2020高中化学 爱护水资源知识讲解学案 新人教版选修2

2020高中化学 爱护水资源知识讲解学案 新人教版选修2

爱护水资源 ‎【学习目标】‎ ‎1、认识水体污染的危害； 　　2、了解几种主要的污水处理方法。‎ ‎【要点梳理】‎ 要点一、水资源的重要性 ‎1、人类拥有的水资源 　　地球上的水资源是丰富的，淡水量占总水量不足1％，可供利用的淡水资源有限。 　　要点诠释：随着工农业发展和人口的增长，许多江河湖泊都遭到不同程度的污染，使有限的水资源从质量上受到严重的影响。水资源的匮乏已严重威胁世界经济的发展和人类生存。‎ ‎2、我国水资源紧缺的原因 　　①可利用的淡水资源少；‎ ‎②分布不均；‎ ‎③人口增长、社会用水量激增；‎ ‎④森林破坏严重；‎ ‎⑤水污染严重。‎ ‎3、造成水体污染的原因 　　①工厂排出的废水；‎ ‎②农业上化肥、农药的不合理施用；‎ ‎③生活污水的任意排放；‎ ‎④石油泄漏造成的海水污染；‎ ‎⑤放射性水污染；‎ ‎⑥热污染等。‎ 要点二、水体污染的危害 ‎ 1、水体污染的概述 ‎（1）水体污染的概念 向水体排放的有害物质超出了水体的自净能力，破坏了水环境的机能，使水质恶化的现象称为水体污染。‎ ‎（2）水体污染的种类 ‎（3）水体污染的危害 ‎①加剧水资源短缺；‎ ‎②严重危害人体健康；‎ ‎③对水中生态系统、工业、农业和渔业生产等产生很大的影响。‎ ‎2、重金属污染 ‎（1）污染源：主要包括汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）和铬（Cr）等。‎ ‎（2）来源：主要来自化工、冶金、电子和电镀等行业排放的工业废水。‎ ‎（3）危害：‎ ‎①水中的重金属污染物通过食物链被富集，浓度逐级加大，而人正处于食物链的终端，通过食物和饮水，将这些重金属摄入体内，引起人体急性或慢性中毒；‎ 7‎ 水中重金属污染物通过食物链被富集，浓度逐渐增大 ‎②水中的某些重金属污染物可以被微生物转化为毒性更大的有机化合物，如水中的无机汞在微生物的作用下，会转变成有机汞：‎ HgCl2+CH4CH3HgCl+HCl，CH3HgCl的毒性比HgCl2更大 重金属 对人体的危害 典型病症 汞 主要累积在中枢神经系统、消化系统及肾脏中，此外对呼吸系统、皮肤、血液及眼睛也有一定的影响 水俣病 铅 影响人的神经、肾脏、血管和其他器官的功能 ‎____________‎ 镉 破坏体内钙的代谢，使骨头软化 痛痛病 铬 对人体的毒害为全身性的，对皮肤黏膜的刺激作用，可引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎，引起变态反应并有致癌作用 ‎____________‎ 重金属对人体的危害 ‎3、植物营养物质污染 ‎（1）植物营养素 　　生活污水或某些工业废水中，经常包含氮、磷的化合物，它们是植物生长发育的养料，称为植物营养素。 　　要点诠释：含氮的物质主要是蛋白质，含磷的物质主要是洗涤剂和不合理使用的磷肥。 　　（2）污染原理 　　污水中含氮、磷的化合物使水中的藻类和浮游生物大量繁殖，消耗大量的溶解氧，使大多数水生动植物不能生存。 　　要点诠释：蛋白质在水中的分解：蛋白质→氨基酸→氨→亚硝酸→硝酸，以硝酸盐形式成为植物的养料。 　　2NH3+3O2 2HNO2+2H2O 2HNO2+O2 2HNO3 　　（4）赤潮、水华 　　含氮、磷的物质在分解过程中，大量消耗水中的溶解氧，并释放出养分，而使藻类和其他浮游生物大量繁殖。由于占优势的浮游生物颜色不同，使水面呈蓝色、红色、棕色等。这种现象发生在海域称为“赤潮”，发生在江河湖泊中则叫“水华”。 　　要点诠释：‎ ‎①发生赤潮时，大量浮游生物浮在水面，减少或隔绝水中溶解氧的来源，使大量鱼类等水生生物缺氧而死。‎ ‎②在富营养化的水体中，往往出现以蓝藻、绿藻占优势的情况，赤潮只不过是各种颜色藻的总称。 　　（5）水体的富营养化 由于水体中营养物质过多蓄积而引起的污染，叫水体的富营养化。 　　危害：由于缺氧，致使大多数水生动、植物不能生存，致使的动植物遗骸在水底腐烂沉积，使水质不断恶化，影响渔业生产，并通过食物链危害人体健康。 　　（6）措施 为遏止水体的富营养化，我国已于2000年禁止与生产销售含磷洗衣粉，以无磷洗衣粉取代，走“绿色洗涤之路”。‎ 7‎ ‎4、水体的其他污染 ‎（1）石油污染 危害：海鸟以及其他海洋生物都被毒死或窒息而死，由此造成的海洋生物多样性减少和海洋生物体内致癌物质浓缩蓄积，给环境和人类带来无法估算的危害。‎ ‎（2）杀虫剂污染 危害：长期使用化学杀虫剂，对环境严重污染，对天敌不分敌我，害虫对杀虫剂产生抗药性等问题日渐突出。此外，有机氯类杀虫剂进入动物体内不能代谢排泄，会留下潜在的威胁，已使大量珍稀动物濒临灭绝。‎ ‎（3）酸、碱和一般无机盐 酸性或碱性物质进入水体使pH发生变化，酸、碱物质在水体中可以彼此中和，也可以分别跟地表物质发生反应生成无机盐类，由此引起水体中酸、碱、盐浓度超过常量而水质变坏的现象叫做水体的酸、碱、盐污染。‎ 水体中的酸主要来源于冶金、金属加工的酸洗工序，人造纤维、硫酸、农药等工厂的废酸水，矿山排水以及进入水体的酸雨等。‎ 污染水体中的碱主要来源于碱法造纸、化学纤维、印染、制革、炼油等工业污水。‎ 天然水体中的无机悬浮物如黏土和各种矿物可以跟废水中的酸碱成分起化学反应而生成盐类，如：‎ H2SO4+CaSO3=CaSO4+H2O+SO2↑ 2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O 要点三、改善水质 　　1、预防和消除水体污染的措施 　　要防止水体污染，改善水质，最根本的措施是控制工业废水和生活污水的排放，具体可行的有效做法有：‎ ‎①重复利用废水，回收废水中的有用成分，减少废水排放量； 　　②对工业污水进行处理，使其符合排放标准以后再排放； 　　③农业合理使用化肥、农药； 　　④生活污水集中处理后再排放；‎ ‎⑤采用革新工艺，降低废水中污染物的浓度；‎ ‎⑥加强对水体及污水污染源的监测和管理。‎ 要点诠释：国家节水标志由水滴、人手和地球变形而成。绿色的圆形代表地球，象征节约用水是保护地球生态的重要措施。标志留白部分像一只手托起一滴水，手是拼音字母JS的变形，寓意节水，表示节水需要公众参与，鼓励人们从我做起，人人动手节约每一滴水。手又像一条蜿蜒的河流，象征滴水汇成江河。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 2、污水处理工艺 　　（1）分类： 　　按方法分可分为：物理法、生物法和化学法等。 　　按处理程度可分为：一级、二级和三级。 　　（2）污水处理： 　　一级处理通常采用物理方法，即格栅间、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。经一级处理后的水一般达不到排放标准，所以通常作为预处理。格栅间用来除去污水中的大块物体；曝气沉淀池使沙、水初步分离；初次沉淀池使泥、水分离。‎ 7‎ 二级处理主要应用生物方法及某些化学方法，除去水中的可降解有机物和部分胶体污染物。经二级处理后的水一般可达到农灌标准和废水排放标准。曝气池用来通过微生物的代谢作用进行物质的转化，将污水中的各种复杂的有机物氧化降解为简单的、无害的物质；二次沉淀池用来对从曝气池出来的水进行二次沉淀。 　　三级处理是在一、二级处理的基础上，主要采用化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和反渗析法等对污水进行深度处理和净化。经三级处理后的水可作为回用水用于绿化和景观用水等。 　　3、污水处理中的化学反应及原理 　　原理：将废水中的有害物质转变为无毒物质、难溶物质或易除去的物质。 　　常用的方法有混凝法、中和法、沉淀法、氧化还原（包括电解）法。 　　（1）混凝法——向污水中加入混凝剂，使污水中细小的悬浮物聚集成较大的颗粒而沉淀，与水分离，从而除去水中的悬浮物。 　　常用的混凝剂有明矾、聚羟基氯化铝，以及有机高分子混凝剂如聚丙烯酰胺等。 　　天然水中的杂质多以悬浮物和胶体存在，且胶体一般带负电，而明矾水解后的Al(OH)3胶体粒子带正电，Al(OH)3胶体为絮状，本身疏松多孔，具有吸附性。 　　明矾净水原理：Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+‎ 要点诠释：‎ ‎①在明矾净水的过程中，Al(OH)3胶体形成的过程是化学变化，Al(OH)3胶体粒子与水中的悬浮颗粒共同沉淀的过程是物理变化。‎ ‎②用明矾净水以后，水中铝离子的浓度有所增加，水的酸度增大。 　　（2）中和法——处理酸、碱性污水 　　向酸性废水中投加碱性物质，如石灰、氢氧化钠等进行中和；向碱性废水中吹入含CO2的烟道气或其它酸性物质中和。反应原理为：‎ ‎2H++Ca(OH)2=Ca2++2H2O 2OH-+CO2=H2O+CO32- 　　要点诠释：‎ ‎①对于高浓度的酸、碱废水，应优先考虑回收利用，如采用浓缩的方法回收酸、碱等，既节省资源，又保护环境。‎ ‎ ②用熟石灰处理污水，钙离子的浓度有所增加，水的硬度增大。‎ ‎（3）沉淀法——除去重金属离子 　　主要用于处理废水中的重金属离子，根据重金属离子的特点，选择合适的沉淀剂。如在处理含锌废水时，一般投加石灰沉淀剂；处理含汞废水时，可采用硫化钠进行沉淀处理；含铬污水，可采用碳酸钡、氢氧化钡等为沉淀剂生成难溶的铬酸钡沉淀。 　（4）氧化还原法 　　原理：废水中呈溶解状态的有机和无机污染物，在投加氧化剂或还原剂后，由于电子的迁移，而发生氧化或还原作用，使其转化为无害物质。 　　常用氧还剂：O2、Cl2、O3、Ca(ClO)2、H2O2等。 　　常用还原剂：铁粉、锌粉、FeSO4等。 【典型例题】‎ 类型一：水资源的作用及其污染危害 例1、下列关于水的说法中，正确的是（ ）  　　A．自来水澄清透明，属于纯净物 　　B．水覆盖了地球大约3/4的表面，因此不存在水危机 　　C．长期饮用纯净水，有益于身体的健康 　　D．经济的发展、人口的增长，会造成淡水资源的紧张 ‎【思路点拨】本题考查水资源与人类生存、发展的重要关系。‎ ‎【答案】D ‎【解析】自来水是由自然水加工而成，虽澄清透明但不是纯净物，A项错误；地球尽管有众多大洋、湖泊，3/4覆盖着水，但危机普遍存在，并越发严重，B项错误；人体生理活动在需要水的同时还需要其他许多物质，长期饮用真正意义上的纯净水不利于健康，C项错误；水是宝贵的自然资源，它的意义体现在人类的生存与发展都离不开水，随着经济的发展和人口的增长，淡水资源越发紧张，D项正确。‎ ‎【总结升华】水是社会发展的重要物质基础，是影响生态环境的关键因素，我国作为一个严重缺水的国家，保护水资源刻不容缓。‎ 举一反三：‎ 7‎ ‎【变式1】下列说法中正确的是（ ）。‎ ‎ A．水是一种取之不尽用之不竭的天然资源 ‎ B．农田灌溉和排水也能导致水污染 ‎ C．建污水处理厂需要投入大量的资金，为了提高综合经济效益，工业污水一般无需作治污处理 D．臭氧对人体有一定的危害，但也可用臭氧作污水处理剂 ‎【答案】BD ‎【解析】水资源是有限的，A项错误。农田的灌溉和排水，能将农田土壤里的污染物带入水源，导致水污染，B项正确。工业污水是产生水体污染的主要原因之一，C项错误。臭氧对人体有一定的危害，但它的强氧化性能将污水中致病的细菌等多种有害物质除掉，适量地使用臭氧，不但不会造成对人的直接危害，而且还不会使水产生二次污染，D项正确。‎ ‎【变式2】江苏盐城自来水受苯酚污染再次给人们敲响警钟。下列有关水的说法中错误的是（ ）。‎ ‎ A．用太阳能蒸馏海水是海水淡化的方法之一 ‎ B．在化学反应中水只能作还原剂 ‎ C．水厂常同时使用硫酸亚铁和液氯处理水，既可杀菌消毒，又可除去水中悬浮杂质 D．提倡全社会节约用水，合理使用水资源 ‎【答案】B ‎【解析】利用太阳能蒸馏海水既环保，又有效，A对；我国是一个水资源缺乏的国家，节约用水、合理使用水资源是每个公民应尽的义务，D对；液氯可杀菌消毒，同时将Fe2+氧化成Fe3+，并水解生成Fe(OH)3胶体除去水中悬浮杂质，C对；在钠与水的反应中，水作氧化剂，B错。‎ 例2、下列金属中，其离子溶于水中不会造成水体污染的是（ ）‎ A．铅 　　　B．铬 　　　C．镉 　　　D．镁 ‎【思路点拨】本题考查水体污染中的重金属污染。‎ ‎【答案】D ‎【解析】重金属污染物主要包括汞、镉、铬和铅等，镁不属于重金属，其离子溶于水不会造成水体污染。‎ ‎【总结升华】某些重金属污染物可以被微生物转化为毒性更大的有机化合物。例如：水中的无机汞在微生物的作用下，会转变为有机汞，毒性更大，日本的水俣病就是无机汞转化为有机汞而引起的汞中毒事件。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】下列说法正确的是（ ）。‎ ‎ A．水俣病是因为长期食用富含汞的鱼和贝类而造成的慢性汞中毒 ‎ B．水俣病是因为长期食用含镉的污水灌溉的水稻造成的 ‎ C．日本的水俣病是无机汞引起的汞中毒 D．深海的生物对重金属离子的富集作用大 ‎【答案】A ‎【解析】水中的重金属污染物通过食物链被富集，浓度逐级加大，而人正处于食物链的终端，通过食物和饮水，将这些重金属摄入体内，引起人体急性或慢性中毒。水俣病就是长期食用富含汞的鱼和贝类而造成的慢性汞中毒，水中的某些重金属污染物被微生物转化成毒性更大的有机化合物；长期食用含镉的污水灌溉的水稻会造成痛痛病。‎ 例3、下列说法中不正确的是（ ）‎ A．赤潮是水体富营养化的结果 ‎ B．含磷洗涤剂广泛使用与排放是发生赤潮的主要原因之一 ‎ C．在封闭的海湾更易发生赤潮 D．赤潮的发生是与人类活动无关的自然现象 ‎【思路点拨】水体富营养化是一种氮、磷等营养物质含量过多所引起的水质污染现象。‎ ‎【答案】D ‎【解析】赤潮是含磷洗涤剂广泛使用后污水排放到河流、湖泊、海洋中，引起水体富营养化，导致海水中的某些微小浮游生物大量繁殖造成的，在一些封闭的海湾中，由于水体流动性差，富含营养物质的水体无法和外界交换，则更易发生赤潮。由此可见，赤潮的发生与人类活动密切相关，D项不正确。‎ ‎【总结升华】生活污水、石油泄漏、农药化肥的广泛使用、工业生产中的“三废”等都会对水体造成污染。‎ 举一反三：‎ 7‎ ‎【变式1】农用化肥和城市粪便的排放会使地下水中含氮量增高，其中对人体有害的含氮污染物的主要形态是（ ）。‎ A．NO2－ B．NO3－ C．NH4+ D．有机氮 ‎【答案】D ‎【解析】含氮污水会使水体遭到污染，其中氮主要以有机氮的形式存在。‎ ‎【变式2】‎2008年4月18日江苏无锡电视台报道：去年因太湖蓝藻引发的公共饮用水危机还在持续，水污染究竟是谁之过？取水样分析：蓝藻含量比正常情况下偏高很多，含氧量明显偏低、浑浊度增加，造成太湖“水华”现象最可能的原因是（ ）。‎ ‎ A．水土流失 ‎ B．有毒废水排入了太湖 ‎ C．太湖流域农业生产中长期使用农药 D．生活污水大量排入太湖，使水体富营养化 ‎【答案】D ‎【解析】生活污水中含N、P的化合物，排入太湖，会使水体富营养化，引起藻类植物的大量繁殖，引起“水华”现象。‎ 类型二：污水处理的方法及相应原理 例4、下列物质都可应用于天然水的净化，从提高水的净化效果和净化水的质量两个方面考虑，它们当中最好的是（ ）。‎ A．Cl2 B．Ca(ClO)‎2 ‎‎ C．KAl(SO4)2·12H2O D．Na2FeO4 　【思路点拨】选择净水剂时既要考虑净化效果，同时也要考虑是否对人体有害。‎ ‎【答案】D ‎ 【解析】Cl2和Ca(ClO)2它们只对水起杀茵消毒的作用，没有沉降水中悬浮物的作用，而且其残留的氯会与水中的有机物发生反应生成对人体有害的有机氯。KAl(SO4)2·12H2O只对水起沉降悬浮物的作用，而且其残留在水中的Al3+也对人体有一定危害。Na2FeO4具有强氧化性，对水有杀茵消毒的作用，Na2FeO4在起杀菌消毒作用的过程中，+6价铁被还原为+3价铁，+3价铁又水解为Fe(OH)3胶体而起沉降水中悬浮物的作用。更为重要的是，Na2FeO4在对水的消毒和沉降悬浮物的过程中，不会产生对人体有害的物质。‎ ‎【总结升华】高铁酸盐（Na2FeO4或K2FeO4）是一种性能优良的净水剂，铁元素呈+6价，具有很强的氧化性，能非常有效地杀灭水中的细菌和病毒，同时自身被还原成氢氧化铁，所以高铁酸盐还是一种性能优良的混凝剂，能高效地除去水中的微小悬浮物。由于高铁酸盐同时具有强的氧化和絮凝作用，其消毒和净化效果优于含氯消毒剂。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】有一工业废水，其中含有少量Fe2+、Ag+、Na+和SO42－。试设计一个实验方案，回收Ag并获得FeSO4·7H2O。请填写下表。‎ 实验步骤 主要操作过程 离子方程式 ‎（1）‎ ‎（2）‎ 过滤，得到不溶物和滤液 ‎——‎ ‎（3）‎ ‎（4）‎ ‎——‎ ‎（5）‎ 将滤液合并，蒸发浓缩，析出晶体 ‎——‎ ‎（6）‎ ‎——‎ ‎【答案】（1）取废水溶液，加入过量铁粉Fe+2Ag+==Fe2++2Ag ‎ ‎（3）将过滤所得固体（铁粉和银粉）放在适量稀H2SO4中 Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑ ‎ ‎（4）过滤，得银和滤液 ‎ ‎（6）过滤，得FeSO4·7H2O晶体，弃去滤液 ‎【解析】既要回收Ag，又要得到FeSO4·7H2O，加入的还原剂应该是Fe。向废水中加入铁粉，其反应为2Ag++Fe==2Ag+Fe2+。‎ ‎【变式2】我国规定饮用水质量标准必须符合下表中所列出的要求：‎ 7‎ pH ‎6.5～8.5‎ Ca2+、Mg2+总浓度 ‎＜0.0045 mol / L 细菌总数 ‎＜100个／mL 下图是将源水处理成自来水的工艺流程：‎ ‎ 源水 → 曝气池 一级沉降池 二级沉降池 过滤池 → 自来水 ‎ ‎ （1）源水中含Ca2+、Mg2+、HCO3－、Cl－等，加入生石灰后生成Ca(OH)2，进而发生若干复分解反应，写出其中的一个离子方程式：________。‎ ‎ （2）凝聚剂除去悬浮固体颗粒的过程________（填编号）。‎ ‎ ①只是物理过程 ②只是化学过程 ③是物理和化学过程 ‎ FeSO4·7H2O是常用的凝聚剂，它在水中最终生成沉淀。‎ ‎ （3）通入二氧化碳的目的是________和________。‎ ‎ （4）气体A的作用是________。这种作用是基于气体A和水反应的产物具有________性。‎ ‎ （5）下列物质中，________可以作为气体A的代用品（填写编号）。‎ ‎ ①Ca(ClO)2 ②NH3（l） ③K2FeO4 ④SO2 　 【答案】（1）HCO3－+OH－==CO32－+H2O或Mg2++2OH－==Mg(OH)2↓或Ca2++HCO3－+OH－==CaCO3↓+H2O ‎ ‎（2）③ ‎ ‎（3）除去Ca2+ 调节pH ‎ ‎（4）杀菌消毒 强氧化 ‎ ‎（5）③‎ ‎【解析】（1）Ca(OH)2在水中电离出OH－，然后可发生的复分解反应：‎ ‎ HCO3－+OH－==CO32－+H2O ‎ Mg2++2OH－==Mg(OH)2↓‎ ‎ Ca2++HCO3－+OH－==CaCO3↓+H2O ‎ （2）凝聚剂是KAl(SO4)2·12H2O、FeCl3·6H2O等盐类，其发生水解反应生成胶体，胶体吸附水中悬浮物共同沉淀。FeSO4·7H2O作凝聚剂的化学原理是Fe2+被氧化为Fe3+，Fe3+水解为Fe(OH)3胶体。‎ ‎ （3）加生石灰后，水中有残余的Ca(OH)2，通CO2后，它与OH－反应，既可沉淀Ca2+，又能降低OH－的浓度，减小水的pH。‎ ‎ （4）二级沉降池→过滤池→自来水，显然在水由二级沉降池进入过滤池之前要加消毒剂。A是气态消毒剂，它就是Cl2，Cl2与H2O反应生成HClO有强氧化性。‎ ‎（5）K2FeO4有强氧化性，能杀菌消毒。Ca(ClO)2不能用于自来水消毒。‎ 7‎