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第1課時　天然水的凈化 課時過關(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飲用水進行殺菌消毒的是(　　) A.加熱煮沸 B.加入Ca(ClO)2 C.加入純堿 D.加入ClO2 解析：細菌主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成,殺菌的實質(zhì)是用強氧化劑或在高溫條件下使菌體蛋白質(zhì)變性,對少量水通常使用加熱煮沸法來殺菌消毒,對大量水多用氧化劑來殺菌消毒,故C項不正確。 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,只能軟化暫時硬水,不能軟化永久硬水 D.只具有暫時硬度的水經(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錯誤;明礬雖有凈水作用,但明礬不能使硬水軟化,B錯誤;離子交換法既能軟化暫時硬水,又能軟化永久硬水,C錯誤。 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消毒是因為NCl3水解生成了NH3和HClO,HClO具有強氧化性,B不正確;ClO2的殺菌作用比Cl2強得多,可以減少氯代有機物的含量,C正確;高鐵酸鈉的強氧化性可殺菌消毒,其還原產(chǎn)物又可作混凝劑,D正確。 答案：B 5下列方法中能同時除去硬水中暫時硬度和永久硬度的是(　　) ①蒸餾?、谥蠓小、奂蛹儔A?、芗邮摇、蓦x子交換 A.①②③ B.①③⑤ C.②③⑤ D.③④⑤ 解析：能同時除去硬水中暫時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能得到軟化,所以它們對鍋爐的危害不大 C.實踐證明,喝硬度大的水會引起腸胃不適,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能生成碳酸鈣和氫氧化鎂,形成水垢,降低熱效率,不僅浪費燃料,嚴重時甚至能引起鍋爐爆炸,所以它們對鍋爐的危害很大,B錯誤;人要通過飲水補充鈣離子,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形式進入反應(yīng)沉淀池 B.投藥時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選項錯誤。 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。下面是對某自來水廠水源進行水質(zhì)分析時得到的部分信息:水體渾濁,有一定異味,pH為6.5,細菌總數(shù)1 mL水中含有250個(國家標準規(guī)定每毫升不得超過100個)。 (1)為了達到飲用水標準,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,并能保持較長時間。請解釋其原因　　　　　　　　　　　　　　。 (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價的鐵體現(xiàn)氧化性時變?yōu)?3價鐵,而Fe3+會水解產(chǎn)生具有凈水功能的Fe(OH)3膠體。 (3)Cl2與H2O的反應(yīng)是一個可逆反應(yīng),HClO具有殺菌消毒作用,當其被消耗后,由于剩余Cl2的存在,會使Cl2與H2O反應(yīng)的平衡向生成HClO的方向移動,從而使水中的HClO能得到及時的補充。 (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,當次氯酸被消耗后,上述反應(yīng)的化學平衡向正反應(yīng)方向移動,使水中的次氯酸得到了及時的補充(答出平衡移動也可) (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,但不是絕對不溶 (3)鍋爐結(jié)垢,熱傳遞效率下降,浪費能源,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,試劑添加時先加　　　　　后加　　　　　。 (2)下列物質(zhì)中,　　　　　(填寫序號)可以作為氯氣的代用品。 ①臭氧?、贜H3(液)　③K2FeO4?、躍O2 (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,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硬度的水屬化學變化,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,消耗Y溶液15.00 mL。試計算該地下水的硬度,并判斷是否符合飲用水標準。 (3)如果每次分析取水樣都是25.00 mL,為了便于計算,要求每消耗0.50 mL Y溶液即相當于水的硬度為1。則Y溶液的物質(zhì)的量濃度應(yīng)為多少? 解析：(1)具有暫時硬度的水在加熱煮沸時,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。由Mg2+引起的硬水,在加入生石灰時,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。用加熱法軟化具有暫時硬度的水屬于化學變化,用離子交換樹脂軟化硬水也是化學變化,故D錯。 (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+計時,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,故不符合飲用水標準。 (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,故不符合飲用水標準。 (3)Y溶液的濃度應(yīng)為8.9310-3 molL-1