高中化学 人教版选修1 第四章第二节爱护水资源 教学设计、教案、 学案

第二节爱护水资源（第一课时）

1．通过典型的水污染实例认识水污染造成的危害。

2．知道哪些物质能够污染水体。

近几十年来，除了石油泄漏外，全球每年向海洋倾倒废物200亿吨，这些无休止的倾倒污染了海洋，造成局部海域的生态环境恶化，水体富营养化，赤潮频频发生。引起水体富营养化的原因是什么？

提示：大量含N、P的化合物的废水排入水体中，促使水体富营养化。

一、水体污染的危害

1．水体污染

水体污染是指____________________，超过__________________________，水体及其周围的__________遭到破坏。

2．造成水体污染的原因

(1)工厂排出的_______________。

(2)农业上____________________。

(3)__________的任意排放。

(4)__________造成的海水污染。

(5)________污染。

(6)热污染。

3．水体污染的危害及主要表现

(1)加剧_________________短缺；

(2)严重危害_________________；

(3)对水中___________________、_______________、_______________和________等也会产生很大影响。

二、造成水污染的物质种类

1．重金属污染

(1)主要污染物：主要包括______________等。

(2)主要来源：化工、冶金、电子和电镀等行业排放的工业废水。

(3)危害。

重金属污染物在生物体内积累，不易__________，因此危害很大。

a．重金属污染物浓度增大→人体摄入而中毒。

b．重金属还可被微生物转化为毒性更大的__________，如：无机汞转化为有机汞____________________________。

2．植物营养物质污染

(1)植物营养素。

生活污水和某些工业废水中，经常包括含_____________的化合物，它们是植物生长、发育的养料，称为植物营养素。

(2)植物营养素的来源。

含N的_____________，含P的_____________和不合理使用的_____________。

(3)水体富营养化的形成过程。

蛋白质分解过程：蛋白质→______→氨__________________________→_______________(水生植物的养料)。

在分解过程中大量消耗水中溶解的_________，并释放出养分，而使藻类和其他浮游生物大量繁殖。在江河湖泊中出现称为___________，在海湾出现叫做____________。

3．其他污染物

石油泄漏、农药的大量使用，工业废水中的酸、碱、盐等。

思考：水的污染是由什么因素造成的？防止水污染的方法有哪些？

答案:一、1.大量污染物质排入水体水体的自净能力使水质恶化生态平衡

2．(1)废水(2)化肥、农药的不合理施用(3)生活污水(4)石油泄漏(5)放射性

3．(1)水资源(2)人体健康(3)生态系统工业农业渔业生产

二、1.(1)汞、镉、铅、铬

(3)排出体外有机化合物HgCl2＋CH4CH3HgCl＋HCl

2．(1)氮、磷

(2)洗涤剂洗涤剂磷肥

(3)氨基酸HNO2 HNO3硝酸盐氧“水华”“赤潮”

思考

提示：(1)人为因素和自然因素，主要是人为因素。

(2)防止水污染的方法：

①加强对水质的监测；②工业三废要经过处理后排放；③合理使用农药和化肥；④禁止使用含磷洗衣粉；⑤加强水土保护，植树造林。

种类污染物危害

有毒物质酚、有机农药、汞、砷、铅、铬、镉、

氰化物、氟化物、一些芳香族化合物

使人慢性中毒，破坏人体的正常生

理过程，有的有致癌作用

植物营养物质化肥、饲料、合成洗涤剂的一些添加剂

能使一些藻类疯长，危害鱼类、恶

化水质

耗氧物质生活污水和造纸工业废水，一些无机还

原性物质

在生物分解和氧化时，大量消耗水

中溶解的氧气，使水质变黑、发臭

石油石油及其炼制残渣石油污染，在水面形成薄膜，使水中溶解的氧气量减少，恶化水质，危害水生动物，尤其是鱼类、海鸟类

无机物一些碱、酸、盐类和矿物质恶化水质，危害水生生物，危害农业

热污染热电厂和工业冷却水使水体温度变化无常，破坏生态系统

放射性物质大气中核爆炸的溅落物、原子核反应堆

的放射性废物

影响鱼类生长、同时传导到食物链

导致基因突变

二、植物营养物质使水污染的原理

生活污水和某些工业废水中，经常包括含N、P的化合物，当它们是植物生长、发育的养料，称为植物营养素。含N的物质主要是蛋白质，含P的物质主要是洗涤剂和不合理使用的磷肥。

蛋白质在水中的分解过程是：蛋白质→氨基酸→氨。NH3在微生物作用下，可进一步被氧化成HNO2，进而氧化成HNO3，以硝酸盐的形式成为水生植物的养料。其过程为：

2NH3＋3O22HNO2＋2H2O

2HNO2＋O22HNO3

蛋白质在分解的过程中大量消耗水中溶解的氧，并释放出养分。这样的变化，一方面致使大多数水生动物、植物因缺氧而不能生存，致死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。另一方面使水中藻类和其他浮游生物大量繁殖，产生毒素和恶臭味，造成水体污染。

含磷物质使水体污染的原理与含氮物质使水污染的原理相似。有资料表明，1 g磷入水，可使水内产生蓝藻100 g。

知识点1 重金属污染的危害

【例题1】水中的某些重金属污染物又可以被微生物转化为新的重金属化合物，使水的污染程度发生变化。例如，水中的汞会发生如下变化：

HgCl2＋CH4CH3HgCl＋HCl

下列说法中不正确的是( )。

A．HgCl2转化为CH3HgCl的反应属于取代反应

B．在池沼的水中HgCl2更容易转化为CH3HgCl

C．HgCl2比CH3HgCl毒性小

D．HgCl2比CH3HgCl毒性大

解析：根据取代反应的特征可知该反应为取代反应；在池沼中甲烷、微生物较多，有利于HgCl2转化为CH3HgCl；有机汞毒性更大。

答案：D

点拨：CH3HgCl比HgCl2的毒性更大，所以该过程会使水的污染程度加深。

知识点2 水体富营养化的防治

【例题2】近年来赤潮在我国时有发生，当赤潮发生时，海水中的某些微小浮游生物大量繁殖，使水体呈红、紫等颜色，并对生物造成危害。取水样分析发现：含氧量明显偏低，浑浊度增加，藻类含量比正常情况下偏高很多。

(1)造成赤潮现象最可能的原因是______________。

A．水土流失

B．有毒废水大量排入江河

C．农业生产中长期使用农药

D．生活废水大量排入江河，使水体富营养化

(2)无机氮、无机磷的化合物大量排入近海地区，会引起哪些后果？________________________________________________________________________。

(3)你认为治理水域污染应采取哪些措施？

________________________________________________________________________。

解析：(1)B、C两项会使水体污染，但不会使水体富营养化。生活污水中含较多的N、P营养素使水质富营养化。

(2)无机氮、无机磷的化合物排入海水中，会使水质富营养化，浮游生物大量繁殖，水中缺氧使鱼类死亡、赤潮、饮用水水质变坏等。

(3)治理水污染关键是提高人类保护环境的意识，控制污水排放，有效治理污染水域。

答案：(1)D

(2)①浮游生物大量繁殖，导致水中缺氧使鱼类死亡；②发生赤潮现象；③富营养化加快了湖泊的消亡速度，使饮用水水质变坏，危害人类健康

(3)①加强法制观念，坚持依法治污；②提高人们对环境的认识；③采取有效措施治理污染，工业废水和生活污水达标排放

点拨：水污染的危害是多方面的，人人都要自觉保护水源，节约用水。

1 水的污染主要来自于( )。

①天然水与空气、岩石和土壤长期接触②工业生产中“三废”的排放③水生动物的繁殖④城市生活污水的大量排放⑤农业生产农药、化肥的滥用

A．④⑤B．②④⑤C．①②③D．②③④⑤

2 工、农业及城市生活污水中含磷。家用洗涤剂是污水中磷的一个重要来源(洗涤剂中含有磷酸钠)。处理污水时要不要除去磷？下列说法中正确的是( )。

A．磷是生物所需的营养元素，不必除去

B．含磷的污水是很好的肥料，不必除去

C．含磷污水排到自然水中引起藻类大量繁殖，使水变质，必须除去

D．磷对人体无毒，除去与否都无关紧要

3 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．深海中的生物对重金属离子的富集浓度大

4 巢湖地区是风景秀丽的鱼米之乡。当地政府决定对护城河区域进行治理，使风景、环境更加美好。下列做法不正确的是( )。

A．清除河底污泥以提高水的质量

B ．禁止生活污水、小企业废水和其他未经处理的水排入河中

C ．鼓励市民和企业采用低碳经济方式进行相关活动

D ．护城河边的居民可以适当地将生活垃圾倒入河中

5 许多化学反应在溶液中进行，下面的问题均与溶液或溶液中的反应有关。

(1)某雨水样品刚采集时测得pH 为4.82，放在烧杯中2 h 后，再次测得pH 为4.68。以下叙述正确的是________。

A ．雨水样品酸度逐渐减小

B ．雨水样品酸度没有变化

C ．雨水样品继续吸收空气中的CO 2

D ．雨水样品中的H 2SO 3逐渐被空气中的氧气氧化成H 2SO 4

(2)重金属离子有毒性。实验室有甲、乙两种废液，均有一定毒性。甲废液经化验呈碱

性，主要有毒离子为Ba 2＋

，如将甲、乙两废液按一定比例混合，毒性明显降低。乙废液中可能含有的离子是______________________。

A ．Cu 2+和24SO -

B. Cu 2+和Cl -

C.K +和24SO -

D.Ag+和3NO -

答案：1．B 水的污染主要来自工业“三废”的排放；城市生活污水的大量排放；农业生产中化肥和农药的滥用。

2．C 含磷的污水是水污染的重要来源之一，这种含营养元素(N 、P 、K 等)的污水排入江河湖海，会使水体富营养化。

3．A 水俣病是有机汞引起的慢性汞中毒，A 项正确，B 、C 项错误。重金属污染物通过水中食物链富集，浓度逐级增大，深海中的生物对重金属的富集浓度小，D 项错误。

4．D 生活垃圾中可能含有有毒、有害的物质，垃圾倒入河流会使这些物质进入水体，造成环境的污染，饮用此水还会导致身体健康受到影响，D 项错误。

5．答案：(1)D (2)A

解析：(1)在空气中2H 2SO 3＋O 2===2H 2SO 4，弱酸转化成强酸使酸度增大。

(2)发生的反应为Ba 2＋

＋24SO -

===BaSO 4↓，Cu 2＋

＋2OH －

===Cu(OH)2↓。

第二节爱护水资源（第二课时）

1．了解混凝法、中和法、沉淀法等常见的污水处理方法及原理。2．能说出污水处理中主要的化学方法及原理。

数据显示，目前全国水污染形势严峻。如何防治水体污染，改善水质？

因水污染死亡的鱼类

提示：水污染防治应当坚持预防为主、防治结合、综合治理的原则。预防与治理相结合，既要对污染采取预防措施，同时也要对产生的污染积极予以治理。对水污染只有按照预防与治理相结合的原则，将预防手段和治理措施双管齐下，才能从根本上防治水污染，保护和改善环境。

一、改善水质的根本措施和污水处理的分类

1．措施

控制____________和__________的排放。

2．污水处理方法分类

(1)按方法可分为：________、________和________等。

(2)按处理程度可分为：一级、__________和__________。

二、污水处理的流程

一般根据____________和处理后__________来确定污水处理程度。

三、污水处理的主要化学方法及原理

1．混凝法

使水中________________________。

常用的混凝剂有__________[化学式__________________]、______________等。

2．中和法

处理____________。

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。

用________中和酸性废水，用________中和碱性废水。

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：含Hg2＋的废水中加入________，离子方程式是____________________。

4.其他

氧化还原法。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，这是废水处理中的重要方法之一。

思考：混凝法与沉淀法有何异同？

答案：一、1.工业废水生活污水

2．(1)物理法生物法化学法

(2)二级三级

二、水质状况水的去向

三、1.细小的悬浮物聚集成较大的颗粒而沉淀明矾

K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O 聚羟基氯化铝

2．酸、碱性污水Ca(OH)2 H2SO4或CO2

3．Na2S Hg2＋＋S2－===HgS↓

思考

提示：混凝法是利用胶体的吸附性，吸附水中悬浮颗粒共同沉淀。沉淀法是利用沉淀剂与水中的金属离子发生反应生成难溶物的性质，加沉淀剂沉淀重金属离子。二者都形成沉淀。在混凝法中，胶体的形成是化学变化，但悬浮颗粒沉淀是物理变化。沉淀法中沉淀的形成是化学变化。

一、污水处理的主要化学方法及其原理

1．混凝法

混凝法就是通过加入混凝剂使难以自然沉降的悬浮物形成沉淀的污水处理方法。

原理：以明矾净水为例，明矾溶于水后发生电离。电离产生的Al3＋水解生成Al(OH)3

胶体：Al3＋＋3H2O Al(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶粒带正电荷，吸附带负电荷的悬

浮颗粒形成较大颗粒而沉淀，使悬浮颗粒从水体中分离出来，达到净水的目的。

FeCl3的净水原理与明矾的净水原理类似，Fe3＋水解成Fe(OH)3胶体后吸附水中的悬浮颗粒聚沉，而达到净水的目的。Fe3＋＋3H2O Fe(OH)3(胶体)＋3H＋。

Fe是人体需要补充的元素，对人体有益，而Al对人体有害，故用Fe3＋净水比用Al3＋净水对人体健康更有益。

2．中和法

中和法就是通过加碱中和酸或加酸中和碱的污水处理方法。

常用的碱是熟石灰[Ca(OH)2]，常用酸是硫酸，也用二氧化碳。

有关的化学反应可表示为：

Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O

H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O

2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O

Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3

3．沉淀法

沉淀法就是利用某些化学物质作沉淀剂，与废水中的污染物(主要是重金属离子)发生化学反应，生成难溶于水的沉淀析出，从废水中分离。如含Hg2＋的废水中加入Na2S：Hg2＋＋S2－===HgS↓。

沉淀法是除去水中重金属离子的常用方法。

4．氧化还原法

氧化还原法是利用氧化还原反应除去水中的有毒物质的污水处理方法。氧化还原法是污水处理中的重要方法之一，在用这种方法处理污水的过程中，废水中的有害物质能转化为无毒物质或难溶物质、易通过其他方法除去的物质。

例如，氯氧化法处理含氰(CN－)废水是废水处理的一个典型实例。在碱性条件下，Cl2可将废水中的CN－氧化成无毒的N2和CO2等，使水质得到净化：

2CN－＋8OH－＋5Cl2===2CO2＋N2＋10Cl－＋4H2O

又如，在酸性条件下，向含铬废水中加入FeSO4，可将Cr2O2－7还原为Cr3＋：

Cr2O2－7＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

然后再加入熟石灰调节溶液的pH，使Cr3＋转变为Cr(OH)3沉淀而从废水中除去。

中和法中用Ca(OH)2处理的污水中Ca2＋浓度有所增加，水的硬度增大。氧化还原法除污水中的重金属离子，一般采用与沉淀法相结合的方法。

二、自来水、纯净水的制取方法

饮用水消毒的原理是加入氧化剂或施加高温，使细菌病毒的蛋白质变性死亡。工业上通常用氧化剂对大量的饮用水消毒。

知识点1 污水处理

【例题1】目前，城市污水处理厂多采用活性污泥法二级处理工艺来进行污水处理。该工艺的一级处理是在沉淀池中通过过滤除去污水中的固体沉淀物和悬浮物，再加入一定量的化学试剂中和酸性或碱性物质。二级处理是采用空气曝气活性污泥法，利用细菌等微生物除去废水中的有机污染物。

(1)在这种污水处理工艺中，采用的污水处理方法有________(从下列选项选择，用符号填空)。

A．化学法B．生物法C．物理法

(2)在这种污水处理工艺的二级处理中要进行“曝气”，其主要目的是________________。

(3)采用这种工艺处理过的水可回收再利用，它________(填“可以”或“不可以”)直接用作生活饮用水，其原因是____________________。

解析：(1)由题干中“过滤”“加化学试剂”“利用细菌等微生物”的字眼即可作答。

(2)“曝气”的含义是使水暴露在空气中，使水与空气接触的面积增大，增加水中的含氧量，以加速水中有机物的分解。

(3)该工艺所采用的方法对污水的处理不是很彻底，如未涉及重金属离子的除去等。

答案：(1)ABC

(2)增加水中的含氧量，加速水中有机物的分解

(3)不可以该工艺所采用的方法对污水的处理不是很彻底，处理过的水的水质还不符合生活饮用水的标准

点拨：污水处理是一个复杂的过程，在对污水处理前，要弄明白污水中的有害成分的性质和浓度，然后根据有关方法的原理与作用、污水处理后的用途等，设计污水处理的程度和方法。此外，还要考虑到在治污过程中是否能得到可利用的资源，以及是否会对水造成二次污染等，采用综合治理方案和措施。

知识点2 水的消毒处理

【例题2】(2011·上海)高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型的自来水处理剂，它的性质和作用

是( )。

A．有强氧化性，可消毒杀菌，还原产物能吸附水中杂质

B．有强还原性，可消毒杀菌，氧化产物能吸附水中杂质

C．有强氧化性，能吸附水中杂质，还原产物能消毒杀菌

D．有强还原性，能吸附水中杂质，氧化产物能消毒杀菌

解析：高铁酸钾(K2FeO4)中Fe的化合价是＋6，具有强氧化性，可消毒杀菌。其还原产物Fe3＋水解生成氢氧化铁胶体，Fe3＋＋3H2O Fe(OH)3(胶体)＋3H＋，能吸附水中杂质。

答案：A

点拨：明确净水与杀菌消毒的区别，净水是指用混凝剂使水中悬浮的杂质形成沉淀，杀菌消毒是加强氧化剂或加热使细菌病毒的蛋白质变性死亡。两者不是一回事，原理不同。

1 获得饮用水，凝聚过程中除去其中的悬浮物，常加入的净水剂是( )。

A．明矾B．NaCl C．Ca(ClO)2D．MgCl2

2 饮用水的消毒剂有多种，其中杀菌能力强，又不影响水质的理想消毒剂是( )。

A．臭氧(O3) B．漂白粉C．苯酚D．氯气

3 某工厂排放的酸性废水中含有较多的Cu2＋，对农作物和人畜都有害，欲采用化学法除去有害成分，最好是加入下列物质中的( )。

A．食盐、硫酸B．胆矾、石灰水

C．铁粉、生石灰D．苏打、盐酸

4 高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型水处理剂，它有比高锰酸钾更强的氧化性，在水中反应被还原为Fe3＋。

(1)高铁酸钠中铁元素的化合价为________，高铁酸钠能消毒杀菌，这是基于它的什么性质？________________________。

(2)高铁酸钠用于水处理，除了能消毒杀菌外，它还能沉降水中的悬浮杂质，起净水作用，请说明其净水原理______________________。

答案：1．A 常用净水剂为明矾、FeCl3、聚羟基氯化铝以及有机高分子混凝剂等。

2．A 臭氧消毒不会产生有毒物质，漂白粉、氯气会生成有机氯化物，对人体有害，苯酚不能用于饮用水消毒。

3．C 铁粉能除去Cu2＋，生石灰能中和H＋且能沉淀Fe2＋。

4．答案：(1)＋6 强氧化性

(2)高铁酸钠的还原产物是Fe3＋，Fe3＋可发生水解，生成Fe(OH)3胶体，它可吸附水中悬浮的杂质或泥沙胶粒等一起凝聚而沉降，达到净水的效果

解析：高锰酸钾是强氧化剂，常用于消毒杀菌。结合传统的自来水消毒用液氯的原理，显然Na2FeO4因强氧化性而能杀菌消毒；其铁元素的还原产物为Fe3＋，Fe3＋可发生水解，生成Fe(OH)3胶体，故有类似于明矾的净水作用。