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第1課時(shí)　天然水的凈化 課時(shí)過關(guān)能力提升 1有下列物質(zhì):①鹽酸、②NaOH、③AlCl3、④明礬、⑤FeCl3、⑥FeSO4、⑦硫酸鋁、⑧堿式氯化鋁、⑨肥皂。能在水處理過程中作混凝劑的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.①④⑤⑧ B.②③④⑤ C.③④⑤⑥⑦⑧ D.①②③⑥⑨ 解析：常見的混凝劑有:明礬、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵等。利用它們直接或間接水解生成Al(OH)3或Fe(OH)3,即可溶性的鋁鹽、鐵鹽及亞鐵鹽都能在水處理中作混凝劑。 答案：C 2下列方法不能用于對(duì)飲用水進(jìn)行殺菌消毒的是(　　) A.加熱煮沸 B.加入Ca(ClO)2 C.加入純堿 D.加入ClO2 解析：細(xì)菌主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成,殺菌的實(shí)質(zhì)是用強(qiáng)氧化劑或在高溫條件下使菌體蛋白質(zhì)變性,對(duì)少量水通常使用加熱煮沸法來殺菌消毒,對(duì)大量水多用氧化劑來殺菌消毒,故C項(xiàng)不正確。 答案：C 3下列說法正確的是(　　) A.含有少量碳酸氫鈣和氯化鈣的水是永久硬水 B.明礬有凈水作用,所以用明礬處理硬水,可以使硬水軟化 C.用離子交換劑處理硬水,只能軟化暫時(shí)硬水,不能軟化永久硬水 D.只具有暫時(shí)硬度的水經(jīng)加熱煮沸后,可變成軟水 解析：由鈣、鎂的硫酸鹽或氯化物所引起硬度的水為永久硬水,A錯(cuò)誤;明礬雖有凈水作用,但明礬不能使硬水軟化,B錯(cuò)誤;離子交換法既能軟化暫時(shí)硬水,又能軟化永久硬水,C錯(cuò)誤。 答案：D 4目前,我國城市供水處理技術(shù)由混凝、沉淀、過濾和消毒等過程組成。下列說法中不正確的是(　　) A.傳統(tǒng)的無機(jī)混凝劑按金屬鹽可分為鋁鹽系和鐵鹽系兩大類 B.NCl3可用于水消毒的原因是NCl3跟水反應(yīng)生成了NH3 C.用ClO2代替Cl2作消毒劑可減小水中有害氯代有機(jī)物的濃度 D.新型水處理劑高鐵酸鈉(Na2FeO4)既是消毒劑又是混凝劑 解析：凈化水常用的混凝劑為鐵鹽和鋁鹽,A正確;NCl3消毒是因?yàn)镹Cl3水解生成了NH3和HClO,HClO具有強(qiáng)氧化性,B不正確;ClO2的殺菌作用比Cl2強(qiáng)得多,可以減少氯代有機(jī)物的含量,C正確;高鐵酸鈉的強(qiáng)氧化性可殺菌消毒,其還原產(chǎn)物又可作混凝劑,D正確。 答案：B 5下列方法中能同時(shí)除去硬水中暫時(shí)硬度和永久硬度的是(　　) ①蒸餾　②煮沸?、奂蛹儔A　④加石灰?、蓦x子交換 A.①②③ B.①③⑤ C.②③⑤ D.③④⑤ 解析：能同時(shí)除去硬水中暫時(shí)硬度和永久硬度的方法可以采用使水形成蒸汽再冷凝得到蒸餾水,采用加入純堿的方法使Ca2+、Mg2+生成沉淀而除去,另外還可以采用離子交換的方法進(jìn)行除去。 答案：B 6下列關(guān)于水中鈣、鎂離子的說法中,正確的是(　　) A.通常泉水、深井水等地下水硬度比河水等地表水大 B.由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的水的硬度在加熱時(shí)能得到軟化,所以它們對(duì)鍋爐的危害不大 C.實(shí)踐證明,喝硬度大的水會(huì)引起腸胃不適,所以飲用水硬度越小越好 D.人體需要的鈣、鎂有相當(dāng)一部分是通過飲用水得到的,所以飲用水硬度越高越好 解析：通常泉水、深井水等地下水比河水等地表水溶解的Ca2+和Mg2+多,所以泉水、深井水等地下水硬度比河水等地表水大,A正確;由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的水的硬度在加熱時(shí)能生成碳酸鈣和氫氧化鎂,形成水垢,降低熱效率,不僅浪費(fèi)燃料,嚴(yán)重時(shí)甚至能引起鍋爐爆炸,所以它們對(duì)鍋爐的危害很大,B錯(cuò)誤;人要通過飲水補(bǔ)充鈣離子,所以飲用水應(yīng)具有一定的硬度,并非硬度越小越好,但也不是硬度越大越好,C、D錯(cuò)誤。 答案：A 7氫型陽離子交換樹脂的主要反應(yīng)可表示為:2HR+M2+MR2+2H+。若將100 mL只含Ca2+的水經(jīng)過此陽離子交換柱后,流出液用0.100 0 molL-1 NaOH溶液中和,用去NaOH溶液20.00 mL。則此100 mL水中含Ca2+(　　) A.160.00 mg B.80.00 mg C.40.00 mg D.120.00 mg 解析：本題可以采用逆推法求解,即根據(jù)用去NaOH溶液的體積求出溶液中H+的物質(zhì)的量,然后再進(jìn)一步求出Ca2+的質(zhì)量。 答案：C 8自來水加工處理流程如下,下列有關(guān)說法不正確的是 (　　) A.若用FeSO4作混凝劑,最終鐵將以Fe(OH)2形式進(jìn)入反應(yīng)沉淀池 B.投藥時(shí)常加入適量的生石灰,是為了除去水中Mg2+、H C.自來水生產(chǎn)中,先加氯起消毒殺菌作用,后加氯是保持水中有效氯的含量,防止自來水二次污染 D.用ClO2消毒自來水,消毒效率是同質(zhì)量氯氣的2.63倍 解析：根據(jù)流程中提示,進(jìn)入沉淀池之前通入了氯氣,氯氣具有氧化性,所以沉淀不可能是Fe(OH)2,只能是Fe(OH)3,A選項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：A 91 L水中溶有Mg(HCO3)2和CaCl2的濃度分別是b molL-1和2b molL-1,現(xiàn)用一種試劑(適量)把Ca2+、Mg2+除去,這種試劑最好選用(　　) A.Ca(OH)2 B.NaOH C.NaHCO3 D.Na2CO3 解析：由于Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小,故Mg2+的除去應(yīng)用OH-,Ca2+的除去應(yīng)Ca(OH)2,發(fā)生反應(yīng)Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O,CaCl2中的Ca2+仍沒有除去,過量的Ca(OH)2又會(huì)產(chǎn)生Ca2+。若選用NaOH只需2b mol即可。 答案：B 10水是生命之源,但隨著工業(yè)的發(fā)展,許多寶貴的水資源受到了污染。下面是對(duì)某自來水廠水源進(jìn)行水質(zhì)分析時(shí)得到的部分信息:水體渾濁,有一定異味,pH為6.5,細(xì)菌總數(shù)1 mL水中含有250個(gè)(國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每毫升不得超過100個(gè))。 (1)為了達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn),下列處理措施中不正確的是(　　) A.加混凝劑沉降 B.用堿調(diào)節(jié)到中性 C.用活性炭吸附 D.加入液氯消毒 (2)已知高鐵酸鈉(Na2FeO4)加入水中,能殺死水中的微生物和細(xì)菌,并能產(chǎn)生類似明礬的凈水作用,寫出其在凈水過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式　　　　　　　　　　　　。 (3)剛出廠的自來水中含少量余氯,它在配水管中停留可有效地起到殺菌作用,并能保持較長(zhǎng)時(shí)間。請(qǐng)解釋其原因　　　　　　　　　　　　　　。 (4)水中可溶性鈣及鎂的化合物含量的高低可用水的硬度來表示。下列問題的出現(xiàn)與水的硬度無關(guān)的是 (　　) A.鍋爐管道結(jié)垢 B.肥皂去污效果降低 C.水中溶解氧降低 D.長(zhǎng)期飲用造成尿道結(jié)石 解析：(1)水中溶解有CO2使溶液pH約為6.5,不需要用堿中和。 (2)Na2FeO4中+6價(jià)的鐵體現(xiàn)氧化性時(shí)變?yōu)?3價(jià)鐵,而Fe3+會(huì)水解產(chǎn)生具有凈水功能的Fe(OH)3膠體。 (3)Cl2與H2O的反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng),HClO具有殺菌消毒作用,當(dāng)其被消耗后,由于剩余Cl2的存在,會(huì)使Cl2與H2O反應(yīng)的平衡向生成HClO的方向移動(dòng),從而使水中的HClO能得到及時(shí)的補(bǔ)充。 (4)根據(jù)“水中可溶性鈣及鎂的化合物含量的高低可用水的硬度來表示”的信息,水中溶解氧的降低與水的硬度無關(guān)。 答案：(1)B (2)Fe3++3H2OFe(OH)3(膠體)+3H+ (3)Cl2+H2OHCl+HClO,由于余氯的存在,當(dāng)次氯酸被消耗后,上述反應(yīng)的化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),使水中的次氯酸得到了及時(shí)的補(bǔ)充(答出平衡移動(dòng)也可) (4)C 11天然水里一般含有Ca2+、Mg2+等多種離子。人們把含有較多量Ca2+、Mg2+的水叫做硬水,含有較少量或不含Ca2+、Mg2+的水叫做軟水;降低水中Ca2+、Mg2+含量的過程叫做硬水軟化。如果硬度太高(含Ca2+、Mg2+的濃度太大)會(huì)給生產(chǎn)、生活帶來很多不利,因此硬水的軟化是水處理的重要方面之一。 離子交換法常用于工業(yè)鍋爐用水的軟化。離子交換劑多種多樣,磺化煤(NaR)就是一種陽離子交換劑。 (1)寫出用磺化煤軟化含Ca2+、Mg2+濃度較高的硬水的離子方程式　　　　　　　　　　　　　。 (2)用藥劑軟化法軟化過的水總是含有一定濃度的Ca2+、Mg2+,其原因是　　　　　　　　　　　　。 (3)參考燒水后的鍋或壺中結(jié)有水垢的現(xiàn)象分析說明,如果用硬度太高的水作鍋爐用水,主要的不利因素是　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)2NaR+Ca2+CaR2+2Na+、2NaR+Mg2+MgR2+2Na+ (2)CaCO3、Mg(OH)2雖然溶解度較小,但不是絕對(duì)不溶 (3)鍋爐結(jié)垢,熱傳遞效率下降,浪費(fèi)能源,甚至引起鍋爐爆炸 12自來水生產(chǎn)的流程示意圖如下: 加入混凝劑→粗沙過濾→加沉淀劑細(xì)沙過濾→加氯→供民用 (1)若要除去Ca2+、Mg2+可以往水中加入生石灰和純堿,試劑添加時(shí)先加　　　　　后加　　　　　。 (2)下列物質(zhì)中,　　　　　(填寫序號(hào))可以作為氯氣的代用品。 ①臭氧　②NH3(液)?、跭2FeO4　④SO2 (3)有些地區(qū)的天然水中含有較多的鈣、鎂離子。用離子交換樹脂軟化硬水時(shí),先后把水通過分別裝有　　　　　離子交換樹脂和　　　　　離子交換樹脂的離子交換柱(填“陰”或“陽”,陽離子交換樹脂為HR型,陰離子交換樹脂為ROH型)。 解析：(2)臭氧和K2FeO4都具有強(qiáng)氧化性,可用作飲用水的消毒劑。(3)通過陰離子交換樹脂后生成OH-,OH-會(huì)與鈣、鎂離子反應(yīng)生成沉淀,影響陽離子交換樹脂發(fā)揮作用,故先通過陽離子交換樹脂再通過陰離子交換樹脂。 答案：(1)生石灰　純堿 (2)①③ (3)陽　陰 ★13我國規(guī)定飲用水的硬度不能超過25。硬度的表示方法是:將水中的Ca2+和Mg2+都看作Ca2+,并將其質(zhì)量折算成CaO的質(zhì)量。通常把1 L水中含10 mg CaO稱為1。水中的Ca2+和Mg2+可用一定濃度的Y溶液進(jìn)行滴定,Y跟Ca2+和Mg2+都以等物質(zhì)的量完全反應(yīng)。 (1)下列各項(xiàng)敘述正確的是　　　。 A.含碳酸氫鎂較多的硬水,煮沸后Mg2+轉(zhuǎn)化為碳酸鎂沉淀 B.由MgSO4和MgCl2引起的硬水,加生石灰即可軟化 C.若離子交換樹脂中Na+全部被Ca2+、Mg2+代替后,可用食鹽水浸泡再生 D.用加熱法軟化具有暫時(shí)硬度的水屬化學(xué)變化,而用離子交換樹脂軟化硬水屬于物理變化 (2)現(xiàn)取某地區(qū)的地下水樣品25.00 mL用0.010 0 molL-1 Y溶液滴定,完全反應(yīng)時(shí),消耗Y溶液15.00 mL。試計(jì)算該地下水的硬度,并判斷是否符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。 (3)如果每次分析取水樣都是25.00 mL,為了便于計(jì)算,要求每消耗0.50 mL Y溶液即相當(dāng)于水的硬度為1。則Y溶液的物質(zhì)的量濃度應(yīng)為多少? 解析：(1)具有暫時(shí)硬度的水在加熱煮沸時(shí),碳酸氫鈣轉(zhuǎn)化為碳酸鈣,碳酸氫鎂轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂,故A錯(cuò)。由Mg2+引起的硬水,在加入生石灰時(shí),Mg2+生成了Mg(OH)2沉淀,但是也引入了Ca2+,硬度并未減小,故B錯(cuò)。用加熱法軟化具有暫時(shí)硬度的水屬于化學(xué)變化,用離子交換樹脂軟化硬水也是化學(xué)變化,故D錯(cuò)。 (2)Y跟Ca2+和Mg2+都以等物質(zhì)的量完全反應(yīng),則水的硬度以Ca2+計(jì)時(shí),n(CaO)=n(Ca2+)=n(Y)=0.010 0 molL-115.0010-3 L=1.5010-4 mol,m(CaO)=56 gmol-11.5010-4 mol=8.410-3 g=8.4 mg,水的硬25,故不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。 (3)設(shè)Y溶液的濃度為c,則有(0.010 0 molL-115.0010-3 L)∶33.6=(c0.5010-3 L)∶1 c≈8.9310-3 molL-1 答案：(1)C (2)水的硬度為33.6,因超過25,故不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。 (3)Y溶液的濃度應(yīng)為8.9310-3 molL-1