《工程化学基础》第

.,1,第五章，水溶液中的化学反应和水体保护,工程化学,.,2,.,3,中和反应的实质是H+和OH中和生成H2O的反应。,电离理论,一、酸碱理论,1887年，阿累尼乌斯(ArrheniusS.A.瑞典),解离出的正离子全部都是氢离子的物质称为酸；,解离出的负离子全部都是氢氧根离子的物质称为碱。,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,弱酸弱碱溶液,5.1弱酸弱碱溶液,.,4,酸是质子的给予体,酸碱质子理论,1923年，化学家布朗斯特(BrnstedJ.N.丹麦)和化学家劳莱(LowryT.M.英国),凡是能够提供质子的分子或离子都是酸,凡是能够接受质子的分子或离子都是碱,碱是质子的接受体,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,弱酸弱碱溶液,.,5,.,6,.,7,.,8,.,9,.,10,.,11,.,12,.,13,.,14,.,15,.,16,.,17,.,18,.,19,.,20,.,21,.,22,.,23,.,24,缓冲溶液pH的计算,c(A)/c(HA)称缓冲比,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,弱酸弱碱溶液,.,25,例5.4某温度时，NH3在水溶液中的解离常数Kb=1.79105，试计算750cm3的0.10moldm3氨水和250cm3的0.10moldm3的HC1溶液相混合后的pH值。,解,n(NH3)=c(NH3)V(NH3),=0.075mo1,n(HC1)=c(HC1)V(HC1),=0.025mo1,混合前NH3和HC1的物质的量分别为,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,弱酸弱碱溶液,.,26,.,27,.,28,.,29,.,30,.,31,.,32,表5.2三种标准缓冲溶液的pH值,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,弱酸弱碱溶液,.,33,5.2水溶液中的沉淀溶解反应和配位反应,Ks=c(Am+)/cnc(Bn-)/cm,在难溶电解质AnBm(s)的饱和水溶液中，存在着未溶固体和已溶解的离子之间的平衡:,沉淀溶解平衡，是一种多相离子平衡。,1.溶度积,溶解度小于0.1gdm3的电解质称为难溶电解质。,一、沉淀溶解平衡,.,34,.,35,.,36,.,37,.,38,.,39,.,40,.,41,.,42,.,43,对被清洗设备，必须进行防护处理后才能进行清洗，同时对锈块等污物进行预处理；正确选缓蚀剂；控制好温度；注意消除死角“气垫”及清洗废液的处理等。,对于某些要求较高的锅炉给水，往往在给水进入高炉前先用Na2CO3处理，再用Na3PO4补充处理。因为Ca3(PO4)2的Ks值为2.071033，其溶解度为1.92107moldm3，比CaCO3更难溶，更易生成Ca3(PO4)2沉淀而除去。,清洗中的注意事项,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,沉淀和配位,.,44,.,45,.,46,.,47,.,48,.,49,.,50,.,51,.,52,由K106可知，上述反应正向自发进行，且进行得很彻底。,3配位平衡的转化,例5.9判断下列配位反应的方向和程度：,解,查表知,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,沉淀和配位,.,53,.,54,1.7710101.221072.16103,.,55,.,56,.,57,.,58,.,59,5.3相平衡和非水溶液中的化学反应,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,相平衡和非水溶液,对于恒温下的稀溶液，如果平衡时的气相压力不大，那么溶质的气体分压pB与溶质的摩尔分数xB成正比，即,pBKHxB,KH称亨利常数，它的大小决定于温度、溶剂及溶质本性。,一、水溶液的气液平衡,1803年，亨利（HenryW.英）,.,60,.,61,.,62,气液共存区,b,a,气相区,液相区,乙醇-水体系温度-组成图,p=101.3kPa,(1)完全互溶的气液平衡相图,C,C,M,C点：泡点,a线：泡点线,C点：露点,b线：露点线,M点：恒沸点,w乙醇=0.3,该图是用实验数据制作的(质量分数),第5章水溶液中的化学反应和水体保护,相平衡和非水溶液,二、溶剂是多组分的溶液的气液液液和液固平衡,1、相图,.,63,.,64,.,65,表5.3一些物质的临界温度和临界压力,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,相平衡和非水溶液,.,66,.,67,.,68,.,69,.,70,.,71,.,72,.,73,.,74,.,75,.,76,.,77,.,78,.,79,.,80,.,81,5.4水质与水保保护,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,一、水资源概况,大气水、地表水和地下水总称天然水，估计其总体积是1.41018m3，,其中97.3%以海水形式存在,2.7%的淡水,人类可利用的淡水约占地球上总水量的0.0095%,.,82,.,83,.,84,例如，在电力工业(火力发电)和电子工业等部门，都要使用纯水或超纯水，它们要求水中含盐量分别降到1.0mgdm3和0.1mgdm3以下，此时电导率降至104105Sm1范围或105Sm1以下。,特种行业对水质的要求,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,制备高纯水常用方法有蒸馏水法，离子交换法和电渗析法、高纯电渗析法等。,.,85,.,86,三、水体污染,天然水体的组成是很复杂的，除水以外，还有,溶解物质，如钙、镁、钠、铁、锰等的可溶性盐，氧、氮、硫化氢、二氧化碳等溶解气体；,胶体、悬浮物，如硅、铝、铁的水合氧化物胶体，粘土、矿物胶体物质或颗粒物质，腐殖质等有机高分子化合物；,水生生物组成的水生生态系统，如藻类、多种浮游动物、细菌、微生物等。,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,.,87,.,88,.,89,人民网2003年1月10日,地球上城市居民约有70%（15亿人）呼吸受污染的空气，每天至少有800人因此过早死亡。每天有1.5万人死于饮用污染的水，其中大部分是儿童。工业、各种喷雾罐、冰箱、空调机等每天把1500多吨氯氟烃排入大气层，它们是造成臭氧层空洞的罪魁祸首。每天进入大气层的二氧化碳为5600万吨，“温室效应”与此有关。每天有5.5万公顷森林被毁，161平方公里土地荒漠化。每天有14万辆新汽车驶上公路，各国400多座核电站产生26吨核废料，还有1.2万桶石油泻入海洋。,算一算地球一天的污染帐,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,.,90,被污染的京杭大运河,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,.,91,.,92,.,93,汞离子与细胞膜中含巯基的蛋白质有特殊的亲合力，从而能直接损害这类蛋白质和酶。,(1)汞,甲基汞是自然界中因环境污染而产生有机汞，能使脑蛋白质合成活性减低，并沉积于脑组织中，从而导致神经系统中毒。,微生物,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,.,94,1949年，湾内的许多海藻变白，浮在水面，许多死鱼也肚朝上地漂了起来，平时那些爱吃鱼的猫，互相疯狂地乱咬，有的跳海自杀。终于，1956年4月，一个5岁的小孩吐字不清，手脚麻木，时而傻笑。几乎是同时，还发现30多名患者，有的手脚发麻，有的双目开始失明，有的吞咽困难。早在1953年就有类似症状的人死亡，至1956年，共发现患者96名，其中18人死亡。人产对这种病取名为“水俣病”。原来，水俣湾内有一家生产氮肥、乙醛、氯乙烯的化工厂，排出的废水中含有大量的“甲基汞”。,水俣病,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,.,95,(2)铅,头发和指甲中铅的含量较高，所以，头发常作为活体检查材料，国内外均把发铅作为评价铅接触的指标。,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,维生素C能与铅结合，生成难溶于水而无毒的盐类,.,96,(3)镉,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,镉中毒是慢性过程，潜伏期最短为2至8年，一般为15至20年镉被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，首先使肝脏受损，继而引起骨软化症。该病以疼痛为特点，活动时疼痛会加剧，重症患者，其四肢可屈曲变形，身高比健康时缩短10至30厘米。到了病发期，由于中毒者髋关节活动受限，其行走将呈现一种特殊的步态不稳，医学上称为“鸭步态”,.,97,2.氰化物、酸和碱,河南浚县北老观嘴村左图：从三米深的井里打出的水中图：村里终于有了一口152米深的深水井右图：无知的孩子在污染了的卫河边玩耍,造纸厂：纷纷患上肠癌、食道癌、肝癌、胃癌等病,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,.,98,.,99,氟污染中的浙江东部天台县平桥镇叠石村,2002年底，34岁的安德相满嘴牙齿已经松动，发黄发黑，村里20岁以上的人大都和他一样，牙齿“未老先衰”。,来源：中国青年报2003年1月03日,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,.,100,.,101,3有机污染物,有毒有机污染物的共同特点：大多数为难降解有机物，在水中残留时间长，有蓄积性，可促进慢性中毒、致癌、致畸、致突变等生理毒害,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,.,102,受伤的海鸟,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,(a)碳氢化合物、脂肪和蛋白质,.,103,.,104,.,105,.,106,.,107,.,108,.,109,溶解氧(DO)：dissolvedoxygen,化学需氧量(COD)：chemicaloxygendemand,生物化学需氧量(BOD)：biochemicaloxygendemand,总有机碳(TOC)：totalorganiccarbon,pH值,碱度,硬度,水质污染的描述,第5章水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,化学需氧量是水体中能被