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1章电厂化学基础 1 锅炉 2 汽轮机 3 发电机 4 凝汽器 5 凝结水泵 6 凝结水精处理设备7 低压加热器 8 除氧器 9 给水泵 10 高压加热器 11 补给水处理设备12 冷却水泵图2 5 1凝汽式发电厂水汽循环系统主要流程 过热蒸汽 生水 补给水 凝结水 冷却水 冷却水水 排汽 1 10 8 11 11 2 4 12 7 5 9 2 3 给水 6 第1章电厂化学基础 1 1物质的组成1 2化学反应及反应方程式1 3酸 碱 盐 氧化物及配合物1 4反应速度与化学平衡1 5弱电解质的电离平衡1 6缓冲溶液1 7盐类的水解1 8沉淀的溶解平衡及溶度积1 9理想气体1 10液体1 11拉乌尔定律和亨利定律 1 1物质的组成 物质由分子组成 分子不带电 分子由原子组成 原子不带电 原子由原子核和电子组成 原子核由质子和中子组成 中子不带电 一个质子带有一个单位正电荷 一个电子带有一个单位负电荷 原子是电中性的 所以原子中质子的数目等于电子的数目 元素元素是具有相同质子数 核电荷数 的一类原子的总称 碳元素就是所有各种碳原子的总称 元素和原子的区别是 元素是一种总称 为不可数的名称 而原子则是可数的 同位素具有相同的质子数而原子量 中子数 不同的同种元素的几种原子 叫做该元素的同位素 例如 6C12 6C13 6C14这三种原子中 都是由碳元素组成的 它们的原子核中质子数相同 都为6 但中子数分别为6 7 8 象这样的几种原子就是C元素的三种同位素 1 元素及同位素 2 相对原子质量和相对分子质量 碳元素中一个6C12的原子质量 1 9927 10 23g 数值非常小 用起来很不方便 就好比用吨来表示一粒芝麻的质量一样 为了使用方便 国际上统一规定 将一个6C12原子质量的1 12为 统一原子质量单位 其它一个原子的质量是 统一原子质量单位 的多少倍就是该原子的相对原了质量 如1H1其一个原子的质量是 统一原子质量单位 的1 00797倍 所以它的相对原子质量为1 00797 通常所说的相对原子质量 实际上是某种元素所含有的各同位素的加权平均值 相对分子质量 一个分子中各原子的相对原子质量的总和叫做相对分子质量 过去叫分子量 由于相对原子质量没有单位 所以相对分子质量也无单位 3 分子式的意义 分子是能够独立存在并保持物质化学性质的最小微粒 分子式表示如下五种意义 表示物质的一个分子 表示物质由哪些元素组成 表示物质的一个分子中所包含各元素的原子数目 表示物质的分子里各元素的质量比 表示物质的相对分子质量 物质的量是表示构成物质的基本单元的数目量 用n表示 单位名称是摩尔 符号为mol 1mol物质究竟含有多少基本单元数呢 国际单位制中规定 1mol任何物质所含的基本单元数与0 012kg碳 12中所含的原子数目相等 即 6 023 1023个 mol 基本单元可以是原子 分子 离子 电子及其它微粒或者是这些微粒的特定组合体 摩尔质量 每摩尔物质的质量叫做该物质的摩尔质量 单位是g mol 用符号M表示 在数值上摩尔质量等于其相对基本单元的式量 例如 氧气 O2 的相对分子质量为32 O2的摩尔质量M O2 32g mol 而1 2O2的摩尔质量M 1 2O2 16g mol M 1 2Ca2 20g mol 水 1 2H2O 9 0g mol M 1 3Fe3 18 7g mol 4 物质的量及其单位 解 Na CO3的相对分子质量 2 23 12 3 16 106 M Na CO3 106g mol1 2Na CO3的相对分子质量 53 M 1 2Na CO3 53g moln Na CO3 53g 106g mol 0 5mol n 1 2Na CO3 53g 53g mol 1mol答 53g碳酸钠用Na CO3基本单元表示的物质的量为0 5mol 用1 2Na CO3基本单元表示的物质的量为1mol 5 溶液浓度的表示方法 质量分数wB mB m它表示单位质量的溶液中含有溶质B的质量 质量浓度 B mB V g L mg L g L 它表示单位体积的溶液中含有溶质的质量体积比浓度 VB VA 它表示溶质B与溶剂A按VB VA的体积关系配制而成 物质的量浓度Cb nB V mol L 单位体积溶液中含溶质B的物质的量称为物质的量浓度 解 标准溶液要求浓度准确 碳酸钠摩尔质量的有效数字应与浓度一样达到四位 即M 1 2Na CO3 22 99 2 12 00 16 00 3 2 52 99 g mol 由式cB nB V m MB V可得m cBMBV 0 1000mol L 52 99g mol 1L 5 299g答 需称取5 299g基准无水碳酸钠 例1 1 3 配制 1 3 的硫酸溶液500mL需浓硫酸和水各多少mL 解 该溶液中浓硫酸和水的体积共 份 其中浓硫酸占1 4 水占3 4 所以 需浓硫酸 500 1 4 125mL 需水 500mL 125mL 375mL 1 2化学反应及反应方程式 1化学基本定律定组成定律 即定比定律 任何化合物都有固定的组成 即每一个化合物的分子 其组成元素 重量都有一定的比例 质量守恒定律 即物质不灭定律 质量守恒定律表示发生化学反应时 反应物的总质量等于产物的总质量 即反应前后原子的种类和数目都不发生变化 等物质的量相等原则 各物质相互反应时 其质量比等于相对分子质量比 也就是物质相互作用时物质的量相等 2 化学反应方程式类型 在火力发电厂常用到的一些反应类型 置换反应 单质的原子代替化合物分子中另一原子的反应 如铁受盐酸的腐蚀 Fe HCI FeCI2 H2化合反应 两种或两种以上的物质互相化合生成一种化合物的反应 如 生石灰和水的反应 CaO H2O Ca OH 2分解反应 一种化合物分解成两种或两种以上的新物质的反应 如 Ca HCO3 2 CaCO3 CO2 H2O复分解反应 由两种化合物互相反应 彼此交换成分 生成几种新物质的反应 如 H2SO4 Na2CO3 Na2SO4 H2O CO2氧化还原反应 在反应过程中 元素的化合价发生变化的反应 如 Fe O2 FeO Na2SO3 O2 2Na2SO4离子反应方程式 有离子参加的反应称之 在水溶液中进行的 H CO32 H2O CO 3 根据化学反应方程式进行计算 例1 锅炉在化学清洗前需先做垢样分析 称取垢样10 0g放到称重为20 4g的烧杯中 加入8 的盐酸150 0g 反应中有大量气泡 说明垢样中含有碳酸钙水垢 待垢样充分溶解 气泡消失后 称得总质量为177 4g 求该垢样中所含碳酸钙的质量及理论上为使碳酸钙全部分解所消耗盐酸的质量 解 CaCO3 2HCI CaCI2 H2O CO2根据等物质量的规则 n CaCO3 n CO2 mCO2 150 0 20 4 10 0 177 4 180 4 177 4 g 3gn CO2 3 44 n CaCO3 x 100 x 6 8gn 1 2CO2 n HCI 3 22 x 36 5x 4 98g 5 0g答 垢样中含碳酸钙水垢为6 8克 理论上消耗纯盐酸为5 0克 1 3酸 碱 盐 氧化物及配合物 酸 凡是在水溶液中电离出来的阳离子全部是H 的化合物称为酸 碱 凡是在水溶液中电离出来的阴离子全部是OH 的化合物称为碱 盐 凡是在水溶液中电离时生成金属离子酸根的化合物称为盐 氧化物 由氧和另一种元素组成的化合物称为氧化物 碱性氧化物 凡能与酸起反应生成盐和水的氧化物称为碱性氧化物 酸性氧化物 凡能与碱起反应生成盐和水的氧化物称为酸性氧化物 两性氧化物 既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物 配位化合物 由一个简单的阳离子与一定数目的中性分子或阴离子以配位健结合而成的离子称为配位离子 或配离子 含有配离子的化合物叫配位化合物 简称配合物 简单的阳离子称为中心离子 一定数目的中性分子或阴离子称为配位体 配位键 由一个原子单独提供一对电子而与另一原子共用所形成的化学键称为配位键 配位化合物由内界和外界两部分组成 内界就是配离子 常用方括号括起来 与配离子化合的 即方括号以外的为外界 例如 在硫酸四氨合铜 Cu NH3 4 SO4中 Cu NH3 4 2 是配离子 为内界 其中Cu2 为中心离子 与中心离子以配位键结合的配位体的数目称配位数 NH3是配位体 中心离子的配位数为4 SO42 为外界 KAl SO4 2 12H2O 不是配合物 因它在水中全部电离成简单离子 1 4反应速度与化学平衡 1 质量作用定律 反应速度与反应物浓度的幂次方乘积成正比 方次为对应物质的计量系数 这就是质量定律 k A a B b2 可逆反应 aA bB cC dD 正 k正 A a B b 逆 k逆 C c D d 正 逆K k正 k逆 C c D d A a B b3 平衡常数 K C c D d A a B b 平衡常数表达式 反应物的浓度 Ba2 SO42 BaSO4 增加Ba2 的浓度可以使SO42 沉淀完全压力 2NO2 N2O4棕红色无色增加压力颜色变浅 减小压力颜色变深温度 此反应为放热反应升高温度颜色变深 降低温度颜色变浅 4 影响化学平衡移动的因素 1 氨水的电离平衡 25 NH3 H2O NH4 OH Kb NH4 OH NH3 H2O 1 8 10 5 OH Kb NH3 H2O NH4 两边取负对数 lg OH lgKb lg NH3 H2O NH4 pOH pKb lg NH4 NH3 H2O 2 醋酸的电离平衡 25 HAc H Ac Ka H Ac HAc 1 8 10 5pH pKa lg Ac HAc 3 碳酸的电离平衡 25 第一级电离H2CO3 H HCO3 K1 4 45 10 7第二级电离HCO3 H CO32 K2 4 68 10 11pH pKa lg HCO3 H2CO3 1 5弱电解质的电离平衡 5 水的离子积常数及pH值 水是一种极弱的电解质 H2O H OH 其电离平衡常数为 K H OH H2O 由于水的电离度极小 H2O 可视为不变的定值 在一定温下K H2O 可视为常数 该常数称为水的离子积常数 常用KW表示 KW H OH 1 0 10 14实验测得在中性溶液中 H OH 1 0 10 7 mol L 将式 1 两边取负对数 lgKW lg H lg OH lg1 0 10 14并定义 pKW lgKW pH lg H pOH lg OH pKW pH pOH 14 配合物的内界和外界以离子键相结合 在水中全部电离 硫酸四氨合铜 Cu NH3 4 SO4 Cu NH3 4 2 SO42 配离子是弱电解质 在水中存在电离平衡 Cu NH3 4 2 Cu2 4NH3K不稳 Cu2 NH3 4 Cu NH3 4 2 K稳 1 K不稳 Cu NH3 4 2 Cu2 NH3 4 K稳值越大 说明配离子稳定性越高 1 5 配合物在水溶液中的电离 1 6缓冲溶液 1 同离子效应弱电解质在溶液中存在着电离平衡 如果在此溶液中加入一种含有与此弱电解质相同离子的强电解质 则此弱电解质原来的电离平衡就会被破坏 电离度也会因电离平衡的移动而发生变化 例如 氨水是弱碱 其电离平衡为 NH3 H2O NH4 OH 氯化铵是强电解质 在溶液中全部电离生成NH4 和OH 如果把氯化铵加入到氨水中 则氨水的电离平衡会由于NH4 浓度的增加而朝着生成NH3 H2O方向移动 结果是氨水的电离度降低 从而使溶液中的OH 浓度降低 像这种在弱电解质溶液中 由于加入了相同离子的强电解质 从而使电离平衡发生移动的现象 称为同离子效应 2 缓冲溶液 在氨水中加入一定量的氯化铵后 由于同离子效应 不仅使氨水的电离度降低 更重要的是能使溶液中的pH值 在一定范围内不受加入少量酸 碱和溶液稀释的影响而保持相对稳定 像这种在一定程度上能抵御少量外来酸 碱或稀释的影响 使溶液的pH值不发生改变的作用 称为缓冲作用 具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液 缓冲溶液的种类很多 如醋酸与醋酸钠 HAc NaAc 混合溶液 其pH值通常小于7 如氨水与氯化铵 NH3 NH4CI 混合溶液其pH值通常大于7如磷酸二氢钠与磷酸氢二钠 NaH2PO4 Na2HPO4 混合液 3 缓冲溶液pH值的计算 NH4CI NH4 CI NH3 H2O NH4 OH 盐 平衡时 弱碱 盐 OH K弱碱 盐 OH 弱碱 pK弱碱 pOH lg 盐 弱碱 pH 14 pK弱碱 lg 弱碱 盐 弱碱及其盐组成的缓冲溶液的pH值的一般计算公式为 pH 14 pK弱碱 lg 弱碱 盐 同理 弱酸及其盐组成的缓冲溶液的pH值的一般计算公式为 pH pK弱酸 lg 弱酸 盐 将20g氯化铵加适量除盐水溶解 再加150mL浓度为13 5mol L的浓氨水 密度为0 88g mL 含NH326 然后稀释至1L 求此缓冲溶液的pH值 解 NH4CI的摩尔质量为53 3g mol NH4 NH4CI 20g 53 5g mol 1L 0 4mol L NH3 13 5mol 1000mL 150mL 1L 2 0mol LpKNH3 4 75将上述数据代入式pH 14 pKNH3 lg NH3 NH4 14 4 75 lg 2 0 0 4 9 95 NH3 NH4CI缓冲溶液pH值的计算 如醋酸钠 CH3COONa 水解 在水中它全部电离 电离出的CH3COO 与水电离出的H 反应生成难电离的CH3COOH分子 溶液中有过剩的OH 因此溶液呈碱性 总的离子方程式为 H2O CH3COO CH3COOH OH 弱碱强酸生成的盐 如氯化铵 NH4CI 水解 NH4CI在水中全部电离 电离出的NH4 与水电离出的OH 反应生成难电离的NH3 H2O分子 溶液中有过剩的H 因此溶液呈酸性 总的离子方程式为 NH4 H2O NH3 H2O H 弱酸弱碱生成的盐水解 溶液的酸碱性由组成盐的弱酸和弱碱的相对强弱来决定 若弱酸的电离常数大于弱碱的电离常数 则溶液呈酸性 反之 呈碱性 若弱酸与弱碱的电离平衡常数较接近 就呈中性 如CH3COONH4水解 溶液呈中性 弱酸强碱生成的盐水解 1 7盐类的水解 已知H3PO4在水溶液中的分级电离及25 时的电离常数为 第一级电离 H3PO4 H H2PO4 k1 7 5 10 3第二级电离 H2PO4 H HPO42 k2 6 2 10 8第三级电离 HPO42 H PO43 k3 4 4 10 13解 1 求Na3PO4的水解平衡常数 kh Na3PO4的水解方程式为 PO43 H2O HPO4 OH kh HPO4 OH PO43 H2O 在稀溶液中 H2O OH KW H 代入上式 得kh HPO4 KW H PO43 即kh KW H PO43 HPO4 式中分母为H3PO4的第三级电离常数 所以kh KW k3kh 10 14 4 4 10 13 2 3 10 2 2 求pH值 kh HPO4 OH PO43 2 3 10 2 HPO4 OH PO43 OH PO43 OH kh PO43 0 01 2 3 10 2 2 3 10 4 mol L OH 1 5 10 2 H 10 14 1 5 10 2 6 6 10 13 pH 12 1 8 沉淀与溶解平衡 溶解度 在一定温度下每100克水中溶解溶质的最大克数 称为该温度下此溶质在水中的溶解度 溶度积 难溶物质 如AgCI 在水中溶解达平衡时 各离子浓度的乘积等于其平衡常数 这个平衡常数称为溶度积常数 简称溶度积 用KSP表示 即KSP AgCI Ag CI 溶解度规则 当溶液中 Ag2 CI KSP时 为过饱和溶液 应有沉淀析出 直至离子浓度之积达KSP 例1 8 1 测得某水样中含有 Ca2 80 0mg L Mg2 28 8mg L SO42 105 6mg L CO32 0 8mmol L OH 2 8mmol L 25 时相关物质的溶度积常数为 KSP AgCI 1 8 10 10 KSP CaSO4 6 1 10 5 KSP CaCO3 4 8 10 9 KSP Ca OH 2 Ca2 OH 2 3 1 10 5 KSP Mg OH 2 Mg2 OH 2 5 0 10 12 问此温度下是否有沉淀析出 解 先把各离子浓度换算为以mol L表示 Ca2 80 40 10 3 2 0 10 3 mol L Mg2 28 8 24 10 3 1 2 10 3 mol L SO42 105 6 96 10 3 1 1 10 3 mol L CO32 0 8mmol L 0 8 10 3 mol L OH 2 8mmol L 2 8 10 3 mol L 各物质的离子积为 Ca2 CO32 2 0 10 3 0 8 10 3 1 6 10 6 KSP CaCO3 有沉淀析出 Ca2 CO42 2 0 10 3 1 1 10 3 2 2 10 6KSP CaCO3 有沉淀析出 答 溶液中会有碳酸钙和氢氧化镁沉淀析出 1 9理想气体 理想气体 分子之间的作用力可以忽略不计 分子本身的体积为零的气体 pV nRT道尔顿分压定律 混合气体的总压力等于其中各组分气体的分压力之和 该经验定律称为道尔顿分压定律 其数学表达式为 p p1 p2 p3 pi pipi p ni n yiyi表示组分i的浓度用量分数表示 T 273 15 20 293 15KP 1 013 107Pa代入式n pV RT 1 013 107Pa 0 03m3 8 314J mol 1 K 1 293 15K 124 69mol氮气的摩尔质量为28g mol 1 rn n M 124 69mol 28g mol 1 3 49 103g 答 钢瓶内氮气的物质的量为124 69mol 质量为3 49 103g 例1 9 1 某氮气钢瓶的容积为30 00L 当温度为20 时 测得瓶内的压力为1 013 107Pa 试计算钢瓶内的氮气的物质的量和质量 1 10液体的性质 饱和蒸气压一定温度下 在一个密闭容器中 当液体的蒸发速度与冷凝速度相等时 液体与其蒸气之间达到动态平衡 此时的蒸气称为饱和蒸气 该饱和蒸气具有的压力称为饱和蒸气压 简称为蒸气压 温度升高蒸汽压增大 沸点 当液体的蒸气压等于外压时的温度称为液体的沸点 外压升高 沸点升高 溶点 在一定的外压下 纯物质的固态与其液态成平衡时的温度称为固态物质的熔点或称该液态物质的凝固点 1 11 拉乌尔定律和亨利定律 拉乌尔定律 在一定温度下 当稀溶液与其蒸气达平衡时 溶剂A的蒸气压pA等于同温度下纯溶剂的蒸气压p A乘以其在液相中的物质的量分数xA 这就是拉乌尔定律 其数学表达式为 pA p A xA亨利定律 一定温度下 稀溶液中挥发性溶质在平衡气相中的分压pA与溶质在溶液中的浓度成正比 pB k xB式中k称为亨利常数 其单位为 压力 浓度 1 其物理意义是 单位浓度时的溶质的分压 分配定律 实验证明 在一定的温度 压力下 当某组分在共存的两种不互溶的物质相间分配达平衡时 若该组分在所形成的两相中的浓度不大 则该组分在两相中的浓度之比为一常数 这就是分配定律 KB c c 1 12 稀溶液的依数性质 稀溶液中溶剂的蒸气压下降 pA pA p A p A xB稀溶液的凝固点降低 条件 析出固态纯溶剂 Tf KfbB稀溶液的沸点升高 条件 溶质不挥发 Tb KbbB稀溶液的渗透压 cBRT 稀溶液的渗透压在一定温度下用一个只能使溶剂透过而不能使溶质透过的半透膜把纯溶剂与溶液隔开 那么 溶剂就会通过半透膜渗透到溶液中使溶液的液面上升 直到溶液液面升到一定高度达到平衡状态 渗透才停止 如图1 11 3 a 所示 此时溶液的液面比纯溶剂的液面高出h 这种对于溶剂的膜平衡叫做渗透平衡 渗透平衡时 溶剂液面和同一水平的溶液截面上所受的压力差值等于 gh 这就是稀溶液的渗透压 表示平衡时溶液的密度 g是重力加速度 h是溶液与纯溶剂液面高度差 任何溶液都有渗透压 如果没有半透膜把溶剂和溶液隔开 渗透压无法体现 测定渗透压的一种方法 是在溶液一侧施加一额外压力 发生反渗透 使纯溶剂和稀溶液的液面一样高 此额外的压力即为渗透压 如图1 11 3 b 所示 例1 11 1 测得30 是时蔗糖水溶液的渗透压为252 0kPa 试求 1 溶液中蔗糖的质量摩尔浓度bB bB nB mA即1kg溶剂中含溶质的物质的量 2 沸点升高值 Tb 3 凝固点降低值 Tf 解 1 由式 cRT故cB RT 252 0 103 8 314 303 15 mol m 3 100mol m 3在稀溶液中由于溶质的量很小 因此 溶液的体积近似看成是纯溶剂水的体积 且水的密度近似为1kg L这样cB bB 于是bB 100 1000 mol kg 1 0 1mol kg 1 2 由表2 3 2查得Kb 0 52K mol 1 kg Tb KbbB 0 52 0 1K 0 052K 3 由表2 3 1查得Kf 1 86K mol 1 kg Tf KfbB 1 86 0 1K 0 186K 第2章电厂用水 2 1水的性质2 2水中的杂质2 3水质指标2 4水质指标间的相互关系及计算2 5水在火力发电厂的重要作用2 6火力发电锅炉的水汽质量标准及说明 单分子水由原子量计算得分子量为18 但实验测得气态水的分子量为18 64 液态水的分子量还大 这就说明有聚合态水存在 通常把这种由简单分子结合成复杂分子的集合体 而不改变单个分子的化学性质的作用 称为分子的缔合 n H2O H2O n n 1 2 3 2 1水的性质 1 水的组成及结构 1 1冰的结构示意图 2 水的物理性质 水的蒸气压 100 时为101 325kPa 温度升高水的蒸气压升高 PV nRT水的密度 4 1 0 103kg m3 其它温度下水的密度均小于此值 水的比热 14 5 至15 5 时为4 18kJ kg K 高于此温度水的比热变小 低于此温度变大水的介电常数81 25 温度升高水的介电常数减小水的的表面张力 20 时为72 8 10 3N m2 温度升高水的表面张力减小 3 高温 300 以上 炉水的性质 高温炉水温度升高至接近临界点时 蒸气压直线上升水的密度直线下降水蒸汽的密度直线上升水的比热直线下降水蒸汽的比热直线上升水的介电常数直线下降水蒸汽的介电常数直线上升水的表面张力直线下降至零 水的临界点 374 15 22 1MPa 4 超临界水的性质 水的超临界状态 当水的温度和压力分别高于临界温度和临界压力时的状态 在超临界状态下水表现出与常温下不同的理化性质 表2 1 1普通水与超临界水性质的比较 2 2水中的杂质 悬浮物 悬浮物是构成水中混浊度的主要因素 一般粒径在100nm以上胶体物质 是由许多分子或离子组成的集合体 其颗粒直径一般为1nm 100nm之间 溶解物质 天然水中溶解物质大都以离子或溶解气体的形式存在 溶解离子 Na K Ca2 Mg2 HCO3 CI SO42 等 溶解气体 主要有O2 CO2等 根据电厂用水所含杂质不同将水分为 原水 原水就是锅炉的水源水 通常包括地表水和地下水 给水 直接进入锅炉供锅炉蒸发或加热的水称为锅炉给水 补给水 生水经过各种水处理工艺处理后补充锅炉汽水损失的水称为补给水 生产回水或凝结水 蒸汽的热能被利用后 所回收的冷凝水通常称为生产回水或凝结水 炉水 锅炉体内加热或蒸发系统中流动着的水称为炉水或称锅水 排污水 由于炉水经相当长时间循环运行 水中的微量杂质被浓缩 为保证炉水的质量 必须排污 这就是排污水 冷却水 用作冷却介质的水称为冷却水 2 3水质指标与水质技术指标 锅炉用水中水质指标的表达方式通常有两种 一种是表示水中所含有的离子或分子来表示 如钠离子 氯离子 磷酸根离子 溶解氧等等 一般称为水质指标 另一种则并不代表某种单纯的物质 而是表示某些化合物的组合 或表征某种特性 如硬度 碱度 溶解固形物 电导率等 这种指标是由于技术上的需要而拟定的 故称为技术指标 在实际中有时不加区分 2 水质技术指标 1 悬浮物和浊度 悬浮物是指经过滤后分离出来的不溶于水的固体混合物 可以通过重量法测定 由于方法很麻烦 在实际中常采用测浊度的方法来衡量悬浮物和胶体物质的含量 浊度的单位通常用 福马肼 FTU 表示 浊度的测定 通过比较被测水样透过光和标准参比悬浊液透过光的强度而得到 标准参比悬浊液 称为福马肼 是硫酸联胺溶液和六次甲基四胺组成 硫酸联胺溶液 1 000g硫酸联胺加少量无浊水温热使之溶解冷却到室温后移入100mL容量瓶中 用无浊水稀释至刻度 六次甲基四胺溶液 10 00g六次甲基四胺加少量无浊水溶解移入100mL容量瓶中用无浊水稀释至刻度 福马肼浊度贮备液 用移液管分别吸取5mL硫酸联胺溶液和六次甲基四胺溶液于100mL容量瓶中充分摇匀室温下保24h后用无浊水稀释至刻度 此溶液的浊度为400FTU 福马肼浊度标准液 100FTU 取贮备液25mL于100mL容量瓶中 用无浊水稀释至刻度 用此法可获得一系列不同浊度的标准溶液 测出标准溶液的浊度绘制浊度与吸光度的关系曲线 浊度的单位 FTU单位表示的浊度所用仪器是普通的分光光度计的原理 所用的标准浊度溶液是福马肼溶液 NTU是用透射仪测定的浊度单位 所用的标准浊度溶液也是福马肼溶液 JTU是用硅藻土作标准浊度溶液的 所用仪器同FTU 这三种浊度单位表示的浊度对于同一种有浊度的溶液来说差别不大 3 硬度及其单位 硬度 水中所有高价金属离子的总和都称硬度 YD 常用的硬度的定义式为 YD 1 2Ca2 1 2Mg2 硬度的单位 通常以碳酸钙或氧化钙或德国度表示 量浓度 mol L C 1 2CaCO3 C 1 2CaO C 1 2Ca2 mol L 德国度 oG 1oG 10mg LCaO 由于1 2CaO的摩尔质量为28g mol1oG 10mg L 28g mol 1 2 8 mmol L 1mmol L 1 2CaO 2 8oG ppm mg L 1mg LCaCO3称为1ppm硬度 由于1 2CaCO3的摩尔质量为50g L 1mmol L的 1 2CaCO3 硬度就相当于50mg L即50ppm硬度 例2 1某水分析结果为 Ca2 的浓度为60 0mg L Mg2 的浓度为24 3mg L 试用各种方法表示总硬度 解 1 2Ca2 和1 2Mg2 的摩尔质量分别为20g mol和12 15g mol YD 60 20 24 3 12 15 mmol L 5 0mmol LYD 5 0mmol L 2 8oG mmol L 14oGYD 5 0mmol L 50ppm mmol L 250ppm 4 碱度和酸度碱度表示水中能接受氢离子的一类物质的量 在水中碱度主要是OH 1 2CO32 HCO3 天然水中的碱度主要是HCO3 酸度表示水中能接受氢氧根离子的一类物质的量 在水中酸度主要有各种酸类及强酸弱碱盐 天然水中的酸度主要是H2CO3 阳床出水的酸度主要是强酸HCI H2SO4 及碳酸H2CO3 碱度和酸度可用酸碱滴定法测定 5 有机物与化学耗氧量 表示水中有机物及还原性物质含量的一项指标 COD的测定就是利用有机物可氧化这一特性 在一定的条件下 用一定的强氧化剂与水中各种有机物及亚硝酸盐 亚铁盐 硫化物等作用 然后将所消耗的氧化剂的量 计算折合成氧的质量浓度 称为化学耗氧量 单位以mg L来表示 一般说COD越高 水中有机物污染越严重 不同测定方法测得的结果会有所不同 因此表示有机物含量时应注明测定方法 一般情况下 有机物含量较低时采用高锰酸钾法 而有机物含量高时采用重铬酸钾法 同一水样 用重铬酸法测定比用高锰酸钾测定结果要高一些 1 碱度与硬度 2 4水质指标间的关系 硬度大于碱度 这种水称为非碱性水 钙 镁离子将首先与HCO3 形成碳酸盐硬度 YDT 剩余硬度离子即钙镁离子与SO42 CI 等其它阴离子形成非碳酸盐硬度 YDF 硬度等于碱度 在这种水中 钙 镁离子全部与HCO3 形成碳酸盐硬度 既没有非碳酸盐硬度也没有剩余碱度 硬度小于碱度 在这种碱性水中 硬度将全部形成碳酸盐硬度 剩余的碱度则与Na K 形成钠碱度 JDNa 称为负硬度 此时无非碳酸盐硬度 例2 4 1 某井水的水质分析结果总硬度为YD 2 6mmol L 总碱度为JD 1 2mmol L 而某河水的分析结果总硬度为YD 3 8mmol L 总碱度为JD 4 1mmol L 问此河水与井水中碳酸盐硬度 非碳酸盐硬度和负硬度分别为多少 解 井水中硬度大于碱度 所以 碳酸盐硬度 YDT 碱度 1 2mmol L非碳酸盐硬度 YDF YD JD 2 6mmol L 1 2mmol L 1 4mmol L负硬度为0mmol L 此时的水通常称为非碱性水 河水中硬度小于碱度碳酸盐硬度 YDT 硬度 3 8mmol L非碳酸盐硬度 YDF 0mmol L负硬度 JDNa JD YD 4 1 3 8 mmol L 0 30mmol L此时的水通常称为碱性水 2 碱度与碱度离子 碱度 JD 碱度是表示水中能接受氢离子的一类物质的量 根据酸碱滴定法测定水中的碱度 这时所用的标准溶液是HCI或H2SO4溶液 酸与各种碱度离子的三个反应是 OH H H2OCO32 H HCO3 HCO3 H H2O CO2根据所加指示剂不同 碱度又可分为甲基橙碱度 JD甲 和酚酞碱度 JD酚 加酚酞指示剂时只能完成上述两个反应 加甲基橙指示剂时三个反应全部完成 称 JD甲 为全碱度 在实际的滴定分析中往往是先加酚酞指示剂 滴至终点pH约为8 2 再加甲基橙指示剂继续滴至终点pH值为4 2 此时的总碱度应为 JD全 JD 酚 JD 甲 3 离子碱度可能存在的5种不同情况 假设滴定中消耗的酸量分别用a 酚 b 甲 单位 mL 1 a b碱度离子为CO3 和OH 没有HCO3 2 a0碱度离子只有HCO3 没有CO32 OH 5 b 0 a 0碱度离子只有OH 锅炉用水中碱度主要由OH CO32 HCO3 及其它少量的弱酸盐类组成 碱度的计量单位为mmol L 其基本单元为 OH 1 2CO32 HCO3 炉水中基本上不存在HCO3 因为在高温高压下HCO3 CO32 H2O CO2 CO32 H2O 2OH CO2 当氢氧根和碳酸氢根共存时 相互作用发生以下反应 HCO3 OH CO32 H2O所以炉水中的碱度主要是CO32 OH 生水中的碱度主要是HCO3 例2 4 2 某锅炉炉水的水质分析结果如下 酚酞碱度 11 8mmol L 总碱度 15 3mmol L 溶解固形物 3200mg L 求该炉水中 碱度中的碳酸氢根 氢氧根 碳酸根的含量 并以质量浓度表示 解 JD甲 JD总 JD酚 15 3 11 8 mmol L 3 50mmol LJD甲 JD酚 HCO3 0mg LOH JD酚 JD甲 11 8 3 50 17mg mmoL 141mg LCO32 2JD甲 2 3 5 30mg mmoL 210mg LHCO3 OH CO32 H2O所以炉水中的碱度主要是CO32 OH pH值是表征溶液酸碱性的指标 pH值越大 OH 浓度越高 而碱度中 除了OH 含量外 还包含了CO32 和HCO3 含量 所以 它们之间既有区别又有联系 其联系是 在一般情况下 pH值会随着碱度的提高而增大 但这还取决于OH 碱度占总碱度的比例 区别是 pH值大小只取决于OH 与H 的相对含量 而碱度大小则反映了组成碱度的各离子的总含量 因此 对于pH值合格的锅炉用水 有时碱度不一定合格 反之 碱度合格的水 pH值也不一定合格 4 碱度与pH值 例2 4 3 分别计算0 1mol LNaOH 0 1mol LNH3 H2O 0 1mol LNaHCO3三种碱度相同的溶液的pH值 解 0 1mol LNaOH溶液的pH值 由于强电解质全部电离 所以 H 10 14 0 1 10 13mol LpH log H log10 13 13 0 1mol LNH3 H2O溶液的pH值 由于弱电解质部分电离 25 时 电离平衡常数为K 1 75 10 5 NH3 H2O NH4 OH K OH NH4 NH3 H2O 1 75 10 5因平衡时 OH NH4 NH3 H2O 0 1 OH 0 1mol L所以 OH 0 1 1 75 10 5 1 2 1 32 10 3 H 10 14 1 32 10 3 7 55 10 12 pH 11 0 1mol LNaHCO3溶液的pH值 由于弱酸强碱盐水解呈碱性 25 时 碳酸的一级电离平衡常数为K1 4 45 10 7 KW 1 0 10 14 碳酸氢钠的水解方程式为 H2O HCO3 H2CO3 OH 碳酸氢钠的水解常数表达式为 Kh H2CO3 OH HCO3 H2O H2O 1 OH KW H 代入上式得 Kh HCO3 KW H CO32 即Kh KW H HCO3 H2CO3 式中分母就是碳酸一级电离平衡常数表达式即K1 Kh KW K1 1 0 10 14 4 45 10 7 2 2 10 8因为 H2CO3 OH HCO3 0 1 OH 0 1 Kh H2CO3 OH HCO3 H2O 2 2 10 8 OH 2 2 10 8 HCO3 1 2 2 2 10 8 0 1 1 2 4 69 10 5 H 2 1 10 10 pH 9 6答 它们的pH值分别为13 11 9 6 例2 2某电厂原水检验结果如下 Ca2 46mg L Mg2 8 5mg L Na 46mg L HCO3 128 1mg L SO42 72mg L CI 49 7mg L 试计算下列各项 1 审核阴 阳离子含量是否相等 2 总硬度 碳酸盐硬度 非碳酸盐硬度和负硬度各是多少 3 水中可能存在的化合物有哪些 解 1 各阳离子物质的量 n 1 2Ca2 46mg L 20g mol 2 3mmol Ln 1 2Mg2 8 5 12mg L 0 7mmol Ln Na 46mg L 23 2mmol L 阳 2 3 0 7 2 5 0mmol Ln HCO3 128 1 61mg L 2 1mmol Ln 1 2SO42 72mg48 L 1 5mmol Ln CI 49 7mg35 5 L 1 4mmol L 阳 2 1 1 5 1 4 5 0mmol L 总硬度YD总 Ca2 Mg2 2 3 0 7 3mmol L碳酸盐硬度YDT 2 1mmol L非碳酸盐硬度YDT JD总 YDFT HCO3 3 2 1 mmol L 0 9mmol L负硬度为0 是非碱性水 水中可能的化合物有CaHCO3 2 1mol L 乘余的钙离子与SO42 结合形成CaSO4其含量为2 3 2 1 0 2 mol L 乘余的SO42 与镁离子结合形成MgSO4其含量为 1 2Mg2 0 7 mol L 乘余的SO42 与钠离子结合形成Na2SO4其含量等于 Na 1 6 0 2 0 7 0 6 mol L 乘余的Na 与氯离子结合形成NaCI其含量等于2 0 6 1 4 mol L 5 氯化物与溶解固形物的关系 天然水和锅炉用水中的氯化物一般较稳定 因此在一定的水质条件下 水中的溶解固形物含量与CI 的含量的比值接近常数 k 且CI 的测定较方便 所以汽包炉现场水质监测中通常采用测定CI 的含量的方法来间接控制溶解固形物 即 k 溶解固形物 CI 式中的溶解固形物与氯离子的比值k简称为固氯比 如果定期测定固氯比 那么知道了k 只要测定CI 的含量即可求出溶解固形物的含量 这样就可指导锅炉排污 注意 只有在水质相对较稳定的条件下 即k近似为常数时才可以应用上述方法 直流炉不存在排污问题 天然水的分类方法很多 按总硬度 1 2Ca2 1 2Mg2 的大小 可分为极软水 硬度在1 0mmol L以下 软水 硬度在1 0 3 0mmol L 中等硬度水 硬度在3 0 6 0mmol L 硬水 硬度在6 0 9 0mmol L 极硬水 硬度在9 0mmol L以上 按含盐量的高低 可分为低含盐量水 含盐量在200mg L以下 中等含盐量水 含盐量在200mg L 500mg L 较高含盐量水 含盐量在500mg L 1000mg L 高含盐量水 含盐量在1000mg L以上 按硬度和碱度的关系 可分为碱性水 碱度大于硬度 和非碱性水 碱度小于硬度 两类 非碱性水又可分为钙硬水 1 2Ca2 碱度 和镁硬水 1 2Ca2 碱度 6 天然水的分类 水中的阴阳离子间的组合关系可以帮助我们了解水质的的特点 以便选择合适的水处理方法 水中阴 阳离子是独立存在的 但往往假定它们组合成一些化合物 称为假想化合物 阳离子组合的先后顺序为 Mn2 Fe3 Al3 Ca2 Mg2 NH4 Na K 阴离子组合的先后顺序为 PO43 HCO3 CO32 OH F SO42 NO3 CI 假设天然水中阳离子有Ca2 Mg2 Na K 阴离子有HCO3 SO42 CI 对于碱性水来说可组成与表2 4 2的假想化合物 表中单元格的宽度表示浓度的大小 7 天然水中假想化合物的组成 碱度 HCO3 大于硬度的碱性水 碱度 HCO3 小于 1 2Ca2 硬度的非碱性水 碱度 HCO3 大于 1 2Ca2 硬度的非碱性水 图2 5 2汽包锅炉中的水汽系统 图2 5 3直流锅炉中的水汽系统 1 蒸汽 1 为了防止蒸汽通流部分 特别是汽轮机内积盐 必须对锅炉蒸汽汽质进行监督 饱和蒸汽和过热蒸汽应同时监督的原因是 便于检查蒸汽汽质劣化的原因 例如 饱和蒸汽汽质较好 而过热蒸汽汽质不良 表明蒸汽在减温器内被污染 可以判断饱和蒸汽中的盐类在过热器内的沉积量 2 由于钠盐和硅酸往往是蒸汽携带的主要杂质 所以对钠和硅含量的监测是监督蒸汽品质的主要指标 3 电导率的测定 操作简便 灵敏度高 因此高压以上的锅炉为了及时掌握蒸汽中的含盐量 常将蒸汽经冷凝后通过氢离子交换柱 连续测定其电导率的大小 从而反映出蒸汽含盐量的状况 采用氢离子交换后的电导率而不采用总电导率 是为了避免蒸汽中氨的干扰 对凝结水电导率测定也是如此 2 给水为了防止锅炉及给水系统的腐蚀 结垢 并且在锅炉正常排污的情况下 能保证锅水水质量合格 必须对给水水质进行监督 标准中各项指标的监测意义如下 水 汽质量标准的控制指标说明 1 硬度 为防止锅炉及给水系统的结垢 避免锅水中产生过多的水渣 须严格控制给水硬度 2 油 由于给水中若含有油质 将有可能造成炉管内和过热器内生成导热系数极少的附着物 危及锅炉安全运行 同时油质还易使锅水形成泡沫 劣化蒸汽品质 因此 须对给水中油质进行监督 3 溶解氧 为了防止系统发生氧腐蚀 监督除氧器的除氧效果而进行监测 4 联氨 给水中加联氨时 应监督给水中的过剩的联氨 以确保除去残余的溶解氧 并消除因给水泵不严密等异常情况时偶然漏入的氧量 5 pH值 为了防止给水系统腐蚀 给水pH值应控制在规定范围内 若给水pH值在9 2以上 虽对防止钢材的腐蚀有利 但因为提高给水pH值通常是用加氨的方法 所以有时给水pH值过高意味着水汽系统中氨含量较高 有可能会引起铜部件的氨蚀 所以给水最佳pH值应以保证热力系统铁 铜腐蚀产物最少为原则 6 铁和铜 为了防止炉中产生铁垢和铜垢 必严格监督给水中的铁和铜含量 另外 给水中铁和铜含量 还可作为评价热力系统金属腐蚀情况的依据之一 7 钠 硅 电导率 为了在锅炉排污率不超过规定值的情况下 保证锅水中的钠 硅 电导率不超过允许值 应监督和控制给水中的钠 硅 电导率 3 凝结水凝结水质量标准中各项指标的监测意义如下 1 硬度 由于凝汽器泄漏时会造成凝结水中硬度含量升高 并导致给水硬度不合格 所以应对凝结水硬度进行监督 2 溶解氧 在凝汽器和凝结水泵不严密处漏入空气 是凝结水增高的原因 凝结水含量较大时 易引起凝结水系统腐蚀 还会使随凝结水进入给水的腐蚀产物增多 影响给水水质 所以应监督凝结水中的溶解氧 3 电导率 为了能及时发现凝汽器的泄漏 测定凝结水的电导率是最方便的方法 通常当发现电导率比正常测定测大得多时 就表明凝汽器发生了泄漏 4 含钠量 由于钠度计比电导率仪更为灵敏 因此监凝结水含钠量可迅速及时地发现凝汽器微小的泄漏 当电厂用海水或苦咸水作冷却水或冷却水含盐量较高时 此法尤为适用 4 锅水为了防止锅内结垢 腐蚀 保证蒸汽品质良好 必须对锅水水质进行监督 锅水质量标准中各项指标监测意义如下 1 pH值 锅水的pH值应不低于9 0 主要原因是 pH值低时 水对锅炉钢材的腐蚀性增强 锅水中磷酸根和钙离子的反应只有在pH值足够高的条件下 才能生成容易排除的水渣 从而较好地达到防垢的目的 为了抑制锅水中硅酸盐的水解 减少硅酸在蒸汽中的溶解携带量 但是 锅水中的pH值也不能太高 以免锅水中游离氢氧化钠引起碱性腐蚀 2 总含盐量 二氧化硅 电导率 限制锅水中这些指标的含量 是为了保证蒸汽汽质合格 锅水中这些指标的最大允许含量不仅与锅炉汽水品质的参数 汽包内部装置的结构有关 而且还与运行工况有关 标准中对于出口压力小于5 9MPa的汽包锅炉未作统一的规定 必要时应通过锅炉热化学试验来确定 另外 测定锅水含硅量 还可测算锅炉的排污率 并了解锅水中含硅量对蒸汽含硅量的影响 3 磷酸根 锅炉水中应维持有一定量的磷酸根 以防止受热而结生钙垢 磷酸根太少不利防垢 而过多则会产生易溶盐 隐藏 现象 故应将磷酸根控制在合适的范围内 4 氯离子 锅水的氯离子超标时 可能会破坏水冷壁管的保护膜并引起腐蚀 在炉管热负荷高的情况下 更易发生这种现象 此外 如锅水CI 含量较高 会使蒸汽携带CI 进入汽轮机内 有可能引起汽轮机内高级合金钢的应力腐蚀损坏 1 离子交换树脂的结构及合成 离子交换树脂是由高聚物骨架和连结在骨架上的可交换基团 简称功能团 组成的 骨架具有庞大的空间网络结构 它是有许多低分子化合物 称为单体 聚合而形成的不溶于水的高分了化合物 高分子链上有各种可交换功能基团 根据单体的的种类树脂可分为苯乙烯系 丙烯酸系和酚醛系等 下面以苯乙烯系树酯为例讨论 苯乙烯系树脂的制备 树脂制备过程可分为高分子聚合物骨架的制备和在高分子聚合物骨架上引入可交换的基团的两个反应阶段 苯乙烯系树脂是以苯乙烯和二乙烯苯为单体共聚而合成的高分子聚合物骨架 聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架 也称白球 二乙烯苯在高聚物中起的是空间架桥作用 使聚合物形成网状交联 聚合物中二乙烯苯的含量愈多 白球的网状结构就愈坚固 我们通常把聚合物中二乙烯苯的质量百分数叫做交联度 如交联度为7 就是指白球中二乙烯苯的质量占7 白球制备出来以后 再将白球通过磺化反应 氯甲基反应和胺化反应 即可分别得到阴 阳离子交换树脂 下面就分别介绍 苯乙烯树脂的制备 苯乙烯阳树脂的制备磺化反应 聚苯乙烯高分子骨架的制备 苯乙烯阴树脂的制备氯甲基化反应 氨化反应 2离子交换树脂的命名 离子交换树脂产品型号是根据国家标准GBl631 79 离子交换树脂产品分类 命名及型号 而制定的 离子交换树脂的全名称由分类名称 骨架 或基团 名称 基本名称依次排列组成 基本名称为离子交换树脂 大孔型树脂在全名称前加 大孔