專題講座9水污染及治理

1、最新整理第一步反應是反應（選填“放熱”或“吸熱”），判斷依據是O專題講座九水污染及治理2011年9月云南曲靖市的南盤江鉻污染事件都2012年1月廣西河池市龍江鎘污染事件，說明了水污染已成為我國經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。 級處理：污水經一級處理后，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

2、?；钚晕勰嗵幚矸ㄊ嵌壧幚淼闹饕椒?。三級處理：又稱污水高級處理或深度處理。污水經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:02、CI2、03、Ca（CIO）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

3、氰污水、臭氧化法除臭、脫色、殺菌及除酚、氰、鐵、錳，降低污水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。NH；和 NI奧例剖析i H （2010北京理綜，26）某氮肥廠氨氮廢水中的氮元素多以H3H2O的形式存在，該廢水的處理流程如下:達標廢水I（1）過程I:加NaOH溶液，調節(jié)pH至9后，升溫至30 C,通空氣將氨趕出并回收。用離子方程式表示加 NaOH溶液的作用： 用化學平衡原理解釋通空氣的目的:（2）過程n：在微生物作用的條件下，NH；經過兩步反應被氧化成 N03。兩步反應的能量+2Tr（flT）+HjCHl）i變化示意圖如下：NO 伽） - 反應過 （第二步反應）最

4、新整理1 mol NH ： (aq)全部氧化成N03 (aq)的熱化學方程式是(3)過程川：一定條件下，向廢水中加入CH30H，將HN03還原成N2o若該反應消耗32 g CH 3OH轉移6 mol電子，則參加反應的還原劑和氧化劑的物質的量之比是 o解析(1)NH才與0H 反應：NH才+ 0H =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 H2 NH3 + H2O的平衡正向移動。根據第一步反應的能量變化示意圖可知反應物NH才(aq) + 1.502(g)總能量高于生成物N0 (aq) + 2H + (aq) + H20(l)總

5、能量，故該反應為放熱反應。 根據蓋斯定律知：NH才(aq)+ 202(g)=N0 (aq) + 2H + (aq) + 缶0(1) AH = (273 + 73) kJ mol1= 346 kJ mol 1o6(3)根據得失電子守恒可得 n(CH30H) ： n(HN0 3) = 1 : 5= 5 : 6o答案 (1)NH4 + OHT =NH3 H2O廢水中的NH3被空氣帶走，使 NH3H2Lh3 + H20的平衡向正反應方向移動,利于除氨放熱 AH = 273 kJ mol10(或反應物的總能量大于生成物的總能量) NH；(aq) + 202(g)=2H + (aq) + N03 (aq)

6、 + 出0(1) AH = 346 kJ mol 1(3)5 : 6熱點練1 H (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KN0 3溶液反應，探究脫氮原理及相關因素對脫氮速率的影響。(1) 實驗前：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；將 KN0 3溶液的pH調至2.5;為防止空氣中的 02對脫氮的影響，應向KN0 3溶液中通入 (寫化學式)opHti時刻前該反應的(2) 下圖表示足量 Fe粉還原上述 KN0 3溶液過程中，測出的溶液中相關離子濃度、隨時間的變

7、化關系(部分副反應產物曲線略去)。請根據圖中信息寫出離子方程式： O t1時刻后，該反應仍在進行，溶液中NH4的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒有增大，可能的原因是溶液的pH;(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： 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N03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 + NO3 + 10H + =4Fe2+ + NH； + 3H2O 生成的 Fe2+水解(或和溶液中的 OH結合)(3) 溫度鐵粉顆粒大小色。mol

8、FeS04 7H2O。實驗步驟及結論:3OH (aq)常溫下，Cr(OH) 3的溶度積 Ksp = Cr3* OH 了= 1032mol4 L 4,要使Cr3*降至10 5 mol L S溶液的pH應調至Cr2O2-的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液pH升高,方法2:電解法 該法用Fe作電極電解含產生Cr(OH) 3沉淀。用Fe作電極的原因為升高的原因是(用電極反應解釋).，溶液中同時生成的在陰極附近溶液 pH沉淀還有O解析(1)平衡體系的pH = 2時，溶液H*較大，此時Cr2O7大，CrO2小，溶液顯 橙色。(2)反應達到平衡狀態(tài)時，Cr 2O2與CrO 4均不變，但不一定相等；達到

9、平衡狀態(tài)時， 有2v正(Cr2O2 )= v逆(CrO4);平衡時，Cr2O7和CrO2的濃度不變，溶液的顏色不變。Cr 2O7 與Fe2*發(fā)生氧化還原反應，生成Cr3* 和 Fe3* , 1 mol Cr2O2被還原時，轉移6Omol 電子，要消耗 6 mol FeSO4 7H2O0mol L1 = 10 9 mol L一1。溶由 Cr(OH) 3 的溶度積 Ks p= Cr3+ OH 3= 1032 mol4 L 4,則有OH 欲使Cr3+降至10 5 mol L 則應有Kw液的 pH = lgH + = lg = lg- = 5oOH 109鐵作陽極發(fā)生反應：Fe 2e =Fe2+，產生

10、還原劑 Fe2 +,可使Cr2O7還原成Cr3+ , 最終生成Cr(OH) 3沉淀。陰極發(fā)生反應：2H + + 2e=H2t，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)5陽極反應為Fe 2e =Fe2，提供還原劑Fe(6)2H + + 2e=H 2 fFe(OH) 3熱點箱穌 六價鉻對人體有害，含鉻廢水要經化學處理后才能排放，方法是用綠 磯(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tCr(OH) 3沉淀。其主要反應的化

11、學方程式如下：H2Cr2O7 + 6FeSO4 + 6H 2SO4=3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4) 3 + 7H2O現用上述方法處理 1X 104 L含鉻(+ 6價)78 mg L1的廢水(Cr的相對原子質量為 52)，試 回答：(用化學式表示)o處理后，沉淀物中除Cr(OH) 3外，還有(2)需用綠磯多少千克？答案(1)Fe(OH)3 CaSO4(2)12.51 kg解析 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 CaSC4沉淀，有關離子方程式為Cr3 + + 3OH - =Cr(OH)3 JFe3+ + 3

12、OH =Fe(OH)3 JCa2 + + SO2-=CaSO4 J(2)1 X 104 L廢水中含Cr的質量為1 X 104 L X 7.8X 10-5 kg L1 = 7.8 X 10-1 kg由 H2Cr2O7 + 6FeSO4 + 6H2SO4=3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + 7H2O 和綠磯的化學式X。FeSO4 7H2O 可知，Cr 與 FeSO4 7H2O 之間的關系為 Cr 3FeSO4 7H2O。 設所需綠磯的質量為Cr3FeSO4 7H 2O834527. 8X10-1kg7.8X 10-1 kg X 834X5212.51 kg。熱點練3 判斷下列說法是否

13、正確，正確的劃“/,錯誤的劃“X”用 Na2S 除去廢水中的 Hg2： Hg2 + S2-=HgS J （V）（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。|翼例剖析3 某造紙廠排放的廢燒堿水（內含Na2CO3）流量是100 mL s1,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

14、酞作指示劑，耗去鹽酸17.40 mL。試計算：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）（2）該環(huán)保小組想用1.2 mol L1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少？（保留1位小數）y。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 當用甲基橙作指示劑時有NaOH + HCI=NaCI + H2ONa2CO3 + 2HCl=2NaCl + CO2 t + H2OX+ 2y= 24.20 X 10-3 L X 0.12 mol L1當用酚酞作指示劑時有NaOH + HCI=NaCI + H2ONa2CO3

15、 + HCI=NaHCO 3+ NaCIx+ y= 17.40X 10-3 L X 0.12 mol L 二1聯立方程、可得：x= 1.272 X 10-3 mol y= 8.160X 1。-4 mol原廢燒堿溶液中：1.272 X 10-3 mol“NaOH =X 10 = 0.508 8 mol L-125X10-3L8.160 X 10-=96.8 mL s-1。答案 （1）NaOH的物質的量濃度為 0.508 8 mol L廠1, Na2CO3的物質的量濃度為 0.326 4 mol L -(2)96.8 mL s -Na2CO3 =X 10= 0.326 4 mol L-125X 1

16、0 - 3 L(2)鹽酸流量應為1.2 mol L10 508 8 mol L X 100 mL -s 1 + 2X 0.326 4 mol 1X 100 mL-s 1_ 1分別取等體積、等濃度的 KNO3溶液于不同的試管中；調節(jié)溶液呈酸性且 pH各不相同，并通入 N2； 分別向上述溶液中加入足量等質量的同種鐵粉； 用離子色譜儀測定相同反應時間時各溶液中NO3的濃度。若pH不同的KNO3溶液中，測出的NO3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)用稀H2SO4洗滌Fe粉的目的是去除Fe粉表面的氧化物等雜質，中為防止空氣中的O2對脫氮的影響

17、，向 KNO3溶液中通入N2。由圖中各離子濃度的變化得 ti時刻前反應的離子方程式為 4Fe + 10H + + NOj =4Fe* 2 + + NH+ + 3H2O。ti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，可直接加入沉淀劑 (如Na2S)使之轉化 為沉淀而除去。I翼例剖析2 (2011天津理綜，10)工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr2O2-和CrO2-，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