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课题探究•素养提升第一章课题任务:以离子反应、氧化还原反应知识为载体,解决污水处理问题【情境创设】2019年3月22日是第二十七届“世界水日”,今年“世界水日”宣传主题为“Leavingnoonebehind”(不让任何一个人掉队)。2019年3月22日至28日是第三十二届“中国水周”,中国水周”活动的主题为“坚持节水优先,强化水资源管理”。《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》要求到2020年底,城市污水处理率达到95%。坚持人与自然和谐共生,必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,坚持节约资源和保护环境的基本国策。利用氧化还原反应进行污水处理是削弱水污染的首选手段之一。【素养解读】1.核心素养:科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的问题,能从问题和假设出发,依据其研究目的,设计探究方案。2.素养目标:通过课题的探究学习,掌握氧化还原反应相关知识,初步养成绿色应用意识,增强社会责任感。【素养探究】【探究一】污水成分的分析1.按照污水来源,污水可以分为工业废水、生活污水、商业污水和表面径流四类。某化学兴趣小组同学为鉴定某工厂排出的污水成分,他们查询该工厂的有关资料后,推测出河水中可能含有HCl、H2S、Na2SO4、NaOH、Na2CO3中的一种或几种物质。(1)请按照不同的分类标准,将污水中含有的几种物质进行详细的分类。提示:HCl、H2S属于酸,NaOH属于碱,Na2SO4、Na2CO3属于盐。(2)取一张pH试纸,放在玻璃片上,用玻璃棒蘸取污水样品,滴在pH试纸上,然后与标准比色卡比较,读数为pH=2,由此判断污水可能的组成成分,并说出你的理由。提示:pH=2,说明溶液显酸性,可能含有HCl、H2S中的一种,由于NaOH和Na2CO3溶液显碱性,且与酸反应,则不含NaOH和Na2CO3,可能含有Na2SO4。(3)如何设计实验证明污水中是否存在Na2SO4,写出你的思路,并与同学们进行交流。(可以采用物理方法也可以采用化学方法)提示:取少量污水置于试管中,加入盐酸酸化,再加入BaCl2溶液,若生成白色沉淀,则说明污水含有Na2SO4,反之不含。【探究二】含硫污水的处理试剂的选用2.生活污水和某些工业废水放置时间长了会产生异臭,水的异臭来源于硫化氢(H2S)等恶臭物质。(1)H2S是一种无色、剧毒、有特殊臭鸡蛋气味的气体,具有较强的还原性,为了除去含硫污水中的H2S,可以加入哪种试剂作氧化剂?请说明理由。已知氧化性:KMnO4溶液氯水。24SO提示:KMnO4溶液或氯水。根据氧化还原反应的强弱规律可知,KMnO4溶液或氯水可将H2S氧化为无毒的硫酸或硫酸盐。(2)H2O2可以用来处理H2S,H2O2浓度小时,产物是S,H2O2浓度大时,产物是,请写出反应的化学方程式。提示:浓度小时:H2S+H2O2====S↓+2H2O;浓度大时:H2S+4H2O2====H2SO4+4H2O。24SO(3)K2FeO4是一种极好的氧化剂,具有高效的消毒作用,为一种新型非氯高效消毒剂,已知氧化性K2FeO4H2O2,如果将K2FeO4和H2O2同时加入含硫污水中,会增强处理效果吗?提示:不会。H2O2既有氧化性又有还原性,由于氧化性K2FeO4H2O2,故K2FeO4和H2O2同时加入含硫污水中,两者发生氧化还原反应,处理效果下降。【探究三】迁移应用3.2016年奥运会期间,里约游泳馆池水中绿藻爆发一夜之间变为绿色,引发多方关注。事后调查发现,问题出在了消毒剂上,误将NaClO和H2O2同时加入水中导致两者相互反应,造成消毒效果降低。你能用化学方程式解释原因吗?提示:H2O2既有氧化性又有还原性,NaClO具有较强的氧化性,两者发生氧化还原反应:H2O2+NaClO====O2↑+NaCl+H2O,消毒效果下降。【素养评价】1.宏观辨识——水平1:能从物质的宏观特征入手对物质及其反应进行分类和表征。2.科学探究——水平2:能对简单化学问题的解决提出可能的假设,依据假设设计实验方案,能运用多种方式收集实验证据,基于实验事实得出结论,提出自己的看法。3.科学探究——水平3:具有较强的问题意识,能提出探究的问题和假设,依据假设提出实验方案,独立完成实验。4.科学态度与社会责任——水平3:具有理论联系实际的观念,有将化学成果应用于生产、生活的意识,能依据实际条件并运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题。