工程化学第五章-专升本专用

第五章水溶液中的化学反应和水体保护《工程化学基础》1了解溶液，特别是水溶液中的化学反应，对材料的清洗、保护，促进生命健康，以及合理利用和保护水资源等方面都具有重要的实际意义。本章从化学反应原理出发，讨论与溶液密切相关的酸碱反应、沉淀反应、配位反应，以及这些反应在水体保护中的一些应用；同时简单介绍蒸馏、萃取等技术的原理及非水溶液化学反应。内容提要25.1弱酸弱碱溶液5.2水溶液中的沉淀溶解反应和配位反应5.3相平衡和非水溶液中的化学反应5.4水质与水体保护目录35.1弱酸弱碱溶液学习要求

1.了解酸碱理论的发展，掌握酸碱质子理论。2.掌握酸碱解离平衡和酸碱溶液pH的计算，酸碱强度的比较。3.熟悉同离子效应，掌握缓冲溶液pH的计算、缓冲溶液的配制原则及应用。4.了解pH的测定方法及pH试纸变色原理。4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(S.A.Arrhenius瑞典)解离出的阳离子全部都是氢离子的物质称为酸解离出的阴离子全部都是氢氧根离子的物质称为碱5酸是质子的给予体酸碱质子理论1923年，化学家布朗斯特(J.N.Brφnsted丹麦)和化学家劳莱(T.M.Lowry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6这种酸和碱的相互依存、相互转化关系被称为酸碱共轭关系，酸(或碱)与它共轭的碱(或酸)一起被称为共轭酸碱对。酸1碱2+酸2碱1+–H++H+7HAc–Ac–，H3O+–H2O，H2O–OH–均互称为共轭酸碱对。在和8该理论扩大了酸碱范围。路易斯理论在有机化学中应用得更为普遍，它常用亲电子试剂和亲核试剂来代替酸和碱的概念。酸碱电子理论同年，路易斯(G.N.Lewis美国)凡是具有可供利用的孤对电子的物质都称为碱能与这孤对电子结合的物质都称为酸9二、弱酸、弱碱的解离平衡及解离常数

除少数强酸、强碱外，大多数酸和碱在水溶液中只能部分解离，属于弱电解质。当某弱电解质解离和重新结合的速率相等时，就达到了动态平衡，这种平衡称酸碱解离平衡，它的标准平衡常数称为酸或碱的标准解离常数，分别用Kaθ

，Kbθ

表示。10例如：达平衡时，其标准解离常数的表达式为：同理，对于HAc的共轭碱Ac¯

的解离平衡式为：11无论是Kaθ或Kbθ

，其数值与电解质溶液的浓度无关，与温度有关。一定温度时，同类型（如同为HA型）弱电解质可用Kaθ(或Kbθ)定量地比较其酸性或碱性的强弱，Kaθ(或Kbθ)愈大，酸性（或碱性）愈强。12由HAc和Ac–

与H2O作用的解离反应式可推知，=[c(H3O+)/cθ

][c(OH–)/cθ]=Kwθ或写成13表5.1一些共轭酸碱的解离常数(25℃时)酸Kaθ碱

KbθHNO25.62×10–4NO2–1.78×10–11

HF6.31×10–4F–1.58×10–11

HAc1.74×10–5Ac–5.75×10–10

H2CO34.47×10–7HCO3–2.24×10–8

H2S8.90×10–8HS–1.12×10–7

H2PO4–6.17×10–8HPO42–1.62×10–7

NH4+5.59×10–10NH31.79×10–5

HCN6.17×10–10CN–1.62×10–5

HCO3–4.68×10–11CO32–2.14×10–4

HS–1.1×10–12S2–9.1×10–3

HPO42–4.79×10–13PO43–2.09×10–2

酸性增强碱性增强14例5.1

利用热力学数据，计算分子酸HAc在水溶液中的Kaθ

。ΔfGmθ(298.15)/(kJ·mol–1)

–396.82–237.1–237.2–369.65ΔrGmθ(298.15)=[(–369.85)+(–237.2)

–(–396.82)–(–237.1)]kJ·mol–1=27.42kJ·mo1–1将ΔrGmθ(298.15)值代入式（4.11'）有=–4.803Kaθ(HAc)=1.57×10–5

解：15例5.2利用热力学数据，计算离子碱Ac–在水溶液中的Kbθ，并计算0.10mol·dm–3NaAc水溶液的pH。解：

–237.1–369.65–157.38–396.82ΔfGmθ(298.15)/(kJ·mol–1)=52.38kJ·mo1–1=–9.175Kbθ(Ac–)=6.68×10–10

ΔrGmθ(298.15)=[(–157.38)+(–396.82)

–(–369.65)–(–237.1)]kJ·mol–116(2)设平衡时c(OH–)为xmol·dm–3

起始浓度/(mol·dm–3)0.1000平衡浓度/(mol·dm–3)0.10–x

xx≈0.10x=c(OH–)=8.17×10–6mol·dm–3

pOH=5.09pH=14–pOH=8.9117例5.3测得0.10mol·dm–3的HAc溶液的pH为2.88，求HAc的Kaθ

。因pH=–lg[c(H+)/cθ]，故pH=2.88时溶液的c(H+)=1.32×10–3mol·dm–3。此时的H+浓度就是平衡时的浓度，解：起始浓度/(mol·dm–3)0.0100平衡浓度/(mol·dm–3)0.01–1.32×10–31.32×10–31.32×10–3

18以H2CO3为例，H2CO3的一级解离为：二级解离为：Ka1θ=4.47×10–7Ka2θ=4.68×10–11可见Ka1θ>>Ka2θ

，故酸的强度H2CO3>>HCO3–，相应的共轭碱的强度CO32–>>HCO3–。多元弱电解质19CO32–的一级解离为：二级解离为：Kb1θ=2.14×10–4

Kb2θ=2.24×10–8

20对多元弱酸（或弱碱）的解离，由于Ka1θ

>>Ka2θ

（或Kb1θ>>Kb2θ），溶液中的H+（或OH－）浓度则主要是由第一步解离产生，第二步解离出的H+（或OH－）在计算中可以忽略。因此对多元弱酸或弱碱溶液，计算H+（或OH－）离子浓度时，常忽略它的二级解离，只考虑它的一级解离。从上所述可以看到，H2O和HCO3–既可作为酸，又可作为碱，这类物质称两性物质。像这样的物质，在自然界还有很多。21在醋酸溶液中存在解离平衡：这种在弱酸(HAc)或弱碱(NH3·H2O)等弱电解质溶液中，加入与弱酸或弱碱解离后具有相同离子(Ac–，NH4+)的易溶强电解质，能使弱电解质解离度降低的现象称同离子效应。在氨水溶液中存在解离平衡：三、同离子效应和缓冲溶液

同离子效应22像HAc–NaAc这类能抵抗外加少量强酸、强碱或适当稀释的影响，保持其pH基本不变的溶液叫缓冲溶液。缓冲溶液对强酸强碱或适当稀释的抵抗作用叫缓冲作用。缓冲溶液23缓冲溶液中共轭酸碱之间平衡关系可用如下通式表示：共轭碱共轭酸由于缓冲溶液中同时存在足量的共轭酸HA和共轭碱A–，两者之间存在质子转移平衡，故能抵抗外加少量强酸、强碱及适当稀释的影响，而使溶液的pH不发生显著变化。缓冲作用的原理24这种共轭酸碱对共存的系统又称缓冲系，这对共轭酸碱对又称缓冲对。缓冲对NH4+－NH3H2PO4–－HPO42–HCO3–－CO32–NH4+，H2PO4–，HCO3–

等是共轭酸，NH3，HPO42–，CO32–

是共轭碱。25缓冲溶液pH的计算根据式（5.2），可得：c(A－)/c(HA)称缓冲比26例5.4某温度时，NH3在水溶液中的解离常数Kbθ

=1.79×10–5，试计算750cm3的0.10mol·dm–3氨水和250cm3的0.10mol·dm–3的HC1溶液相混合后的pH。解：n(NH3)=c(NH3)·V(NH3)=0.075mo1n(HC1)=c(HC1)·V(HC1)=0.025mo1混合前NH3和HC1的物质的量分别为27混合后发生化学反应，反应后生成0.025mo1的NH4C1，NH3过量了0.050mol，NH4C1与过量NH3组成缓冲溶液，此时溶液中：NH3的pKbθ=4.75NH4+的pKaθ=pKwθ–pKbθ=14–4.75=9.2528首先选择适当的缓冲系，使所配缓冲溶液的pH在所选择的缓冲系的缓冲范围之内，并尽可能与其共轭酸的pKaθ接近，以保证缓冲系在总浓度一定时，具有较大缓冲能力；其次要有适当大的总浓度（一般为0.05~0.2mol·dm–3之间），以使所配缓冲溶液有较大缓冲能力。缓冲溶液的选择和配制29缓冲溶液不仅在工程技术中有重要应用，而且与人类生命活动也有重要关系。在电子半导体器件加工清洗中，常用HF-NH4F混合液来除去硅片表面多余的氧化物(SiO2)；电镀金属所用的电镀液常用缓冲溶液来控制其pH；在农业改良土壤或施肥过程中，必须考虑不破坏土壤中的天然缓冲溶液；人体的各种体液更是先天的、精确的缓冲溶液，它们的pH必须在一定范围内才能使相应机体的各项生理活动保持正常，如人体的唾液、血液和尿液的pH分别在6.5～7.5，7.35～7.45和4.8～8.4才是正常的。缓冲溶液的重要作用30pH试纸四、pH的测定

测定含有弱酸或弱碱溶液的pH不能用酸碱中和滴定的方法。因为中和滴定的方法只能测定酸或碱的总浓度，而不能测定解离出来的H+或OH–的浓度。测定pH最简单、最方便的方法是使用pH试纸。31酸碱指示剂一般都是结构复杂的弱的有机酸或有机碱，指示剂的酸式HIn及其共轭碱式In–在水溶液中存在如下平衡：酸碱指示剂的作用原理显酸式色显碱式色pH试纸是用滤纸浸渍多种酸碱指示剂而制成的。32视频素材：5，01试纸测pH33pH计（酸度计）比较精确地测定pH的方法是使用pH计。首先使用已知pH的标准缓冲溶液作为基准来定位。一般采用邻苯二甲酸氢钾、磷酸二氢钾和磷酸氢二钠、硼砂三种标准溶液来定位。pH计测定溶液的pH34表5.2三种标准缓冲溶液的pH溶液

pH

t/℃邻苯二甲酸氢钾0.05mol·dm–3KH2PO40.025mol·dm–3Na2HPO40.025mol·dm–3

硼砂Na2B4O7·10H2O0.01mol·dm–3154.006.909.27204.006.889.22254.016.869.1835视频素材：5，02pH计结构外形该型号pH计为老产品，多数学校基本上不用了，但从画面上仍可以看到玻璃电极和甘汞电极，而不是一个复合电极(见幻灯片第34页)，故予以保留。36学习要求1.理解沉淀溶解平衡及溶度积概念、掌握溶度积与溶解度之间的换算。2.掌握溶度积规则，能正解判断沉淀的生成与溶解，理解分步沉淀含义。3.掌握溶度积规则在锅炉清洗、沉淀法处理废水等方面的应用。4.理解配位解离平衡及稳定常数Kfθ等重要基本概念，了解分级解离、不稳定常数Kdθ的含义，及Kfθ与Kdθ关系。5.掌握配位平衡的计算，理解配合物的应用。5.2水溶液中的沉淀溶解反应和配位反应37Ksθ

=[c(Am+)/cθ]n

·[c(Bn–)/cθ]m

在难溶电解质AnBm(s)的饱和水溶液中，存在着溶解和沉淀两过程的动态平衡：沉淀溶解平衡是一种多相离子平衡。其平衡常数表达式为：1.溶度积溶解度小于0.1g·dm–3的电解质称为难溶电解质。一、沉淀溶解平衡38例5.5

25℃时，测得BaSO4饱和溶液中，c(Ba2+)=1.03×10–5mol·dm–3，求BaSO4的溶度积。解：BaSO4在溶液中的沉淀溶解平衡关系式为：平衡浓度/(mol·dm–3)1.03×10–51.03×10–5=1.03×10–5

×1.03×10–5=1.06×10–1039例5.6

计算25℃时AgCl的溶度积Ksθ(AgCl)。解：查附表可知96.372.756.5–127.0105.6–167.2=65.4kJ·mol–1=32.9J·mol–1·K–140=55.59kJ·mol–1=–9.74412.溶度积和溶解度的关系在温度相同时，对同类型的难溶电解质，溶度积Ksθ越小，其溶解度s值也越小；对不同类型的难溶电解质须通过计算才能比较。Ksθ(AgCl)=1.77×10–10>Ksθ(Ag2CrO4)=1.12×10–12而它们的溶解度s（以mol·dm–3表示）大小却刚好相反，计算如下：例如：42对AgCl(s)，设其饱和溶液中溶解度为xmol·dm–3

平衡浓度/(mol·dm–3)

xx=1.33×10–5mol·dm–3

对Ag2CrO4，设Ag2CrO4饱和溶液中溶解度为ymol·dm–3平衡浓度/(mol·dm–3)2yy=6.54×10–5mol·dm–3433.溶度积规则有沉淀析出直至饱和状态溶解达平衡，饱和溶液无沉淀析出，或沉淀溶解444.分步沉淀和共同沉淀例如：向含有Cl–，CrO42–

的混合溶液中逐滴加入AgNO3溶液。由于Ag+和Cl–浓度的乘积首先达到Ksθ(AgCl)，所以溶液中先析出白色AgCl沉淀。随着沉淀析出，溶液中Cl–的浓度减小。当继续滴加Ag+时，若Ag+和Cl–浓度的乘积小于Ksθ(AgCl)值，则AgCl不再沉淀。但当Ag+浓度的平方与CrO42–浓度的乘积达到Ksθ(Ag2CrO4)值时，砖红色的Ag2CrO4就会沉淀出来，这种现象称为分步沉淀。如果在静止的条件下逐滴加入AgNO3溶液，由于Ag+局部过浓，白色的AgCl和砖红色的Ag2CrO4可能会同时沉淀出来（砖红色可掩盖白色），这种现象称为共同沉淀。45上述反应平衡常数但欲使c(Cl–)≥2.08×106

c(I–)，且AgI有明显转化是不可能的。即：c(Cl–)≥2.08×106

c(I–)才能使AgI沉淀转化成AgC1沉淀。5.沉淀的转化46锅炉或蒸气管内除锅垢，可以用Na2CO3溶液处理，使CaSO4转化成更难溶的CaCO3沉淀：由于CaCO3沉淀易溶于稀酸，所以可用“酸洗”除去。二、沉淀溶解反应应用举例47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；正确选择缓蚀剂；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，往往在给水进入锅炉前先用Na2CO3处理，再用Na3PO4补充处理。因为Ca3(PO4)2的Ksθ值为2.07×10–33，其溶解度为1.92×10–7mol·dm–3，比CaCO3更难溶，更易生成Ca3(PO4)2沉淀而除去。环境保护中常用可溶性氢氧化物或其他沉淀剂来去除工业废水中的Cr3+，Zn2+，Pb2+，Cd2+等有害物质。清洗中的注意事项48例5.7

某厂排放的废水中含有96mg·dm–3的Zn2+，用化学沉淀法应控制pH为多少时才能达到排放标准（5mg·dm–3）?Zn2+排放标准（5mg·dm–3）换算成物质的量的浓度为7.7×10–5mol·dm–3，此时应控制的OH―浓度可用溶度积规则估算如下：pOH≤6.21pH≥7.79解：491.稳定常数Ag++2NH3→[Ag(NH3)2]+

例如：如向此溶液中加少量NaCl溶液，并没有白色AgCl沉淀生成，这似乎可以说明溶液中的Ag+已全部形成[Ag(NH3)2]+。但若再向此溶液中加少量KI溶液，却有黄色AgI沉淀生成，这说明溶液中还存在着Ag+。Ag+由[Ag(NH3)2]+解离出来：[Ag(NH3)2]+→Ag++2NH3

三、配位解离平衡这种能生成配位化合物的反应称配位反应。50在一定温度下，当配位与解离速度相等时，在中心离子、配体和配合物之间就建立了动态平衡，该平衡称为配位解离平衡，简称配位平衡。即此反应的标准平衡常数为：称为配离子的稳定常数或生成常数，表示。也可用512.不稳定常数[Ag(NH3)2]+在溶液中的解离与多元弱电解质的解离一样，也是分级进行的。52二级解离为：其一级解离为：总的解离为：也叫做不稳定常数，可写成。53和显然，成倒数关系：稳定常数和不稳定常数之间的关系54例5.8

25℃时，在40cm30.100mol·dm–3的AgNO3溶液中，加入10cm315mol·dm–3的氨水溶液，求此溶液中Ag+和氨水的浓度。AgNO3溶液和氨水混合后的体积为50cm3。在混合溶液中，配位反应前的Ag+浓度和NH3浓度分别为：=0.080mol·dm–3

=3.0mol·dm–3

解：55混合后即发生配位解离反应。设达到平衡时Ag+浓度为xmol·dm–3，则平衡浓度/(mol·dm–3)x3.0–0.080×2+2x0.080－x

≈2.84≈0.080x可得：c(Ag+)=x

mol·dm–3=8.9×10–10

mol·dm–3

c(NH3)=3.0–0.080×2+2x≈2.84

mol·dm–3

起始浓度/(mol·dm–3)0.083.00563.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：查表知由K>106可知，上述反应正向自发进行，且进行得很彻底。57对于同类型的配合物，通常可根据配合物的Kfθ来判断反应进行的方向：配合物间的转化将向着生成更难解离的方向移动，即生成Kfθ大的配合物方向移动。584.配位解离平衡与沉淀溶解平衡的竞争例如：AgCl+2NH3[Ag(NH3)2]＋+Cl－＝Ksθ(AgCl)·Kfθ([Ag(NH3)2]+)＝1.77×10–10×1.22×107＝2.16×10–3

59例5.10求在25℃时，氯化银在6.0mol·dm–3的氨水溶液中的溶解度（以mol·dm–3计）。解：

视AgCl溶解后溶液的体积不变。设AgCl的溶解度为xmol·dm–3，则有AgCl+2NH3[Ag(NH3)2]＋+Cl－起始浓度/(mol·dm–3)600平衡浓度/(mol·dm–3)6–2x

xx＝Ksθ(AgCl)·Kfθ([Ag(NH3)2]+)＝2.16×10–3

60即x

＝0.255mol·dm–3

同样的方法计算25℃时，AgBr和AgI在6.0mol·dm–3的氨水溶液中的溶解度分别为1.47×10–2mol·dm–3和1.85×10–4mol·dm–3；也可算得在25℃时，AgI在3.0mol·dm–3的氨水、3.0mol·dm–3的Na2S2O3溶液和3.0mol·dm–3的NaCN溶液中的溶解度分别为9.26×10–5mol·dm–3，0.135mol·dm–3和1.5mol·dm–3。611.利用配离子的特殊颜色来鉴别物质对可溶性配位化合物进行光谱分析可以确定其组成，因为每种配合物都有自己的特征谱线。四、配位反应的应用实例无水硫酸铜(白色)“无水酒精”[Cu(H2O)4]2+(浅蓝色)62视频素材：5，03-CuSO4取两支试管，分别加入少量无水乙醇和乙醇，再在两支试管中加入少许无水硫酸铜(白色)，静置数秒钟后，可见到两支试管内的硫酸铜都不同程度地变蓝。左边试管中(盛有乙醇)的颜色比右边试管中(盛有无水乙醇)的颜色要深。632.用于溶解难溶电解质定影剂照相技术AgBr+2S2O32–[Ag(S2O3)2]3–+Br–Na2S2O3643.改变和控制离子浓度的大小电镀液采用配合物K[Cu(CN)2]无氰电镀液654.掩蔽有害物质例如，在可能含有Cu2+，Ni2+，Co2+，Zn2+的溶液中鉴定是否有Cd2+存在，可用氨水调节pH，再用KCN掩蔽干扰离子，然后就再加入足量的Na2S，若有黄色沉淀，则表示有Cd2+存在。因为Cu2+，Ni2+，Co2+，Zn2+的氰合配合物要比它们的氨配合物稳定，CdS沉淀不能转化成Cd的氰配合物。在环境保护方面66学习要求1.理解拉乌尔定律、亨利定律及其应用。2.认识相图，明确温度、压力与组分量变化的关系。3.掌握临界状态和超临界状态的有关概念；掌握气浮法处理污水、精馏、萃取、超临界萃取等基本原理。4.明确胶体概念和有关应用，了解溶胶聚沉的主要方法。5.了解非水溶液中的化学反应。5.3相平衡和非水溶液中的化学反应67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pB＝KHxB

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（W.Henry英）68对于亨利定律和拉乌尔定律，它们都只是在理想溶液（溶剂的原子结合态单元和溶质的原子结合态单元间没有作用的极稀的溶液）中才有较严格的定量关系；在较高压力或较浓的水溶液中，仅存在定性关系。NH3(g)＋H2O(l)＝NH4+(aq)＋OH-(aq)在使用p(NH3)＝KHx(NH3)时，x(NH3)应是游离氨的摩尔分数，也就是说必须在氨水中扣除因溶于水而生成NH4+(aq)的那部分氨的浓度。69图5-1气浮法除油污装置示意图7.废油或废固物池1.不锈钢或陶瓷容器2.多孔内胆3.不锈钢罩4.污水入口处5.高压空气开关6.泡沫区废油出口鼓空气清水出口70二、溶液中的气–液和液–液平衡1.相图相图是体系在不同外界条件下所存在的平衡关系图。从相图上可以看出，当外界条件改变时，体系的平衡状况将发生怎样的变化。也可以说，相图就是有关物相的形成条件图。71气液共存区气相区液相区图5-2乙醇-水体系温度-组成图0

0.20.40.60.81p=101.3kPa(1)完全互溶的气液平衡abC’CMC点：泡点a线：泡点线C’点：露点b线：露点线M点：恒沸点x乙醇乙醇水x乙醇=0.31009590858075t/℃该图是复制品(摩尔分数)72气液共存区ba气相区液相区图5-2乙醇-水体系温度-组成图0

0.20.40.60.81p=101.3kPa(1)完全互溶的气液平衡C’CMC点：泡点a线：泡点线C’点：露点b线：露点线M点：恒沸点w乙醇乙醇水w乙醇=0.31009590858075t/℃该图是用实验数据制作的(质量分数)73不饱和溶液区(2)部分互溶的液液平衡14012010080604020t/℃00.20.40.60.81水异丁醇w丁醇KC’C异丁醇/水，不饱和液异丁醇/水，饱和液含异丁醇8.5%水/异丁醇，饱和液含异丁醇

83.6%水/异丁醇，不饱和液p=常数图5-3水–异丁醇液液平衡相图两相共存区(饱和溶液)雾点t=20

℃742.临界状态和超临界状态实验证明，每种液体都存在一个特殊的温度，在该温度以上，无论加多大压力，都不能使气体液化。我们称这个温度为临界温度，以Tc或tc表示。所以，临界温度是使气体能够液化所允许的最高温度。对应于在临界温度下使气体液化所需要的最低压力称为临界压力，以pc

表示。系统处于临界温度、临界压力下的状态称为临界状态。75表5.3一些物质的临界温度和临界压力物质tc/℃pc/MPaH2O373.9122.05CO230.987.375C2H5OH240.776.148CH4–82.624.596C6H5CH3318.574.109NH313211.313763.蒸馏和萃取蒸馏蒸馏和萃取是对物质进行分离的两种操作。精馏则是通过塔内若干层塔板进行连续蒸馏，从塔顶得到高纯度的易挥发组分，从塔底得到高纯度难挥发组分。蒸馏分离是气液平衡的应用。7778分馏塔残留物石脑油精炼的气体原油在炉内加热到大约400℃成为气体遇到分馏塔气体通过包围进入塔倘若温度够低气体凝结在罩上形成液体流出汽油煤油柴油79例如：要将苯从正己烷与苯混合物中分离出来。可加入与正己烷不互溶，但与苯可完全互溶的二甘醇。萃取萃取分离是液液平衡、液固平衡的应用。80萃取剂萃取剂萃取相萃余相静置图5-4萃取流程图原料液搅拌机分步放出萃取相萃余相原料液=苯+正己烷萃取剂=二甘醇81为提高效率和纯度常采用填料塔或板式塔连续接触逆流萃取。萃取过程82若在压力稍高于萃取剂的临界压力，温度稍低于萃取剂的临界温度下进行超临界萃取分离，这比传统分离可能有更好的效果。在有机物的分离，稀有气体的提取，废水处理等方面经常使用超临界萃取分离方法。CO2的临界温度接近常温，临界压力易达到，且无毒，所以液态CO2常用于超临界萃取。超临界萃取83三、胶体分散相直径在1～100nm范围内称为胶体分散体系。分散系分散相分散介质根据分散相粒子直径大小分为离子分散系胶体分散系粗分散系84SiO2.

nH2O(左侧烧杯)和Fe2O3.

nH2O(右侧烧杯)溶胶丁铎尔现象85AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓胶团的结构表达式[AgI]m

.胶核扩散层[AgI]m胶核图5-5

AgI胶团结构示意图吸附层nI-

.

(n-x)

K+{}胶粒x-吸附层.

yK+胶团扩散层例：目前人们普遍认同的胶团结构为双电层结构。胶团结构过量的KI作稳定剂86溶胶的稳定性热力学不稳定体系动力学稳定体系布朗运动、胶粒带电及溶剂化作用多相、高分散系统，具有很大的表面能87胶粒因聚集而发生沉降的过程称为聚沉，使溶胶聚沉的方法主要有：(1)加电解质(2)加热(3)加带相反电荷的溶胶溶胶聚沉88通常选用冰醋酸为溶剂，用HClO4进行定量滴定分析。四、非水溶液中的反应抗风湿病药物水杨酸钠定量分析：在非水溶剂中进行的反应称非水溶液中的反应。常见的非水溶剂：液氨、冰醋酸和二甲亚砜（DMSO）等。89碱金属非水溶液碱金属溶于液氨中呈蓝色→青铜色该溶液具有超常的导电性：钠的液氨的比电导为50.47S·cm–1钾的相应值为45.69S·cm–1“稀释金属”90要实现这种铝的电镀，就必须在没有水存在的溶液中才能实现。在电镀铝工艺中最简单的溶质为卤化铝，较好的非水溶剂是乙基苯类溶剂。非水溶液中电镀铝E

θ

(Al3+/Al)=–1.662V915.4水质与水体保护

学习要求1.了解水资源的重要性。理解纯水、超纯水的含义和用途，了解水质分类和用途。2.联系As2O3，CH3Hg+，BaSO4等实例，理解重金属元素的化学形态与毒性的关系。3.了解水体中溶解氧的来源和影响溶解的因素，理解DO，COD，BOD表示的意义。4.了解水体污染的控制和治理方法。92一、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1.4×1018m3。其中：海水占97.3%淡水占2.7%人类可利用的淡水约占地球上总水量的0.01%。93人类年用水量已近4.6×1012m3，，全球有60%的陆地面积淡水供应不足，近20亿人饮用水短缺。我国水资源丰富，占世界第五位，但按人均计算，则只有世界人均占有量的1/4。而且我国水资源的分布极为不均，自东南向西北减少。水资源危机注：书中“人类年用水量已近4×1016m3”是错的94

水体是指以相对稳定的陆地为边界的天然水域，如江河、湖海、沼泽、水库、地下水、冰川等的总称。水体不仅包括水，还包括水中的悬浮物、底泥及水生生物等。水体质量简称水质。不同的使用目的对水质有不同的要求。二、水体质量

95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1.0mg·dm–3和0.1mg·dm–3以下，此时电导率降至10–4～10–5S·m–1范围或10–5S·m–1以下。特种行业对水质的要求在火力发电中，产生的水蒸气的温度、压力越高，则由热能转化成电能的转化率就越高，如果水中含有钙、镁、铜、铁等金属离子就会在高压(或超高压)锅炉中结垢、造成腐蚀，引起锅炉、加热管等设备的破裂、爆炸；或使汽轮机叶片增加重量或腐蚀断裂，或使喷嘴堵塞发生事故。96在电子工业中，如果水中含有杂质，清洗后杂质将会残留在表面，进一步处理时则有进入器件内部的可能，这将严重影响器件的性能。高纯水含杂质少，电阻率大，电绝缘性能好，用它清洗电子管、固体电路等产品的零件，可大大提高产品质量，减少废品、降低成本。因此，高纯水是电子工业生产中大量使用的“清洗剂”。目前，生产上和实验室中，制备高纯水常用方法有蒸馏法，离子交换法、电渗析法和高纯电渗析法等。97对于地面水的环境质量标准，在GB3838—2002中按使用目的和保护目标将其分成五类水域：V类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。Ⅰ类：主要适用于源头水、国家自然保护区。Ⅱ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等。Ⅲ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。Ⅳ类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区。地面水的环境质量标准98三、水体污染

天然水体的组成是很复杂的，除水以外，还有：①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；②胶体、悬浮物，如硅、铝、铁的水合氧化物胶体，黏土、矿物胶体物质或颗粒物质，腐殖质等有机高分子化合物；③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。99所谓自净作用，是指进入环境的污染物质或污染因素，依靠自然界本身所具有的功能发生一系列的物理变化、化学变化和生物变化，使污染物质或污染因素被清除掉的作用。自净与环境污染19世纪以后，大规模的工业生产、高科技产物给人类带来福利的同时，也产生了更严重的污染物，大大超过了自然的自净能力，给人类带来了祸害。后者被称做“环境污染”。100据世界工业组织报道，全世界75%左右的疾病与水污染有关，常见的伤寒、霍乱、胃炎、痢疾和传染性肝炎的发生和传播都是直接饮用污染水造成的；工业上，溶剂水、清洗水、作为介质的水对工艺过程和产品的质量影响极大，水体污染还会腐蚀船舶、水上建筑；农业上，水产养殖、浇灌用水的污染也会对水产、农作物造成不可估量的损失。水污染的危害101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102来源：新华社

2003年4月21日1031.重金属及其化合物的污染重金属主要有：汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)等，此外还有砷(As)。重金属污染的特点：地域性，潜伏性，累积性，多形态。水体污染物种类很多，情况复杂，归纳起来主要有以下几种：104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)汞汞离子与某些蛋白质蓄积于人体内，特别是肾和肝中，因此，肾功能障碍是汞中毒的首要标志。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105日本九州熊本县南端有个水俣湾，居住着10000多渔民。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。人们对这种病取名为“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”。会出现神经性疾病的症状，病情严重时，“狂猫”就会跳海，人也会死亡。水俣病日本的水俣病受害者。这是20世纪60年代初期很著名的一幅新闻图片106(2)铅铅中毒症状有食欲不振、口中有金属味、失眠、头痛、头昏、腹痛和贫血，还可以引起肾病、高血压、脑水肿等。人体中的铅90%

以上(儿童为64%)积蓄在骨骼内，2%以下的铅存在于血液中，其他存在于主动脉、肝、肾为主的软组织中。头发和指甲中铅的含量也较高，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。儿童由于代谢和排泄功能不完善，血脑屏障成熟较晚，所以对铅有特殊的易感性，低浓度的铅即可导致儿童生长迟缓、智力降低。由于汽车等交通工具的大量使用，铅的环境污染日益严重，据报导每年有40万儿童铅中毒，另有100万儿童其血铅水平足以影响他们的发育。107镉中毒可引起肾障碍，骨软化症或疼痛病。骨软化症患者由于骨胶原的正常代谢受到干扰，形成了不致密和不成熟的骨胶原，特别是妇女，由于妊娠、分娩、授乳而引起钙不足等，使肠道对镉的吸收率增高，易引起镉中毒。(3)镉进入人体的镉可逐渐积蓄，到50岁时可达20~30mg。高钙食物会抑制消化道对镉的吸收，维生素D也会影响镉的吸收。1081955年-1972年日本富山平原神通川流域

镉污染受害者109日本富山县有条神通川河，从1955年起，处于河下游的一些母亲们患了一种全身各部位都觉得疼痛的病，腰痛，背痛，关节也痛，痛也好像针扎。走路时弯腰拱背，严重时只能在地上爬。活动时常有细微的骨折，刺痛着神经，令人叫声不绝。所以叫“痛痛病”。久病者躺在床上，肌肉萎缩，骨胳变形弯曲，有的身高缩短25~30厘米。最后大多数因肾功能衰竭而死亡。1977年，共死亡207人。原来是含镉废水造成的。神通川河开发铅锌矿，镉是共生物。镉随选矿废水排入河中，使下游居民发生慢性镉中毒，潜伏期长达10~30年。含镉废水不定期可在冶炼和电镀过程中产生，或以烟尘形式排放，这都会引起镉中毒。110广东省潮阳市的贵屿镇（中国网）堆积如山的电子垃圾（2001年12月)用王水浸泡过的线路版111造纸工业大量排放的废酸和废碱河南浚县北老观嘴村左图：这就是村民们从三米深的井里打出的水，经防疫部门检测不能饮用；中图：无知的孩子在污染了的卫河边玩耍；右图：今年6月，村里终于有了一口152米深的深水井。千龙新闻网2002年08月22日

造纸厂周边的村民们纷纷患上了肠癌、食道癌、肝癌、胃癌等病112胫腓骨骨松质硬化，髓腔狭窄，并见骨间膜钙化呈羽毛状。地方性骨病氟骨症113氟污染