天然水的净化
1.我们饮用的水是由源水净化所得。已知,明矾能将水中的悬浮物凝聚而沉淀,氯气可杀菌。家庭饮用水的净化过程正确的是( )
A.源水→过滤→加氯气→加明矾→沉淀→净水
B.源水→加氯气→过滤→加明矾→沉淀→净水
C.源水→加明矾→加氯气→过滤→沉淀→净水
D.源水→加明矾→沉淀→过滤→加氯气→净水
解析:净水的过程一般为:混凝沉淀→过滤→杀菌消毒。
答案:D
2.有下列物质:①盐酸、②NaOH、③AlCl3、④明矾、⑤FeCl3、⑥FeSO4、⑦硫酸铝、⑧碱式氯化铝、⑨肥皂。能在水处理中作混凝剂的是( )
A.①④⑤⑧ B.②③④⑤
C.③④⑤⑥⑦⑧ D.①②③④⑤⑥⑦⑧⑨
解析:常见的混凝剂有:明矾、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁等。利用它们直接或间接水解生成Al(OH)3或Fe(OH)3,即可溶性的铝盐、铁盐及亚铁盐都能在水处理中作混凝剂。
答案:C
3.下列不是自来水处理中必需的一步是( )
A.消毒 B.软化 C.过滤 D.曝气
解析:自来水处理必须经过沉淀、过滤、曝气和消毒四步,经过以上处理的水基本上可以达到饮用水的质量标准。但某些地区的水由于含有过多的Ca2+、Mg2+,使其硬度过大,仍然不适于饮用,还需要进一步对其进行软化处理,但并不是都必须经过的步骤。
答案:B
4.锅炉水垢的主要成分是( )
A.CaCO3,MgCO3 B.CaSO4,MgCO3
C.CaCO3,Mg(OH)2 D.CaSO4,CaCO3
解析:锅炉烧水主要是将水的暂时硬度降低,这样使得发生反应:
Ca(HCO3)2CaCO3↓+CO2↑+H2O
Mg(HCO3)2MgCO3↓+CO2↑+H2O
又因为煮沸时分解形成的碳酸镁在继续受热的情况下生成更难溶解的Mg(OH)2,即发生反应:MgCO3+H2OMg(OH)2↓+CO2↑,因此锅炉水垢的主要成分是CaCO3、Mg(OH)2。
答案:C
5.若“纯净水”“太空水”“蒸馏水”等作为日常饮用水,则因缺少某些成分不利于儿童身体健康发育。你认为制备上述饮用水时至少还需要添加的化学物质是( )
A.钙、镁的碳酸氢盐
B.含碘酸钾(KIO3)的食盐
4
C.漂白粉消毒剂
D.小苏打
解析:纯净水、太空水、蒸馏水等在制取过程中除去了儿童成长发育所必需的钙、镁及其他微量元素,若长期饮用这种水,会造成缺钙或其他微量元素缺乏症。因此,在制备上述商品饮用水时至少还需添加可溶性的钙、镁化合物,如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2等。
答案:A
6.下列溶液中加入肥皂水(澄清的),振荡后,不产生沉淀而有大量泡沫的是( )
A.光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)溶液
B.地下水
C.海水
D.雨水
解析:含Ca2+、Mg2+越多的水,加入肥皂水后形成的沉淀越多。光卤石是KCl·MgCl2·6H2O,其溶液中含有大量的Mg2+;地下水硬度很高,含较多的Ca2+、Mg2+;海水中含有较多的MgCl2,Mg2+含量较高;雨水是地表水分蒸发后遇冷形成的,如同“晒盐”一样,蒸发的只是水,所以雨水中很少含Ca2+、Mg2+。题中的泡沫与沉淀相关,沉淀少泡沫就多。
答案:D
7.下列有关用O3作自来水消毒剂的说法中,错误的是( )
A.利用了O3的强氧化性杀菌
B.所用O3是从高空臭氧层采取的,来源丰富
C.O3消毒可以避免液氯消毒有氯代烃生成的缺点,更符合卫生要求
D.O3消毒的自来水没有气味,消毒过程中也不产生污染物
解析:O3具有强氧化性,可用于自来水杀菌消毒,可以避免液氯消毒有氯代烃生成的缺点。自来水消毒所用O3是人工制造的,并非来自臭氧层,故B错。
答案:B
8.下列关于硬水的叙述错误的是( )
A.硬水中的Ca2+、Mg2+会阻碍肥皂起泡
B.用漂白粉对自来水消毒,会增加水的总硬度
C.向硬水中加入明矾,可以使硬水软化
D.雨水的硬度比海水的硬度小
解析:明矾净水是由于Al3+水解:Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+,生成的Al(OH)3具有吸附作用,将水中的悬浮颗粒沉淀,但不能除去水中的Ca2+和Mg2+。
答案:C
9.区分硬水和软水的最佳方法是( )
A.观察是否澄清、透明,澄清透明的为软水,不澄清透明的为硬水
B.品尝是否有异味,无异味的为软水,有异味的为硬水
C.用肥皂水进行区分,易起泡沫的为软水,不易起泡沫的为硬水
D.用加热的方法进行区分,不生成水垢或不易生成水垢的为软水,易生成水垢的为硬水
解析:只含Ca2+、Mg2+的水是无色的,也没有异味,A、B错;Ca2+、Mg2+
4
与肥皂反应生成不溶于水的物质,不易起泡,C正确;若水的硬度是暂时硬度,这种水经过煮沸以后,水里所含的碳酸氢钙或碳酸氢镁就会分解,生成不溶于水的碳酸钙和难溶于水的氢氧化镁沉淀,形成水垢;若水的硬度是永久硬度,加热没有沉淀物质生成,不会形成水垢,D错。
答案:C
10.天然水里一般含有Ca2+、Mg2+等多种离子。人们把含有较多量Ca2+、Mg2+的水叫作硬水,含有较少量或不含Ca2+、Mg2+的水叫作软水;降低水中Ca2+、Mg2+含量的过程叫作硬水软化。如果硬度太高(含Ca2+、Mg2+的浓度太大)会给生产、生活带来很多不利,因此硬水的软化是水处理的重要方面之一。
离子交换法常用于工业锅炉用水的软化。离子交换剂多种多样,磺化煤(NaR)就是一种阳离子交换剂。
(1)写出用磺化煤软化含Ca2+、Mg2+浓度较高的硬水的化学方程式: 。
(2)用药剂软化法软化过的水总是含有一定浓度的Ca2+、Mg2+,其原因是 。
(3)参考烧水后的锅或壶中结有水垢的现象分析说明,如果用硬度太高的水作锅炉用水,主要的不利因素是 。
解析:(2)CaCO3、Mg(OH)2在水中都有一定的溶解能力。
(3)水垢是热的不良导体。
答案:(1)2NaR+Ca2+CaR2+2Na+、2NaR+Mg2+MgR2+2Na+
(2)CaCO3、Mg(OH)2虽然溶解度较小,但不是绝对不溶
(3)锅炉结垢,热传递效率下降,浪费能源,甚至引起锅炉爆炸
11.高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型水处理剂,它有比高锰酸钾更强的氧化性,在水中反应被还原为Fe3+。
(1)高铁酸钠中铁元素的化合价为 ;高铁酸钠能消毒杀菌,这是基于它的什么性质 。
(2)高铁酸钠用于水处理,除了能消毒杀菌外,它还能沉降水中的悬浮杂质,起到净水作用,请说明其净水原理: 。
解析:高锰酸钾是强氧化剂,常用于消毒杀菌,结合传统的自来水消毒用液氯的原理,显然Na2FeO4因强氧化性而能杀菌消毒;其铁元素的还原产物为Fe3+,Fe3+可发生水解,生成Fe(OH)3胶体,故有类似于明矾的净水作用。
答案:(1)+6 强氧化性
(2)高铁酸钠的还原产物是Fe3+,Fe3+可发生水解,生成Fe(OH)3胶体,它可吸附水中悬浮的杂质或泥沙胶粒等一起凝聚而沉降,达到净水的效果
12.水是一种重要的自然资源,是人类赖以生存不可缺少的物质。水质优劣直接影响人体健康。请回答下列问题:
(1)天然水中溶解的气体主要有 、 。
(2)天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是 (填其中任何两种),其净水作用的原理是 。
(3)水的净化与软化的区别是 。
4
(4)硬度为1°的水是指每升水含10 mg CaO或与之相当的物质(如7.1 mg MgO)。若某天然水中c(Ca2+)=1.2×10-3 mol·L-1,c(Mg2+)=6×10-4 mol·L-1,则此水的硬度为 。
(5)若(4)中的天然水还含有c(HC)=8×10-4 mol·L-1,现要软化10 m3这种天然水,则需先加入Ca(OH)2 g,后加入Na2CO3 g。
解析:(1)天然水中溶解的气体来自空气,所以主要是O2、CO2(或N2)。
(2)净化处理水的原理就是利用铝盐、铁盐水解产生的胶体来吸附天然水中的悬浮物,同时也可以破坏其他带异性电荷的胶体,使其聚沉而达到净化的目的,所以常用的混凝剂有明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁等。
(3)软化水的目的是除去水中的钙离子和镁离子,降低水的硬度,而净化水的目的是使水中的悬浮物和其他杂质沉淀下来。
(4)根据题给水的硬度的定义可计算出水的硬度:
水的硬度=
≈10°
(5)利用石灰-纯碱法软化水发生反应的离子方程式有:
①HC+OH-C+H2O
②Mg2++2OH-Mg(OH)2↓
③Ca2++CCaCO3↓
由题意知n(HC)=8×10-4 mol·L-1×10 m3×103 L·m-3=8 mol,n(Mg2+)=6×10-4 mol·L-1×10 m3×103 L·m-3=6 mol,n(Ca2+)=1.2×10-3 mol·L-1×10 m3×103 L·m-3=12 mol,由方程式①②知共需要OH-的物质的量为n(OH-)=8 mol+2×6 mol=20 mol,所以m[Ca(OH)2]=×74 g·mol-1=740 g。
加入Ca(OH)2后溶液中共含有Ca2+的物质的量为n(Ca2+)=12 mol+10 mol=22 mol。
由方程式③知共需n总(C)=22 mol,而方程式①提供的C的物质的量为n1(C)=8 mol,所以还需要加入的C的物质的量为n(C)=22 mol-8 mol=14 mol,m(Na2CO3)=14 mol×106 g·mol-1=1 484 g。
答案:(1)O2 CO2(或氮气)
(2)铝盐或铁盐 在水中发生水解生成相应氢氧化物胶体,又可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中的其他带不同电荷的胶粒,使其聚沉,达到净化目的
(3)水的净化是用混凝剂(如明矾等)将水中胶体及悬浮物沉淀下来,而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子
(4)10° (5)740 1 484
4
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