資源簡介

研究與實踐課
第三章 水溶液中的離子反應與平衡
第16課時 了解水處理過程中的化學原理
【研究目的】
通過查閱資料或現場參觀等，了解水處理過程中所涉及的化學原理，認識水溶液中的離子反應與平衡在生產、生活中的應用，提高安全用水的意識，體會化學的價值。
【學習活動】
研究任務
任務：（1）了解水的硬度，以及常用的硬水軟化的方法及其化學原理。 （2）了解工業鍋爐水垢的主要成分、危害、處理方法及其化學原理。 （3）了解污水處理中主要的化學方法及其原理。 材料一　水硬度的分類，一般來說水的硬度是暫時硬度和永久硬度的總和。水的暫時硬度是由碳酸氫鈣或碳酸氫鎂引起的，這種水經過煮沸以后，水里所含的碳酸氫鈣或碳酸氫鎂就會分解成不溶于水的碳酸鈣和難溶于水的碳酸鎂沉淀。這些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，從而使硬度較高的水得到軟化。水的永久硬度則是由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物引起的，永久硬度不能用加熱的方法軟化，一般有加入碳酸鹽的沉淀法和離子交換法等。 材料二　水垢(Water scale)俗稱“水銹、水堿”，是指硬水煮沸后所含礦質附著在容器(如鍋、壺等)內逐漸形成的白色塊狀或粉末狀的物質，主要成分有碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣、硫酸鎂、氯化鈣、氯化鎂等。水垢的導熱能力很差，如果鍋爐內形成的水垢過厚則會導致鍋爐效率降低，重則會引起鍋爐爆管造成鍋爐事故。 水垢的處理方法有許多，如：酸除水垢。如燒水壺有了水垢，可將幾勺醋(或檸檬片)放入水中，煮沸浸泡一段時間，水垢即除。如水垢中的主要成分是硫酸鈣，則可將純堿溶液倒在水壺里燒煮，再加酸即可去垢。 其他還有離子交換，專用清潔劑等。 材料三　水的化學處理法是通過化學反應來分離、去除廢水中的污染物或將其轉化為無害物質的廢水處理法。 常見的化學處理法：混洗方法，如明礬凈水。沉淀法，硫化物沉淀含汞、鎘等廢水。氧化還原法，如氰化物等處理。電解法(第四章學習)、中和法、離子交換等方法。 【思考與討論】 1.總結一下水處理的方法有哪些？ 參考答案：主要分為物理處理法和化學處理法，物理處理法有篩率、沉底與上浮、過濾等；化學處理法有中和、混凝、氧化還原、化學沉底法、高級氧化、電解、電滲析等。 2.明礬凈水時能不能殺菌消毒？ 參考答案：不能。明礬凈水的原理是氫氧化鋁膠體吸附水里懸浮的雜質，并形成沉底，使水澄清。 3.應用某些氯制劑或者臭氧處理水屬于水處理中的那種方法？ 參考答案：氧化還原法。 【針對訓練1】加熱煮沸可使暫時硬水軟化，分析其化學原理。 參考答案：硬水中含有Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2 Ca(HCO3)2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑ Mg(HCO3)2MgCO3↓＋H2O＋CO2↑ MgCO3＋H2O===Mg(OH)2＋CO2↑ 沉淀析出后，水的硬度降低。 【針對訓練2】鍋爐水垢的主要成分是(　　) A．CaCO3和MgCO3 B．CaSO4和MgCO3 C．CaCO3和Mg(OH)2 D．CaSO4和CaCO3 答案：C 解析：水垢的主要成分是碳酸鈣和氫氧化鎂，主要形成的反應：Ca(HCO3)2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑；Mg(HCO3)2MgCO3↓＋H2O＋CO2↑，MgCO3＋H2O===Mg(OH)2＋CO2↑。 【針對訓練3】鍋爐中水垢CaSO4不溶于H2O，不溶于酸，較難去除。 已知CaCO3與CaSO4的溶度積分別為2.8×10－9、9.1×10－6。由此可知二者的溶解度的大小關系為CaCO3________CaSO4，在鍋爐除垢操作中，要先用碳酸鈉溶液將水垢中的硫酸鈣轉化成碳酸鈣，其主要原因是______________________________________________________。 答案：＜　碳酸鈣可溶于酸而硫酸鈣不溶 解析：CaCO3與CaSO4的溶度積分別為2.8×10－9、9.1×10－6，類型相同，溶度積小的溶解度小，則溶解度的大小關系為CaCO3＜CaSO4，鍋爐除垢操作中，要先用碳酸鈉溶液將水垢中的硫酸鈣轉化成為碳酸鈣，是因為碳酸鈣可溶于酸而硫酸鈣不溶。 【針對訓練4】工業上處理廢水時，Na2S和FeS均可用于除去廢水中的Hg2＋，試解釋原因(用離子方程式表示)。 參考答案：Na2S===2Na＋＋S2－　Hg2＋＋S2－===HgS↓； FeS＋Hg2＋===HgS＋Fe2＋[Ksp(FeS)＞Ksp(HgS)，沉淀的轉化、難溶轉化成更難溶]。 【針對訓練5】高鐵酸鉀紫紅色固體是一種高效凈水劑，溶于水后能生成Fe(OH)3膠體，具有強氧化性，能殺菌消毒。將K2FeO4溶于水會有一種使火星的木條復燃的氣體生成，請寫出相應離子方程式： 。 參考答案：4FeO＋10H2O===4Fe(OH)3＋8OH－＋3O2↑
2研究與實踐課
第三章 水溶液中的離子反應與平衡
第16課時 了解水處理過程中的化學原理
【研究目的】
通過查閱資料或現場參觀等，了解水處理過程中所涉及的化學原理，認識水溶液中的離子反應與平衡在生產、生活中的應用，提高安全用水的意識，體會化學的價值。
【學習活動】
研究任務
任務：（1）了解水的硬度，以及常用的硬水軟化的方法及其化學原理。 （2）了解工業鍋爐水垢的主要成分、危害、處理方法及其化學原理。 （3）了解污水處理中主要的化學方法及其原理。 材料一　水硬度的分類，一般來說水的硬度是暫時硬度和永久硬度的總和。水的暫時硬度是由碳酸氫鈣或碳酸氫鎂引起的，這種水經過煮沸以后，水里所含的碳酸氫鈣或碳酸氫鎂就會分解成不溶于水的碳酸鈣和難溶于水的碳酸鎂沉淀。這些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，從而使硬度較高的水得到軟化。水的永久硬度則是由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物引起的，永久硬度不能用加熱的方法軟化，一般有加入碳酸鹽的沉淀法和離子交換法等。 材料二　水垢(Water scale)俗稱“水銹、水堿”，是指硬水煮沸后所含礦質附著在容器(如鍋、壺等)內逐漸形成的白色塊狀或粉末狀的物質，主要成分有碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣、硫酸鎂、氯化鈣、氯化鎂等。水垢的導熱能力很差，如果鍋爐內形成的水垢過厚則會導致鍋爐效率降低，重則會引起鍋爐爆管造成鍋爐事故。 水垢的處理方法有許多，如：酸除水垢。如燒水壺有了水垢，可將幾勺醋(或檸檬片)放入水中，煮沸浸泡一段時間，水垢即除。如水垢中的主要成分是硫酸鈣，則可將純堿溶液倒在水壺里燒煮，再加酸即可去垢。 其他還有離子交換，專用清潔劑等。 材料三　水的化學處理法是通過化學反應來分離、去除廢水中的污染物或將其轉化為無害物質的廢水處理法。 常見的化學處理法：混洗方法，如明礬凈水。沉淀法，硫化物沉淀含汞、鎘等廢水。氧化還原法，如氰化物等處理。電解法(第四章學習)、中和法、離子交換等方法。 【思考與討論】 1.總結一下水處理的方法有哪些？ 2.明礬凈水時能不能殺菌消毒？ 3.應用某些氯制劑或者臭氧處理水屬于水處理中的那種方法？ 【針對訓練1】加熱煮沸可使暫時硬水軟化，分析其化學原理。 【針對訓練2】鍋爐水垢的主要成分是(　　) A．CaCO3和MgCO3 B．CaSO4和MgCO3 C．CaCO3和Mg(OH)2 D．CaSO4和CaCO3 【針對訓練3】鍋爐中水垢CaSO4不溶于H2O，不溶于酸，較難去除。 已知CaCO3與CaSO4的溶度積分別為2.8×10－9、9.1×10－6。由此可知二者的溶解度的大小關系為CaCO3________CaSO4，在鍋爐除垢操作中，要先用碳酸鈉溶液將水垢中的硫酸鈣轉化成碳酸鈣，其主要原因是______________________________________________________。 【針對訓練4】工業上處理廢水時，Na2S和FeS均可用于除去廢水中的Hg2＋，試解釋原因(用離子方程式表示)。 【針對訓練5】高鐵酸鉀紫紅色固體是一種高效凈水劑，溶于水后能生成Fe(OH)3膠體，具有強氧化性，能殺菌消毒。將K2FeO4溶于水會有一種使火星的木條復燃的氣體生成，請寫出相應離子方程式： 。
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