1、第1课时 生活中的饮用水 课堂互动讲练 探究整合应用 知能优化训练 第1课时 生活中的饮用水课前自主学案 课前自主学案 自主学习 1水中杂质分类：天然水中的杂质通常分为三类：_、_和_。2天然水净化过程：由天然水获得可以饮用的水一般需经过_、_等步骤。3水的净化悬浮物质胶体物质溶解物质沉降悬浮物杀菌消毒(1)原水净化过程：原水中的固体杂质和_在硫酸铝、_、硫酸亚铁、氯化铁、碱式氯化铝等混凝剂的作用下沉淀后进入过滤池，过滤后再用_吸附某些溶解在水中的杂质，并除去水中的异味。这些水必须经过_之后才能饮用。悬浮物明矾活性炭杀菌(2)液氯消毒原理：目前我国不少自来水厂采用_消毒。原理是液氯与水发生反应
2、生成盐酸和_。用化学方程式可以表示为Cl2H2OHClHClO。次氯酸有_，能杀死水中的细菌。此外，消毒剂还有漂白粉、二氧化氯、臭氧等。强氧化性液氯次氯酸思考感悟1用做消毒剂的臭氧是如何制备的？用臭氧消毒有什么优点？提示：制备：臭氧发生器在高频高压电源的驱动下放电，使氧气转化成臭氧：3O2=放电 2O3。优点：消毒后转化为氧气，不会造成水污染。4硬水软化(1)硬水是指含有较多钙、镁离子的水，软水是指不含或含较少钙、镁离子的水。(2)硬水软化及方法除去或减少天然水中的Ca2、Mg2等的过程，叫做硬水的软化。常用的硬水软化的方法有_和_等。加热法：当硬水中钙、镁离子以_、_的形式存在时，可以通过_
3、使钙、镁离子转化为沉淀。发生的反应为：加热法离子交换法碳酸氢镁碳酸氢钙煮沸Ca(HCO3)2=CaCO3CO2H2OMg(HCO3)2=MgCO3CO2H2OMgCO3H2O=Mg(OH)2CO2思考感悟2你知道锅炉中的水垢是如何产生的吗？写出反应的化学方程式。提示：自来水中含有 Ca2、Mg2、HCO3，当用锅炉烧水时，它们便发生化学反应生成CaCO3、MgCO3 不溶物，MgCO3 在长时间受热后转变成更难溶的 Mg(OH)2，CaCO3、Mg(OH)2 附着在锅炉内壁上，这就是水垢。反应的化学方程式如下：Ca(HCO3)2=CaCO3CO2H2OMg(HCO3)2=MgCO3CO2H2O
4、MgCO3H2O=Mg(OH)2CO2 离子交换法：当硬水中钙、镁离子以硫酸盐或氯化物的形式存在时，可以通过_将其软化。通常用到的离子交换剂为_。反应为：2NaRCa2=CaR22Na 2NaRMg2=MgR22Na 目前，用_来软化硬水是工业上常采用的方法。离子交换法磺化煤阴、阳离子交换树脂思考感悟3离子交换树脂是如何处理硬水的？提示：离子交换法是一种常用的软化硬水的方法，以前主要是用磺化煤作离子交换剂，目前则主要用离子交换树脂作离子交换剂。离子交换树脂利用H交换阳离子，用OH交换阴离子。以包含磺酸根的聚苯乙烯和聚二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以H交换碰到的各种阳离子(如Na、Ca2、Al3
5、)；同样，以包含季铵盐的聚苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以OH交换碰到的各种阴离子(如Cl)。从阳离子交换树脂上释放出的H与从阴离子交换树脂上释放出的OH相结合后生成水。阴、阳离子交换树脂可分别装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。不论是哪一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的H及OH，就必须进行再生。再生的程序恰与净化的程序相反，利用H及OH进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。自主体验 1饮用水消毒的主要目的是()A保持水中有余氯 B改善水的物理性质 C消灭病菌D除去水中的余氯 解析
6、：选C。对水消毒，即通过加消毒剂(氧化剂)或其他消毒措施杀灭水中的有害微生物。2下列说法正确的是()A天然水、矿泉水都是纯净物B水是氧化物，是化合物，是纯净物C水是一种很好的溶剂，任何物质都可以很容易地溶解在水中D海水显蓝色，湖水显绿色，所以水具有各种颜色解析：选B。天然水、矿泉水的主要成分是水，还有其他物质，如矿泉水中含有矿物质，所以不是纯净物，应是混合物，A错误；水由氢、氧两种元素组成，其中一种是氧元素，所以水(这里指纯水)是氧化物，也是化合物和纯净物，B正确；C错误，因为水虽是很好的溶剂，但并非任何物质都能溶解其中，如食用油等；因海水、湖水不是纯净的水，且水层厚度大，所以呈现不同颜色，当
7、纯净水厚度不超过2 m时，它是无色透明的，D也是错误的。3用下列方法除去含Ca2、Mg2、Cl的硬水中的致硬离子，所得水含离子浓度最小的是()A蒸馏B加热煮沸C用石灰纯碱法D用离子交换法3HCO解析：选 A。蒸馏可以制得非常纯的蒸馏水，几乎不含任何杂质离子，所以 A 是正确的；加热煮沸只能降低由 Ca2、Mg2和 HCO3 引起的水的硬度，而不能完全除去 Ca2、Mg2，同时也不能除去Cl；石灰纯碱法或离子交换法虽比加热煮沸除Ca2、Mg2彻底，但仍不能完全除去，也不能除去其他的阴离子，并在除掉 Ca2、Mg2的同时增加了 Na浓度，所以 B、C、D 均不正确。课堂互动讲练 生活中的饮用水1天
8、然水中的杂质分类 主要物质 悬浮物质 细菌、病毒、藻类、原生动物；泥沙和黏土等 胶体物质 硅、铝、铁的水合氧化物胶体物质；黏土矿物胶体物质；腐殖质等有机高分子化合物 溶解物质 氧气、二氧化碳、硫化氢、氮气等溶解在水中的气体；钙、镁、钠、铁、锰等元素的卤化物、碳酸盐、硫酸盐、可溶性有机物等 2天然水的净化过程(1)沉降悬浮物 用硫酸铝或明矾、氯化铁作混凝剂净化水的原理是：Al33H2OAl(OH)3(胶体)3H Fe33H2OFe(OH)3(胶体)3H 这些胶体的胶粒带正电荷，天然水中的悬浮颗粒大多带负电荷，因此，带正电荷的粒子与带负电荷的粒子相互吸引结合为更大的颗粒形成沉淀。特别提醒：1.上述
9、混凝剂在净化水中起着主要作用。为了提高沉降水中悬浮颗粒的效率，通常还要加辅凝剂，如石灰石、膨润土、黏土等都可用做辅凝剂。2混凝剂只能沉降水中的悬浮颗粒物。天然水经过混凝剂处理后，仍含有可溶性杂质和细菌，还不能满足人们日常生活用水的要求，需要作进一步的净化处理。(2)杀菌消毒液氯对水杀菌消毒的原理是：液氯跟水发生可逆反应生成盐酸和次氯酸(HClO)，次氯酸有强氧化性，将病毒、细菌氧化致死。Cl2H2OHClHClO刚出厂的自来水中含有少量余氯(Cl2)，它在水管中停留，可有效地起到杀菌消毒作用，并能保持较长时间。由于余氯的存在，当次氯酸被消耗后，上述反应的化学平衡向正反应方向移动，使水中的次氯酸
10、得到了及时的补充。特别提醒：采用液氯消毒的水不仅带有轻微的刺激性气味，而且在一定条件下 Cl2 会跟水中的有机物反应，生成一些有毒的卤代烃，如 CHCl3 等，对人的健康产生不利影响。目前世界各国都在寻找更高效、更安全的消毒剂。近年来，许多地区利用臭氧代替液氯进行饮用水消毒。臭氧发生器在高频高压电源的驱动下放电，使氧气转化为臭氧：3O2=放电 2O3。臭氧具有强氧化性，它能破坏细菌的新陈代谢和繁殖过程，使细菌死亡，达到消毒的效果。由于消毒后臭氧转化成氧气，因此不会造成污染。(3)除异味活性炭的比表面积很大，吸附能力很强，对许多有毒、有味、有色的物质有很强的吸附能力。水中有异味的物质可用活性炭吸
11、附除去。例1我国规定饮用水质量标准必须符合下列要求：pH 6.58.5 Ca2、Mg2总浓度/molL1 0.0045 细菌总数/个mL1 100 以下是原水处理成自来水的工艺流程示意图：(1)原水中含Ca2、Mg2、HCO、Cl等，加入石灰后生成Ca(OH)2，进而发生若干复分解反应，写出其中一个反应的离子方程式_。原 水 曝气池 加入石灰 一级沉降加入混凝剂通入二氧化碳二级沉降池通入气体A 过滤池 自来水(2)混凝剂除去悬浮固体颗粒的过程_。(填写编号)A只是物理过程B只是化学过程C是物理和化学过程下列物质可以起到除去悬浮固体颗粒作用的是_。(填写编号)A铝盐B烧碱C黏土D纯碱FeSO4
12、7H2O也常用做混凝剂，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)ACa(ClO)2BNH3(液)CK2FeO4DSO2【解析】(1)Ca2、Mg2含量过高不符合饮用水标准，加入 Ca(OH)2 后使水中的 Ca2、Mg2、HCO3 发生反应分别生成 Mg(OH)2、CaCO3 沉淀等。(2)混凝剂除去悬浮固体颗粒首先要转变成具有吸附性的物质，发生化学变化，吸附杂质以及沉淀过程为物理变化。铝盐在水中可生成胶状 Al(OH)3 具有吸附性，而黏土用做辅助剂加
13、重凝聚后的絮状物使其易于沉淀。在水中因为用 Cl2 消毒，并且接触 O2，因此FeSO4 7H2O 中的 Fe2会转化为 Fe3，最终变为Fe(OH)3。(3)通入 CO2 可调节 pH 并且与 OH生成 CO23，从而除去 Ca2。(4)城市自来水的制取必须经过沉降过滤曝气消毒的过程，图示中通入气体 A 氯气后过滤即得自来水，因此 A 起杀菌消毒作用，应该具有强氧化性的物质起这种作用。(5)气体 A 起杀菌消毒作用是因为与水生成的物质具有强氧化性，因此代替品也应具有强氧化性。【答案】(1)HCO3 OH=CO23 H2OMg22OH=Mg(OH)2Ca2HCO3 OH=CaCO3H2O(任选
14、其一)(2)C AC 胶状 Fe(OH)3(3)除去 Ca2 调节 pH(4)杀菌消毒 强氧化(5)AC变式训练1 为了获取大量的生活饮用水，自来水厂需要用适宜、高效的方法和流程，将天然水中的悬浮物、致病细菌等有害成分降低到规定的含量。(1)要达到上述目的，一般要经过的基本步骤是沉降、_、曝气、_。“曝气”的主要目的是_ _。(2)在第步中，下列物质可以使用的是_(填字母编号)。A明矾 B膨润土 C烧碱(3)在将天然水制成生活饮用水的过程中，水中不需要除去的成分是_(至少答出一项)。(4)在经过上述四个步骤的处理之后，如果水中Ca2、Mg2的含量超标，还要将水进行_。解析：在沉降之后必然是过滤
15、。加消毒剂也是必不可少的步骤之一。“曝气”就是使水暴露在空气中，使水与空气的接触面积增大，增加水中的含氧量，以加速水中有机物的分解。明矾可作水的絮凝剂，膨润土可作水的辅絮凝剂。对人体有益的矿物质最好不要除去。降低水中Ca2、Mg2含量的过程叫做硬水的软化。答案：(1)过滤 消毒 增加水中的含氧量，以加速水中有机物的分解(2)AB(3)对人体有益的矿物质(4)软化 硬水的软化1有关硬水的概念水的硬度是表述水中Ca2、Mg2含量大小的物理量。我国规定，1 L水含有10 mg CaO或相当于10 mg CaO称为1度(以1表示)。硬度在8以下的水称为软水，在8以上的水称为硬水，硬度大于30的水称为最
16、硬水。由 Ca2、Mg2与 SO24、Cl相对应的盐引起的水的硬度叫做永久硬度；由 Ca2、Mg2与 HCO3相对应的盐引起的水的硬度叫做暂时硬度。水的硬度泛指这两种硬度的总和。2硬水的软化(1)除去或减少天然水中的 Ca2、Mg2的过程，叫做硬水的软化。常用的硬水软化方法有加热法、药剂法和离子交换法等。(2)加热法能降低水的暂时硬度，主要化学反应原理是：Ca(HCO3)2=加热 CaCO3CO2H2OMg(HCO3)2=加热 MgCO3CO2H2OMgCO3H2O=加热 Mg(OH)2CO2(3)离子交换法就是通过加入离子交换剂降低水中 Ca2、Mg2含量的方法。磺化煤是一种阳离子交换剂，并
17、且可以再生。其净水和再生的原理是：磺化煤软化硬水：2NaRCa2=CaR22Na 2NaRMg2=MgR22Na 磺化煤再生：CaR22Na=2NaRCa2 MgR22Na=2NaRMg2 例2 某地区使用含较多Ca2、Mg2的天然水按下列步骤制取纯净水。回答下列问题：(1)该地区的天然水属于_(“硬水”或“软水”)。天 然 水 沉降 过滤 曝气 离子交换 消毒 纯净水(2)在第一步中需要加入混凝剂，常用的混凝剂可以是_(任填一种混凝剂名称)。(3)在离子交换过程中，常使用如图所示的氢型阳离子交换树脂(HR)和羟型阴离子交换树脂(ROH)，则(填代表式)A柱是_，B柱是_。按上述顺序装柱的理由
18、是_。(4)经过第步离子交换后不能成为直接饮用的纯净水，原因是_，常用的消毒方式有_。(5)若采用药剂法软化该天然水，常向其中加入_和_，发生的反应有_。【解析】(1)该天然水含Ca2、Mg2较多，属于硬水。(2)常用明矾或铁盐作为混凝剂。(3)要使水淡化，必须借离子交换树脂的作用除去水中Na、Ca2、Mg2及Cl等离子，逐一分析两种顺序能否顺利进行水的淡化。(4)离子交换法能有效的除去某些离子，却无法有效的除去水中的有机化合物或微生物。本题中第步曝气是为了除去有机化合物，第步消毒是为了除去微生物(包括致病菌等)。(5)药剂法软化硬水常加入生石灰和纯碱，使Ca2、Mg2转化为CaCO3、Mg(
19、OH)2而除去，从而降低水的硬度。【答案】(1)硬水(2)明矾或铁盐(3)HR ROH 若先将水通过ROH，溶液中会生成较多的OH，使Mg2转化为Mg(OH)2沉淀，造成堵塞而使水淡化失败(4)水中仍含有微生物(包括致病菌等)，可对人体健康造成危害 紫外线或臭氧(5)生石灰 纯碱 Ca(HCO3)2Ca(OH)2=2CaCO32H2O，Mg(HCO3)22Ca(OH)2=Mg(OH)22CaCO32H2O,MgCl2Ca(OH)2=Mg(OH)2CaCl2，CaCl2Na2CO3=CaCO32NaCl 变式训练2 下列有关硬水、软水及硬水软化的说法，正确的在题后的括号里画“”，错误的在括号里画
20、“”。(1)Ca2、Mg2含量较多的水叫永久硬水。()(2)雨水中Ca2、Mg2含量很少，因此雨水是软水。()(3)硬水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。()(4)用硬水洗衣服，肥皂不易起泡而且会产生胶状沉淀。()(5)硬水煮沸后，Ca2、Mg2就消失变成软水。()(6)溶有 Ca2、Mg2、HCO3 的水，加热煮沸后就有白色沉淀生成。()(7)具有暂时硬度或永久硬度的水都可以用磺化煤(NaR)软化。()(8)用蒸馏法不能使永久硬度的水软化。()解析：水的暂时硬度和永久硬度是按溶解的Ca2、Mg2盐的种类(酸式碳酸盐还是硫酸盐或氯化物)区分的。暂时硬度的水煮沸后即可使Ca2、Mg2分别形成CaC
21、O3、Mg(OH)2沉淀出来，从而得到软化。永久硬度的水则不能用加热煮沸的方法软化。水在蒸馏时，水蒸发而后冷凝，Ca2、Mg2则不会随水蒸气逸出，所以蒸馏水是软水。答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)探究整合应用 纯净水的生产探究 生活中存在的实际问题，往往与物理、化学及经济问题有联系。要想搞清纯净水的生产，必须弄清净化水的原理，常用消毒灭菌的试剂，硬水软化的方法等。一般的天然水经沉淀、过滤、曝气、杀菌四步处理后基本可以达到自来水的质量标准，不需要软化。但也有一些特殊用途的水或某些硬度较大的水需要软化。例某种纯净水生产线的主要工艺流程如下图：阅读该纯净水生产线的有关资料后回答
22、问题：资料：反渗透器的核心部件是RO芯，RO芯是由多层反渗透复合膜组成的，原用于太空宇航员进行废水再生。RO芯的孔径很小，大约是普通细菌的1/600，细小固体，有机物杂质不能透过，简单离子、水可以通过。生产时为保证成品的质量，通常控制水压使成品产率在50%左右。RO芯部分工作参数如下：硬度 铁 游离氯 有机物 1.7 mgL1 0.1 mgL1 0.1 mgL1 1 mgL1 (1)纯净水一定是不含任何杂质的水吗？(2)许多食品、饮料都以大肠杆菌的含量作为卫生标准之一，主要原因是什么？(3)水中的Ca2和Mg2是引起水的硬度的主要因素，硬度的表示方法是：将水中的Ca2和Mg2都看做Ca2，并将
23、其质量折算成Ca2的质量，以1 L 水中含有的CaO的质量来表示。可用一定浓度的Y溶液进行滴定，Y跟Ca2和Mg2都以等物质的量完全反应。该工厂现用地下水生产纯净水，取地下水样品25.0 mL，用0.0100 molL1Y溶液滴定，完全反应时消耗Y溶液15.0 mL。试判断该地下水是否可直接用来生产纯净水？【解析】本题为一道关于水及污水处理的综合题，其中前面两问可根据教材中的知识进行类比回答，而第三问则需要列式计算。纯净水是含有少量杂质的水；食品和饮料最容易受到的污染就是大肠杆菌，它反映了饮用水被污染的程度。(3)设钙离子的物质的量为x Ca2 YCaY2 1 mol1 mol x 0.01 molL115103 L 解得：x1.5104 mol，则 1 L 水中含有钙离子的物质的量100025 1.5104 mol，进一步可计算出 CaO 的质量为 56100025 1.5104336103 g/L。【答案】(1)纯净水也可能含有少量的杂质。(2)人类的粪便中约有23为大肠杆菌，它的含量反映了饮用水被污染的程度。(3)336 mg/L，不符合要求。
