步步高2014届新人教课标Ⅰ高三化学一轮总复习资料word版：第八章 专题讲座九（2020年整理）.pdf

学 海 无 涯 专题讲座九专题讲座九 水污染及治理水污染及治理 2012 年 1 月广西河池市龙江镉污染事件 2011 年 9 月云南曲靖市的南盘江铬污染事 件都说明了水污染已成为我国经济建设中的一大瓶颈 水是生命之源 有关水污染及 其治理已成为近年来高考的热点 目前污水的处理一般分为三级处理 一级处理 主要是用物理法或化学法 将污水中 可沉降固体除去 然后加氯消毒即排入水体 一级处理只是去除污水中的飘浮物和部 分悬浮状态的污染物质 调节污水的 pH 值 减轻废水的腐蚀程度和减少后续处理负 荷 二级处理 污水经一级处理后 再用生物化学方法除去污水中大量的有机物 使 污水进一步净化的工艺过程 活性污泥处理法是二级处理的主要方法 三级处理 又 称污水高级处理或深度处理 污水经过二级处理仍含有磷 氮 病原微生物 矿物质 和难以生物降解的有机物等 需要进行三级处理 以便进一步除去上述污染物或回收 利用有用物质 以便使污水经三级处理后再利用 污水处理常见有如下三种方法 一 氧化还原法处理废水 废水中呈溶解状态的有机和无机污染物 在投加氧化剂或还原剂后 由于电子的转移 而发生氧化或还原反应 使其转化为无害物质 在工业处理污水时 可用到的氧化剂 有 O2 Cl2 O3 Ca ClO 2 H2O2等 氧化还原法在污水处理实例中有氧化发酵含 有机物废水处理 空气氧化法处理含硫废水 碱性氯化法处理含氰污水 臭氧化法除 臭 脱色 杀菌及除酚 氰 铁 锰 降低污水 BOD 与 COD 等均有显著效果 目 前 还原法主要用于含氮废水的处理 来源 Zxxk Com 2010 北京理综 26 某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以 NH 4和 NH3 H2O 的形式存在 该废水的处理流程如下 1 过程 加 NaOH 溶液 调节 pH 至 9 后 升温至 30 通空气将氨赶出并回收 用离子方程式表示加 NaOH 溶液的作用 用化学平衡原理解释通空气的目的 2 过程 在微生物作用的条件下 NH 4经过两步反应被氧化成 NO 3 两步反应的 能量变化示意图如下 学 海 无 涯 第一步反应是 反应 选填 放热 或 吸热 判断依据是 1 mol NH 4 aq 全部氧化成 NO 3 aq 的热化学方程式是 3 过程 一定条件下 向废水中加入 CH3OH 将 HNO3还原成 N2 若该反应消 耗 32 g CH3OH 转移 6 mol 电子 则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是 解析 1 NH 4与 OH 反应 NH 4 OH NH3 H2O 且 NH3 H2O 受热易分解 故升温时 NH3逸出 废水中的 NH3能被空气带出 使 NH3 H2ONH3 H2O 的 平衡正向移动 2 根据第一步反应的能量变化示意图可知反应物 NH 4 aq 1 5O2 g 总能量高于生 成物 NO 2 aq 2H aq H2O l 总能量 故该反应为放热反应 根据盖斯定律知 NH 4 aq 2O2 g NO 3 aq 2H aq H2O l H 273 73 kJ mol 1 346 kJ mol 1 3 根据得失电子守恒可得 n CH3OH n HNO3 1 6 5 5 6 答案 1 NH 4 OH NH 3 H2O 废水中的 NH3被空气带走 使 NH3 H2ONH3 H2O 的平衡向正反应方向移动 利于除氨 2 放热 H 273 kJ mol 1 0 或反应物的总能量大于生成物的总能量 NH 4 aq 2O2 g 2H aq NO 3 aq H2O l H 346 kJ mol 1 3 5 6 2011 安徽理综 28 地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性 的环境问题 文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程 利用 Fe 粉和 KNO3溶液反应 探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响 来源 学 科 网 1 实验前 先用 0 1 mol L 1H 2SO4洗涤 Fe 粉 其目的是 然后用蒸馏 水洗涤至中性 将 KNO3溶液的 pH 调至 2 5 为防止空气中的 O2对脱氮的影 学 海 无 涯 响 应向 KNO3溶液中通入 写化学式 学 海 无 涯 2 右图表示足量 Fe 粉还原上述 KNO3溶液过程中 测出的溶液中相关离子浓度 pH 随时间的变化关系 部分副反应产物曲线略去 请根据图中信息写出 t1时刻前该反应的离子方程式 t1时刻后 该反应仍在进行 溶液中 NH 4的浓度在 增大 Fe2 的浓度却没有增大 可能的原因是 3 该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设 请你完成假设二和假设三 假设一 溶液的 pH 假设二 假设三 4 请你设计实验验证上述假设一 写出实验步骤及结论 已知 溶液中的 NO 3浓度可用离子色谱仪测定 实验步骤及结论 答案 1 去除铁粉表面的氧化物等杂质 N2 2 4Fe NO 3 10H 4Fe2 NH 4 3H2O 生成的 Fe2 水解 或和溶液中的 OH 结合 3 温度 铁粉颗粒大小 4 实验步骤及结论 分别取等体积 等浓度的 KNO3溶液于不同的试管中 调节溶液呈酸性且 pH 各不相同 并通入 N2 分别向上述溶液中加入足量等质量的同种铁粉 用离子色谱仪测定相同反应时间时各溶液中 NO 3的浓度 若 pH 不同的 KNO3溶液中 测出的 NO 3浓度不同 表明 pH 对脱氮 速率有影响 否则无影响 来源 学科网 本题属于开放性试题 答案合理即可 解析 1 用稀 H2SO4洗涤 Fe 粉的目的是去除 Fe 粉表面的氧化物等杂质 中为 防止空气中的 O2对脱氮的影响 向 KNO3溶液中通入 N2 2 由图中各离子浓度的变化得 t1时刻前反应的离子方程式为 4Fe 10H NO 3 4Fe 2 NH 4 3H2O t1时刻后反应仍在进行 继续有 Fe 2 生成 但从图像上看 Fe 2 的浓度却在减小 原因是 Fe 2 的水解消耗了 Fe 2 使 Fe 2 浓度降低 3 从外界条件对反应速率的影响因素来看 温度和铁粉的表面积都会对脱氮的速率 学 海 无 涯 产生影响 二 沉淀法处理废水 沉淀法处理废水是污水处理的一种重要方法 主要是通过氧化还原反应或电解使易溶 于水的含有重金属元素的离子转化为沉淀而除去 目前此法主要用于含 6 价 Cr 废 水的处理 此外 对于 Hg2 Cu2 等重金属离子的污染 可直接加入沉淀剂 如 Na 2S 使之转化为沉淀而除去 2011 天津理综 10 工业废水中常含有一定量的 Cr2O2 7和 CrO2 4 它 们会对人类及生态系统产生很大损害 必须进行处理 常用的处理方法有两种 方法 1 还原沉淀法 该法的工艺流程为 CrO2 4 H 转化Cr2O 2 7 Fe2 还原Cr 3 OH 沉淀Cr OH 3 其中第 步存在平衡 2CrO2 4 黄色 2H Cr2O2 7 橙色 H2O 1 若平衡体系的 pH 2 该溶液显 色 2 能说明第 步反应达平衡状态的是 a Cr2O2 7和 CrO2 4的浓度相同 b 2v Cr2O2 7 v CrO2 4 c 溶液的颜色不变 3 第 步中 还原 1 mol Cr2O2 7 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 常温下 Cr OH 3的溶度积 Ksp c Cr3 c3 OH 10 32 要使 c Cr3 降至 10 5 mol L 1 溶液的 pH 应调至 方法 2 电解法 该法用 Fe 作电极电解含 Cr2O2 7的酸性废水 随着电解进行 在阴极附近溶液 pH 升 高 产生 Cr OH 3沉淀 5 用 Fe 作电极的原因为 6 在阴极附近溶液 pH 升高的原因是 用电极反应解释 溶液中同时生 成的沉淀还有 解析 1 平衡体系的 pH 2 时 溶液 c H 较大 此时 c Cr2O 2 7 大 c CrO 2 4 小 溶液显橙色 2 反应 达到平衡状态时 c Cr2O 2 7 与 c CrO 2 4 均不变 但不一定相等 达到平衡 状态时 有 2v正 Cr2O 2 7 v逆 CrO 2 4 平衡时 Cr2O 2 7和 CrO 2 4的浓度不变 溶 学 海 无 涯 液的颜色不变 3 Cr2O 2 7与 Fe 2 发生氧化还原反应 生成 Cr 3 和 Fe 3 1 mol Cr2O 2 7被还原时 转移 6 mol 电子 要消耗 6 mol FeSO4 7H2O 4 由 Cr OH 3的溶度积 Ksp c Cr 3 c3 OH 10 32 则有 c OH 3 Ksp c Cr 3 欲使 c Cr 3 降至 10 5 mol L 1 则应有 c OH 3 10 32 10 5 mol L 1 10 9 mol L 1 溶液的 pH lgc H lg Kw c OH lg 10 14 10 9 5 5 铁作阳极发生反应 Fe 2e Fe 2 产生还原剂 Fe 2 可使 Cr2O 2 7还原成 Cr 3 最终生成 Cr OH 3沉淀 6 阴极发生反应 2H 2e H2 溶液中 c H 降低 溶液的 pH 升高 由于 Fe OH 2极易被氧化生成 Fe OH 3 故溶液中还生成 Fe OH 3沉淀 答案 1 橙 2 c 3 6 4 5 来源 学科网 5 阳极反应为 Fe 2e Fe2 提供还原剂 Fe2 6 2H 2e H 2 Fe OH 3 六价铬对人体有害 含铬废水要经化学处理后才能排放 方法是用 绿矾 FeSO4 7H2O 把废水中的六价铬还原为三价铬离子 再加入过量的石灰水 使 铬离子转变为氢氧化铬 Cr OH 3 沉淀 其主要反应的化学方程式如下 H2Cr2O7 6FeSO4 6H2SO4 3Fe2 SO4 3 Cr2 SO4 3 7H2O 现用上述方法处理 1 104 L 含铬 6 价 78 mg L 1 的废水 Cr 的相对原子质量为 52 试回答 1 处理后 沉淀物中除 Cr OH 3外 还有 用化学式 表示 2 需用绿矾多少千克 答案 1 Fe OH 3 CaSO4 2 12 51 kg 解析 1 加入石灰水后 Cr 3 Fe 3 分别生成难溶于水的 Cr OH 3和 Fe OH 3沉淀 SO 2 4生成微溶于水的 CaSO4沉淀 有关离子方程式为 Cr 3 3OH Cr OH 3 学 海 无 涯 Fe 3 3OH Fe OH 3 Ca 2 SO 2 4 CaSO4 2 1 104 L 废水中含 Cr 的质量为 1 104 L 7 8 10 5 kg L 1 7 8 10 1 kg 由 H2Cr2O7 6FeSO4 6H2SO4 3Fe2 SO4 3 Cr2 SO4 3 7H2O 和绿矾的化学式 FeSO4 7H2O 可知 Cr 与 FeSO4 7H2O 之间的关系为 Cr 3FeSO4 7H2O 设所需绿矾的质量为 x Cr 3FeSO4 7H2O 52 834 7 8 10 1 kg x x 7 8 10 1 kg 834 52 12 51 kg 判断下列说法是否正确 正确的划 错误的划 用 Na2S 除去废水中的 Hg2 Hg2 S2 HgS 2011 北京理综 9A 三 中和法处理废水 中和法 用于处理酸性废水及碱性废水 向酸性废水中投加碱性物质如石灰 氢氧 化钠等进行中和 向碱性废水中吹入含 CO2的烟道气或其它酸性物质进行中和 某造纸厂排放的废烧碱水 内含 Na2CO3 流量是 100 mL s 1 为了测 定废水中烧碱的浓度 某环保小组取样 250 mL 废碱 稀释 10 倍后再取 50 mL 平 均分成 2 份 分别用 0 120 0 mol L 1 盐酸滴定 第一份采用甲基橙作指示剂 耗去 盐酸 24 20 mL 第二份用酚酞作指示剂 耗去盐酸 17 40 mL 试计算 1 废烧碱水中 NaOH 和 Na2CO3的物质的量浓度各是多少 保留四位小数 2 该环保小组想用 1 2 mol L 1 的废盐酸来中和上述废烧碱液 理论上盐酸的注入流 量应为。