课题1 海水淡化与现代水处理技术
1．认识海水淡化的重要意义，了解海水淡化的方法。知道天然水净化和污水处理的化学原理及工艺流程。(重点)
2．了解离子交换法和膜分离法的原理和应用。
3．了解水污染及其处理技术。掌握中和法、沉淀法在污水处理中的应用。(难点) 4．培养节约用水、保护水资源的意识。
海水淡化 1.蒸馏法是将水加热至105 °C蒸发汽化，然后将蒸汽冷凝而得到蒸馏水的方法。蒸馏法的特点是设备结构简单、易操作、淡水质量好，缺点是能耗大。
2．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，在外加直流电场作用下，海水中溶解盐的离子转移到另一部分海水中使海水淡化的方法。
1．海水淡化的目的是什么？
【提示】 海水淡化的目的是利用物理或化学方法除去海水中的无机盐。
1.水的硬度 (1)硬水：溶有较多Ca、Mg的水。
(2)水的硬度：以1 L水中含10_mg_CaO(或相当于10_mg_CaO)为1度来表示。 2．水处理技术
(1)核心：减少或除去水中的各种杂质离子。 (2)方法
①离子交换法是使离子交换树脂上的离子与水中的离子进行交换，以除去水中的阴、阳离子的方法。
阳离子交换树脂(HR)与金属离子M的反应为
n＋
2＋
2＋
纯水的制造 nHR＋Mn＋
n＋nH；
m－
m－
m＋
阴离子交换树脂(ROH)与阴离子Y的反应为mROH＋YY＋
mOH－；
交换树脂用酸或碱处理可重新恢复交换能力，该过程叫做树脂的再生。 ②膜分离法：包括电渗析和反渗透两种广泛应用的技术。
2．海水淡化因能耗大，成本高，不能形成规模化生产，此话对吗？
【提示】 不对，海水淡化耗能大，成本高，这是传统淡化法，现在研究出许多新的方法，如离子膜法、离子交换法等，耗能成本都大大降低，可以形成规模化生产。
1.水污染 废水的排放使自然水体中的污染物超过其自净能力时，就会引起自然水体发生物理性质和化学性质的变化，使水质变坏。
2．污水处理
(1)物理法：主要利用物理原理和机械作用对废水进行治理，包括沉淀、均衡调节、过滤及离心分离等方法。
(2)物理化学法：通过物理化学过程除去污染物的方法，包括吸附、浮选、反渗透、电渗析、超过滤及超吸附等方法。
(3)化学法：通过施用化学药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。
(4)生物化学法：利用微生物的作用，除去废水中的溶胶物质及有机物质的方法，包括活性污泥法、生物滤池法及厌气处理法等。
水污染和污水处理
【问题导思】 ①海水淡化的方法有哪些？
【提示】 蒸馏法、电渗析法、离子交换法、膜分离法。 ②电渗析法淡化海水的原理是什么？
【提示】 电渗析法中阴离子交换膜只允许阴离子通过，阳离子交换膜只允许阳离子通过。在外加电场的作用下，阴离子透过阴离子交换膜迁移到阳极区，阳离子透过阳离子交换膜迁移到阴极区。
1．蒸馏法
(1)原理：将水加热至105 ℃蒸发汽化，然后将蒸汽冷凝而得到蒸馏水。 (2)优点：设备结构简单、易操作、淡水质量好。 (3)缺点：能耗大。 2．电渗析法
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海水淡化的方法 (1)原理：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，海水中溶解盐的离子转移到另一部分海水中使海水淡化的方法。
(2)应用：海水淡化、污水处理等。 3．反渗透法
(1)原理：在含盐浓度较大的溶液一侧施加压力，可以迫使水从浓溶液一侧向稀溶液一侧渗透，将水从浓盐溶液中排出而使盐分留下。
(2)优点：可以大量、快速地生产淡水。
(3)发展方向：寻找理想的渗透膜，提高海水的淡化效率。
将海水淡化后做生活用水，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
【解析】 明矾的成分是KAl(SO4)2·12H2O，加入到海水中只能除去悬浮杂质及OH或Ba
＋
－
2
等，对Na、Cl、Mg、Ca等无影响，起不到淡化的作用。 【答案】 A
＋－2＋2＋
明矾净水原理是由于Al水解生成也不能杀菌消毒。
1．海水淡化可采用膜分离技术，如下图所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中的各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水，对加压后右侧海水成分变化进行分析，正确的是( )
3＋
3
胶体吸附水中悬浮物，而不能除去水中的盐
A．溶质质量增加 C．溶剂质量减少
B．溶液质量不变 D．溶质质量分数不变
【解析】 右侧海水中水分子能通过淡化膜进入左侧淡水池，而各种离子不能通过淡化
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膜，故溶质质量不变，溶剂质量减少，溶质质量分数增大。
【答案】 C
【问题导思】 ①硬水和软水有什么区别？
【提示】 含Ca、Mg较多的水称为硬水；含Ca、Mg较少或不含Ca、Mg的水称为软水。
②如何区别硬水和软水？
【提示】 a．加入肥皂水振荡，有大量泡沫产生的为软水，泡沫很少且有沉淀产生的是硬水。b.加入饱和Na2CO3溶液，无沉淀产生的是软水，有沉淀产生的是硬水。原因是Ca＋CO3===CaCO3↓，Mg＋CO3===MgCO3↓。
③硬水软化的方法有哪些？
【提示】 加热法(除暂时硬度)、药剂法、离子交换法。 1．水的硬度 (1)硬水和软水
硬水：含Ca、Mg较多的水。
软水：含Ca、Mg较少或不含Ca、Mg的水。 (2)硬度的划分
暂时硬度：水的硬度由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起。 永久硬度：水的硬度由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起。 2．硬水的软化 (1)加热法
①适用范围：暂时硬度的水。 ②反应原理：
△
Ca(HCO3)2=====CaCO3↓＋H2O＋CO2↑， △
Mg(HCO3)2=====MgCO3↓＋H2O＋CO2↑， △
MgCO3＋H2O=====Mg(OH)2↓＋CO2↑。 (2)药剂法
①适用范围：永久硬度的水。
②原理：把纯碱、生石灰等试剂加入到硬水中，与Ca、Mg反应形成沉淀，分离。 (3)离子交换法
①适用范围：永久硬度的水。
②原理：用离子交换剂除去硬水中的Ca、Mg。
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硬水的软化 2＋2＋2＋2＋2＋2＋
2＋2－
2＋2－
2＋2＋
2＋2＋2＋2＋
2＋2＋
2＋2＋
如用离子交换树脂软化水的过程为：
nHR＋Mn＋mROH＋Ym－
n＋nH， Y＋mOH。
2＋
2＋
－
＋
m 磺化煤(表示式NaR)是一种钠型离子交换剂，它能把硬水中的Ca、Mg交换除
去而使水软化，现代海水的淡化方法是：使海水按顺序通过两种离子交换树脂，其流程如图所示：
(1)现有氢型阳离子交换树脂(HR)和羟基型阴离子交换树脂(ROH)，则离子交换柱中应分别装入的离子交换树脂是(填代表符号)：A柱________；B柱________。
(2)说明按上述顺序装柱的理由是____________________________________ _______________________________________________________________。
【解析】 由离子交换法的原理迁移应用到题给信息可知，阳离子交换树脂的交换原理为
Na＋
＋
＋
＋NaR Ca＋
2＋＋
＋CaR2 Mg＋
2＋＋
＋MgR2
阴离子交换树脂的交换原理为： ROH＋Cl
－
＋OH 2ROH＋SO4
＋
－
－2－
2
SO4＋2OH ROH＋HCO3
－－
3
＋OH
－
交换下来的H和OH反应生成H2O从而得到淡水。 【答案】 (1)HR ROH
(2)若相反，则首先产生OH易与Mg等反应产生Mg(OH)2等沉淀，堵塞离子交换柱
2．天然水里一般含有Ca、Mg等多种离子。人们把含有较多量Ca、Mg的水叫作硬水，含有较少量或不含Ca、Mg的水叫作软水；降低水中
Ca、Mg含量的过程叫作硬水软化。如果硬度太高(含Ca、Mg的浓度太大)会给生产、生活带来很多不利，因此硬水的软化是水处理的重要方面之一。
离子交换法常用于工业锅炉用水的软化。离子交换剂多种多样，磺化煤(NaR)就是一种阳离子交换剂。
(1)写出用磺化煤软化含Ca、Mg浓度较高的硬水的化学方程式：________ _______________________________________________________________。 (2)用药剂软化法软化过的水总是含有一定浓度的Ca、Mg，其原因是____ _______________________________________________________________。
(3)参考烧水后的锅或壶中结有水垢的现象分析说明，如果用硬度太高的水作锅炉用水，
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－2＋
2＋2＋2＋2＋
2＋2＋
2＋2＋2＋2＋
2＋2＋
2＋2＋
2017-2018学年高中化学 主题2 海水资源、工业制碱 课题1 海水淡化与现代水处理技术学案 鲁
