第4单元 课题2 水的净化（学生版）-2024年初中化学同步（人教版）

第4 单元 课题2 水的净化 课程标准 学习目标 1 认识水是宝贵的自然资源，形成保护和节约 资源的可持续发展意识与社会责任。 2 了解吸附、沉降、过滤和蒸馏是净化水的常 用方法。 3 探究活性炭和明矾等净水剂的净水作用； 1．了解沉淀、吸附、过滤、消毒等净化水的常用 方法。 2．掌握过滤、蒸馏的基本操作及注意事项。 3．了解什么是硬水和软水、硬水的危害，掌握鉴 别硬水和软水的方法。 自主梳理 一、自来水厂净水过程 1．纯水是无色、无臭、清澈透明的液体，属于 纯净物 (填“纯净物”或“混合物”)。而天然水中由于含 有 难溶性 或 可溶性 杂质，属于 混合物 (填“纯净物”或“混合物”)。 2．自来水厂的净化过程 天然水→ 加 絮凝剂 → 沉淀 → 过滤 → 活性炭 吸附 → 投药消毒 → 自来水。 3．自来水净水过程中用到的方法： (1)沉淀法： ①静置沉淀：让较大的颗粒 自然沉降 。 ②吸附沉降：加絮凝剂 明矾 ，利用其溶于水生成的 胶状物 对杂质的 吸附 ，使杂质沉降下来。 (注：吸附杂质的过程属于物理变化，生成胶状物的过程属于化学变化) 目标任务 01 预习导学 02 (2)过滤：除去水中的 不溶性 杂质。 (3)活性炭吸附：活性炭可以吸附水中的 色素 和 异味 等，发生的是 物理 (填“物理”或“化学”)变化， 活性炭有强的吸附性，是因为活性炭是一种 疏松多孔 结构。 (4)投药消毒：一般用漂白粉、氯气、臭氧、二氧化氯等，该过程属于 化学 (填“物理”或“化学”)变化。 二、过滤 1．适用范围： 难溶性固体 与 液体 的分离。 2．实验仪器： 玻璃棒 B 铁架台 漏斗 D 烧杯 ，其中属于玻璃仪器的是 D (填序号) 3．操作要点： 一贴：滤纸要紧贴 漏斗内壁 ，中间不留气泡。 (中间若有气泡就会 减缓过滤速度 ) 二低：滤纸的边缘要低于 漏斗 的边缘； (防止液体溢出) 液面要低于 滤纸 的边缘。 (防止滤液从滤纸和漏斗之间流下,影响过滤效果) 三靠：倾倒液体的烧杯口要紧靠 玻璃棒 ；(防止滤液洒出) 玻璃棒的下端要轻靠在 三层滤纸 的一边；(防止 损坏滤纸 ) 漏斗的下端管口要紧靠 烧杯内壁 。(可以使滤液沿烧杯内壁流下,以免滤液从烧杯内溅出来) (4)玻璃棒的作用： 引流 。 【思考】 (1)如果过滤后滤液仍然浑浊，原因可能是 滤纸破损、液面高于滤纸边缘、接液烧杯不干净 。接下来应如 何操作？ 更换滤纸并清洗仪器，重新过滤，直到滤液澄清为止 。 (2)过滤后所得的水是 混合物 (填“纯净物”或“混合物”)，原因是 过滤只是除去了水中的难溶性杂质， 还有可溶性杂质没有除去 。 三、硬水和软水 1．概念： (1)硬水：含有 较多 可溶性钙、镁化合物的水叫做硬水。 (2)软水： 不含或含较少 可溶性钙、镁化合物的水叫做软水。 2．鉴别方法： (1)试剂： 肥皂水 。 (2)操作：把等量的 肥皂水 分别滴加到盛有等量的软水、硬水中，振荡，若产生的 泡沫多，浮渣少 ，则 是软水；若产生的 泡沫少，浮渣多 ，则是硬水。 3．危害： (1)用硬水洗涤衣物，既浪费肥皂也洗不净衣物，时间长了还会使衣物 变硬 。 (2)锅炉用硬水，会在锅炉内结成 水垢 ，浪费燃料，且会使锅炉内管道局部过热，易引起管道变形或损坏， 严重时还可能引起 爆炸 。 4．软化方法： 生活中通过 煮沸 可以降低水的硬度，实验室常用 蒸馏 的方法得到净化程度最高的 蒸馏 水。 【思考】水垢的主要成分是碳酸钙(3)和氢氧化镁[Mg()2]等。在家里，常用 食醋 除去水垢。 四、蒸馏 1．原理：根据液态混合物中各成分的 沸点 不同进行分离的一种方法。 2．实验注意事项： (1)烧瓶需垫 石棉 。 (2)烧瓶中液体体积约为其容积的1/3~ 2/3 。 (3)烧瓶内应加入沸石(或碎瓷片)的目的是 防止液体暴沸 。 (4)冷凝水下进上出的目的是 便于液体充满冷凝管，利用水蒸气的冷却 。 (5)弃去开始馏出的部分液体的原因是 开始馏出的液体中含有杂质 。 (6)温度计的水银球应与 支管口处齐平 ，便于测量蒸气的温度，从而知道该蒸气是否为水蒸气。 预习检测 1 自来水厂净水过程如图所示。下列有关说法正确的是( ) ．经该净水过程得到的不是纯水 B．投药消毒可以用熟石灰 ．过滤可以除去水中的所有杂质离子 D．活性炭可以长期使用无需更换 2．生活中区分硬水和软水的常用的试剂是( ) ．食盐水 B．食醋 ．肥皂水 D．酒精 3．2023 年“世界水日”“中国水周”活动主题为“强化依法治水、携手共护母亲河”。下列说法正确的 是( ) ．自然界中的水都是纯水 B．生活污水应集中处理后再排放 ．肥皂遇到硬水易起泡沫 D．水由氧原子和氢分子组成 4．下列关于硬水、软水的说法错误的是( ) ．煮沸可降低水的硬度 B．加肥皂，硬水泡沫更多 ．烧硬水的锅炉更易产生水垢 D．软水中可溶性钙、镁化合物的含量更低 5．实验室常用如图所示的装置制取蒸馏水，下列说法不正确的是( ) ．蒸馏烧瓶中加入沸石的作用是防止暴沸 B．实验时冷却水应从进入，从b 流出 ．蒸馏海水获取淡水是应对淡水危机的重要途径 D．蒸馏烧瓶中水的硬度比锥形瓶中的大 6．下列制取蒸馏水的实验操作，不正确的是( ) ．实验中必须使用温度计指示实验温度 B．冷凝管中的水流方向是从下口进入，上口流出 ．实验中需要在蒸馏烧瓶中加入几粒碎瓷片，防止出现暴沸现象 D．给圆底烧瓶加热时必须垫石棉 7．自来水厂取水口管道入口处设有拦污栅，其作用相当于实验基本操作中的( ) ．沉淀 B．过滤 ．吸附 D．蒸馏 8．“粗盐中难溶性杂质的去除”实验中，某同学使用玻璃棒有如下操作，其中错误的是( ) ．溶解 B．过滤 ．蒸发 D．转移 9．小组同学用自来水蒸馏获取净化程度较高的水，实验时使用实验仪器的注意事项或功能正确的是( ) B D 仪器 蒸馏烧瓶 陶土 温度计 冷凝管 实验时注意事项或功 能 加2/3 的自来 水 使受热均匀 玻璃泡放入自来水中 冷凝水从上方进下方出 10 过滤是化学实验中分离混合物的常用方法，据图回答下列问题： (1)在此操作中缺少的仪器是_____，其中还有的一处错误是______ 。 (2)若过滤后滤液仍然浑浊，可能的原因有：① ______；②_______。 (3)要除去水中的色素，常加入______吸附；要将过滤后的水转化为纯水，应该进行的操作是________。 11 水是一种宝贵的自然资源，污水处理厂的处理过程如图1，自来水厂的净水流程如图2： (1)图1 中格栅可去除污水中较大的悬浮物、漂浮物，相当于基本实验操作中的_______。 (2)图1 中的加药消毒属于_______变化(填“物理”或“化学”)。 (3)图2 中，加入絮凝剂明矾的作用是_______。 (4)图2 自来水净化过程中，“吸附”操作中去除色素和异味，加入的物质是_______。 12 日常生活离不开水，净化水的知识在日常生活中有着广泛的应用。 (1)茶杯内的纱，可将茶叶与茶水分离，便于饮用，该设计利用的化学原理是___________。 (2)自制净水器中常加入___________，用于除去水中的异味和色素。 (3)井水的硬度较大，可加入___________检验，现象为___________。为降低其硬度，可采用的简单方法是 ___________。 13．城市的生活用水是经自来水厂净化处理过的。如图是自来水厂净化水的过程示意图。 (1)在自来水厂净化自来水的过程中，池的作用主要是____________。 沉淀 B 过滤 吸附 D 蒸馏 (2)取水后加入絮凝剂(明矾)的作用是____________________。 (3)在处理过的水样中加入一定量的肥皂水并振荡，观察到泡沫较少，浮渣较多。说明该水样属于______ (填“硬水”或“软水”)。 (4)在投药消毒步骤中所发生的变化是_________(填“物理变化”或“化学变化”)。 (5)水资源短缺会影响人民生活，制约经济发展。请举出一种节水的措施___________。 ►环节一 探究水的净化方法 问题探究1 探究明矾的净水作用 步骤 取2 个烧杯，各盛大半烧杯浑浊的天然水，向其中1 个烧杯中加人3 药匙明矾粉末，搅拌 溶解后，静置，观察现象 现象 加入明矾的较澄清，不加明矾的烧杯中较大颗粒沉淀下来，仍有较小颗粒悬浮在水面上 结论 明矾可作絮凝剂。明矾溶于水后生成的胶状物对杂质有吸附性使杂质沉降达到净水的目的 问题探究2 用肥皂水区分软水和硬水 步骤 把等量的肥皂水分别滴加到盛有等量的软水、硬水的试管中，振荡，观察两试管中产生泡 沫的情况。 现象 一支试管内出现较多泡沫，另一支试管内出现泡沫较少 结论 出现较多泡沫的原试样为软水，出现泡沫较少的原试样为硬水 探究提升 03 问题探究3 制取蒸馏水 步骤 在烧瓶中加入约1/3 体积的硬水，再加入几粒沸石(或碎瓷片)以防加热时出现暴沸。按图 连接好装置，使各连接部件严密不漏气。 加热烧瓶，注意不要使液体沸腾得太剧烈，以防液体通过导管直接流到试管里。弃去开始 馏出的部分液体，收集到10mL 左右蒸馏水后，停止加热。 用肥皂水比较蒸馏前后的硬度变化。 现象 蒸馏前的硬水加入肥皂水，出现泡沫较少，有较多白色浮渣；蒸馏后的水，加入肥皂水， 出现泡沫较多，没有白色浮渣。 结论 蒸馏能使硬水软化。 要点归纳 常用净水方法 净水方法 原理 作用 净化程度 沉 淀 静置 沉淀 利用重力作用使水中较大颗粒的不溶性杂质沉降 除去不溶性杂质 吸附 沉淀 利用明矾溶于水后生成的胶状物对杂质进行吸 附，使悬浮的小颗粒吸附在一起形成较大颗粒的 不溶物而沉降下来 过滤 把液体与不溶于该液体的固体分开 除去不溶性杂质 吸附 利用活性炭等具有吸附作用的物质把水中的一些 不溶性杂质滤去部分可溶性杂质吸附在其表面而 除去 除去不溶性杂质、 部分可溶性杂质和 臭味等 蒸馏 通过加热的方法使水变成水蒸气后冷凝成水 除去可溶性杂质和 不溶性杂质 典例精讲 【例1】(天津市和平区益中学校2022-2023 学年九年级上学期期末)为了探究明矾的净水作用，设计了 如下实验． 提出问题：明矾在溶液中能全部离解成自由移动的钾离子、铝离子和硫酸根离子，明矾的净水原理是 什么？是什么起作用？ 猜想与假设：明矾溶于水生成的胶状物与铝离子有关，即明矾净水是铝离子的作用． 探究实验：设计实验、实验过程、分析与论证 净 化 程 度 由 低 到 高 实验步骤 实验现象 结论 ①在蒸馏水中加入少量明矾，搅拌 明矾_________ ______ ②在浑浊的天然水中加少量明矾，搅拌静置 有_______生成，天然水_______ ______ ③在浑浊的 天然水中加少量硫酸铝，搅拌静置 有______生成，天然水______ ______ ④在浑浊的天然水中加少量硫酸钾，搅拌静置 天然水_________ ______ ⑤在浑浊的天然水中加少量氯化铝，静置沉淀 有______生成，天然水变___ ______ 结论：有以上实验可知：明矾的净水作用与________有关． 【例2】(广西钦州市浦北县2022-2023 学年九年级上学期期末)硬水加热时易产生水垢，很多工业用水 需要对硬水进行软化处理。小组同学利用15%的肥皂水比较水的硬度。 【查阅资料】硬水含较多可溶性钙、镁化合物；软水不含或含较少可溶性钙，镁化合物。 【实验一】探究水的硬度、肥皂水的用量与产生泡沫量的关系 【进行实验】向蒸馏水中加入l2和Mgl2的混合溶液，配制两种不同硬度的硬水。 用蒸馏水和两种硬水完成三组实验，记录如下： 组别 第1 组 第2 组 第3 组 实验操作 实验序号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 混合溶液用量/滴 0 0 0 1 x 1 2 2 2 肥皂水用量/滴 5 1 0 20 5 10 20 5 10 20 产生泡沫量 少 多 很多 无 少 多 无 无 少 【解释与结论】 (1)对比②和⑧可知，肥皂水能区分软水和硬水，依据的现象是_______。 (2)设计第2 组实验时，为控制水的硬度相同，⑤中x 应为_______。 (3)第2 组实验的目的是以肥皂水为变量，探究_______的关系。 (4)由上述三组实验得到的结论是_______。 【实验二】比较不同水样的硬度 【进行实验】用四种水样完成实验，记录观察到泡沫产生时所需肥皂水的用量。 实验操作 水样 肥皂水用量/滴 市售纯净水 2 煮沸后的自来水 6 自来水 9 湖水 14 【解释与结论】 (5)硬度最大的水样是_______。 (6)由上述实验可知，能将自来水硬度降低的方法有_______。 (7)继续实验，发现山泉水的硬度大于自来水的硬度，其实验方为_______。 【例3】(黑龙江省大庆市肇源县2022-2023 学年八年级上学期期末)如图所示，在蒸馏烧瓶中加入几粒 碎瓷片，再加入约 体积的自来水，连接装置进行制取蒸馏水的实验。下列说法正确的是 操作时先加热，后通入冷却水 B 实验时，冷凝管进、出水的方向：进b 出 图中所示装置，温度计的位置不对，水银球应该插入液态水中 D 加热蒸馏烧瓶必须垫陶土 ►环节二 探究自来水的生产过程 问题探究4 【资料】 中国的自来水事业，诞生于清朝末期的1908 年，得到当时慈禧太后的大力支持。2008 年是 北京自来水事业的百年华诞。 自来水是指通过自来水处理厂净化、消毒后生产出来的符合国家饮用水标准的供人们生活、生 产使用的水。它主要通过水厂的取水泵站汲取江河湖泊及地下水，(地表水不可能是矿泉水。地下 水如果水质好并含有大量的有益元素可以用于生产矿泉水。)并经过沉淀、消毒、过滤等工艺流 程，最后通过配水泵站输送到各个用户。 自来水是经过多道工艺流程由自来水职工制造出来的。首先必须把源水从江河湖泊中抽取到水 厂，当然，不同的地区它的取水口是不同的，水源直接影响着一个地区的饮水质量；然后经过沉 淀、过滤、消毒、入库(清水库)，再由送水泵高压输入自来水管道；最终分流到用户龙头。整个过 程要经过多次水质化验，有的地方还要经过二次加压、二次消毒才能进入用户家庭。 现在自来水消毒大都采用氯化法，公共给水氯化的主要目的就是防止水传播疾病，这种方法推 广到至今有100 多年历史了，具有较完善的生产技术和设备，氯气用于自来水消毒具有消毒效果 好，费用较低，几乎没有有害物质的优点。在现阶段，消毒剂除氯气外，还有二氧化氯，臭氧，采 用代用消毒剂可降低有害物质的生成量，同时提高处理效率。 目前世界上安全的自来水消毒方法是臭氧消毒，不过这种方法的处理费用太昂贵，而且经过臭 氧处理过的水，它的保留时间是有限的，至于能保留多长时间，目前还没有一个确切的概念。所以 目前只有少数的发达国家才使用这种处理方法。 (2023 山西省太原市中考二模)水是生命中不可或缺的物质。化学兴趣小组的同学们在学习了与水有关的 知识后，决定对日常生活中司空见惯的自来水分别从生产过程、水质检测、自制净水器等方面展开项目式 学习。 活动一：参观自来水生产过程 【参观实践】 (1)同学们在老师的带领下来到太原市自来水厂参观自来水的生产过程，该过程主要包括：取水→加絮凝剂 →过滤→吸附→______→配水。 活动二：测量自来水的硬度 【查阅资料】同学们查阅了相关资料，了解到国家有关水的硬度的标准为： 类别 极软 水 软水 中硬水 硬水 高硬水 以3浓度计(mg/L) 0～75 75～ 150 150～ 300 300～ 450 450～ 700 【进行测量】 (2)同学们在实验室中取少量自来水，用便携式水硬度检测仪测得该自来水的硬度为3112mg/L，说明本 地区的自来水属于______。同学们又向此自来水中加入少量肥皂水，搅拌后观察到______，也得出了相同 结论。 活动三：检验自来水中所含离子 【进行猜想】同学们根据所学，猜想自来水中可能含有2+、 【实验验证】 (3)同学们设计并进行了以下实验。 实验步 骤 实验操作 实验现象 实验结论 步骤1 取少量自来水于试管中，向其中滴加 过量23溶液 产生白色沉淀 自来水中含有2+ 步骤2 向上述试管中滴加______ 产生白色沉淀 自来水中含有 【质疑反思】 (4)有同学认为步骤2 不能证明自来水中含有 ，理由是______，应调整实验方，方法是______。 【总结分析】 (5)同学们写出了实验过程中发生反应的化学方程式______(写一个)。 活动四：自制简易净水器 【交流探讨】同学们认为，虽然自来水的水质在出厂时已检验合格，但石子在管道运输过程中仍不可避免 地受到了污染，所以在家中使用自来水时，最好安装净水器。于是他们在老师的帮助下，利用所学知识， 制作了简易净水器。 【成果展示】 (6)同学将自制的简易净水器在学校“科技节”上进行了展示，请你与他们一同完成对有关结构的说明(如 图)______。 要点归纳 1 沉淀法： ** Expression is faulty **静置沉淀：让较大的颗粒 自然沉降 。 ** Expression is faulty **吸附沉降：加絮凝剂明矾，利用其溶于水生成的胶状物对杂质 的吸附，使杂质沉降下来。 (吸附杂质的过程属于物理变化，生成胶状物的过程属于化学变化) 2 过滤：除去水中的不溶性杂质。 过滤操作要点：“一贴，二低，三靠” 一贴：滤纸要紧贴漏斗内壁(中间不要留有气泡，否则会影响过滤速度)。 二低：滤纸边缘低于漏斗边缘；液面低于滤纸边缘。 三靠：烧杯口紧靠玻璃棒，使液体沿玻璃棒流入过滤器；玻璃棒下端轻轻斜靠在三层滤纸的一 边，以免弄破滤纸；漏斗下端要紧靠烧杯内壁，使滤液沿烧杯壁流下(否则滤液会向四周飞 溅，而且影响过滤的速度)。 3 活性炭吸附：活性炭可以吸附水中的色素和异味等，发生的是物理(填“物理”或“化学”)变化，活性 炭有强的吸附性，是因为活性炭是一种疏松多孔结构。 典例精讲 【例1】(2023·湖南株洲·统考模拟预测节选)人类日常生活离不开水。 (1)某水厂净化水的大致流程如图1。 ①水经过沙滤池，除去的杂质是___________(填“不溶性”或“可溶性”)杂质。 ②炭滤池中起吸附作用的主要物质是___________。 【例2】(江苏省连云港市赣榆区2022-2023 学年九年级下学期期中节选)水是生命之源。 (1)自然界中的水都含有杂质，经自来水厂净化处理获得生活用水。下图为自来水厂净水过程示意图： “ ①过滤池”可除去______________杂质；“吸附池中选用活性炭除去水中的色素和异味，活性炭具有吸 附性的原因是______________。