控制了，我国卫生部2000年颁发的《生活饮用水卫生标准》中将铝列为饮用水水质控制指标之一，并明确规定饮用水中铝含量不得高于0．2mg／L。【过渡】随着社会的进步，在处理饮用水时，美国、欧盟以及日本等发达国家已普遍改用三价铁混凝剂，而铝混凝剂逐渐被淘汰。铝混凝剂主要有？铁混凝剂主要有？【板书】（2）常见混凝剂：铝混凝剂：明矾，硫酸铝，聚合铝等铁混凝剂：高铁酸盐（钠，钾），硫酸亚铁，硫酸铁，碱式硫酸铁等【过渡】我们知道了明矾的净水原理，同样地其他铝混凝剂的净水原理和明矾一样，就是Al3+与水发生水解反应生成Al(OH)3胶体，Al(OH)3胶体可以使水中的胶体杂质凝聚成大颗粒下沉，即胶体的聚沉，同时还能吸附一些悬浮物，这样就起到了净水的作用。那铁混凝剂的净水原理又是如何的呢？由于高铁酸盐是一种新型水处理剂。下面我们就来简要学习一下高铁酸盐。【分析】高铁酸盐是一种绿色净水剂，其有效成部分是高铁酸根[（FeO4）2-]。这里，铁呈+6价，具有很强的氧化性，能通过氧化作用进行消毒，在杀菌消毒的同时，本身被还原成Fe3+，又容易水解生成Fe(OH)3胶体，可以吸附水中的悬浮物和使胶体杂质聚沉，从而起到净化水的作用。【板书】净水原理:Fe3++3H2O＝Fe(OH)3+3H+【分析】高铁酸盐的作用有杀菌消毒和吸附水中的悬浮物和使胶体杂质聚沉，因此高铁酸盐同时具有氯气和明矾的净水效果，并且它在整个对水的消毒和净化过程中，不产生任何对人体有害的物质。高铁酸盐被科学家们公认为绿色消毒剂。【分析】高铁酸盐除了具有优异的氧化漂白、高效絮凝、优良的杀菌作用以外，它还迅速有效地去除淤泥中的臭味物质。铁酸盐除臭主要是氧化掉诸如硫化氢(H2S)、甲硫醇(CH3SH)、甲基硫(CH3)2S)、氨气(NH3)等恶臭物质，将其转化为安全无味的物质。由于高铁酸盐在整个PH值范围都具有极强的氧化性，因而对于淤泥除臭处理是较为理想的方法。【过渡】下面请同学看到实验2-1【实验2-1】：在河水中加入以下物质实验现象烧杯1加入绿矾搅拌后静置有少量胶状物出现烧杯2加NaOH溶液，使pH=9，再加绿矾搅拌后静置有沉淀析出烧杯3加入硫酸铁搅拌后静置有沉淀析出【过渡】从现象可以得出什么结论呢?【学生讨论】为什么亚铁盐的净化效果没有铁盐的效果好？它在水中的作用与铝盐相似，亚铁盐在水中水解后生成的Fe(OH)2溶解度较大，混凝效果不好。所以，实际应用时必须将Fe2＋氧化成Fe3＋，在溶液中生成Fe(OH)3，起到较好的混凝作用。【分析】在工业上常用FeSO4·7H2O作为混凝剂，因为它来源充足。在使用FeSO4·7H2O的时候一定要注意:1、必须将Fe2+转化为Fe3+,因为Fe(OH)3的净水效果要好些;由于FeSO4·7H2O溶于水后显酸性，而Fe2＋在碱性条件下更容易被氧化成Fe3＋，所以要将pH调到9左右，变成效果更好的三价铁离子。【过渡】开水壶用久了，内壁会长出一层厚厚的水垢，那说明自来水是什么水?【过渡】在初中我们已经学过了硬水和软水的知识，下面我们就来简要回顾一下。【板书】2、化学软化法【设问】什么是硬水？什么是软水？(通过阅读回答)【板书】（1）天然水的分类：硬水：含有较多Ca2＋、Mg2＋的水叫做硬水；如矿泉水，自来水，河水、湖水、井水、泉水，自然界中的地面水和地下水等。软水：含有少量Ca2＋、Mg2＋或不含Ca2＋、Mg2＋的水叫做软水。如雨水，雪水（刚下的雨雪），纯净水等。【过渡】硬水中含有Ca2+、Mg2+的多少常用水的硬度来表示．最初硬度是指水能溶解肥皂的程度。同学们阅读课本有关硬度的小字内容。硬度的定义是什么？【板书】（2）硬度定义：1升水中含有10mmgCaO或者相当于10mmgCaO)称为1度（1。)【分析】水的硬度的表示方法有多种，目前没有一个统一的标准，这种硬度的表示方法称作德国度，我国采用的表示方法与德国相同，这种表示方法是我国目前最普遍使用的一种水的硬度表示方法。【过渡】通常根据引起水的硬度的物质是否含HCO3-把水的硬度分为暂时硬度和永久硬度．暂时硬度：如果水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的，这种硬度叫做暂时硬度。永久硬度：如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的，这种硬度叫做永久硬度。【提问】思考：暂时硬度可以用什么方法消除？【分析】暂时硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去，故称为暂时硬度。而永久硬度不能用加热分解的方法除去，因此称为永久硬度。【过渡】一般天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度，因此，一般所说的硬度是泛指两种硬度的总和．【过渡】我们知道了硬水和软水，那硬水和软水应该如何鉴别呢？【板书】（3）硬水和软水的鉴别方法:①肥皂水法：种类硬水软水现象泡沫少，有大量浮渣有大量泡沫，无浮渣结论可用肥皂水来区别硬水和软水；硬水浪费肥皂②加热法：种类硬水软水现象蒸发皿底部有白色固体蒸发皿底部无或很少固体结论可用蒸发法区别硬水和软水；硬水加热可形成水垢【过渡】我们为什么要研究硬水呢？【板书】（4）硬水给生活和生产带来的危害：①不适宜饮用，因为它容易引起肠胃不适，还能诱发疾病；北方水的硬度高，平均寿命比南方人短6年。太硬或太软的水都不利于身体健康。②不利于洗涤，因为它会造成洗涤剂的浪费，使衣物失去原有色泽且变硬；因为用硬水洗衣服的时候，水里的钙镁离子和肥皂结合，生成了脂肪酸钙和脂肪酸镁的絮状沉淀，这就是“豆腐渣”的来历。③不能做锅炉用水，因为它会使锅炉内结水垢，降低热效率，不仅浪费燃料，甚至严重时能引起锅炉爆炸。【过渡】所以，我们必须将硬水进行软化。那么，就让我们接着学习硬水软化的方法吧！【板书】（5）硬水软化的方法【分析】硬水的软化就是软化硬水的方法有多种，通常有加热法，药剂法及离子交换法。对于具有暂时硬度的水可以用加热的方法进行软化。在前面已经提到可以用加热法来消除暂时硬度，下面我们就来看一下它是如何消除的。由于具有暂时硬度的水的硬度是由Ca(HCO3)2，Mg(HCO3)2引起的。在加热的条件下它们会发生分解。①加热法Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2OMg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O思考：CaCO3和MgCO3的溶解度的差别？CaCO3不溶，MgCO3微溶。所以碳酸镁在进一步加热的条件下还可以与水反应生成更难溶的氢氧化镁。MgCO3＋H2OMg(OH)2↓＋CO2↑所以水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，可以用稀盐酸洗，但是为了防止腐蚀设备，需要加入合适的缓蚀剂。【小结】通过这样处理后，溶液中Ca2＋、Mg2＋含量减小，因而硬度减小．【过渡】对于具有永久硬度的水可采用药剂法和离子交换法进行软化。②药剂法：药剂法通过向硬水中加入适当的化学药剂，与Ca2＋、Mg2＋发生化学反应，使Ca2＋、Mg2＋以沉淀的形式分离出来，达到软化水的目的。常用的化学药剂有纯碱、生石灰等。对于工业锅炉用水，还有一种用磷酸盐作药剂的处理方法，使沉淀物悬浮在水中而不结垢。根据水的硬度和对水质的要求，决定使用某种药剂或同时使用几种药剂。A．如果对水的软化程度要求不高，或者仅为其它软化法做预处理，可以使用石灰，它能消除水的暂时硬度：CaO＋H2O=====Ca(OH)2Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2=====2CaCO3↓+2H2OMg(HCO3)2＋2Ca(OH)2======Mg(OH)2↓+2CaCO3↓＋2H2OB．如果对水的软化程度要求高一些，可以使用石灰和纯碱的混合物，它既能消除水的暂时硬度，也可以消除水的永久硬度：CaCl2＋Na2CO3CaCO3↓＋2NaClMgSO4＋Na2CO3=MgCO3↓＋Na2SO4MgSO4＋Ca(OH)2=Mg(OH)2↓＋CaSO4CaSO4＋Na2CO3＝CaCO3↓＋Na2SO4【板书】③离子交换法【分析讲述】离子交换法是用离子交换剂软化水的方法。离子交换剂分无机质类和有机质类两大类。无机质类又可分天然的——如海绿砂；人造的——如合成沸石。有机质类又分碳质和合成树脂两类。其中碳质类如磺化煤等；合成树脂类分阳离子型——如强酸性和弱酸性树脂；阳离子型——如强碱性和弱碱性树脂、两性树脂和螯合树脂等类。【过渡】离子交换剂中的阳离子与水中的Ca2＋、Mg2＋发生离子交换作用，使水得到软化。（现在常用作离子交换剂的离子交换树脂，是一类不溶于水但能与溶液中同电性离子进行交换的有机高分子电解质，常用NaR、HR等表示。）如果用NaR表示离子交换剂，你们可以用离子反应来表示离子交换法软化水的过程？【板书】离子交换原理2NaR+Ca2＋=CaR2+2Na＋2NaR+Mg2＋=MgR2+2Na＋【过渡】下面来看一下离子交换法软化水示意图；接着看一下具体的交换过程【思考】这种离子交换是否可以无限进行？【解析】交换并非是无止境的。交换进行到离子交换剂中的Na+全部被Ca2＋、Mg2＋代替后，离子交换剂即失去软化硬水的能力，也就是说交换后的水不再符合软水的标准时，离子交换剂就失效了，此时必须使离子交换剂再生．【提问】什么是离子交换剂的再生？如何再生？(请一位同学回答)【讲解】常用5——8％NaCl溶液浸泡失去交换能力的离子交换剂，CaR2和MgR2跟Na+发生交换作用重新生成NaR，从而又恢复了离子交换剂软化硬水的能力，这个过程叫再生．【板书】再生原理：CaR2+2Na＋=2NaR+Ca2＋【提问】再生过程和交换过程有什么关系呀？【解答】再生过程是交换过程的逆过程。【过渡】中国水资源还是挺多的，但是人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处于同等重要地位。那下面我们就来学习污水处理。【板书】二、污水处理1、污水的处理方法：物理法、生物法、化学法等【分析】污水中的污染物组成非常复杂，常常需要以上几种方法组合，才能达到处理要求。2、污水的处理过程：根据污水处理的程度，分为