水化学chapter1

1、1水水 分分 析析 化化 学学 Water Analytical Chemistry主讲教师：王文静联系方式：1369651132023课程定位课程定位4 重重点点内内容容56教研室编教研室编 6. 华东理工大学、成都科学技术大学华东理工大学、成都科学技术大学 分析化分析化学教研室编，分析化学（第四版）学教研室编，分析化学（第四版）78Water Analytical Chemistry910水的循环与水质污染水的循环与水质污染水的自然循环11水的特性水的特性 与同族元素（硫等）氢化物相比，与同族元素（硫等）氢化物相比，具有相对高的具有相对高的熔点和沸点熔点和沸点 温度体积效应异常温度体积效应

2、异常：冻结时膨胀、：冻结时膨胀、04时体积时体积随温度升高而降低、随温度升高而降低、4 是体积最小，密度最大是体积最小，密度最大 热容量最大：除液氨外，所有液体和固体物质中，热容量最大：除液氨外，所有液体和固体物质中，水的热容量最大水的热容量最大调节气温调节气温 具有具有强溶解性强溶解性、强反应能力的溶剂：介电常数很、强反应能力的溶剂：介电常数很大（使溶质电离能力强），许多物质在水中溶解大（使溶质电离能力强），许多物质在水中溶解度大，电离度大，可发生各种化学反应度大，电离度大，可发生各种化学反应 强流动强流动能力能力 较大的表面张力较大的表面张力：液体中除汞以外，水的表面张：液体中除汞以外，水

3、的表面张力最大力最大12（1 1）化学型污染：）化学型污染：指排入水体的碱、酸、无机和有机指排入水体的碱、酸、无机和有机污染物造成的水体污染。污染物造成的水体污染。（2 2）物理型污染：）物理型污染：指引起水体的色度、浊度、悬浮性指引起水体的色度、浊度、悬浮性固体、水温和放射性等监测指标明显变化的物理因素造固体、水温和放射性等监测指标明显变化的物理因素造成的污染。成的污染。（3 3）生物型污染：）生物型污染：未经处理生活污水、医院污水等排未经处理生活污水、医院污水等排入水体，引入某些病原菌而造成的污染。入水体，引入某些病原菌而造成的污染。 131、 水水分析分析化学的任务化学的任务 研究水及其

4、杂质、污染物的研究水及其杂质、污染物的组成、性质组成、性质 研究水中杂质的研究水中杂质的含量及其变化含量及其变化情况情况 研究水中杂质的分析研究水中杂质的分析方法方法142、水分析化学的作用和意义、水分析化学的作用和意义 分析测试结果是：分析测试结果是： 给水排水设计给水排水设计 的依据的依据 水处理新工艺开发水处理新工艺开发 水环境评价水环境评价 废水综合利用效果废水综合利用效果水资源保护、利用、开发和治理的水资源保护、利用、开发和治理的“眼睛眼睛”（看清污染物是什么）和（看清污染物是什么）和“哨兵哨兵”（提供水质标准）（提供水质标准）15水分析化学与传统分析化学的关系水分析化学与传统分析化

5、学的关系对我们的基本要求 水分析化学是研究水中杂质及其变化规律的重要方法。通过水分析化学的学习，掌握水分析化学四大滴定方法（酸碱滴定，络合滴定，沉淀滴定，氧化还原滴定）和主要仪器分析法（吸收光谱法，色谱法，原子吸收法等）的基本原理，基本理论，基本知识，掌握水质分析的基本操作，树立“量”的理念。17按分析方法的按分析方法的原理和手段原理和手段分：分： 1、化学分析法化学分析法 ( (常量组分常量组分) )：以化学反：以化学反应为基础的分析方法应为基础的分析方法定义：定义：将将水中水中被分析物质与已知成分、性质和含量被分析物质与已知成分、性质和含量的物质发生化学反应，产生具有特殊性质的新物质，的物

6、质发生化学反应，产生具有特殊性质的新物质，由此确定被测物质的存在以及组成、性质和含量。由此确定被测物质的存在以及组成、性质和含量。 重量分析：重量分析：Ba2+ SO42- 残渣分析残渣分析 滴定分析：滴定分析：酸碱、络合、氧化还原、沉淀酸碱、络合、氧化还原、沉淀试剂试剂样品样品18 2、仪器分析法仪器分析法 (微量或痕量组分微量或痕量组分)：用用仪器仪器测测定被测物质的定被测物质的物理或物理化学性质，以确定物理或物理化学性质，以确定水样组成和性质的方法水样组成和性质的方法 光学分析法光学分析法：紫外紫外-可见可见、红外、红外、荧光荧光、磷光磷光、 激光拉曼激光拉曼、核磁共振、原子发射核磁共振

7、、原子发射、原子吸收原子吸收 电化学分析法电化学分析法：电位电位、电导、库仑、安培、极谱电导、库仑、安培、极谱 色谱法色谱法：GC(气)、HPLC (高效液相色谱) 其他其他： 质谱、电子能谱、活化分析、热分析等质谱、电子能谱、活化分析、热分析等3Fe2+3NN+NNFe2+邻二氮菲邻二氮菲19 按按所需试样量所需试样量大小分大小分方法方法 固体试样质量固体试样质量(mg) 液体试样体积液体试样体积(mL)常量常量 100 10半微量半微量 10100 110 微量微量 10 1%) 10-2 微量组分微量组分 (0.01-1%) 10-4 10-2 痕量组分痕量组分 (0.01%) 10-4

8、 按按分析任务分析任务：定性分析（如对未知样进行测：定性分析（如对未知样进行测定），定量分析，结构分析（物质基本结构，物定），定量分析，结构分析（物质基本结构，物质内含什么）质内含什么） 20问题问题: : (1) (1) ppm ppm（1010-6-6）或）或ppbppb（1010-9-9）与）与mg/Lmg/L或或g/Lg/L两者之间的关系如何？两者之间的关系如何？ (2)(2)污水中污水中CODCOD含量一般在含量一般在300600mg/L300600mg/L，属，属于常量分析还是微量分析？如果水中某组于常量分析还是微量分析？如果水中某组分含量在分含量在g/Lg/L数量级，属于哪类分析

9、？数量级，属于哪类分析？ 分析化学组分含量单位分析化学组分含量单位 PPM PPM parts per million (10parts per million (10-6-6) ) （ mg / kg )mg / kg )或（或（ mg / L )mg / L ) PPB PPB parts per billion (10 parts per billion (10-9-9) ) （ g/ kg ）或（）或（g/L ） PPT PPT parts per trillion (10 parts per trillion (10-12-12）21分离分离称量形式称量形式转化转化过滤过滤烘干烘干称

10、重称重计算计算水样水样被测组分被测组分转化方法有：沉淀、气化、萃取等转化方法有：沉淀、气化、萃取等22水中不可滤残或悬浮物水中不可滤残或悬浮物(SS)总残渣总残渣Ca2+、Mg2+、Ba2+硫酸盐硫酸盐总残渣灼烧减重总残渣灼烧减重优点优点缺点缺点对于常量分析，比较准确，对于常量分析，比较准确， 相对误差相对误差0.1% 0.2%操作麻烦，费时，不适于水操作麻烦，费时，不适于水 中微量组分的测定。中微量组分的测定。硫酸盐硫酸盐总残渣总残渣 总残渣灼烧减重总残渣灼烧减重 23标准溶液标准溶液化学计量点化学计量点滴定终点滴定终点滴定管滴定管滴定剂滴定剂被滴定溶液被滴定溶液24 （1 1）常用术语）常

11、用术语化学计量比化学计量比若若A、 B物质的量分别为物质的量分别为nA、nB，滴定的反应比为，滴定的反应比为 a ：b，则滴，则滴定反应的化学计量关系为：定反应的化学计量关系为：ABBABA,:nabnnbanbann或终点误差终点误差主要是滴定终点与化学计量点主要是滴定终点与化学计量点不一致不一致引起的引起的滴定终点滴定终点指示剂变色的点指示剂变色的点End point化学计量点化学计量点BAnbanStoichiometric point为化学计量数比为化学计量数比baDCBAdcba 25（2 2）滴定误差的产生）滴定误差的产生: : 用用 HCl HCl 滴定滴定NaOHNaOH甲基橙

12、为指示剂（变色范围甲基橙为指示剂（变色范围 pH 3.14.4）HCl + NaOHNaCl + H2O化学计量点化学计量点pH=7 HClHCl标准溶液标准溶液NaOHNaOH溶液溶液甲基橙甲基橙滴定前滴定前过量过量红红 橙橙 黄黄pH pH 3.13.1 3.1 - 4.43.1 - 4.4 4.44.4滴定终点滴定终点黄色黄色 橙色橙色 红色红色滴定分析常用玻璃器皿滴定分析常用玻璃器皿272829（4 4）滴定分析对化学反应的要求）滴定分析对化学反应的要求置换滴定：置换滴定：用用K2Cr2O7标定标定Na2S2O3(KI) KMnO4直接直接滴定滴定1. 按一定的反应式定量完成按一定的反

13、应式定量完成(99.9%以上以上) 2. 快快(或可加热、催化剂或可加热、催化剂) 3.有化学计量关系有化学计量关系 4. 有适当的方法确定终点有适当的方法确定终点(指示剂指示剂)Zn2+间接滴定：间接滴定：Ca2+ CaC2O4(s) H2C2O4目测滴定法目测滴定法电位滴定法电位滴定法光度滴定法光度滴定法 返滴定返滴定: Al+EDTA(过量过量)反应慢30No.标样浓度标样浓度 g / L吸收值吸收值15.000.045210.00.093320.00.140430.00.175540.00.2366试样试样0.200标准工作曲线的绘制31项目项目化学分析法化学分析法（经典分析法）（经典

14、分析法）仪器分析法仪器分析法（现代分析法）（现代分析法）物质性质物质性质化学性质化学性质物理、物理化学性质物理、物理化学性质测量参数测量参数体积、重量体积、重量吸光度、电位、发射强度、吸光度、电位、发射强度、热量、电导、电阻等等热量、电导、电阻等等误差误差0.1 % 0.2 %1 % 2% 或更高或更高组分含量组分含量0.01% 1 % 0.01% 单分子、单原子单分子、单原子理论基础理论基础化学、物理化学化学、物理化学（溶液四大平衡）（溶液四大平衡）化学、物理、数学、电子学、化学、物理、数学、电子学、生物、等等生物、等等解决问题解决问题定性、定量定性、定量定性、定量、定性、定量、结构、形态、

15、结构、形态、能态、动力学能态、动力学等全面的信息等全面的信息3233一、一、物物 理理 指指 标标感官性指标，水的色度来源 于金属化合物或有机化合物感官性指标，水的异臭来源于 还原性硫和氮的化合物、挥发 性有机物和氯气等污染物质挥发性物质溶解物质固定性物质悬浮固体物质加速耗氧反应，最终导 致水体缺氧或水质恶化造成水中溶解氧减少工业废水 常引起水 体热污染色度固体物质嗅和味温度34 2种测量方法种测量方法: 文字描述法：臭强度报告（无、微弱、弱、明显、强、很强）文字描述法：臭强度报告（无、微弱、弱、明显、强、很强） 臭阈值法：用无臭水稀释至闻出最低可辨臭气时的稀释倍数臭阈值法：用无臭水稀释至闻出

16、最低可辨臭气时的稀释倍数 饮用水标准为：饮用水标准为：臭阈值臭阈值2（一）臭味测量方法（一）臭味测量方法351、颜色分类、颜色分类 真色：过滤除去悬浮固体后的水样颜色真色：过滤除去悬浮固体后的水样颜色 表色：未经沉淀、分离的原水颜色表色：未经沉淀、分离的原水颜色 2、测量方法测量方法: 铂钴比色法铂钴比色法（清洁水（清洁水) ) K2PtCl6+CoCl26H2O 1度度= 1mg/L Pt.0.5mg/L Co 稀释倍数法（污染严重水）稀释倍数法（污染严重水） 饮用水标准为：饮用水标准为：真色真色15度度（二）颜色指标（二）颜色指标色度色度的测量方法的测量方法361、颜色分类、颜色分类 真色

17、：过滤除去悬浮固体后的水样颜色真色：过滤除去悬浮固体后的水样颜色 表色：未经沉淀、分离的原水颜色表色：未经沉淀、分离的原水颜色 2、测量方法测量方法: 铂钴比色法铂钴比色法（清洁水（清洁水) ) K2PtCl6+CoCl26H2O 1度度= 1mg/L Pt.0.5mg/L Co 稀释倍数法（污染严重水）稀释倍数法（污染严重水） 饮用水标准为：饮用水标准为：真色真色15度度 （P461 附表附表1 生活饮用水卫生标准生活饮用水卫生标准GB5749-2006）（二）颜色指标（二）颜色指标色度色度的测量方法的测量方法38 溶解性固体（溶解性固体（DS） 有机物有机物 1、总固体（、总固体（TS）

18、（滤液（滤液蒸干蒸干103103105105水样蒸干水样蒸干 或或180 烘干恒重）烘干恒重） 无机物无机物: :总含盐量总含盐量 105110烘干恒重烘干恒重 悬浮固体（悬浮固体（SS） 漂浮物漂浮物 有机物有机物VSS（总残渣）（总残渣） （总不可（总不可过滤过滤残渣过滤残渣过滤 悬浮物悬浮物 （600灼烧）灼烧） 103103105105烘干恒重烘干恒重） 可沉物可沉物 无机物无机物NVSSNVSS 饮用水标准为：饮用水标准为：溶解性总固体（总可滤残渣）溶解性总固体（总可滤残渣）1000mg/L（三）固体物质含量的测量（三）固体物质含量的测量总残渣（TS）=可滤残渣（DS）+不可滤残渣（

19、SS）总残渣（TS）=挥发残渣（VS，有机）+不挥发残渣（FS，无机）392、浊度概念：浊度概念： 浑浊程度浑浊程度，由悬浮物、胶体杂质、有机物质微，由悬浮物、胶体杂质、有机物质微生物、浮游生物引起，影响光线透过，使水生生物生态发生物、浮游生物引起，影响光线透过，使水生生物生态发生变化。这是一种光学效应，是混凝工艺的重要控制指标，生变化。这是一种光学效应，是混凝工艺的重要控制指标，表现出光线透过水层时受阻的程度，与颗粒大小、数量、表现出光线透过水层时受阻的程度，与颗粒大小、数量、形状有关。是天然水和饮用水的重要水质指标之一形状有关。是天然水和饮用水的重要水质指标之一 我国饮用水标准为：我国饮用

20、水标准为： 浊度浊度1 NTU（浊度单位）（浊度单位） 对于污水由于悬浮物高、只测悬浮物含量，不测浊度对于污水由于悬浮物高、只测悬浮物含量，不测浊度测定浊度的重要性测定浊度的重要性是水可能受到污染的重要是水可能受到污染的重要标志标志之一之一 自来水厂处理设备和设计的重要自来水厂处理设备和设计的重要参数参数 是水厂运行和投药量的重要是水厂运行和投药量的重要控制标准控制标准40a.目视比浊法：目视比浊法：用具塞比色管配制标准浊度系列（用具塞比色管配制标准浊度系列（Pt-Co色阶），将水样与标准系列色阶），将水样与标准系列俯视对比确定俯视对比确定 1度度 = 1mg/L 漂白土产生的浊度。（漂白土产

21、生的浊度。（注意：不要和测色注意：不要和测色度中的度中的“度度”混淆了混淆了）b.分光光度法：分光光度法：680nm分光光度计测定分光光度计测定标准浊度单位（标准浊度单位（1.25mg硫酸肼硫酸肼/L和和12.5mg六次甲六次甲基四胺基四胺/L形成形成甲臜聚合物甲臜聚合物为为1度，测定结果单位度，测定结果单位FTU）c.散射法散射法，浊度仪（也以，浊度仪（也以甲臜聚合物甲臜聚合物为标准浊度单为标准浊度单位，测定结果单位位，测定结果单位NTU）41电导率、氧化还原电位电导率、氧化还原电位ORP、UV254等等电导率电导率:表示水溶液传导电流的能力，纯水不导电，导电表示水溶液传导电流的能力，纯水不

22、导电，导电的是盐类物质，含盐量越大，导电量越大，污水不测电的是盐类物质，含盐量越大，导电量越大，污水不测电导率。导率。UVA254：反映水中有机物含量：反映水中有机物含量 氧化还原电位氧化还原电位(ORP):废水生物处理过程重要控制参数废水生物处理过程重要控制参数 （四）其它物理指标（四）其它物理指标42二、微生物指标二、微生物指标（1） 细菌总数：细菌总数：各种细菌病毒的总和，反映污水中各种细菌病毒的总和，反映污水中病原菌、病毒存在的可能性。病原菌、病毒存在的可能性。(P24 表表1.5) 饮用水饮用水标准为：标准为：细菌总数细菌总数100 个（细菌落）个（细菌落）/mL（2） 总总大肠菌群

23、：大肠菌群：反映污水被粪便污染程度。反映污水被粪便污染程度。 饮用水标准为：饮用水标准为：总大肠菌群不得检出总大肠菌群不得检出（3）游离性余氯：）游离性余氯：Cl2+H2O = HOCl +H+ + Cl- (P462) 国家饮用水标准规定：国家饮用水标准规定：集中式给水出厂水游离性余集中式给水出厂水游离性余氯不低于氯不低于0.3mg/L，管网末梢水不低于，管网末梢水不低于0.05mg/L（4）二氧化氯）二氧化氯（P25 表表1.6） 国家饮用水标准规定：国家饮用水标准规定：集中式给水出厂水余量不低集中式给水出厂水余量不低于于0.8mg/L，管网末梢水不低于，管网末梢水不低于0.02mg/L4

24、3三、化三、化 学学 性性 指指 标标（一）无 机 性 指 标植物营 养元素pH和碱度硬度与重金属过多的氮、磷进入天然水体易导致富营养 化，导致水生植物尤其是藻类的大量繁殖， 造成水中溶解氧的急剧变化，影响鱼类生 存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为 沼泽和干地。一般要求处理后污水的pH在69之间。 当天然水体遭受酸碱污染时，pH发生变 化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍 水体自净，还可腐蚀船舶。 碱度指水中能与强酸定量作用的物质总量 作为微量金属元素; 重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生 物生长，使蛋白质凝固; 逐级富集至人体，影响人体健康。44(注意单位注意单位P16) H+与水的与水

25、的 酸度酸度 水中能水中能与强碱与强碱发生中和反应的物质发生中和反应的物质 H2CO3 缓冲缓冲 HCO3-能力能力 OH- 有关有关 碱度碱度 水中能水中能与强酸与强酸发生中和反应的物质发生中和反应的物质 CO32- HCO3- Alk= OH-+CO32-+HCO3-H+1、pH值与酸碱度测量值与酸碱度测量酸碱滴定法等酸碱滴定法等 我国饮用水标准为：我国饮用水标准为： pH 6.58.545（1）硬度）硬度络合滴定法（单位络合滴定法（单位P17） 按阳离子划分 总硬度 钙硬度 镁硬度 按阴离子划分 碳酸盐硬度：钙镁的碳酸盐和重碳酸盐暂时硬度 非碳酸盐硬度：钙镁的硫酸盐和氯化盐永久硬度 我国

26、饮用水标准为：我国饮用水标准为： 总硬度总硬度450mg/L(以以CaCO3计）计）（2） 重金属离子重金属离子： 主要是主要是五毒：五毒：Hg Cd Cr Pb AsHg Cd Cr Pb As还有：还有：铊铊、锡、锡、铝、铁、锰、铜、锌铝、铁、锰、铜、锌等等2、 硬度与重金属含量测定硬度与重金属含量测定46 含氮指标：含氮指标： 有机氮有机氮 KN,KN,不稳定，易被微生物分解不稳定，易被微生物分解 a.总氮总氮 NHNH3 3-N -N （TN） NONO2 2- -N -N NO NO3 3- -N N b.凯氏氮（凯氏氮（KN） 有机氮有机氮 判断生物处理中判断生物处理中微生物微生物 一般生活污水中一般生活污水中KN=40mg/L NHKN=40mg/L NH3 3-N -N 氮营养的充足依据氮营养的充足依据 NHNH3 3-N -N c. NH3-N NHNH4 4+ +-N-N 有机氮有机氮= KN-= KN-（NHNH3 3-N-N） d. (NO3- +NO2- )-N=TN-KN =TN-KN 3、氮