水體污染的治理方法在高考中的靈活應用

在幾年的高考中，尤其是2011年的高考化學題中，除了突出對化學學科的核心內容的考查，同時兼顧知識覆蓋面，以應用化學反應原理解決實際問題為主題，考生從試題提供的信息、圖形中準確地提取實質性內容，結合已有的知識，解決實際問題。涉及到元素化合物性質、氧化還原反應、蓋斯定律、化學反應平衡等核心知識，主干突出，內容豐富，覆蓋面廣。這也比較符合新課程注重培養學生對應用知識的能力要求。在2011年的高考中，環境問題考查受到重視，有的題以大氣污染氣體的處理為情境，有的題以水體污染的處理為情境，但是經過比較發現，更多的題的設計以水處理為背景，考查了水的不同處理方法及原理、水純度的測定方法等。本文擬就水體污染的治理為背景，分析各種可能出現的考查模式，并且找到解決的最佳策略，保證在高三的備考復習中占有先機。

水——萬物之源，是人類生活和生產活動不可缺少的物質，是地球上不可替代的自然資源。水體污染是指由于人類活動或天然過程而排入水體的污染物超過了其自凈能力，從而引起水體的水質污染。一些污染嚴重的冶金建材、化工及食品工業等企業排放的工業污水中主要包括汞、鉻、鎘、鉛等重金屬直接排入河流中，給環境造成嚴重污染。水體污染直接危害人體健康，并對工業、農業、漁業產生危害，從而對社會生活產生巨大負面影響。

污水處理的主要方法：

1． 物理處理法——主要是利用物理原理和機械作用對廢水進行治理，如過濾、離心、沉淀分離等方法。

2． 化學處理法——通過施用化學試劑或采用其他化學手段進行廢水處理的方法，如化學混凝法；中和法（軋鋼廠中的酸性廢水） ；化學沉淀法（廢水中重金屬離子的除去）； 氧化還原法（油類、氰化物、硫化物）等方法。

應該說明的是，各種方法都有其特點和適用范圍，有時簡單的方案是應用一種方法，而有時在實際處理中往往需要配合使用才能達到要求。例如，處理含有重金屬離子的廢水常常綜合應用氧化還原法和沉淀法等。在高考中設

計此類題的情景主要是利用化學處理法來進行污水的處理的。

一、應用單一方法治理污水

【例1】（2011年北京理綜，9）下列與處理方法對應的反應方程式不正確的是

A. 用Na2S去除廢水中的Hg2+：Hg2++S2－=HgS↓

B. 用催化法處理汽車尾氣中的CO和NO：CO+NO→C+NO2

C. 向污水中投放明礬，生成能凝聚懸浮物的膠體：Al3++3H2O?葑Al（OH）3(膠體)+3H＋

D. 用高溫催化氧化法去除烴類廢氣(CxHy)：CxHy+（x+■）O2→xCO2+■H2O

【解析】本道題是一道工業污染處理的綜合選擇題，涉及到水體和空氣污染處理的幾種方法。HgS溶解度極小，Hg2+和S2－直接結合成沉淀除去，A正確；B中產物為N2和CO2，B錯；明礬凈水是Al3+水解生成了吸附性較強的Al（OH）3膠體，C正確；烴完全氧化生成CO2和H2O，D正確。

【答案】B

【例2】（2011全國II卷，13)某含鉻Cr2O72－ 廢水用硫亞鐵銨［FeSO4·（NH4）2 SO4·6H2O］處理，反應中鐵元素和鉻元素完全轉化為沉淀。該沉淀干燥后得到n molFeO·FeyCrxO3。不考慮處理過程中的實際損耗，下列敘述錯誤的是

A． 消耗硫酸亞鐵銨的物質量為n（2-x）mol

B． 處理廢水中Cr2O72－的物質量為■mol

C． 反應中發生轉移的電子數為3nx mol

D． 在FeO·FeyCrxO3中3x=y

【解析】本題是氧化還原法處理污水。涉及到氧化還原的計算，在計算中必須依據得失電子守恒，難度較大。由鉻元素守恒知廢水中Cr2O72－ 的物質量為 ■mol，反應中發生轉移的電子數為6×■mol ＝3nx mol。由得失電子守恒知y＝3x，而由鐵元素守恒知消耗硫酸亞鐵銨的物質量為n×（1+y）mol＝n（3x+1）mol，因此選項A是錯誤的。

【例3】（2011年安徽理綜，28）地下水中硝酸鹽造成的氮污染已成為一個世界性的環節問題。文獻報道某課題組模擬地下水脫氮過程，利用Fe粉和KNO3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：①先用0.1mol·L-1H2SO4洗滌Fe粉，其目的是，然后用蒸餾水洗滌至中性；②將KNO3溶液的pH調至2.5；③為防止空氣中的O2對脫氮的影響，應向KNO3溶液中通入 （寫化學式）。

（2）右圖表示足量Fe粉還原上述KNO3溶液過程中，測出的溶液中相關離子濃度、pH隨時間的變化關系（部分副反應產物曲線略去）。請根據圖中信息寫出t1時刻前該反應的離子方程式。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 。

（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：溶液的pH；

假設二：；

假設三：；

……..

【解析】這道題是利用氧化還原法把硝酸根離子在酸性環境下氧化氮氧化物，從而達到污水治理的目的。本題綜合將元素化合物知識、化學實驗、以及化學反應速率等相關知識放在一起進行探究性學習。

【答案】（1）除去鐵表面的氧化膜NO（2）4Fe+10H++NO3-=Fe2++NH4++3H2O 硝酸根離子在酸性環境下氧化氮氧化物（3）溶液的溫度 使用催化劑

二、應用綜合方法治理污水

【例4】（2011年天津理綜，10）工業廢水中常含有一定量的Cr2O72－和CrO42－，它們會對人類及生態系統產生很大損害，必須進行處理。常用的處理方法有兩種。

方法1：還原沉淀法

該法的工藝流程為：CrO42－→Cr2O72－→Cr3+→Cr（OH）3↓

其中第①步存在平衡：2CrO42－(黃色)+2H＋?葑Cr2O72－(橙色)+H2O

（1）若平衡體系的pH=2，該溶液顯色。

（2）能說明第①步反應達平衡狀態的是。

a. Cr2O72－和CrO42－的濃度相同

b. 2v（Cr2O72－）=v（CrO42－）

c. 溶液的顏色不變

（3）第②步中，還原1molCr2O72－離子，需要

mol的FeSO4·7H2O。

（4）第③步生成的Cr（OH）3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：

Cr（OH）3（s）?葑Cr3+（aq）+3OH-（aq）

常溫下，Cr（OH）3的溶度積Ksp=c（Cr3+）·c3（OH-）=10-32，要使c（Cr3+）降至10-5mol/L，溶液的pH應調至

。

方法2：電解法

該法用Fe做電極電解含Cr2O72－的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液pH升高，產生Cr（OH）3沉淀。

（5）用Fe做電極的原因為。

（6）在陰極附近溶液pH升高的原因是（用電極反應解釋） ，溶液中同時生成的沉淀還有。

【解析】這道題綜合運用了氧化還原法、沉淀法和電解法來治理污水，靈活地把化學涉及到的理論應用到科學實踐中去，較好地考查了學生理解知識并且能夠進行知識遷移，應用知識的能力。c（H＋）增大，平衡2CrO42－(黃色)+2H＋?葑Cr2O72－(橙色)+H2O右移，溶液呈橙色；平衡時各物質的濃度不再改變，即溶液的顏色不再改變；根據電子得失守恒可知，還原1molCr2O72－離子，需要6 mol的FeSO4·7H2O；當c（Cr3+）=10-5mol/L時，溶液的c（OH-）=■=10-9mol/L，pH=5，即要使c（Cr3+）降至10-5mol/L，溶液的pH應調至5。在電解法除鉻中，鐵作陽極，以提供還原劑Fe2＋；在陰極附近溶液pH升高的原因是水電離產生的H＋放電生成H2的同時，大量產生了OH-，所以溶液中的Fe3＋也將轉化為Fe（OH）3沉淀。

【答案】（1）橙（2）c（3）6（4）5（5）陽極反應為Fe-2e-=Fe2＋，提供還原劑Fe2＋

（6）2H＋+2e-=H2↑ Fe（OH）3

化學作為一門自然科學已經廣泛滲透到科學的各個領域當中，人類的生產和生活與化學密切相關。高考理綜化學試題的設置依據生產實際，而不是刻意杜撰或閉門造車，試題內容涉及到生活、化工、環保、醫藥、能源、科研等各個方面，充分體現了化學的實際應用價值，化學在各個領域的應用體現在每一個題目之中。這樣的題目使考生真切地感受到化學與實際生產、生活的密切聯系，感受到人們的生活離不開化學，有利于激發考生學習化學的興趣，這些試題充分體現了新課程理念。

（作者單位：北京師范大學珠海附屬高中）

責任編校李平安

“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”