普化水化学与水污染学习教案

1、会计学1普化普化(p hu)水化学与水污染水化学与水污染第一页，共68页。第1页/共68页第二页，共68页。第2页/共68页第三页，共68页。第3页/共68页第四页，共68页。 例如，H2O（l）与 H2O（g）在一定温度下达到(d do)如下相平衡 H2O（g）所具有的压力 p ( H2O ) 即为该温度(wnd)下的蒸气压。 在100时， p ( H2O ) 101.325 kPa。第4页/共68页第五页，共68页。第5页/共68页第六页，共68页。).(13ABABppnnp 上式表明上式表明(biomng), (biomng), 在在一定温度下一定温度下, , 难挥发的非电解难挥发的非

2、电解质稀溶液的蒸气压下降值等于质稀溶液的蒸气压下降值等于稀溶液中溶质的稀溶液中溶质的“物质的量分物质的量分数数”与纯溶剂蒸气压的乘积与纯溶剂蒸气压的乘积, , 而与溶质的性质无关。而与溶质的性质无关。 第6页/共68页第七页，共68页。第7页/共68页第八页，共68页。 一切可形成晶体的纯物质，在给定条件下，都有一定(ydng)的凝固点和沸点。第8页/共68页第九页，共68页。第9页/共68页第十页，共68页。第10页/共68页第十一页，共68页。3.渗透压渗透压4.（1）半透膜）半透膜5.只允许溶剂（水）透过而不允许水中的溶质透只允许溶剂（水）透过而不允许水中的溶质透过的薄膜过的薄膜 , 称

3、为半透膜。称为半透膜。6.天然半透膜：动植物细胞膜、动物膀胱天然半透膜：动植物细胞膜、动物膀胱, 肠衣等肠衣等 ；7.人工合成半透膜：硝化纤维人工合成半透膜：硝化纤维(xinwi)膜、醋酸纤膜、醋酸纤维维(xinwi)膜、聚砜纤维膜、聚砜纤维(xinwi)膜等。膜等。8.（2）渗透）渗透9.若半透膜隔开的两边溶液的浓度不等，则溶剂若半透膜隔开的两边溶液的浓度不等，则溶剂水会透过半透膜扩散到较浓溶液中，使溶液稀释的现水会透过半透膜扩散到较浓溶液中，使溶液稀释的现象象 , 称为渗透。称为渗透。第11页/共68页第十二页，共68页。用反渗透法可以用反渗透法可以(ky)制取纯净制取纯净水。水。第12页

4、/共68页第十三页，共68页。RTVncRT（溶质）渗透压)(（4 4）反渗透）反渗透如果外加在溶液上的压力超过了渗透压，则反而会如果外加在溶液上的压力超过了渗透压，则反而会使溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动使溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动(lidng)(lidng)，使纯溶，使纯溶剂的体积增加。这个过程叫做反渗透。剂的体积增加。这个过程叫做反渗透。难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的浓度及难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的浓度及热力学温度成正比。热力学温度成正比。第13页/共68页第十四页，共68页。（5）渗透压的重要意义）渗透压的重要意义有机体的细胞膜大多具有半透膜的性质，渗透压有机体的细

5、胞膜大多具有半透膜的性质，渗透压是引起水在生物体中运动的重要推动力。是引起水在生物体中运动的重要推动力。等渗溶液：渗透压与人体内等渗溶液：渗透压与人体内(t ni)的基本相等的的基本相等的溶液。溶液。 （6）反渗透的应用）反渗透的应用海水淡化、制纯净水、污水处理、溶液浓缩等。海水淡化、制纯净水、污水处理、溶液浓缩等。第14页/共68页第十五页，共68页。 NH3H20 NH4+ + OH- 碱碱HAc H+ + Ac- 酸酸第15页/共68页第十六页，共68页。HAc H+ + Ac- HAc 给出 H+是酸 Ac- 接受(jishu) H+是碱 NH3 + H+ NH4+ NH3 接受(ji

6、shu) H+是碱 NH4+给出 H+是酸第16页/共68页第十七页，共68页。酸与碱之间存在下列共轭关系酸与碱之间存在下列共轭关系 酸酸 质子质子(zhz) + 碱碱如：如： HCl = H+ + Cl- H2S H+ + HS- HS- H+ + S2- H2O H + + OH- H3O+ H+ + H2O 注意：根据酸碱质子注意：根据酸碱质子(zhz)理论的定义，理论的定义，HS- 和和H2O既是酸又是碱。既是酸又是碱。 在酸碱质子在酸碱质子(zhz)理论中，没有盐的概念。理论中，没有盐的概念。第17页/共68页第十八页，共68页。通常通常(tngchng)简写为简写为 HA (aq)

7、 H +(aq) + A-(aq)（1）一元弱酸）一元弱酸 根据化学平衡的基本原理，对于一元弱酸的解离根据化学平衡的基本原理，对于一元弱酸的解离平衡有：平衡有： HA (aq)+ H2O(l) H3O +(aq) + A-(aq) 第18页/共68页第十九页，共68页。/caq)(HA,c/caq),(Acc/caq),(Hc(HA)Keqeqeqa上式可简写上式可简写(jinxi)为：为：(HA)c)(Acc)(Hc(HA)Keqeqeqa Ka 越大，表示(biosh)该电解质越强第19页/共68页第二十页，共68页。 解离解离(ji l)度：弱电解质溶液中，解离度：弱电解质溶液中，解离(

8、ji l)平衡达到时，已解离平衡达到时，已解离(ji l)了的了的弱电解质分子数与弱电解质总分子数之比。用弱电解质分子数与弱电解质总分子数之比。用表示。表示。对于(duy)弱电解质溶液，当初始浓度为 c，达到平衡时解离出来的部分的浓度为 x 时，则可推出： x = c %100解离前的分子总数已解离的分子数第20页/共68页第二十一页，共68页。Kac2对于初始浓度为 c 的一元(y yun)弱电解质 HA 溶液，则： HA = H + + A- 初始浓度 c 0 0 平衡浓度 c - x x x c - c c c 则1)(HK222ccccAa/cKa当当很小时很小时(xiosh)，11，

9、则：，则：第21页/共68页第二十二页，共68页。Kac2cKc)(Hcaeq稀释稀释(xsh)定律定律一元弱酸一元弱酸(ru sun)氢离子浓氢离子浓度度计算公式计算公式/cKa 稀释定律说明，弱电解质的浓度越小，稀释定律说明，弱电解质的浓度越小，其解离度越大。其解离度越大。 根据稀释定律、解离度定义及相关平衡根据稀释定律、解离度定义及相关平衡(pnghng)概念，可推出下式：概念，可推出下式：第22页/共68页第二十三页，共68页。HA (aq) H +(aq) + A-(aq)cK)(Hcaeq对于对于(duy)弱酸，浓度较小时，弱酸，浓度较小时， c - x c，则，则：xcxx)A(

10、HKa一元一元(y yun)弱酸氢离子浓度弱酸氢离子浓度计算公式计算公式x 为达到平衡时溶为达到平衡时溶液中液中H + 的浓度。的浓度。cxxAa)(HK第23页/共68页第二十四页，共68页。)OH(Ac)OH(c)A(c)OH(AKeqeqeqb/cKbcKc)(ceqbOH稀释稀释(xsh)定定律律一元一元(y yun)弱碱氢氧根离子弱碱氢氧根离子浓度浓度计算公式计算公式第24页/共68页第二十五页，共68页。例例3.1 计算计算0.10 molL-1 HAc 溶液溶液(rngy)中的中的H+浓度浓度及其及其pH。解：查表得，解：查表得，HAc的的Ka=1.7610-588. 2)103

11、3. 1lg()(Hlgc1033. 1100. 01076. 1cK)(Hc3eq335aeqpHLmol 例例 已知已知NH3 H2O的的Kb= 1.7510-5。计算。计算(j sun)0.50 molL-1 氨水溶液中的氨水溶液中的H+ 浓度及其浓度及其pH。解：解：47.11)1038. 3lg()(Hlgc1038. 31096. 2100 . 1)H(c)(Hc1096. 250. 01075. 1cK)H(c12eq312314eqeq335eqpHLmolOKLmolOWb第25页/共68页第二十六页，共68页。HS- H+ + S2-S)(Hc)(HSc)(HcS)(HK2

12、eqeqeq21a)S(Hc)S(c)(Hc)S(HKeq2eqeq22a第26页/共68页第二十七页，共68页。由多项平衡(pnghng)规则: H2S 2H+ + S2- 结论：多元弱酸解离平衡体系中的结论：多元弱酸解离平衡体系中的H+ 浓度，只浓度，只考虑第一级解离中的考虑第一级解离中的H+ 浓度，其酸根浓度，其酸根(sungn)浓度浓度在数值等于最后一级解离常数。在数值等于最后一级解离常数。S)(Hc)(Sc)(HcS)(HK2eq2eq2eq2a2a1a2aKKS)(HK第27页/共68页第二十八页，共68页。 例例3.2 已知已知H2S的的Ka，1=9.110-8。计算。计算0.1

13、0 molL-1 H2S溶液溶液(rngy)中的中的H+浓度及其浓度及其pH。解：解：0 . 4)105 . 9lg()(Hlgc105 . 9100. 0101 . 9cK)(Hc5eq3581a,eqpHLmol多元弱酸溶液在计算(j sun)其H+浓度及pH值时，可当做一元弱酸来进行近似计算(j sun)。第28页/共68页第二十九页，共68页。同离子效应：在弱电解质溶液中，加入与其(yq)含有相同离子的易溶强电解质而使弱电解质的解离度降低的现象。HAc(aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + Ac(aq) 3 缓冲溶液和缓冲溶液和pH的控制的控制(kngzh)（1）同离子效

14、应和缓冲溶液）同离子效应和缓冲溶液Ac(aq) 4NHNH4Ac(aq) NH4+(aq) +平衡移动方向第29页/共68页第三十页，共68页。 缓冲溶液：具有能保持本身pH值相对稳定性能的溶液（即不因加入少量强酸(qin sun)或强碱而显著改变pH值的溶液）。 实例：在实例：在50ml50ml纯水中加入纯水中加入(jir)1 (jir)1 滴滴(0.05ml) 1 (0.05ml) 1 molL-1 HClmolL-1 HCl，溶液的，溶液的pH pH 由由 7 7 变为变为 3 3；若加入；若加入(jir)(jir)的是的是 1 1 滴滴 1 molL-1 NaOH 1 molL-1 N

15、aOH，溶液的，溶液的pH pH 由由 7 7 变为变为 11 11。 在 50 mL HAc NaAc c(HAc) = c(NaAc) = 0.10molL-1 溶液(rngy)中，加入1 滴(0.05ml) 1 molL-1 HCl，溶液(rngy)的pH 由 4.74变为 4.73；若将加入的HCl 改为NaOH ，溶液(rngy)的pH 由 4.74变为 4.75； HAc NaAc 混合液就是一种缓冲溶液。混合液就是一种缓冲溶液。第30页/共68页第三十一页，共68页。HA (aq) H +(aq) + A-(aq)xcxcxAaba)()(HK 对于浓度分别为对于浓度分别为 ca

16、 及及 cb 的弱酸的弱酸(ru sun) HA 及其盐及其盐NaA 组成的混合溶液组成的混合溶液第31页/共68页第三十二页，共68页。xcxcxAaba)()(HK)(HlgKbaaccApH故弱酸故弱酸(ru sun)弱酸弱酸(ru sun)盐型缓冲溶盐型缓冲溶液的液的pH计算公式为：计算公式为：baaccAxH)(HK由于由于(yuy)同离子效应，同离子效应， ca x ca ， cb + x cb 则：则：abaccxA)(HKbaaccpKpHlg第32页/共68页第三十三页，共68页。 弱酸弱酸(ru sun)弱酸弱酸(ru sun)盐：盐：缓冲溶液缓冲溶液(hun chn rn

17、 y)pH值的计算值的计算例HAcNaAc，H2CO3NaHCO3)()(lg)(AHAHAppHaccK此式为计算弱酸此式为计算弱酸(ru sun)-(ru sun)-弱弱酸酸(ru sun)(ru sun)盐型缓冲溶液的盐型缓冲溶液的计算公式计算公式第33页/共68页第三十四页，共68页。弱碱弱碱(ru jin) 弱碱弱碱(ru jin)盐型盐型 NH3 H2O NH4Cl )N()N(lgp14pH43bHcHcK此式为计算此式为计算(j sun)(j sun)弱碱弱碱- -弱碱盐型缓冲溶液的计算弱碱盐型缓冲溶液的计算(j sun)(j sun)公式公式第34页/共68页第三十五页，共6

18、8页。 例：计算由例：计算由 0.1mol L-1 HAc 0.1mol L-1 HAc 和同浓度的和同浓度的 NaAc NaAc 等体积混合组成等体积混合组成(z chn)(z chn)的溶液的的溶液的 pH pH 值。值。解：两溶液等体积混合后，各物质解：两溶液等体积混合后，各物质(wzh)(wzh)浓度为浓度为 c(HAc) = c(Ac-) = 0.050 mol L-1 c(HAc) = c(Ac-) = 0.050 mol L-1 )Ac()HAc(lg)HAc(ppHaccK混合混合(hnh)(hnh)溶液为缓溶液为缓冲溶液冲溶液050. 0050. 0lg74. 4= 4.74

19、第35页/共68页第三十六页，共68页。第36页/共68页第三十七页，共68页。(CH3)2N(CH3)2N=N=N H=NNSO3-SO3-OH- H+ 红红3.1-4.0(橙橙)-4.4黄黄pKa=3.4（1） 作用原理作用原理(yunl): 酸形和碱形具有不同的颜色酸形和碱形具有不同的颜色.第37页/共68页第三十八页，共68页。甲基橙甲基橙酚酞酚酞(fn ti)3.1 4.44.0 pT8.0 9.69.0常用单一常用单一(dny)酸碱指示剂酸碱指示剂 (要记住要记住)百里酚蓝百里酚蓝: 红色红色(hngs)2.8 黄色黄色2.9 8.0 蓝色蓝色9.6第38页/共68页第三十九页，共

20、68页。二、二、pH 试纸试纸 pH 试纸是将多种酸碱指示剂按一定比例混合浸制而试纸是将多种酸碱指示剂按一定比例混合浸制而成，能在不同的成，能在不同的pH值时显示不同的颜色，从而值时显示不同的颜色，从而(cng r)较较为准确地确定溶液的酸度。为准确地确定溶液的酸度。 pH 试纸可分为广泛试纸可分为广泛pH试纸和精密试纸和精密 pH 试纸两类。试纸两类。第39页/共68页第四十页，共68页。三、三、pH 计（酸度计）计（酸度计） 专门用来测量溶液专门用来测量溶液(rngy) pH 的仪器。的仪器。 第40页/共68页第四十一页，共68页。第41页/共68页第四十二页，共68页。 难溶电解质的多

21、相离子平衡讨论(toln)的是难溶的强电解质溶液中的溶解沉淀平衡第42页/共68页第四十三页，共68页。第43页/共68页第四十四页，共68页。第44页/共68页第四十五页，共68页。第45页/共68页第四十六页，共68页。第46页/共68页第四十七页，共68页。第47页/共68页第四十八页，共68页。第48页/共68页第四十九页，共68页。 在本章内容中溶解度的单位规定为在本章内容中溶解度的单位规定为mol L-1,mol L-1,用用字母字母 s s 表示；表示； 不同不同(b tn)(b tn)类型的化合物类型的化合物 Ksp Ksp与与 s s 的关系的关系不同不同(b tn)(b tn)：AB(1:1AB(1:1型）：型）：平衡方程：平衡方程： AB(s) A+(aq) + B-(aq) AB(s) A+(aq) + B-(aq)平衡浓度平衡浓度(mol.dm-3) s s (mol.dm-3) s s Ksp(AB)= seq(A+) seq(B-)= s2 Ksp(AB)= seq(A+) seq(B-)=