一次社会实践活动的思考——污水处理试题分析

-1-一次社会实践活动的思考——污水处理试题分析安徽省郎溪中学周明强联系电话[phone]邮箱[e-mail]摘要：现行高考考试大纲对“重视理论联系实践，关注与化学有关的科学技术、社会经济和生态环境的协调发展”提出了要求，随着新课程实施的不断深入，高考化学命题将会进一步与生活接轨，联系更加紧密。为此，我校高一化学备课组通过一次社会实践活动（参观县污水处理厂），将课堂理论知识与实际运用结合起来，同学们不仅视野扩大，而且环保意识加强，我也有很大的感触。由此我想到随着城市的发展，有关污水处理问题将在一段时间内会得到更多的关注，而以污水处理为题干背景的试题将会受到教育专家的青睐，这类题能考查学生运用化学知识解决实际问题的能力。作为一线教师的我们应当积极地研究这类命题特点，平时多加训练，提高学生的适应能力。2012年宣城市中学化学优秀教学论文评选参评论文-2-一次社会实践活动的思考——污水处理试题分析摘要：现行高考考试大纲对“重视理论联系实践，关注与化学有关的科学技术、社会经济和生态环境的协调发展”提出了要求，随着新课程实施的不断深入，高考化学命题将会进一步与生活接轨，联系更加紧密。为此，我校高一化学备课组通过一次社会实践活动（参观县污水处理厂），将课堂理论知识与实际运用结合起来，同学们不仅视野扩大，而且环保意识加强，我也有很大的感触。由此我想到随着城市的发展，有关污水处理问题将在一段时间内会得到更多的关注，而以污水处理为题干背景的试题将会受到教育专家的青睐，这类题能考查学生运用化学知识解决实际问题的能力。作为一线教师的我们应当积极地研究这类命题特点，平时多加训练，提高学生的适应能力。随着环境污染的日益加重，环保问题受到了人们的越来越多关注，其中，由人类生产活动造成的水体污染，更是深深困扰着大家，日趋加剧的水污染，已对人类的生存安全构成重大威胁。水污染是指水体因某种物质的介入，超过了水体的自净能力，导致其化学、物理、生物等方面特征的改变，造成水质恶化的现象，从而影响水的利用价值，危害人体健康或者破坏生态环境，包括工业污染源，农业污染源和生活污染源三大部分。目前随着城市人口的增加和居民生活水平的提高，城市的废水排放量正在不断地增加，而城市污水处理厂在一定程度上解决了污水处理的问题。为使学生将理论知识转化为社会实践，我校-3-高一化学备课组利用周六休息日，组织高一(6)、(12)、（20）班同学开展了一次社会实践活动（参观县污水处理厂），取得了较好的效果。由此我想到，在我们现行高中教材选修1中就有《爱护水资源》内容，介绍有关水体污染的知识，而近年来高考试题设计在关注与化学有关的科学技术和生态环境的协调发展方面有所加强，尤其是2011年高考题中安徽卷及天津卷均涉及到这方面的知识，因此让学生了解一些污水处理中的专业词语，并指导学生运用所学的知识解决问题是非常值得研究的一个课题，我想同学们先有感性认识再理性分析就更易理解相关化学知识，本文就以污水处理为载体，尝试让学生以试题角度来了解污水处理中的相关化学知识。热点一、通过污水的进出情况说明，让学生了解衡量水体污染程度生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD），从而考查学生氧化还原反应的知识。1、化学需氧量（COD），是在一定条件，用一定的强氧化剂处理水样所消耗的氧化剂的量，以氧的毫克/升表示。化学需氧量的测定，在一定程度上可以说明水体受有机物污染的状况，常被用于污染程度较轻的水样，重铬酸钾法对有机物氧化比较完全、适用于各种水样。COD值越大，表明水体中的还原性污染物越多，水质越差，按规定COD值大于500mg/L的污水不得直接排放。例1.化学需氧量（COD）是指用强氧化剂（K2Cr2O7）处理一定量水样时所消耗氧化剂的量，现有某废水样品20.00mL，加入10.00mL0.0400mol/LK2Cr2O7溶液，并加入适量酸和催化剂，加热反应2小时。在指示剂存在下用0.1000mol/LFe(NH4)2(SO4)2溶液滴定多余-4-的K2Cr2O7，共用去Fe(NH4)2(SO4)2溶液12.00mL。（1）已知K2Cr2O7在酸性溶液中作氧化剂时，被还原成Cr3+离子，Fe2+离子氧化成Fe3+离子。写出K2Cr2O7与Fe(NH4)2(SO4)2在H2SO4存在下反应的化学方程式。（2）计算20.00mL废水所消耗K2Cr2O7的物质的量。（3）计算该废水水样的COD。解析：（1）K2Cr2O7+7H2SO4+6Fe(NH4)2(SO4)2==Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+6(NH4)2SO4+7H2O+K2SO4（2设剩余K2Cr2O7的物质的量为xmol，则：K2Cr2O7+7H2SO4+6Fe(NH4)2(SO4)2==Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+6(NH4)2SO4+7H2O+K2SO41mol6molxmol12.00×10-3×0.1000mol列式解得：x=2.000×10-4mol/L则废水样消耗的K2Cr2O7的物质的量：n(K2Cr2O7)=10.00mL×0.0400mol/L—2.000×10-4=2.000×10-4mol（3）池塘水样20.00mL消耗n(K2Cr2O7)=2.000×10-4mol2×10-4molK2Cr2O7转化为Cr3+得电子：6×2×10-4mol相当于O2：3×4×10-4mol/4=3×10-4mol换算成1L水样所消耗O2的质量为：3×10-4mol××32g·mol-1=0.480g=480mg水体污染程度生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）两个常规性知识的介绍以化学需氧量（COD）中的氧化还原反应的知识为载体，对学生知识运用能力，思维层次要求较高。-5-热点二、通过污水处理中化学工艺流程设计，考查学生氧化还原反应，溶解平衡及电解的知识。例2.（2011天津高考题）工业废水中常含有一定量的Cr2O72－和CrO42－，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理。常用的处理方法有两种。方法1：还原沉淀法该法的工艺流程为：CrO42－Cr2O72－Cr3+Cr(OH)3↓其中第①步存在平衡：2CrO42－(黄色)+2H＋Cr2O72－(橙色)+H2O⑴若平衡体系的pH=2，该溶液显色。⑵能说明第①步反应达平衡状态的是。a.Cr2O72－和CrO42－的浓度相同b.2(Cr2O72－)=(CrO42－)c.溶液的颜色不变⑶第②步中，还原1molCr2O72－离子，需要mol的FeSO4-7H2O。⑷第③步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH―(aq)常温下，Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)·c3(OH―)=10-32，要使c(Cr3+)降至10-5mol/L，溶液的pH应调至。方法2：电解法该法用Fe做电极电解含Cr2O72－的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)3沉淀。⑸用Fe做电极的原因为。⑹在阴极附近溶液pH升高的原因是（用电极反应解释），溶液中同时生成的沉淀还有。-6-解析：(1)c(H＋)增大，平衡2CrO42－(黄色)+2H＋Cr2O72－(橙色)+H2O向右移动，溶液呈橙色；(2)Cr2O72－和CrO42－的浓度相同时，并不能说明各组分的浓度不再改变了；vCr2O72－)和v(CrO42－)表示的都是正反应或都是逆反应，2v(Cr2O72－)=v(CrO42－)并不能说明正逆反应速率相等；溶液的颜色不再改变，也就是各物质的浓度不再改变，是平衡状态，故选c；(3)还原1molCr2O72-离子生成2molCr3+，得到的电子数为6mol，根据电子得失守恒可知，需要6mol的FeSO4-7H2O；(4)当c(Cr3+)=10-5mol/L时，溶液的c(OH―)=mol/L，pH=5，即要使c(Cr3+)降至10-5mol/L，溶液的pH应调至5。(5)在电解法除铬中，铁作阳极，铁优先失去电子生成Fe2+，以提供还原剂；(6)在阴极附近溶液pH升高的原因是H＋放电生成H2的同时，降低了溶液的酸性；Fe2＋与Cr2O72－反应生成了Fe3+，Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀。本题以CrO42－污染为背景考查有关平衡移动、氧化还原反应电子得失、沉淀溶解平衡及电解等知识，向学生展示了两种水体污染中的Cr2O72－和CrO42－消除方法，只要化学基本素养扎实，处理本题并不是很大的难度。热点三、坚持能力立意，突出考查学生的获取信息能力、分析解决问题能力、实验和科学探究能力。例3.（2011安徽高考题）地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程，利用-7-Fe粉和KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。（1）实验前：①先用0.1mol/LH2SO4洗涤Fe粉，其目的是_________，然后用蒸馏水洗涤至中性；②将KNO3溶液的pH调至2.5；③为防止空气中的O2对脱氮的影响，应向KNO3溶液通入________（写化学式）。（2）如图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系（部分副反应产物曲线略去）。请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式___________________。t1时刻后，该反应仍在进行，溶液中NH4+的浓度在增大，Fe2+的浓度却没有增大，可能的原因是______________。（3）该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设，请你完成假设二和假设三：假设一：溶液的pH；假设二：_______；假设三：_______；（4）请你设计实验验证上述假设一，写出实验步骤及结论。（已知：溶液中的NO3—浓度可用离子色谱仪测定）解析：这里要认真辨认坐标图，t1前在酸性条件下NO3—与Fe反应的产物是Fe2+和NH4+，不能凭武断确定其产物是Fe3+和氮的氧化物。t1后溶液的pH＞6，铁主要以+2价铁的沉淀形态存在，其离子方程式可表示为（以Fe(OH)2表示）：-8-4Fe+NO3—+7H2O==4Fe(OH)2+NH4++2OH—（3）假设二：溶液的温度假设三：铁的比表面积（合理答案也可）（4）取几份同浓度同体积的KNO3溶液，用稀H2SO4调成不同pH的溶液，通入N2排空气，然后分别加入足量的同种Fe粉，在相同的温度测定相同时间内各溶液中c(NO3—)的变化。若溶液的pH不同，测出各溶液c(NO3—)不同，说明溶液pH对脱氮速率有影响（合理答案也可）以地下水中硝酸盐污染处理为情境，立意高、设问新，其中第(1)问考查考生运用已有知识进行科学解释和解决简单化学问题的能力；第(2)问要求考生根据科学研究的事实判断化学反应，并根据曲线中Fe2+和pH值基本不变的事实，推出是Fe2+的水解提供反应需要的H+，维持两个反应的进行，对考生的辩证思维有较高要求；第(3)问要求考生根据已有的化学反应速率的知识提出假设；第(4)问要求考生能像科学研究一样运用控制变量的思想设计一个真实的实验验证假设，对思维的逻辑性、严谨性和创新性有一定的要求。这些正面的化学科学应用情景的呈现有着积极的引导作用——要多关心生活、生产中的化学常识，能用所学化学知识解释实际问题，尤其是与化学相关的新闻、科技、发明创造等，特别关注日益突出的环保问题。本次社会实践活动，我深深体会到，实践过程能加深学生对生活的感受和体验，弥补课程脱离学生生活的体验不足，学生通过亲自参与体验，加深对课本知识的理解。在环保日益加强的今天，污水处理问题会得到更多的关注，而以污水处理为题干背景的试题将会受到教育专家的青睐，这类题能考查学生各方面化学知识解决问题的能力。-9-随着新课程实施的不断深入，高考化学命题将会进一步与生活接轨，作为一线教师的我们应当积极地研究这类命题特点，平时多加训练，提高学生的适应能力。参考文献①杨庆波.关于水体污染程度的计算.中学化学教学参考,2006,11:42-43.②寿立霞,曲