專(zhuān)題講座九水污染及治理2012年1月廣西河池市龍江鎘污染事件，2011年9月云南曲靖市的南盤(pán)江鉻污染事件都說(shuō)明了水污染已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的一大瓶頸。水是生命之源，有關(guān)水污染及其治理已成為近年來(lái)高考的熱點(diǎn)。目前污水的處理一般分為三級(jí)處理。一級(jí)處理：主要是用物理法或化學(xué)法，將污水中可沉降固體除去，然后加氯消毒即排入水體。一級(jí)處理只是去除污水中的飄浮物和部分懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)，調(diào)節(jié)污水的pH值，減輕廢水的腐蝕程度和減少后續(xù)處理負(fù)荷。二級(jí)處理：污水經(jīng)一級(jí)處理后，再用生物化學(xué)方法除去污水中大量的有機(jī)物，使污水進(jìn)一步凈化的工藝過(guò)程。活性污泥處理法是二級(jí)處理的主要方法。三級(jí)處理：又稱(chēng)污水高級(jí)處理或深度處理。污水經(jīng)過(guò)二級(jí)處理仍含有磷、氮、病原微生物、礦物質(zhì)和難以生物降解的有機(jī)物等，需要進(jìn)行三級(jí)處理，以便進(jìn)一步除去上述污染物或回收利用有用物質(zhì)，以便使污水經(jīng)三級(jí)處理后再利用。污水處理常見(jiàn)有如下三種方法：一、氧化還原法處理廢水廢水中呈溶解狀態(tài)的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物，在投加氧化劑或還原劑后，由于電子的轉(zhuǎn)移，而發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。在工業(yè)處理污水時(shí)，可用到的氧化劑有：O2、Cl2、O3、Ca(ClO)2、H2O2等，氧化還原法在污水處理實(shí)例中有氧化發(fā)酵含有機(jī)物廢水處理、空氣氧化法處理含硫廢水、堿性氯化法處理含氰污水、臭氧化法除臭、脫色、殺菌及除酚、氰、鐵、錳，降低污水BOD與COD等均有顯著效果。目前，還原法主要用于含氮廢水的處理。(2010·北京理綜，26)某氮肥廠氨氮廢水中的氮元素多以NH和NH3·H2O的形式存在，該廢水的處理流程如下：(1)過(guò)程：加NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH至9后，升溫至30 ，通空氣將氨趕出并回收。用離子方程式表示加NaOH溶液的作用：_。用化學(xué)平衡原理解釋通空氣的目的：_。(2)過(guò)程：在微生物作用的條件下，NH經(jīng)過(guò)兩步反應(yīng)被氧化成NO。兩步反應(yīng)的能量變化示意圖如下：第一步反應(yīng)是_反應(yīng)(選填“放熱”或“吸熱”)，判斷依據(jù)是_。1 mol NH(aq)全部氧化成NO(aq)的熱化學(xué)方程式是_。(3)過(guò)程：一定條件下，向廢水中加入CH3OH，將HNO3還原成N2。若該反應(yīng)消耗32 g CH3OH轉(zhuǎn)移6 mol電子，則參加反應(yīng)的還原劑和氧化劑的物質(zhì)的量之比是_。解析(1)NH與OH反應(yīng)：NHOH=NH3·H2O，且NH3·H2O受熱易分解，故升溫時(shí)，NH3逸出。廢水中的NH3能被空氣帶出，使NH3·H2ONH3H2O的平衡正向移動(dòng)。(2)根據(jù)第一步反應(yīng)的能量變化示意圖可知反應(yīng)物NH(aq)1.5O2(g)總能量高于生成物NO(aq)2H(aq)H2O(l)總能量，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。根據(jù)蓋斯定律知：NH(aq)2O2(g)=NO(aq)2H(aq)H2O(l)H(27373) kJ·mol1346 kJ·mol1。(3)根據(jù)得失電子守恒可得n(CH3OH)n(HNO3)156。答案(1)NHOH=NH3·H2O廢水中的NH3被空氣帶走，使NH3·H2ONH3H2O的平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，利于除氨(2)放熱H273 kJ·mol1<0(或反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量)NH(aq)2O2(g)=2H(aq)NO(aq)H2O(l)H346 kJ·mol1(3)56(2011·安徽理綜，28)地下水中硝酸鹽造成的氮污染已成為一個(gè)世界性的環(huán)境問(wèn)題。文獻(xiàn)報(bào)道某課題組模擬地下水脫氮過(guò)程，利用Fe粉和KNO3溶液反應(yīng)，探究脫氮原理及相關(guān)因素對(duì)脫氮速率的影響。(1)實(shí)驗(yàn)前：先用0.1 mol·L1H2SO4洗滌Fe粉，其目的是_，然后用蒸餾水洗滌至中性；將KNO3溶液的pH調(diào)至2.5；為防止空氣中的O2對(duì)脫氮的影響，應(yīng)向KNO3溶液中通入_(寫(xiě)化學(xué)式)。(2)右圖表示足量Fe粉還原上述KNO3溶液過(guò)程中，測(cè)出的溶液中相關(guān)離子濃度、pH隨時(shí)間的變化關(guān)系(部分副反應(yīng)產(chǎn)物曲線略去)。請(qǐng)根據(jù)圖中信息寫(xiě)出t1時(shí)刻前該反應(yīng)的離子方程式：_。t1時(shí)刻后，該反應(yīng)仍在進(jìn)行，溶液中NH的濃度在增大，F(xiàn)e2的濃度卻沒(méi)有增大，可能的原因是_。(3)該課題組對(duì)影響脫氮速率的因素提出了如下假設(shè)，請(qǐng)你完成假設(shè)二和假設(shè)三：假設(shè)一：溶液的pH；假設(shè)二：_；假設(shè)三：_；(4)請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述假設(shè)一，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)論。(已知：溶液中的NO濃度可用離子色譜儀測(cè)定)實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)論： 答案(1)去除鐵粉表面的氧化物等雜質(zhì)N2(2)4FeNO10H=4Fe2NH3H2O生成的Fe2水解(或和溶液中的OH結(jié)合)(3)溫度鐵粉顆粒大小(4)實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)論：分別取等體積、等濃度的KNO3溶液于不同的試管中；調(diào)節(jié)溶液呈酸性且pH各不相同，并通入N2；分別向上述溶液中加入足量等質(zhì)量的同種鐵粉；用離子色譜儀測(cè)定相同反應(yīng)時(shí)間時(shí)各溶液中NO的濃度。若pH不同的KNO3溶液中，測(cè)出的NO濃度不同，表明pH對(duì)脫氮速率有影響，否則無(wú)影響。(本題屬于開(kāi)放性試題，答案合理即可)解析(1)用稀H2SO4洗滌Fe粉的目的是去除Fe粉表面的氧化物等雜質(zhì)，中為防止空氣中的O2對(duì)脫氮的影響，向KNO3溶液中通入N2。(2)由圖中各離子濃度的變化得t1時(shí)刻前反應(yīng)的離子方程式為4Fe10HNO=4Fe2NH3H2O。t1時(shí)刻后反應(yīng)仍在進(jìn)行，繼續(xù)有Fe2生成，但從圖像上看Fe2的濃度卻在減小，原因是Fe2的水解消耗了Fe2，使Fe2濃度降低。(3)從外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響因素來(lái)看，溫度和鐵粉的表面積都會(huì)對(duì)脫氮的速率產(chǎn)生影響。二、沉淀法處理廢水沉淀法處理廢水是污水處理的一種重要方法，主要是通過(guò)氧化還原反應(yīng)或電解使易溶于水的含有重金屬元素的離子轉(zhuǎn)化為沉淀而除去，目前此法主要用于含6價(jià)Cr廢水的處理。此外，對(duì)于Hg2、Cu2等重金屬離子的污染，可直接加入沉淀劑(如Na2S)使之轉(zhuǎn)化為沉淀而除去。(2011·天津理綜，10)工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr2O和CrO，它們會(huì)對(duì)人類(lèi)及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大損害，必須進(jìn)行處理。常用的處理方法有兩種。方法1：還原沉淀法該法的工藝流程為CrOCr2OCr3Cr(OH)3其中第步存在平衡：2CrO(黃色)2HCr2O(橙色)H2O(1)若平衡體系的pH2，該溶液顯_色。(2)能說(shuō)明第步反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)的是_。aCr2O和CrO的濃度相同b2v(Cr2O)v(CrO)c溶液的顏色不變(3)第步中，還原1 mol Cr2O，需要_mol FeSO4·7H2O。(4)第步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)3(s)Cr3(aq)3OH(aq)常溫下，Cr(OH)3的溶度積Kspc(Cr3)·c3(OH)1032，要使c(Cr3)降至105 mol·L1，溶液的pH應(yīng)調(diào)至_。方法2：電解法該法用Fe作電極電解含Cr2O的酸性廢水，隨著電解進(jìn)行，在陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀。(5)用Fe作電極的原因?yàn)開(kāi)。(6)在陰極附近溶液pH升高的原因是(用電極反應(yīng)解釋)_，溶液中同時(shí)生成的沉淀還有_。解析(1)平衡體系的pH2時(shí)，溶液c(H)較大，此時(shí)c(Cr2O)大，c(CrO)小，溶液顯橙色。(2)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，c(Cr2O)與c(CrO)均不變，但不一定相等；達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，有2v正(Cr2O)v逆(CrO)；平衡時(shí)，Cr2O和CrO的濃度不變，溶液的顏色不變。(3)Cr2O與Fe2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成Cr3和Fe3，1 mol Cr2O被還原時(shí)，轉(zhuǎn)移6 mol電子，要消耗6 mol FeSO4·7H2O。(4)由Cr(OH)3的溶度積Kspc(Cr3)·c3(OH)1032，則有c(OH)。欲使c(Cr3)降至105 mol·L1，則應(yīng)有c(OH) mol·L1109 mol·L1。溶液的pHlgc(H)lglg5。(5)鐵作陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)：Fe2e=Fe2，產(chǎn)生還原劑Fe2，可使Cr2O還原成Cr3，最終生成Cr(OH)3沉淀。(6)陰極發(fā)生反應(yīng)：2H2e=H2，溶液中c(H)降低，溶液的pH升高。由于Fe(OH)2極易被氧化生成Fe(OH)3，故溶液中還生成Fe(OH)3沉淀。答案(1)橙(2)c(3)6(4)5(5)陽(yáng)極反應(yīng)為Fe2e=Fe2，提供還原劑Fe2(6)2H2e=H2Fe(OH)3六價(jià)鉻對(duì)人體有害，含鉻廢水要經(jīng)化學(xué)處理后才能排放，方法是用綠礬(FeSO4·7H2O)把廢水中的六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻離子，再加入過(guò)量的石灰水，使鉻離子轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸tCr(OH)3沉淀。其主要反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：H2Cr2O76FeSO46H2SO4=3Fe2(SO4)3Cr2(SO4)37H2O現(xiàn)用上述方法處理1×104 L含鉻(6價(jià))78 mg·L1的廢水(Cr的相對(duì)原子質(zhì)量為52)，試回答：(1)處理后，沉淀物中除Cr(OH)3外，還有_、_(用化學(xué)式表示)。(2)需用綠礬多少千克？答案(1)Fe(OH)3CaSO4(2)12.51 kg解析(1)加入石灰水后，Cr3、Fe3分別生成難溶于水的Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀，SO生成微溶于水的CaSO4沉淀，有關(guān)離子方程式為Cr33OH=Cr(OH)3Fe33OH=Fe(OH)3Ca2SO=CaSO4(2)1×104 L廢水中含Cr的質(zhì)量為1×104 L×7.8×105 kg·L17.8×101 kg由H2Cr2O76FeSO46H2SO4=3Fe2(SO4)3Cr2(SO4)37H2O和綠礬的化學(xué)式FeSO4·7H2O可知，Cr與FeSO4·7H2O之間的關(guān)系為Cr3FeSO4·7H2O。設(shè)所需綠礬的質(zhì)量為x。Cr3FeSO4·7H2O5283478×101 kg xx12.51 kg。判斷下列說(shuō)法是否正確，正確的劃“”，錯(cuò)誤的劃“×”用Na2S除去廢水中的Hg2：Hg2S2=HgS ()(2011·北京理綜，9A)三、中和法處理廢水“中和法”用于處理酸性廢水及堿性廢水。向酸性廢水中投加堿性物質(zhì)如石灰、氫氧化鈉等進(jìn)行中和，向堿性廢水中吹入含CO2的煙道氣或其它酸性物質(zhì)進(jìn)行中和。某造紙廠排放的廢燒堿水(內(nèi)含Na2CO3)流量是100 mL·s1，為了測(cè)定廢水中燒堿的濃度，某環(huán)保小組取樣250 mL廢堿，稀釋10倍后再取50 mL，平均分成2份，分別用0.120 0 mol·L1鹽酸滴定。第一份采用甲基橙作指示劑，耗去鹽酸24.20 mL；第二份用酚酞作指示劑，耗去鹽酸17.40 mL。試計(jì)算：(1)廢燒堿水中NaOH和Na2CO3的物質(zhì)的量濃度各是多少？(保留四位小數(shù))(2)該環(huán)保小組想用1.2 mol·L1的廢鹽酸來(lái)中和上述廢燒堿液，理論上鹽酸的注入流量應(yīng)為多少？(保留1位小數(shù))解析設(shè)稀釋后每份溶液中(25 mL)含NaOH的物質(zhì)的量為x、Na2CO3的物質(zhì)的量為y。當(dāng)用甲基橙作指示劑時(shí)有NaOHHCl=NaClH2ONa2CO32HCl=2NaClCO2H2Ox2y24.20×103 L×0.12 mol·L1當(dāng)用酚酞作指示劑時(shí)有NaOHHCl=NaClH2ONa2CO3HCl=NaHCO3NaClxy17.40×103 L×0.12 mol·L1聯(lián)立方程、可得：x1.272×103 moly8.160×104 mol原廢燒堿溶液中：c(NaOH)×100.508 8 mol·L1c(Na2CO3)×100.326 4 mol·L1(2)鹽酸流量應(yīng)為96.8 mL·s1。答案(1)NaOH的物質(zhì)的量濃度為0.508 8 mol·L1，Na2CO3的物質(zhì)的量濃度為0.326 4 mol·L1(2)96.8 mL·s17