【步步高】2014屆高三化學一輪總復習 第八章 專題講座九 水污染及治理 新人教版

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1、 專題講座九　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江鉻污染事件都說明了水污染已成為我國經(jīng)濟建設中的一大瓶頸。水是生命之源，有關水污染及其治理已成為近年來高考的熱點。 目前污水的處理一般分為三級處理。一級處理：主要是用物理法或化學法，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，調節(jié)污水的pH值，減輕廢水的腐蝕程度和減少后續(xù)處理負荷。二級處理：污水經(jīng)一級處理后，再用生物化學方法除去污水中大量的有機物，使污水進一步凈化的工藝過程?；钚晕勰嗵幚矸ㄊ嵌壧幚淼闹饕椒?。三級處理：又稱污水高級

2、處理或深度處理。污水經(jīng)過二級處理仍含有磷、氮、病原微生物、礦物質和難以生物降解的有機物等，需要進行三級處理，以便進一步除去上述污染物或回收利用有用物質，以便使污水經(jīng)三級處理后再利用。 污水處理常見有如下三種方法： 一、氧化還原法處理廢水 廢水中呈溶解狀態(tài)的有機和無機污染物，在投加氧化劑或還原劑后，由于電子的轉移，而發(fā)生氧化或還原反應，使其轉化為無害物質。在工業(yè)處理污水時，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例中有氧化發(fā)酵含有機物廢水處理、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

3、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)過程Ⅰ：加NaOH溶液，調節(jié)pH至9后，升溫至30 ℃，通空氣將氨趕出并回收。 ①用離子方程式表示加NaOH溶液的作用：_______________________________。 ②用化學平衡原理解釋通空氣的目的：___________________________________。 (2)過程Ⅱ：在微生物作用的條件下，NH經(jīng)過兩步反應被氧化成NO。兩步反應的能量變化示意圖如下：

4、 ①第一步反應是________反應(選填“放熱”或“吸熱”)，判斷依據(jù)是_______ _________________________________________________________________。 ②1 mol NH(aq)全部氧化成NO(aq)的熱化學方程式是 ______________________________________________________________________。 (3)過程Ⅲ：一定條件下，向廢水中加入CH3OH，將HNO3還原成N2。若該反應消耗32 g CH3OH轉移6 mol電子，則參加反應的還原劑和氧化劑的物質

5、的量之比是________。 解析　(1)NH與OH－反應：NH＋OH－===NH3·H2O，且NH3·H2O受熱易分解，故升溫時，NH3逸出。廢水中的NH3能被空氣帶出，使NH3·H2ONH3＋H2O的平衡正向移動。 (2)根據(jù)第一步反應的能量變化示意圖可知反應物[NH(aq)＋1.5O2(g)]總能量高于生成物[NO(aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l)]總能量，故該反應為放熱反應。根據(jù)蓋斯定律知：NH(aq)＋2O2(g)===NO(aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－(273＋73) kJ·mol－1＝ －346 kJ·mol－1。 (3)根據(jù)得失電子守恒可得n(

6、CH3OH)∶n(HNO3)＝1∶＝5∶6。 答案　(1)①NH＋OH－===NH3·H2O ②廢水中的NH3被空氣帶走，使NH3·H2ONH3＋H2O的平衡向正反應方向移動，利于除氨 (2)①放熱　ΔH＝－273 kJ·mol－1<0(或反應物的總能量大于生成物的總能量) ②NH(aq)＋2O2(g)===2H＋(aq)＋NO(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－346 kJ·mol－1 (3)5∶6 　(2011·安徽理綜，28)地下水中硝酸鹽造成的氮污染已成為一個世界性的環(huán)境問題。文獻報道某課題組模擬地下水脫氮過程，利用Fe粉和KNO3溶液反應，探究脫氮原理及相關因素對脫氮速率

7、的影響。 (1)實驗前：①先用0.1 mol·L－1H2SO4洗滌Fe粉，其目的是________，然后用蒸餾水洗滌至中性；②將KNO3溶液的pH調至2.5；③為防止空氣中的O2對脫氮的影響，應向KNO3溶液中通入________(寫化學式)。 (2)右圖表示足量Fe粉還原上述KNO3溶液過程中， 測出的溶液中相關離子濃度、pH隨時間的變化關系 (部分副反應產物曲線略去)。請根據(jù)圖中信息寫出 t1時刻前該反應的離子方程式：________________。 t1時刻后，該反應仍在進行，溶液中NH的濃度在 增大，F(xiàn)e2＋的濃度卻沒有增大，可能的原因是________________

8、。 (3)該課題組對影響脫氮速率的因素提出了如下假設，請你完成假設二和假設三： 假設一：溶液的pH； 假設二：______________________________________________________________； 假設三：______________________________________________________________； …… (4)請你設計實驗驗證上述假設一，寫出實驗步驟及結論。 (已知：溶液中的NO濃度可用離子色譜儀測定) 實驗步驟及結論： 答案　(1)去除鐵粉表面的氧化物等雜質　N2 (2)4Fe＋NO＋10H＋==

9、=4Fe2＋＋NH＋3H2O　生成的Fe2＋水解(或和溶液中的OH－結合)　(3)溫度　鐵粉顆粒大小 (4) 實驗步驟及結論： ①分別取等體積、等濃度的KNO3溶液于不同的試管中； ②調節(jié)溶液呈酸性且pH各不相同，并通入N2； ③分別向上述溶液中加入足量等質量的同種鐵粉； ④用離子色譜儀測定相同反應時間時各溶液中NO的濃度。 若pH不同的KNO3溶液中，測出的NO濃度不同，表明pH對脫氮速率有影響，否則無影響。 (本題屬于開放性試題，答案合理即可) 解析　(1)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，③中為防止空氣中的O2對脫氮的影響，向KNO3溶液中

10、通入N2。 (2)由圖中各離子濃度的變化得t1時刻前反應的離子方程式為4Fe＋10H＋＋NO===4Fe2＋＋NH＋3H2O。t1時刻后反應仍在進行，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)從外界條件對反應速率的影響因素來看，溫度和鐵粉的表面積都會對脫氮的速率產生影響。 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，主要是通過氧化還原反應或電解使易溶于水的含有重金屬元素的離子轉化為沉淀而除去，目前此法主要用于含＋6價Cr廢水的處理。此外，對于Hg2＋、Cu2＋等重金屬離子的污染，可直接加入沉淀

11、劑(如Na2S)使之轉化為沉淀而除去。 　(2011·天津理綜，10)工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr2O和CrO，它們會對人類及生態(tài)系統(tǒng)產生很大損害，必須進行處理。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 CrOCr2OCr3＋Cr(OH)3↓ 其中第①步存在平衡：2CrO(黃色)＋2H＋Cr2O(橙色)＋H2O (1)若平衡體系的pH＝2，該溶液顯________色。 (2)能說明第①步反應達平衡狀態(tài)的是__________。 a．Cr2O和CrO的濃度相同 b．2v(Cr2O)＝v(CrO) c．溶液的顏色不變 (3)第②步中，還原1 mol C

12、r2O，需要______mol FeSO4·7H2O。 (4)第③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Ksp＝c(Cr3＋)·c3(OH－)＝10－32，要使c(Cr3＋)降至10－5 mol·L－1，溶液的pH應調至________。 方法2：電解法 該法用Fe作電極電解含Cr2O的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液pH升高，產生Cr(OH)3沉淀。 (5)用Fe作電極的原因為_____________________________________________。

13、 (6)在陰極附近溶液pH升高的原因是(用電極反應解釋)__________，溶液中同時生成的沉淀還有__________。 解析　(1)平衡體系的pH＝2時，溶液c(H＋)較大，此時c(Cr2O)大，c(CrO)小，溶液顯橙色。 (2)反應①達到平衡狀態(tài)時，c(Cr2O)與c(CrO)均不變，但不一定相等；達到平衡狀態(tài)時，有2v正(Cr2O)＝v逆(CrO)；平衡時，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，生成Cr3＋和Fe3＋，1 mol Cr2O被還原時，轉移6 mol電子，要消耗6 mol FeSO4·7H2O。 (4)由Cr(O

14、H)3的溶度積Ksp＝c(Cr3＋)·c3(OH－)＝10－32，則有c(OH－)＝。欲使c(Cr3＋)降至10－5 mol·L－1，則應有c(OH－)＝ mol·L－1＝10－9 mol·L－1。溶液的pH＝－lgc(H＋)＝－lg＝－lg＝5。 (5)鐵作陽極發(fā)生反應：Fe－2e－===Fe2＋，產生還原劑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：2H＋＋2e－===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

15、)5 (5)陽極反應為Fe－2e－===Fe2＋，提供還原劑Fe2＋ (6)2H＋＋2e－===H2↑　Fe(OH)3 　六價鉻對人體有害，含鉻廢水要經(jīng)化學處理后才能排放，方法是用綠礬(FeSO4·7H2O)把廢水中的六價鉻還原為三價鉻離子，再加入過量的石灰水，使鉻離子轉變?yōu)闅溲趸t[Cr(OH)3]沉淀。其主要反應的化學方程式如下： H2Cr2O7＋6FeSO4＋6H2SO4===3Fe2(SO4)3＋Cr2(SO4)3＋7H2O 現(xiàn)用上述方法處理1×104 L含鉻(＋6價)78 mg·L－1的廢水(Cr的相對原子質量為52)，試回答： (1)處理后，沉淀物中除Cr(OH)3外，

16、還有______________、____________(用化學式表示)。 (2)需用綠礬多少千克？ 答案　(1)Fe(OH)3　CaSO4　(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，有關離子方程式為 Cr3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓ Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓ Ca2＋＋SO===CaSO4↓ (2)1×104 L廢水中含Cr的質量為 1×104 L×7.8×10－5 kg·L－1＝7.8×10－1 kg 由H2Cr2O7＋6FeSO4＋

17、6H2SO4===3Fe2(SO4)3＋Cr2(SO4)3＋7H2O和綠礬的化學式FeSO4·7H2O可知，Cr與FeSO4·7H2O之間的關系為Cr～3FeSO4·7H2O。 設所需綠礬的質量為x。 Cr　　～　　3FeSO4·7H2O 52　　　　　　　　834 7．8×10－1 kg　　　 x x＝＝12.51 kg。 　判斷下列說法是否正確，正確的劃“√”，錯誤的劃“×” 用Na2S除去廢水中的Hg2＋：Hg2＋＋S2－===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

18、物質如石灰、氫氧化鈉等進行中和，向堿性廢水中吹入含CO2的煙道氣或其它酸性物質進行中和。 　某造紙廠排放的廢燒堿水(內含Na2CO3)流量是100 mL·s－1，為了測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·L－1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。試計算： (1)廢燒堿水中NaOH和Na2CO3的物質的量濃度各是多少？(保留四位小數(shù)) (2)該環(huán)保小組想用1.2 mol·L－1的廢鹽酸來中和上述廢燒堿液，理論上鹽酸的注入流量應為多

19、少？(保留1位小數(shù)) 解析　設稀釋后每份溶液中(25 mL)含NaOH的物質的量為x、Na2CO3的物質的量為y。當用甲基橙作指示劑時有 NaOH＋HCl===NaCl＋H2O Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O x＋2y＝24.20×10－3 L×0.12 mol·L－1 ① 當用酚酞作指示劑時有 NaOH＋HCl===NaCl＋H2O Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl x＋y＝17.40×10－3 L×0.12 mol·L－1 ② 聯(lián)立方程①、②可得： x＝1.272×10－3 mol　y＝8.160×10－4 mol 原廢燒堿溶液中： c(NaOH)＝×10＝0.508 8 mol·L－1 c(Na2CO3)＝×10＝0.326 4 mol·L－1 (2)鹽酸流量應為 ＝96.8 mL·s－1。 答案　(1)NaOH的物質的量濃度為0.508 8 mol·L－1，Na2CO3的物質的量濃度為0.326 4 mol·L－1 (2)96.8 mL·s－1 7