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物理化学法程序.pptx 78页
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物理化学法（2015年7月）第一节概述物理化学法又分为物理法、化学法和物理化学法，在废水的处理中，占有重要的地位物理法是指凡是借助物理作用或通过物理作用使废水发生变化的处理过程。化学法是借助或通过化学反应完成废水处理的过程。物理化学法是利用物理化学的原理和化工单元操作以去除水中的杂质。第二节格栅与筛网（一）格栅1．功能格栅是截流污水中粗大污物的处理设施，有一组平行的金属棒或栅条制成的框架组成。格栅被安装在污水渠道、泵房及水井的进口处或污水处理厂的前端，用以截流废水中粗大的悬浮物或漂浮物。2．格栅的分类按格栅的栅距分类：粗格栅（50～100mm）中格栅（10～40mm）细格栅（3～10mm）按栅渣的清除方式分类：人工清渣机械清渣3.运行控制条件(1)栅距的选择原则:栅距小于水泵的叶轮离心泵适用高扬程低流量轴流泵适用于低扬程、大流量混流泵：适用于较大流量、较高扬程(2)过栅流速的控制渠道流速控制在0.4~0.8m/s;过栅流速控制在0.6~1.0m/s(3)水头损失的控制一般控制在0.08~0.15m(4)栅渣量4．维护管理（1）每天要对栅条、除渣耙、栅渣箱和前后水渠等进行清扫，及时清运栅渣，保持格栅通畅。（2）检查并调节栅前的流量调节阀门，保证过栅流量的均匀分布。（3）定期检查渠道的沉砂情况（4）格栅除污机的维护管理（5）卫生与安全（6）分析测量与记录（二）筛网1．功能一些工业废水含有较细小的悬浮物，尤其是废水中纤维类悬浮物和食品工业的动植物残体碎屑，它们不能被格栅截留，也难以用沉淀法去除。为了去除这类污染物，工业上常用筛网。筛网一般是用金属丝或纤维丝编织而成，孔径一般在0.15～1mm左右。2．常见类型（1）振动筛网由振动筛和固
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第2讲 化学与资源开发利用[考纲要求] 1.了解煤、石油和天然气等综合利用的意义。2.了解我国无机化工的生产资源和产品的主要种类。3.了解海水的综合利用，了解化学科学发展对自然资源利用的作用，了解化学在水处理中的应用。4.了解化学资源对废弃物的再生和综合运用的作用。考点一 多样化的水处理技术1．水的净化与污水处理(1)生活用水的净化①基本流程②常用混凝剂为铝盐(如硫酸铝、明矾、碱式氯化铝等)、三价铁盐等。原理为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋，生成的胶体能吸附水中的悬浮杂质而沉降。③常用的消毒剂为液氯、漂白粉、臭氧、二氧化氯等。④除去水中的异味：活性炭颗粒的表面积大，吸附能力强，让水通过由细小的活性炭颗粒组成的滤床能够除去水中的异味。(2)污水处理的方法方法含义操作物理法主要是利用物理原理和机械作用对废水进行治理沉淀、均衡调节、过滤、离心分离等物理化学法通过物理化学过程来除去污染物的方法吸附、浮选、反渗透、电渗析、超过滤、超吸附等化学法通过施用化学药剂或采用其他手段进行废水处理的方法中和法、氧化法、还原法、离子交换法等生物化学法利用微生物的代谢作用，除去废水中的溶胶物质及有机物质的方法活性污泥法、生物滤池法、厌气处理法等(3)硬水的软化①暂时硬度和永久硬度a．暂时硬度：水的硬度是由Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2引起的，称暂时硬度。b．永久硬度：水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的，称永久硬度。②硬水软化a．硬水软化的目的：降低硬水中Ca2＋、Mg2＋的含量使之达到规定标准。b．软化方法加热法范围硬水中Ca2＋、Mg2＋以Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2形式存在原理Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2OMg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2OMgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑水垢CaCO3和Mg(OH)2的混合物离子交换法范围硬水中Ca2＋、Mg2＋以硫酸盐或氯化物形式存在药品磺化煤(NaR)作离子交换剂原理2NaR＋Ca2＋===2Na＋＋CaR22NaR＋Mg2＋===2Na＋＋MgR22.海水淡化海水淡化又称脱盐，利用物理、化学、生物方法将海水中溶解的盐脱除。常用方法有蒸馏法、电渗析法、反渗透法、冷冻法等。题组一 生活用水的获取1．下列说法中正确的是( )A．软水中一定不含Ca2＋、Mg2＋B．硬水经煮沸后就一定变为软水了C．水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁D．经过磺化煤处理过的水是不含离子的纯净水答案 C解析 软水是含有较少Ca2＋和Mg2＋的水，故A项错；煮沸法可以使硬水的暂时硬度降低，而永久硬度几乎是不会降低的；经磺化煤处理的水，Ca2＋和Mg2＋的浓度降低了，但Na＋的浓度增大了。2．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________(答一种)，其净水作用的原理是______________________________________________________________________。(3)水的净化和软化的区别是______________________________________________。(4)硬度为1°的水是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质(如7.1mgMgO)。若某天然水中c(Ca2＋)＝1.2×10－3mol?L－1，c(Mg2＋)＝6×10－4mol?L－1，则此水的硬度为________。(5)若(4)中的天然水还含有c(HCO)＝8×10－4mol?L－1，现要软化10m3这种天然水，则需先加入Ca(OH)2________g，后加入Na2CO3________g。答案 (1)O2 CO2(或氮气)(2)明矾(或硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁，答出一种即可)铝盐(或铁盐)在水中发生水解生成相应氢氧化物胶体，它可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中的其他带异电的胶体，使其聚沉，达到净化目的(3)水的净化是用混凝剂(如明矾等)将水中的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 1484题组二 污水及处理3．下列所述情况可能引起水污染的是( )①城市生活污水的任意排放 ②农业生产中农药、化肥使用不当 ③海上油轮石油泄漏 ④工业生产中废液、废渣、废气的排放A．①③B．①④C．②④D．①②③④答案 D4．工业三废(废水、废气、废渣)处理或将三废消灭于生产过程中，是近年来化工技术发展的方向之一。(1)工业生产H2SO4的尾气中常含有少量SO2，通常用________吸收，有关的化学方程式为______________________________________________________________________；然后再用硫酸处理，目的是________________________________________________。硫酸厂的废水呈________性，通常加入________进行处理。(2)铬的毒性与其存在的价态有关，六价铬比三价铬毒性高100倍，并易被人体吸收且能在体内蓄积。因此在处理含铬污水时，通常加入________使六价铬转化为三价铬，再加__________使其转化为沉淀。(3)二氧化氯(ClO2)是一种在水处理方面有广泛应用的高效安全消毒剂。与Cl2相比，ClO2不但具有更显著的杀菌能力，而且不会产生对人体有潜在危害的有机氯代物，ClO2有下列两种制备方法。方法一：2NaClO3＋4HCl===2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O；方法二：2NaClO3＋H2O2＋H2SO4===2ClO2↑＋Na2SO4＋O2↑＋2H2O。用方法__________(填“一”或“二”)制备的ClO2更适合用于饮用水消毒，其主要原因是_____________________________________________________________________。(4)对于含有Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋等重金属离子的工业废水，通常加入过量的__________使其转化为沉淀而除去。答案 (1)Ca(OH)2溶液 Ca(OH)2＋SO2===CaSO3↓＋H2O 将CaSO3转化为SO2，提高SO2的利用率，同时得到副产品CaSO4 酸 熟石灰(2)FeSO4 碱(3)二 方法二制得的ClO2中不含有Cl2 (4)Na2S题组三 海水淡化5．南海某小岛上，解放军战士为了寻找合适的饮用水源，对岛上山泉水进行分析化验，结果显示水的硬度为28°(属于硬水)，主要含钙离子、镁离子、氯离子和硫酸根离子。请思考下列问题：(1)该泉水属于________硬水(填写“暂时”或“永久”)。(2)若要除去Ca2＋、Mg2＋可以往水中加入石灰和纯碱，试剂添加顺序为_______________，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)目前常用阴、阳离子交换树脂来进行水的软化，水中的Ca2＋、Mg2＋与交换树脂的________起离子交换作用。当阴离子交换树脂失效后可放入________溶液中再生。(4)岛上还可以通过海水淡化来获得淡水。下面是海水利用电渗析法获得淡水的原理图，已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO等离子，电极为惰性电极。请分析下列问题：①阳离子交换膜是指________(填“A”或“B”)。②写出通电后阳极区的电极反应式：_________________________________________；阴极区的现象是_______________________________________________________。答案 (1)永久 (2)先加石灰后加纯碱 过量的钙离子可通过纯碱使之沉淀下来 (3)H＋ 强碱 (4)①B ②2Cl－－2e－===Cl2↑ 电极上产生无色气体，溶液中出现少量白色沉淀解析 (1)这种山泉水的阴离子是氯离子和硫酸根离子，故这种水为永久硬水。(2)加入石灰，可以将镁离子沉淀下来，水中除原来的钙离子外，又增加了石灰中的钙离子，这些钙离子用纯碱可以除去。(3)阳离子交换树脂中的阳离子可以与硬水中的阳离子发生交换，故HR中的氢离子与水中的钙离子、镁离子交换；HR阳离子交换树脂失效后生成了CaR2和MgR2；阴离子交换树脂中的OH－与水中的Cl－、SO交换，阴离子交换树脂失效后可放入强碱(如NaOH)溶液中再生。(4)通电后，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，故图示中A为阴离子交换膜，B为阳离子交换膜；阳极发生氧化反应，Cl－失电子生成Cl2，阴极区发生还原反应，水得电子生成H2和OH－，OH－与Mg2＋生成白色的Mg(OH)2沉淀。反思归纳1．常见的水处理技术知识框架2．污水处理的一般流程考点二 海水的综合利用1．海水中盐的开发和利用(1)海水制盐以蒸发法为主，主要得到NaCl和CaCl2、MgCl2、Na2SO4。另外还有电渗析法和冷冻法。(2)氯碱工业①反应原理：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑②工艺流程③设备：离子交换膜电解槽。(阳)离子交换膜只允许Na＋通过。④产品：阳极室：氯气，补充饱和食盐水流出淡盐水。阴极室：氢气和NaOH，补充纯水(加入一定量NaOH)流出NaOH溶液。2．海水提溴反应原理氯化：Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2；①3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑，5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O；②Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，Cl2＋2HBr===2HCl＋Br2。3．海水提镁(1)生产流程及反应原理(2)化学原理在化工生产中的应用①沉淀溶解平衡原理海水(Mg2＋)Mg(OH)2↓[Mg(OH)2溶解度小于Ca(OH)2]②水解平衡原理MgCl2?6H2OMgCl2(HCl气体环境抑制MgCl2水解)题组一 氯碱工业1．氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：依据上图，完成下列填空：(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为____________，与电源负极相连的电极附近，溶液pH________(选填“不变”、“升高”或“下降”)。(2)工业食盐含Ca2＋、Mg2＋等杂质，精制过程发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________、________________________________________________________________________。(3)如果粗盐中SO含量较高，必须添加钡试剂除去SO，该钡试剂可以是________（填字母，下同）。A．Ba(OH)2 B．Ba(NO3)2 C．BaCl2(4)为有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO，加入试剂的合理顺序为________。A．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂B．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3C．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3(5)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过________、冷却、________(填写操作名称)除去NaCl。(6)用隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜法电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为________________________。答案 (1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 升高(2)Ca2＋＋CO===CaCO3↓Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓(3)AC (4)BC (5)蒸发 过滤(6)NaCl＋H2ONaClO＋H2↑(或2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH、Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O)解析 (1)要熟练运用电解原理，与电源正极相连的电极是电解池的阳极，应是溶液中的Cl－发生氧化反应，而电解池的阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极附近c(H＋)减小，导致水的电离平衡破坏，使周围c(OH－)增大。(2)由题中信息，这步加入了NaOH、Na2CO3溶液，根据Ca2＋、Mg2＋的特性，加NaOH是与Mg2＋生成Mg(OH)2沉淀，加Na2CO3是与Ca2＋生成CaCO3沉淀。(3)要遵循除杂质不能带进新的杂质的原则，因此Ba(NO3)2不能加入，而题中BaCl2、Ba(OH)2两种试剂皆可。(4)考虑问题的出发点是为使杂质离子“除净”，所加试剂均应“稍过量”，为使后加试剂有利于除去先加试剂的过量离子，应把加入Na2CO3放在加入钡试剂之后，而钡试剂与NaOH加入的先后顺序可以颠倒。(5)分析题中信息，脱盐前为10%NaOH、16%NaCl溶液，脱盐后为50%NaOH溶液和NaCl晶体，显然需要蒸发、过滤。(6)因电解得到的Cl2与NaOH反应，可将NaCl电解方程式与Cl2和NaOH反应的方程式合并。题组二 海水提溴2．海洋是个巨大的资源宝库，海水资源的利用具有非常广阔的发展前景。海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如下图：(1)步骤①反应的离子方程式为_____________________________________________。(2)步骤③反应的化学方程式为_____________________________________________。(3)Br的原子序数是________，在周期表中位于第________周期第________族。(4)步骤⑤蒸馏的过程中，温度应控制在80～90℃。温度过高或过低都不利于生产，原因是____________________________________________________________________。(5)为什么不直接用“溴水混合物Ⅰ”而要用“溴水混合物Ⅱ”进行蒸馏，得到液溴？答案 (1)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－(2)SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4(3)35 四 ⅦA(4)温度过高，大量水蒸气随溴蒸气排出，溴蒸气中水增加；温度过低，溴不能完全蒸出，回收率低(5)“溴水混合物Ⅰ”中虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏，处理量大，生产成本高；经过“空气吹出、SO2吸收、氧化”等步骤实际上是将溴水浓缩了。题组三 海水的综合利用3．海水是宝贵的自然资源，从海水中可以提取多种化工原料，如图是某工厂对海水综合利用的示意图：(1)在粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO等杂质，电解精制时所用的试剂有①盐酸；②氯化钡溶液；③氢氧化钠溶液；④碳酸钠溶液。则加入试剂的先后顺序是______________(填编号)。(2)工业上电解饱和食盐水的离子方程式：___________________________________。(3)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的是________________________________________________________________________。步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式：________________________________________________________________________。(4)从步骤Ⅲ得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH)2，除去少量Ca(OH)2的方法是向沉淀中加入__________溶液，充分搅拌后经________(填操作方法)可得纯净的Mg(OH)2。(5)在制取无水氯化镁时需要在干燥的HCl气流中加热MgCl2?6H2O的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)电解无水氯化镁所得的镁蒸气在特定的环境里冷却后即为固体镁，下列物质中可以用作镁蒸气冷却剂的是________(填序号)。A．H2B．CO2C．空气D．O2E．水蒸气答案 (1)③②④①(或其他合理答案)(2)2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－(3)富集溴元素 Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－(4)MgCl2(或氯化镁) 过滤、洗涤(5)干燥的HCl气流可以抑制MgCl2的水解，且带走MgCl2?6H2O受热产生的水蒸气，得到无水MgCl2(6)A解析 (1)在粗盐的提纯中，每步所加试剂都要过量，并且最后不能引入新的杂质，所以碳酸钠溶液应在加入氯化钡溶液之后再加，最后只能加入盐酸，故加入试剂的顺序可以是③②④①或②③④①。(2)电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。(3)经过步骤Ⅰ和Ⅱ，通过反应：Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－，将溴富集。(4)除去Mg(OH)2中的少量Ca(OH)2，可以加入MgCl2溶液，然后过滤、洗涤即可除去。(5)在干燥的HCl气流中加热MgCl2?6H2O晶体能抑制MgCl2的水解，有利于无水MgCl2的生成。(6)根据镁的性质可知，只能在H2环境中冷却。反思归纳海水化学资源的开发利用考点三 化石原料的综合利用1．石油的炼制炼制方法原理变化主要原料主要产品分馏常压利用烃的沸点不同，将其分离成沸点不同的产物物理变化原油液化石油气、汽油、煤油、柴油、重油等减压重油柴油、润滑油、燃料油、石蜡、沥青等裂化在一定条件下，将分子质量较大、沸点较高的烃断裂为质量较小、沸点较低的烃化学变化重油、石蜡等汽油、煤油、柴油等轻质油裂解以比裂化更高的温度，使长链烃断裂为短链烃(深度裂化)化学变化石油分馏产物(包括石油气)主要是乙烯、丙烯、丁烯、甲烷等2.煤的综合利用原理产品干馏将煤隔绝空气加强热使其分解焦炭、煤焦油、焦炉气气化把煤中的有机物转化为可燃性气体CO、H2、CH4等可燃性气体和CO2、N2等非可燃性气体液化直接液化高温、高压和有催化剂条件下，与溶剂混合，使煤与H2作用生成液体燃料优质汽油、柴油、芳香烃、其他化工原料和副产物燃料气、液化石油气等间接液化把煤转化成CO和H2，经催化合成烃类燃料、醇类燃料(如CH3OH)等合成汽油、甲醇等题组一 煤、石油加工技术1．下列有关石油化工的说法不正确的是( )A．通过裂化把沸点不同的物质分离开来，是物理变化B．裂解是深度裂化，目的是获得以短链不饱和烃为主要成分的基本化工原料C．催化重整就是在催化剂的作用下，使汽油中烃分子的结构进行重新排列形成新的分子结构，以提高汽油的品质D．利用共聚技术可以改进高分子材料的性能答案 A2．煤是无机物和有机物的混合物，是一种不可再生能源。我国是生产和使用煤的大国，燃煤会造成环境污染，我国使用脱硫燃煤技术，把污染降到最低，开发新能源势在必行。已知煤的部分结构模型如图所示：(1)从煤的部分结构模型来看，煤是工业上获得________烃的重要来源。(2)我国大约70%的煤是直接用于燃烧的。从煤的结构模型来看，煤在提供热量的同时产生大量的________等气体物质，造成严重的大气污染。(3)“型煤”技术的原理是利用固硫剂在燃烧过程中生成稳定的硫酸盐，下列物质中适宜于作固硫剂的是________(填字母序号)。A．氯化钙B．氧化钙C．硫酸钙D．氢氧化钙(4)某“型煤”生产厂利用石灰石作固硫剂，试用化学方程式表示其“固硫”过程：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)除上述的“型煤”技术外，为了解决煤燃烧所造成的污染问题和提高煤的利用价值，煤资源的综合利用方法还有________等。答案 (1)芳香(2)二氧化硫、氮氧化物(3)BD(4)CaCO3CaO＋CO2↑，2CaO＋2SO2＋O2高温,2CaSO4(4)煤的干馏、气化、液化解析 (1)隔绝空气给煤加强热可以使它分解，从而获得芳香烃。(2)煤结构中含有S和N，所以直接燃煤能产生SO2和氮氧化物，污染环境。(3)煤燃烧产生SO2，固硫过程是使其生成稳定的硫酸盐，所以固硫剂可选用氧化钙或氢氧化钙。固硫反应分别为SO2＋CaOCaSO3,2CaSO3＋O22CaSO4；Ca(OH)2＋SO2===CaSO3＋H2O,2CaSO3＋O2===2CaSO4。(4)若利用石灰石作固硫剂，则发生的反应可表示为CaCO3CaO＋CO2↑，2CaO＋2S...
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废水的化学及物理化学处理方法
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