智能考点   海水淡化与现代水处理技术

Ⅰ.课标要求
    知道化学在水处理中的应用。
Ⅱ.考纲要求
知道淡化海水的主要方法，了解电渗析法在海水淡化中的应用，并能简要说明其工作原理。
2．知道制造纯水所用的主要方法，能结合实例说明离子交换法和反渗透法的简单原理及其在水处理中的应用，并能依据这几种方法的特点，说出它们的适用范围。
3．通过典型的水污染实例认识水污染造成的危害，能说出污水处理中主要的化学方法及其原理。
Ⅲ.教材精讲
本考点知识结构                 蒸馏法
淡化海水
                                  电渗析法   硬水
                                      硬水   水的硬度
海水淡化及水处理技术    纯水制造             硬水的软化
                                      去离子的方法
                                          造纸污染及处理
水污染和污水处理
污水处理方法
海水淡化
蒸馏法: 将海水加热至105 °C,使其变为蒸汽，再冷凝得到蒸馏水的方法。
特点：设备简单，易操作，淡水质量好，但耗能大。
（2） 电渗析法：利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，在外加直流电场作用下，使水中的一部分离子转移到另一部分水中，从而达到除盐的目的的方法。
特点：大大降低成本，不过得到淡水质量一般。
纯水的制造
（1）硬水
①硬水：溶有较多量Ca2+ 、Mg2+的水称为硬水。
②水的硬度：是以水中所含CaO的量为标准的，1L水中含10mgCaO（或相当于10mgCaO）称为1度（1°）。
③硬水的软化
ⅰ.加热法：是通过加热煮沸使暂时硬水所含钙、镁的酸式碳酸盐发生分解，生成难溶的碳酸钙、碳酸镁的方法。
ⅱ.药剂法：是向水中加入适当的化学药剂，促使溶解在水中的Ca2+、Mg2+以沉淀的形式从水中分离出来达到软化目的的方法。常用的化学药剂有生石灰(与水反应生成熟石灰)、纯碱等。
ⅲ.离子交换法：是采用离子交换剂软化水的一种方法。分阳离子交换剂和阴离子交换剂两类。它们能与水溶液交换具有同性电荷的离子，从而除去或减少不需要的离子。这种方法常用于工业锅炉用水的软化。
（2）去离子的方法：
①离子交换法：利用离子交换树脂上的离子和水中的离子进行交换，以除去水中的阴、阳离子的方法。
如：阳离子交换树脂（用HR表示）和水中Mn+交换,发生的反应为
nHR + Mn+
MRn + nH+     ( Mn+：Na+ 、Ca2+ 、Mg2+ ) 。
如：阴离子交换树脂（用ROH表示）和水中Ym- 交换,发生的反应为
mROH + Ym-
RmY + mOH-   ( Ym-：Cl- 、SO42- 、HCO3-) 。
②反渗透分离法——膜分离法的一种。
水污染和污水处理
造纸污染及处理：造纸时，制浆过程所排出的废水称为“黑液”，给水造成的污染最严重，目前处理“黑液”的主要方法是燃烧法。
污水处理方法：
①物理法——主要是利用物理原理和机械作用对废水进行处理，包括沉淀、均衡调节、过滤及离心分离等方法。
②物理化学法——通过物理化学过程来除去污染物质的方法，主要有吸附、浮选、反渗透、电渗析、超过滤及超吸附等方法。
③化学法——通过施用化学试剂或采用其他化学手段进行废水处理的方法，如中和法、氧化法、还原法、离子交换法等。
④生物化学法——利用微生物的作用，除去废水中的溶胶及有机物质的方法，包括活性污泥法、生物转盘法、生物滤池法及厌气处理法等。
Ⅳ.典型例题                             
例1．下列说法中，不正确的是（     ）
海水淡化目前已有多种方法，主要有蒸馏法、电渗析法等
电渗析法是指利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，在外加电场的作用下，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐的目的的方法
在进行水处理时，只需用阳离子交换树脂或阴离子交换树脂中的一种就能将水中阴、阳离子都除去
反渗透分离法是膜分离技术在纯水制造的又一应用
【解释】在进行水处理时，阳离子交换树脂中的H+只能和水中的金属离子 Mn+交换， 阴离子交换树脂中的OH-只能和水中的阴离子Ym-交换。
答案：C
【点评】这是一题考查水处理方法的题目。海水淡化的方法已有数十种，主要有蒸馏法和电渗析法。而从自然界直接获得的淡水，或者用海水淡化技术得到的淡水，还需除去或减少其中所含的各种离子，才能满足生产、生活对水质的要求。常用的去离子方法有离子交换法和反渗透分离法。
例2． 下列广告用语在科学上没有错误的是（    ）
A．这种饮料不含任何化学物质
B．这种蒸馏水绝对纯净，其中不含任何离子
C．这种口服液含有不少氮、磷、锌等微量元素
D．没有水就没有生命
【解释】A项物质是化学物质，水在常温时能发生微弱的电离（H2O
OH- + H+），故水中一定含有H+和OH-；而氮和磷不属于微量元素，这是生物常识。 
答案：D
【点评】这是联系日常生活的一道科普宣传题，要求学生运用所学知识来分析判断宣传用语中哪些违反了科学常识。
例3、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
臭氧对人体有一定的危害，但也可用臭氧作污水处理剂
【解释】农田灌溉和排水，能将农田土壤里水污染物带入水源，导致水污染。臭氧对人体有一定的危害，但它的强氧化性能将污水中的致病细菌等多种有害物质除去。适量的施用臭氧，不但没有对人起直接危害，而且还不会使水产生二次污染。
答案：BD
【点评】水是我们的生命之源，保护水源人人有责。
Ⅴ.跟踪训练
一、选择题（下列各题均只有一个正确答案。）
1、下列材料中能使海水淡化的高分子材料是（    ）
A．生物高分子材料   B．离子交换树脂
C．液晶高分子材料   D．复合材料
2、将海水淡化用作生活用水，以解决淡水资源匮乏的问题，下列淡化海水的方法中，在原理上完全不可行的方法是（   ）
A．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化
B．利用太阳能使海水蒸馏淡化
C．将海水缓慢降温凝固以获取淡化的饮用水
D．将海水通过离子交换树脂以除去所含离子
3、氢离子交换剂HR，交换时发生的反应为HR + M+ = MR + H+，现用它处理100mL含0.001mol Mg2+的中性溶液，使Mg2+完全被树脂交换，再用蒸馏水洗涤树脂，并将交换液和洗涤液收集在一起，共得200mL溶液，则该混合液中氢离子浓度为（    ）
A. 1×10-2 mol·L-1   B. 1×10-3 mol·L-1    C. 1×10-7 mol·L-1   D. 1×10-10 mol·L-1
4、下列说法正确的是（   ）
A．地球上的总水量很大，淡水资源充裕
B．水在自然界产生循环，水资源不会减少
C．自然界的自净能力足以消除水的污染
D．工业“三废”和生活污水的任意排放，农药、化肥的不合理施用是水的主要污染源
5、用下列方法除去含Ca2+ 、Mg2+、HCO3-、Cl-的硬水中的致硬离子，所得到的水含离子的浓度最小的是（     ）
A．蒸馏法   B．加热煮沸   C．加Ca（OH）2和Na2 CO3    D．离子交换法
二、选择题（下列各题均只有两个正确答案。）
6、硬水通常是指（    ）
A．含极少量Ca2+ 和Mg2+的水  B．含Ca2+ 、Mg2+较多的水
C．硬度在8°以上的水   D．含有Ca2+ 、Mg2+、HCO3-、CO32-的水
7、下列说法中，不正确的是（     ）
A．“黑液”是指造纸时抄纸过程中所排出的废水
B．目前造纸工业中，处理“黑液”的主要方法是燃烧法，目的是回收“黑液”中所含的许多钾的化合物
C．造纸废水中所含的耗氧物和悬浮物都很多，其中主要耗氧物质主要有3种形式：溶解的、胶体性的和悬浮物
D．物理法治理污水主要是利用物理原理和机械作用对废水进行处理
8、下列说法中，不正确的是（     ）
A．用明矾净水可以降低水的硬度    B．硬水中加入肥皂会产生浑浊且泡沫少
C．经磺化煤处理过的软水中Na+浓度会增大  D．硬水软化后，其成分和性质都相当于蒸馏水
9、下列说法中，正确的是（     ）
A．加热法可以软化各种硬度的硬水
B．海水淡化的主要方法有蒸馏法和电渗析法等
C．反应2NaR + Ca2+
CaR2 + 2Na+  的逆反应在一定条件下也能发生
D．硬水软化就是除净水中的Ca2+ 和Mg2+
三、选择题（下列各题均只有1~4个正确答案。）
10、工业、农业及城市生活污水中含有磷元素，家用洗涤剂是生活污水中磷元素的重要来源（洗涤剂中常含有三聚磷酸钠）。必须采取有效措施控制磷元素大量进入水体的主要原因是（    ）
A．磷元素有毒     B． PO43-使水体酸度增大
C． PO43-与某些阳离子形成沉淀，使水体浑浊
D．含磷污水引起浮游生物大量繁殖，使水中溶解氧急剧减少，导致水质恶化
11、下列所述情况，可能引起水污染的是（    ）
A．城市生活污水的任意排放   B．农业生产中农药、化肥的使用不当
C．海上游轮石油泄漏    D．工业生产中废液、废渣、废气的排放
12、有关纯净水的下列说法中，正确的是（    ）
A．纯净水是指不含任何杂质的水
B．离子交换法可有效地除去某些离子和有机化合物
C．目前，最理想的制取纯净水的方法是反渗透法
D．纯净水最适宜少年儿童和老年人长期饮用
13、滇池素有“高原明珠”的美誉，后来水体污染十分严重，近年来治理水质污染已初见成效，采用的主要措施可能有（    ）
A．生活污水和工业废水经处理后排放      B．农药、化肥的合理使用
C．禁止捕鱼捉虾                        D．禁止使用含磷洗衣粉
14．下列说法中正确的是（     ）
A．蒸馏法淡化海水是将海水加热至105 °C蒸发汽化，然后将蒸汽冷凝而得到蒸馏水的方法
B．天然水里一般溶有Ca2+ 、Mg2+等金属阳离子，我们把溶有较多量Ca2+ 、Mg2+的水称为硬水
C．阳离子交换树脂中的H+可与水中的金属离子 Mn+交换
D．阴离子交换树脂中既含有阳离子，又含有阴离子，因此既能与水中的阳离子交换，又能与水中的阴离子交换
15、商品“纯净水”“太空水”“蒸馏水”等作为日常饮用水，因为缺少某些成分而不利于儿童身体健康发育，你认为制备上述商品饮用水时还需要添加的化学物质是（    ）
A．含钙、镁的碳酸氢盐        B．含碘酸钾的食盐
C．漂白粉消毒剂              D．小苏打
四、填空题
16、 如图，在一条鱼、虾绝迹的小河边，有甲、乙、丙、丁4座工厂，每座工厂排放的废液里含有纯碱溶液、FeCl3 、Ca(OH)2、稀盐酸中的一种。某中学环保小组对河水监测时发现：①甲处河水呈乳白色；②乙处河水呈红褐色；③丙处河水由浑变清；④丁处产生气泡，河水变清。请推断：（1）甲、乙、丙、丁4座         甲
工厂排放的废液里含有的污染物依次是                              丙
                                       。                                M
（2）在M处取出的河水中，肯定含有的离子是       乙
                                 。                                 丁
(3)河中鱼、虾为何不能生存？

17、我国规定饮用水质量标准必须符合下列要求：
          PH
       6.5 ~ 8.5

    Ca2+ 、Mg2+总浓度
     ＜0.0045 mol·L-1

       细菌总数
     ＜100个·mL-1

   以下是源水处理成自来水的工艺流程示意图。
                  加入石灰              加入凝聚剂
 源水             曝气池                    一级沉降池                            二级沉降池
                                      通入二氧化碳
通入气体A                                              
                           过滤池           自来水
（1）源水中含有Ca2+ 、Mg2+ 、Cl- 、HCO3-等，加入石灰后生成Ca(OH)2，进而发生若干复分解反应，写出其中一个离子方程式                                        
（2）凝聚剂除去悬浮固体的过程              
 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是常用的凝固剂，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。
  ① Ca(ClO)2   ② NH3(液)  ③ K2FeO4  ④ SO2
18、铁酸钠（Na2FeO4）是在水处理过程中使用的一种新型净水剂，它的氧化性比高锰酸钾更强，本身在水处理过程中被还原成Fe3+
（1）铁酸钠之所以能够净水，除能消毒杀菌外，另一个原因是                        
                                                                          。
（2）ClO2也是一种新型消毒杀菌剂，它与铁酸钠一样，都是通过氧化作用杀菌（本身被还原为Cl-），试从得电子数量的角度计算等质量ClO2的氧化能力是Na2FeO4的        倍。
19、 某国炼金废水曾经泄入尼罗河中，导致大量鱼类等水生生物死亡，酿成了世界级污染事件，沿河居民长期停止使用此水源。炼金废水中含有CN-的有毒，CN-与H+结合生成HCN时，毒性更强。要处理这种废水，是在碱性条件下用NaClO将CN-氧化为CO32-和N2，其离子方程式为                        。在酸性条件下，ClO-也能氧化CN-，但实际处理废水时却不在酸性条件下进行，其主要原因是                                          
20、化学耗氧量（COD）是水体质量的控制项目之一，它是度量水中还原性污染物的重要指标。COD是指用强氧化剂（K2Cr2O7）处理一定量水样时消耗氧化剂的量，并换算成O2作为氧化剂时1L水样所消耗的氧气的质量（mg·L-1）
现有20.00mL某废水样品，向其中加入10.00mL0.04000 mol·L-1K2Cr2O7溶液，并加入适量的酸和催化剂，加热2小时。在指示剂存在下用12.00mL0.1000 mol·L-1 Fe (NH4)2(SO4)2溶液滴定。这种滴定类似于中和滴定，只是在到达滴定终点时，氧化剂得到电子的物质的量与还原剂失去电子的物质的量相等。
已知K2Cr2O7在酸性溶液中做氧化剂时被还原成Cr3+，Fe2+被氧化成Fe3+。写出K2Cr2O7与Fe(NH4)2(SO4)2在H2SO4存在下反应的化学方程式。
                                                                        。
20.00mL废水所消耗的K2Cr2O7的物质的量为                         。
该废水样品的COD是                        。

“海水淡化与现代水处理技术”参考答案
一、二、三选择题
题号
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

选项
B
A
A
D
A

BC
AB
AD
BC
D
AB
CD
C
AB
D
AB
C
A

四、填空题
16、（1）Ca(OH)2、FeCl3 、HCl 、Na 2CO3
     （2）H+ 、Na +、Ca2+   Fe3+   Cl-
   （3）河水中的酸、碱性及有害化学药品的富集等原因直接危害鱼、虾等生物的生长，因此河中鱼、虾几乎绝迹。
17、（1）Ca2+ + HCO3- + OH- = H2O + CaCO3↓
        Mg2+ + OH- = Mg(OH)2↓
   (2) ③ 、胶状Fe(OH)3   (3) 除去Ca2+     调节 PH 值     
(4)杀菌消毒 、 强氧化性 (5)①③
18、(1)铁酸钠被还原得到的Fe3+会发生水解反应生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体能吸附水中的悬浮物而起到净水作用。
   （2）4.1倍
19、 5ClO- + 2CN- + 2OH- = 2CO32- + N2↑ + 5Cl- + H2O  ；      
生成剧毒物HCN ，对人体有毒。
20、（1）K2Cr2O7 + 6Fe(NH4)2(SO4)2  + 7H2SO4  =
3Fe2(SO4)3 + 6(NH4)SO4 + Cr2(SO4)3  + K2SO4 + 7H2O
   （2）0.2000×10-3 mol （3）480.0mg·L-1