水分析化学课件(上).ppt

水分析化学,第一章绪论,知识点水分析化学的地位及作用水分析化学分析方法的分类水质指标与水质标准取水样、保存、预处理分析方法的评价体系标准溶液,[2]水分析化学分析方法的分类,水中污染物包括无机：金属离子Ca2+、Mg2++重金属离子：Pb2+、Fe3+、Mn2+、Cd2+、Hg2+等有机：酚、农药、洗涤剂等以上污染物都需要水分析方法去定量分析方法包括重量分析——称重的办法化学分析——借助化学反应仪器分析,用途：残渣分析,化学分析,酸碱滴定——质子传递(最基础的滴定分析)络合滴定——络合反应M+Y→MY用途：测定Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+另外，络合反应可用于掩蔽技术，消除非测定离子的干扰沉淀分析—沉淀反应Ag++Cl-→AgCl氧化还原滴定—氧化还原反应(特点：电子转移)用途：测COD等有机污染指标氧化还原反应也用于废水的化学处理,(如脱CN-，CN-+ClO2→N2),检验碱度、酸度,用途：测定水中Cl-,,仪器分析,吸收光谱法用途：分析有机分子、无机离子色谱法气相色谱用途：如氯仿测定液相色谱用途：如多环芳烃测定离子色谱用途：如阴离子测定原子吸收法用途：金属元素测定电化学分析法用途：pH值的测定,,[3]水质指标与水质标准,水质指标物理指标：不涉及化学反应，参数测定后水样不发生变化化学指标微生物学指标水质标准：按不同用水目的制定的污染物的量阈值。除余氯为下界，其他指标均为上界限值，不可超越,,物理指标,水温臭味(臭阈值)文字描述色度残渣（总残渣=可滤残渣+不可滤残渣），重量法测定,浊度电导率，电导率仪测定UVA254：反映水中有机物含量氧化还原电位(ORP):废水生物处理过程重要控制参数,色度表色(悬浮性物质、胶体核溶解性物质共同引起，定性描述)真色(胶体和溶解性物质引起，定量测量)色度的测定方法：标准比色法（目视比色法）a.用具塞比色管配制标准色阶（Pt—Co色阶，K2PtCl6+CoCl2，稳定性高，1mgPt/L定义为1度）b.未知水样置于同规格比色管中（如混浊先静置澄清），俯视与标准色阶对比,浊度：由悬浮物及胶体物质引起的水样的浑浊程度，是混凝工艺重要的控制指标。浊度的测定方法目视比浊法：用具塞比色管配制标准浊度阶，1mg漂白土/L定义为1度，水样俯视对比分光光度法：680nm分光光度计测定散射法，浊度仪（也以甲聚合物为标准浊度单位，测定结果单位NTU）,,,标准浊度单位,1.25mg硫酸肼/L和12.5mg六次甲基四胺/L形成甲聚合物为1度，测定结果单位FTU,,化学指标,pH值pH=-lg[H+]酸度和碱度：给出质子物质的总量(酸度)接受质子物质的总量(碱度)硬度：水中Ca2+、Mg2+离子的总量永久硬度：硫酸盐、氯化物等形成暂时硬度：碳酸盐和重碳酸盐形成，煮沸后分解形成沉淀总盐量（水中全部阴阳离子总量）,有机污染物综合指标(宏观地描述水中有机污染物，是总量指标，不针对哪类有机物)高锰酸盐指数(Pi)：化学需氧量(COD)：生物化学需氧量（BOD）：总有机碳（TOC）：总需氧量（TOD）：,,微生物学指标,保障供水安全的重要指标细菌总数大肠菌群游离性余氯：Cl2/HOCl/OCl-,,[4]取水样、保存、预处理,取水样保存预处理——水样的分离技术过滤蒸馏萃取L-L液萃取：分离水中的有机物浓缩富集,取水样,依试验目的选取取样点，取样量，容器和取样方法取样点：河流水系沿上下游和深度布设，处理设施在进出水口取样量：保证分析用量3倍以上，至少做2次平行样容器：玻璃或塑料瓶，容器清洁（化学指标）或无菌（微生物指标）取样方法,,保存,意义：采用一些措施终止或减缓各种反应速度措施冷藏控制pH值，加酸调pH>1，在水中完全解离，强酸Hac，Ka=1.810-5，Ka<10存在pH>8.32存在pH>4.5存在,,连续滴定法测定水中碱度即同一锥形瓶中，连续用酚酞和甲基橙作指示剂。测定步骤：先加酚酞，当酚酞由红色→无色，HCl的消耗量为P(ml)后加甲基橙，当甲基橙由橙黄→橙红，HCl的消耗量为M(ml)P和M的数值判断碱度的组成，并且计算相应的含量。,,概念：P相当的碱度叫酚酞碱度；直接在水样中加入甲基橙，用HCl滴定相应的碱度，叫甲基橙碱度，又叫总碱度。,,5种组合的判据：P>0M=0(酚酞红→无，甲基橙加入即呈橙红)P>MP=MP0P=0(酚酞加入即无色，甲基橙橙→红)=M,,,,,发生反应：酚酞变色，甲基橙变色，水中的总碱度：=P+M,,,,,[5]碱度计算,首先由P和M的数值判断碱度的组成确定碱度的表示方法以mg/L计，以mol/L或mmol/L计，以mgCaO/L或mgCaCO3/L计记住一些常用的摩尔质量17g/mol30g/mol61g/mol28g/mol50g/mol写出碱度计算的正确表达式,,,,,,例题与习题：例1：当P>0，M=0时OH-碱度(mol/L)=？OH-碱度(mmol/L)=？OH-碱度=?例2：已知某酸,求其共轭碱的PKb,,,,,例1：OH-碱度(mol/L)=OH-碱度(mmol/L)OH-碱度当P和M呈其它关系时，用f(P,M)代替上式中P即可。CHCL:HCl的量浓度mol/l例2：,,,,,,第三章络合滴定法,知识点：络合反应及特征氨羧络合剂EDTA络合物的特征EDTA的络合平衡,金属指示剂提高络合滴定的选择性络合滴定的方式,[1]络合反应及特征,前提：①中心离子(金属离子)，一定能提供空的轨道②配体：提供孤对电子的化合物配位键配位原子配位数,,,[2]氨羧络合剂特征：同时存在氨基和羧基最常见：EDTA乙二胺四乙酸(盐)，一般定义EDTA用Y表示EDTA呈现六元酸的特点，七种型体存在量的相对多少取决于溶液的pH值。常用乙二胺四乙酸二钠盐（Na2H2Y）来配制EDTA水溶液，因为H4Y的溶解度小于Na2H2Y,,[3]EDTA络合物的特征,络合比1：1，为什么EDTA与无色金属离子生成无色络合物，与有色金属离子形成络合物颜色会加深,因为EDTA可以同时提供6个配位原子，则中心离子提供6个空轨道空间因素：排列使原子与原子排斥最小，使配位原子从中心离子四面按最近形成笼状化合物，由5个五元环组成，将金属离子包夹在中间，形成螯合物EDTA络合滴定也称螯合滴定(分析),,[4]EDTA的络合平衡,稳定常数（1：1）（逆反应）稳定常数用途：判断一个络合物的稳定性EDTA的酸效应条件稳定常数,,,EDTA的酸效应,(副反应)定义：由于的存在，使络合剂参加主反应能力下降的现象叫EDTA的酸效应。大小：用酸效应系数表示，；反之pH降低，越大,,,,,,,≥1≥0,,,,,条件稳定常数,无副反应则有副反应>1则,,,,,,,,,,,条件稳定常数的用途,判断络合物的稳定性判断络合反应的完全程度，判定条件：当≥8由≤绘制酸效应曲线,,,,,,[5]金属指示剂,影响金属指示络合滴定曲线突跃范围剂的主要因素金属离子M的初始浓度金属指示剂(有机络合剂)金属指示剂的作用原理种类封闭现象：加入过量的EDTA也不能将MIn中的In置换出来的现象僵化现象：由于生成的显色络合物为胶体或沉淀，使终点延长或拖后的现象,,解决办法：加掩蔽剂,解决办法：加有机溶剂或加热慢滴，振摇,金属指示剂的作用原理,要求：稳定值比高2个数量级以上,,,加入EDTA后,,,,,种类,铬黑T，EBT(pH=10)，红→蓝钙指示剂,NN(pH≥12.5)，红→蓝PAN(pH=5-6)，红→黄二甲酚橙，XO(pH12.5，络合掩蔽的其它应用：测COD时用高汞离子掩蔽氯离子沉淀掩蔽的其它应用测高锰酸盐指数，掩蔽用，,,,,,,,,,,,[7]络合滴定的方式,直接滴定法要求：络合反应快，生成络合物稳定应用返络合滴定铝盐混凝剂中含量分析,()，络合滴定在水质工程学中的应用Ba2+测定，无合适指示剂,,,①标定EDTA(非基准物质)溶液EDTA与金属离子的计量关系(1:1)确定基本反应单元(Na2Y)由摩尔质量计算出所需质量，称重准确标定其浓度，用Zn粒（HCl溶解）或CaCO3标准溶液标定计算公式：,,②硬度测定暂时硬度、永久硬度的概念测总硬度：用碱性缓冲溶液调节pH=10，EBT指示剂EDTA滴定，终点红色→蓝色总硬度单测硬度需掩蔽，硬度计算得到用NaOH调pH>12.5，NN指示剂，EDTA滴定，硬度硬度,,,,,,,该金属离子与EDTA生成络合物的反应速度慢pH=3.5加热，避免Al在高pH时，发生水解冷却，调pH=5～6,加指示剂二甲酚橙，用Zn2+返滴定EDTA，终点黄变红计算：,,,,,第四章沉淀滴定法,知识点沉淀平衡影响沉淀平衡的因素分步沉淀莫尔法测定水中,[1]沉淀平衡,活度积常数，离子活度系数溶解积常数条件溶度积常数，α为考虑pH，络合剂等外界因素造成的副反应系数溶解度S：解离出的离子浓度，即平衡时每升溶液中有S（mol）化合物溶解,,,,,,例1：1:1型沉淀例2：,,,,,,,,[2]影响沉淀平衡的因素,同离子效应：沉淀溶解平衡时，向溶液中加入构晶离子，溶解度减小盐效应：加入易溶强电解质使沉淀溶解度增大酸效应：溶液pH对沉淀溶解度的影响。用酸效应系数α描述酸效应，α≥1。例：加酸络合效应：能与构晶离子形成络合物的络合剂使沉淀溶解度增大例：,例子,,,,例1：设Ksp=10-10，不加时，加=0.1mol/L，，S=10-9，沉淀溶解度大大减小例2：加0.1mol/L,,,,,,,,,工程上用此种方法转化硬水,,[3]分步沉淀,两种阴离子在水中，用去沉淀，假定形成沉淀所需小于所需,,实验现象：量少时为白色浑浊,实验现象：一点砖红色出现,,,,,此时定义：沉淀平衡时剩余离子浓度与初始浓度相比相差3个数量级以上，沉淀完全沉淀先出现，且沉淀完全，才出现分步沉淀：利用溶度积大小不同进行先后沉淀的作用,,,,,可用于水中离子的连续测定，如水中、但、、不可以分开,,,,[4]莫尔法测定水中,莫尔法：以做滴定剂，用做指示剂的银量法原理：分步沉淀测定步骤：注意计算：,,,,测定步骤取一定量水样加入少许，用滴定，滴定至砖红色出现，记下消耗的体积取同体积空白水样(不含)，加入少许做陪衬，加入少许，用滴定，滴定至砖红色记下消耗的体积用基准配置标准溶液，标定溶液的浓度,,,,注意不含的空白水样中加入少许做陪衬，使两者在终点时由白色沉淀→砖红色沉淀减小终点颜色差异，使终点的一致性强。pH值对测定的影响测定结果偏高可能达不到终点另：滴定时剧烈振摇,,,,,,,,,,存在时最佳PH值范围6.5～7.2较低时pH值6.5～10即可,,,,第五章氧化还原滴定法,知识点氧化还原反应的特点提高氧化还原速度的措施氧化还原反应在水处理工程中的应用氧化还原平衡氧化还原反应完全程度,氧化还原指示剂高锰酸盐指数化学需氧量(COD)甲醇的测定：重铬酸钾法碘量法溴酸钾法,