水化学复习总结

1、复习总结复习总结一、一、 天然水的依数性天然水的依数性 指那些与水中溶质的质点数有关的性质指那些与水中溶质的质点数有关的性质 冰点下降冰点下降 Tf = Kf m（稀溶液）（稀溶液） 蒸气压下降蒸气压下降 p = N1 p0(稀溶液中，溶液的蒸气稀溶液中，溶液的蒸气随溶液中电解质质量浓度的增加而下降随溶液中电解质质量浓度的增加而下降) 渗透压渗透压 = cRT(稀溶液的渗透压与溶液中溶稀溶液的渗透压与溶液中溶质质点浓度成正比质质点浓度成正比)二、河水化学成分的形成与分带特征二、河水化学成分的形成与分带特征多样性、易变性多样性、易变性 I土壤土壤+I岩石岩石+I大气大气+I风风+I有机体有机体E

2、离子离子+E植物植物+E风风+X影响因素：影响因素： 气候、地形、地质构造、植被气候、地形、地质构造、植被河水的分类河水的分类 重碳酸盐类：重碳酸盐类：HCO3-、Ca2+ 0.5g/L 氯化物类：氯化物类：Cl-、Na+ 1g/L 河水离子总量：河水离子总量：东南向西北渐增东南向西北渐增三、海水溶质成分的形成与特征三、海水溶质成分的形成与特征 海水溶质的研究方法：海水溶质的研究方法：假设海水原始组成假设海水原始组成 现代海水现代海水以今论古钻探取样以今论古钻探取样 盐度盐度 0.03 + 1.80(含氯量含氯量) 3337第第2 2章章 化学动力学化学动力学反应速率、反应机理反应速率、反应机

3、理一、一、 反应速率反应速率 单位时间内某一反应物浓度的减少单位时间内某一反应物浓度的减少或某一生成物浓度的增大来表示或某一生成物浓度的增大来表示 aA + bB + . pP + qQ + . 反应速率方程：反应速率方程： -dA/dt = kAaBb常选比较容易测定浓度变化的物质常选比较容易测定浓度变化的物质二、0、1、2级反应速率方程 当当n = 0时时，反应为零级反应，有，反应为零级反应，有-dA/dt = k A = A0 kt 当当n = 1时时，反应为一级反应，有，反应为一级反应，有 -dA/dt = kA 积分后得：积分后得：lnA = lnA0 kt 当当n = 2时时，反应

4、为二级反应，有：，反应为二级反应，有：1/A = 1/A0 + kt三、三、 阿仑尼乌斯定理阿仑尼乌斯定理 反应速率与和温度反应速率与和温度有关有关 k = Ae-Ea/RT dlnk/dT = Ea/RT2 lnk = lnA Ea/RT21a1211TTREkkln第第3 3章章 化学平衡化学平衡反应方向、反应程度反应方向、反应程度一、利用吉布斯自由能判别反应方一、利用吉布斯自由能判别反应方向向 封闭体系：封闭体系：只有能量没有物质交换只有能量没有物质交换 G = H TSG：吉布斯自由能，总能量的一部分，吉布斯自由能，总能量的一部分， 可做有用功；可做有用功；H：焓，总能量；焓，总能量；

5、S：熵，混乱度；熵，混乱度；TS：不能做有用功的那部分能量不能做有用功的那部分能量 对于对于aA + bB cC +dD GT = nAGA + nBGB + nCGC + nDGDGT = niGi，那么某一新时刻的那么某一新时刻的G,T？G (viGi)产物产物 (viGi)反应物反应物 G 0，反应不能自发进行，反应不能自发进行 G = 0，处于平衡状态，处于平衡状态反应总是向总自由能降低的方向进行反应总是向总自由能降低的方向进行G (viGi)产物产物 (viGi)反应物反应物 G G RTln G (viGi)产物产物 (viGi)反应物反应物CcDdAaBb例子例子 水中水中CaC

6、O3的形成和溶解反应如下：的形成和溶解反应如下： Ca2+ + HCO3- CaCO3 + H+ 假定假定Ca2+=HCO3-=110-3mol.L-1, pH=7, 水水温为温为250C，问此时是否有沉淀产生。，问此时是否有沉淀产生。 标准生成自由能如下（标准生成自由能如下（kcal.mol-1）：）： CaCO3 269.78 H+ = 0 Ca2+ = -132.18 HCO3- = -140.31CcDd/AaBb = Q G G RTlnCcDd/AaBb 当当G 0时，时， G RTlnK G RTlnQ/K 当当Q/K1时，时， G 1时，时， G 0，反应不能进，反应不能进行行

7、 氨氨(NH3)是一种碱。按照下列反应式，它会很是一种碱。按照下列反应式，它会很容易接受质子容易接受质子 NH3(aq)+H2O NH4+(aq) +OH- (1)计算计算25oC时反应的平衡常数时反应的平衡常数K； (2)如果在某个时候，如果在某个时候，pH9.0，NH3=10-5 mol.L-1和和NH4+ = 10-6mol.L-1，试问该反应是，试问该反应是处于平衡状态吗？处于平衡状态吗？K=1.8310-5L.mol-1.s-1Q=10-6, Q/K 0, 吸热反应吸热反应3.3 3.3 水溶液中离子和分子水溶液中离子和分子的非理想行为的非理想行为离子的非理想行为离子的非理想行为 离

8、子浓度高离子浓度高 静电作用静电作用 行为受约束行为受约束 离子活度离子活度 盐效应盐效应第四章第四章 酸碱化学酸碱化学一、一、 平衡计算质子平衡式平衡计算质子平衡式 弱酸弱酸HA溶于水中，写出质子转移关系式溶于水中，写出质子转移关系式 失去质子后的物种：失去质子后的物种：A-、OH- 得到质子后的物种：得到质子后的物种：H3O+H+A- OH-HA H2OH+ = A- + OH- H3P04H+H2PO4- HPO42- PO43- OH-H3P04 H2OH+ = H2PO4-+2HPO42-+3PO43-+OH-练练 习习 写出写出NaNO2、H2CO3、NaHCO3、Na2CO3水溶

9、液中的质子平衡方程。水溶液中的质子平衡方程。二、二、的计算的计算 HA = CT,AH+/(Ka +H+) A- = CT,AKa/(Ka+H+)HA = H+/(Ka +H+)A- = Ka/(Ka+H+)H2A = CT,AH+2 + Ka,1H+ + Ka,1Ka,2H+2HA- = CT,AH+2 + Ka,1H+ + Ka,1Ka,2Ka,1H+A2- = CT,AH+2 + Ka,1H+ + Ka,1Ka,2Ka,1Ka,2H2CO3HCO3-CO32- H2CO3 HCO3- CO32-pH三、三、 pH缓冲溶液缓冲溶液 弱酸弱酸HA及其共轭碱及其共轭碱NaA组成的组成的pH缓冲

10、溶液。缓冲溶液。H+ = KaCHA (H+ OH-)CNaA + (H+ OH-)H+ = KaCHACNaApH=pKa+lgC盐盐C酸酸 欲配制欲配制pH值为值为5.0的缓冲溶液，需称取多的缓冲溶液，需称取多少克少克NaAc.3H2O固体溶解在固体溶解在300mL 0.5mol.L-1的的HAc溶液中？溶液中？pH=pKa+lgC盐盐C酸酸解：解： 代入得：代入得：5.04.7 + lg(C盐盐/0.5)C盐盐0.998mol.L-1,即即40.7g。四、四、 缓冲强度缓冲强度 引起缓冲液单位引起缓冲液单位pH变化所需加入的强酸变化所需加入的强酸或强碱的浓度或强碱的浓度dcBdpH-dc

11、AdpH或或强酸强酸强碱强碱五、五、 酸度和碱度酸度和碱度碱度：碱度：接受质子或中和强酸能力的量度接受质子或中和强酸能力的量度 OH-、CO32-、HCO3-酸度：酸度：接受羟基或中和强碱能力的量度接受羟基或中和强碱能力的量度 H+、H2CO3 * 、 HCO3- 在一个视作封闭体系的在一个视作封闭体系的25oC水样中，加入少量水样中，加入少量下列物质，碱度如何变化：下列物质，碱度如何变化： （1）HCl （2）NaOH （3）CO2 （4）Na2CO3 （5）NaHCO3 （6）Na2SO4 (1)(1)减小；减小；(2(2、4 4、5)5)增加；增加；(3(3、6)6)不变不变第五章第五章

12、 配位化学配位化学一、一、 配位化学基础配位化学基础 配位化合物（配合物或络合物）配位化合物（配合物或络合物） 由处于中心位置的原子或离子（一般由处于中心位置的原子或离子（一般为金属配合物的核）与周围一定数目为金属配合物的核）与周围一定数目的配位体分子或离子以配位键键合组成的配位体分子或离子以配位键键合组成配离子，然后再与电荷相反的离子结合配离子，然后再与电荷相反的离子结合形成配合物。形成配合物。Co(NH3)63+中心离子中心离子配位原子配位原子配位体配位体配位数配位数配位数配位数- -配位体名称配位体名称- -合合- -金属名称金属名称( (价态价态)-)-离子离子先阴离子后中性分子先阴离

13、子后中性分子二、配合物的稳定性及二、配合物的稳定性及离解平衡离解平衡 Cu2+ + NH3 Cu(NH3)2+ K稳稳 = Cu(NH3)2+ /Cu2+NH3 Cu(NH3)2+ Cu2+ + NH3 K不稳不稳 = Cu2+NH3/Cu(NH3)2+ K不稳不稳 = 1/K稳稳 pH=7.0的地面水中，的地面水中，Fe3+和和Fe(OH)2(s)以如下以如下反应式达到平衡：反应式达到平衡： Fe(OH)2(s)+3H+ Fe3+3H2O (K1=9.1103)Fe3+的水合物进一步水解，依次生成羟基配合物的水合物进一步水解，依次生成羟基配合物Fe(H2O)5OH2+，Fe(H2O)4OH+

14、和和Fe(H2O)5OH4+ ，各分布反应平衡常数分别为，各分布反应平衡常数分别为8.910-4、5.510-4和和1.610-3。试计算该天。试计算该天然水体中各含铁组分浓度。然水体中各含铁组分浓度。解：根据解：根据K1=Fe3+H+3得：得：Fe3+9.110-18Fe3+7H2O Fe(H2O)5OH2+H3O+ Fe(H2O)5OH2+H2O Fe(H2O)4(OH)2+H3O+2Fe(H2O)4(OH)2+2H2O Fe2(H2O)10(OH)24+2OH-Fe(H2O)5OH2+ = 8.110-14mol.L-1Fe(H2O)4(OH)2+ = 4.4510-10mol.L-1F

15、e2(H2O)10(OH)24+ = 3.1810-8mol.L-1 在河水水样中在河水水样中Cl-10-3mol.L-1，HgCl2(aq) = 10-8mol.L-1，求水中，求水中Hg2+、HgCl+、HgCl3-、HgCl42-的浓度各是多少？的浓度各是多少？已知已知Hg2+和和Cl-各级配合物的稳定常数为各级配合物的稳定常数为K1=5.6106, K2=3106, K3=7.1, K4=10。ClHgHgClk2122221ClHgHgClkk323321ClHgHgClkkk42244321ClHgHgClkkkk 将Cl- = 10-3, HgCl2 = 10-8代入得：Hg+

16、= 5.910-16mol.L-1HgCl+ = 3.310-12 mol.L-1HgCl3- = 7.110-11 mol.L-1HgCl42- = 7.110-13 mol.L-1第六章第六章 氧化还原化学氧化还原化学一、氧化还原基本原理一、氧化还原基本原理 反应物之间有反应物之间有电子得失或转移电子得失或转移的化的化学反应，又称为电化学。学反应，又称为电化学。 4Fe2+ +O2 + 4H+ = 4Fe3+ + 2H2O氧化反应：氧化反应： 4Fe2+ = 4Fe3+ + 4e-还原反应：还原反应： O2 + 4H+ +4e- = 2H2O失去失去4个电子，化合价升高，被氧化个电子，化合

17、价升高，被氧化得到得到4个电子，化合价降低，被还原个电子，化合价降低，被还原二、二、 氧化还原电位氧化还原电位 指在指在25oC，1个标准大气压下，金属与含有该个标准大气压下，金属与含有该金属离子且活度为金属离子且活度为1mol.L-1的溶液相接触由于的溶液相接触由于形成双电层产生的电位差。形成双电层产生的电位差。 E氧化态氧化态/还原态，还原态，如如EK+/K = -2.92V EH+/H2 =0电动势与自由能的关系：电动势与自由能的关系： G = -nFE G = -nFEG G RTlnQCcDdAaBbQ =G-nFG-nF=两边同除以两边同除以-nF，有，有lnQRTnF-E = E

18、 或或lgQ0.059nE = E lnQRT-nF+当当G 0时，时，E0，此时，此时 E =0.059nlgK 例子：例子：Fe3+3e- Fe (s)，求，求E 。Fe2+2e- Fe(s) E1 =-0.44V G1 =-2F(-0.44)Fe3+ e- Fe2+ E2 = 0.77V G2 =-F(0.77)Fe3+3e- Fe(s) E =? G =-3F(E )G = G1 + G2 =F(0.88-0.77)=0.11F=-3F E E = -0.037V三、三、 p对于一个还原半反应：对于一个还原半反应：Ox(氧化态氧化态) + ne Red(还原态还原态)当反应处于平衡时，

19、有：当反应处于平衡时，有：K =OxenRed-lge = 1nlgKlgOxRed1n+令令p = -lge, p = lgK/np = p +lgOxRed1n四、电化学腐蚀四、电化学腐蚀3.1 3.1 腐蚀电池腐蚀电池 阴阳极：活泼性不同的金属阴阳极：活泼性不同的金属 外电路：阴阳极的连接外电路：阴阳极的连接 内电路：电解质溶液内电路：电解质溶液阳极：阳极：M Mn+ + ne-阴极：阴极：2H+2e- H2(g)O2+4H+4e- 2H2OO2+2H2O+2e- 2OH-+H2O2五、浓差电池五、浓差电池六、控制电化学腐蚀的措施六、控制电化学腐蚀的措施七七、氮的微生物转化氮的微生物转化 污泥上浮：污泥上浮：NO3-还原产生还原产生N2 反硝化引起的污泥上浮，当废水中总氮或氨氮高时，在适宜条件下可被硝酸菌和亚硝酸菌氧化为NO3-，如二沉池厌氧，NO3-就会还原为N2，N2被活性污泥絮凝体所吸附，使得活性污泥比重1而上浮； 污泥臭气：污泥臭气：SO42-转化为转化为H2S第七章 相间作用相间作用 一、一、 气体在水中的溶解速率气体在水中的溶解速率 溶解逸出：液气两相中的气体分压溶解逸出：液气两相中的气体分压影响气体溶解速率的因素