第一篇第一章化学知识

锅炉水处理及质量

监督检验技术

第一篇基础篇第一章化学基础知识第一节化学基本概念一、物质的物理变化和化学变化

1、物理变化-----分子组成不变如：颜色、气味、密度、沸点、熔点、溶解性等

2、化学变化-----分子组成发生变化的变化二、原子、元素与元素符号

1、原子----由原子核和核外电子两部分组成，是化学变化中的最小微粒

2、元素----元素是核电荷数相同的一类原子的总称

3、元素符号---表示每种元素的固定符号第一节化学基本概念三、分子、分子式与相对分子质量

1、分子----保持物质化学性质的最小微粒

2、分子式---是用元素符号表示物质分子组成的式子

3、相对分子质量---一个分子中各原子的相对原子质量的总和第一节化学基本概念四、单质、化合物和化合价

1、单质-----由同种元素组成的物质

2、化合物-----由不同种元素组成的物质

3、化合价---元素的原子（或原子团）能和其它原子（或原子团）相结合的数目

“

正价负价”-------通常以氢原子化合价为+1价作标准，其它各元素的化合价，可根据该元素一个原子能与几个氢原子化合来确定。第一节化学基本概念五、物质的量和摩尔质量

1、物质的量------是以阿佛加德罗常数为计数单位来表示物质多少的物理量，常用符号n表示。注意：用物质的量时应指定基本单元。基本单元----可以是原子、分子、离子等、电子及其它粒子，或是这些粒子的特定组合。如：硫酸的基本单元可以是H2SO4、1/2H2SO4、SO42-、1/2SO42-

2、物质的量单位

----物质的量IS计量单位是：摩尔，符号为mol

国际上规定，如果某物质所含的基本单元粒子数目达到阿佛加德罗常数（6.022045×1023）时，该系统中物质的量即为1摩尔（mol）第一节化学基本概念

3、摩尔质量----每摩尔物质的质量。符号：“M”

单位为：g/mol（克/摩尔）注意：①摩尔质量在数值上等于该物质相应的式量（即分子量、原子量、离子量等）。②摩尔质量也必须指明基本单元。对于同一物质，规定的基本单元不同，其摩尔质量也就不同。例如：H2SO4的摩尔质量为98g/mol；1/2H2SO4的摩尔质量为49g/mol。第一节化学基本概念4、物质的量（n）与物质的质量（m）关系：

①物质的量、物质的质量都是一个基本量，

IS计量单位分别为mol或mmol，kg或g、mg、μg；

②两者关系：如以A为基本单元的物质可依下式计算：

第一节化学基本概念六、电解质及其电离

1、电解质与非电解质电解质----凡溶解于水后或在熔融状态下能导电的化合物非电解质--凡溶解于水后或在熔融状态下都不能导电的化合物

2、强电解质和弱电解质强电解质---凡在水溶液中，全部电离成离子的化合物。弱电解质---凡在水溶液中，只有部分电离成离子的物质

3、电离过程电离过程----电解质溶于水或受热熔化而离解成自由移动的正、负离子的过程第一节化学基本概念七、化学反应及化学方程式

1、质量守恒定律与物质不灭定律

2、化学方程式

----用化学式来表示化学反应的式子

3、化学反应类型：

----化合反应、分解反应、复分解反应、置换反应、氧化还原反应4、离子反应及离子反应方程式：2H+

＋CaCO3＝Ca2+

＋CO2↑＋H2O5、运用化学方程式进行计算第二节水和溶液一、水的性质（一）水的物理性质：

1、外观----无色、无味、无臭的液体

2、状态----气、液、固三态

3、比热----所有固态和液态物质中，水的比热最大[4.1868J／(g℃)]

（比热：1克物质升高或降低1℃所吸收或放出的热量，单位是J／(g℃)。

-------水是使用最广的传热介质第二节水和溶液4、水的蒸汽压与沸点

饱和蒸汽：达到上述平衡的蒸汽叫做该温度下的饱和蒸汽。饱和温度：上述温度叫该压力下的饱和温度。水的临界压力：21.37MPa,对应水的沸点为374C随着T、P的提高，蒸汽和水的密度越接近。第二节水和溶液5．水的电导

----纯水的电导率是很小的，但当水中溶有少量电解质时，就会使电导率明显增加。

----电导率随温度升高而增大6、水的表面张力表面张力----即水体表面分子受到一种向内的拉力

--------水有最大的表面张力

7、水的粘度

------表示水体运动过程中所发生的内摩擦力（与温度有关）第二节水和溶液（二）水的化学性质

1、很强的热稳定性

2、水能与金属和非金属作用放出氢3、水能与许多金属和非金属氧化物反应，生成碱或酸

4、水可以被电解，分解为氢气和氧气5、水是一种很强的溶剂，能溶解许多物质第二节水和溶液二、溶液

1、溶解：一种物质均匀地分散到另一种液体物质中的过程

2、溶液：物质溶解后所得到的稳定而均匀的混合物

3、溶剂与溶质：能溶解其它物质的叫溶剂；溶解于溶剂中的物质叫溶质。溶液＝溶剂＋溶质。溶质不但可以是固体，还可以是气体或液体（有时溶质和溶剂也是相对而言）。第二节水和溶液4、溶解性

①易溶物质---在20℃时，100克水中能溶解10克以上的物质

②可溶物质----在20℃时，100克水中能溶解1克以上的物质微溶物质----在20℃时，100克水中溶解1克以下，0.01克以上的物质

③难溶物质--=在20℃时，100克水中仅溶解0.01克以下的物质

第二节水和溶液5、溶解度在一定的温度条件下，每100克溶剂中最多可溶解的溶质克数，叫做这种溶质的溶解度。①饱和溶液---在一定条件下，当溶液中溶质的量达到其溶解度时，此溶液称为，这时溶质既不能再溶解，也没有结晶析出；②不饱和溶液---溶质的量尚未达到其溶解度时，称为，这时溶质还能继续溶解；③过饱和溶液----溶质的量超过溶解度时，称为，这时溶液中有结晶析出。第三节溶液浓度及有关计算溶液浓度-----指一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量（一）质量分数用溶质的质量占溶液总质量的百分比表示的，称为质量分数(ω)。再生钠离子交换器需用质量分数浓度为6%的氯化钠溶液1500kg，问需含95%氯化钠的食盐及水各多少千克？第三节溶液浓度及有关计算（二）物质的量浓度

-------以单位体积(V)所含溶质的物质的量(nA)表示，称为物质的量浓度，常用符号c(A)表示，括号中的“A”为基本单元。例：100mL浓度为c(NaOH)0.1mol/L溶液中，含氢氧化钠几克？(0.4g）第三节溶液浓度及有关计算（三）其它几种浓度

1、质量浓度---表示单位体积(V)的溶液中含有溶质的质量(m)，常用符号ρ表示。如式所示：

质量浓度的SI单位为kg/m3，常用单位为g/L、mg/L(原ppm)、μg/L(原ppb)，也有用mg/mL、μg/mL作单位。

第三节溶液浓度及有关计算2、体积比浓度-----用溶质与溶剂的体积比表示，称为体积比浓度

注意：①这种浓度表示法只适用于溶质为液体的溶液。

②通常前面数字代表浓溶液或纯溶质的体积份数；后面数字代表溶剂的体积份数。例如1＋3（或1∶3）硫酸即表示此硫酸溶液由1份体积的浓硫酸与3份体积的水混合而成。例：要配制600mL左右1＋4硫酸溶液，可由浓硫酸600×(1/5)=120mL和水480mL混合而成注意：必须边搅拌，边缓慢地将浓硫酸加至水中第三节溶液浓度及有关计算3、滴定度---每毫升标准溶液(常称为滴定操作溶液)中，所含有溶质的质量或相当于可与它反应的化合物或离子（即被测物质）的质量，常用符号TA(mg/mL)表示。

例如：TCl-＝1.0mg/mL的氯化钠溶液，即表示每毫升该溶液中含有1.0毫克Cl-；

TCl-＝1.0mg/mL硝酸银标准溶液，表示该硝酸银溶液1毫升正好可与1.0毫克Cl-反应（注意：硝酸银溶液中并不含Cl-）。滴定度优点：根据标准溶液消耗数即可得到被测物的含量。例如，测定水样Cl-含量时，若消耗了TCl-＝1.0mg/mL硝酸银标准液12mL，则该水样中Cl-

＝1.0×12＝12（mg）。第三节溶液浓度及有关计算用滴定度TA表示浓度时，滴定反应完全时，操作溶液中A物质的量一定等于被测物B物质的量。根据这一规则，若配制以滴定度表示浓度的溶液，可按下式计算：式中：TA—欲配溶液滴定度；

V—欲配溶液体积（L）；

MA—滴定度指定被测物质A的摩尔质量(g/mol)；mB—欲配溶液中溶质B的质量（g）；MB—溶质B的摩尔质量（g/mol）。第三节溶液浓度及有关计算例：欲配制TCl-＝1.0mg/mL硝酸银溶液2000mL，需如何配制？（已知MCl-＝35.5g/mol、MAgNO3＝169.9g/mol）解：因为1mL硝酸银溶液正好可与1.0mgCl-反应，因此硝酸银溶液TA×V即相当于Cl-的量，按1-5式：答：称取9.6克硝酸银，用适量蒸馏水溶解后稀释至2000毫升即可。第三节溶液浓度及有关计算二、溶液浓度的有关计算（一）溶液浓度的换算

1、物质的量浓度cA与质量分数ω（%）间的换算关系式为：

ω（%）×ρ×1000＝cA×MA

式中：ω—质量分数(百分)浓度（%）；

ρ—溶液的密度（g/cm3）；

cA和MA—基本单元A的物质的量浓度（mol/L）和摩尔质量（g/mol）（注意两者的基本单元必须一致）。第三节溶液浓度及有关计算2、物质的量浓度cA与滴定度TB间的换算物质的量浓度cA与滴定度TB之间按下式换算：式中：MB

—

滴定度指定的被测物质B的摩尔质量。例：滴定度为TCl-＝1.0mg/mL的硝酸银溶液，其物质的量浓度c(AgNO3)为多少？（Cl-摩尔质量为35.45g/mol）解：c(AgNO3)＝1／35.45＝0.028mol/L第三节溶液浓度及有关计算（二）溶液配制的计算

1、用固体溶质配制溶液：

m＝cA×MA×Vm＝ρ×V2、用浓溶液配制一定浓度的稀溶液：依据：溶质的量保持不变，则稀释公式为：

c浓V浓＝c稀V稀

式中，浓度可以是物质的量浓度、质量浓度或滴定度，体积也可以是升或毫升。但要注意的是，浓溶液和稀溶液的浓度与体积的单位必须一致。第三节溶液浓度及有关计算例：欲配c（1/2H2SO4）0.1mol/L硫酸溶液1000mL应如何用质量分数为98%（密度＝1.84g/cm3）的浓硫酸来配制？解：两个浓度单位需先换算成一致：

c(1/2H2SO4)＝w(%)×ρ×1000÷M(1/2H2SO4)

＝98%×1.84×1000÷49＝36.8mol/L根据稀释公式得：

V浓＝c稀V稀/c浓＝0.1×1000÷36.8≈3（mL）答：配制时，在997毫升纯水中缓缓加入3毫升浓硫酸，摇匀并冷却后进行标定。第三节溶液浓度及有关计算（三）溶液中有关化学反应的计算

“等一价物质的量规则”：参加反应的各物质都以一价离子为基本单元时，其物质的量相等。例如物质A与物质B都以一价离子为基本单元，则它们完全反应时，物质的量相等，即nA＝nB，并符合下列关系式：

cAVA＝cBVB

；第三节溶液浓度及有关计算例：称取0.1200g基准无水碳酸钠，加100mL纯水溶解，用于标定硫酸标准溶液浓度，结果消耗硫酸22.20mL，求此硫酸浓度c(1/2H2SO4)＝？解：M(1/2Na2CO3)＝52.99(g/mol)，根据计算公式：

答：此硫酸的浓度为c(1/2H2SO4)＝0.1020mol/L。第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物一、酸及其一般化学性质（一）酸的概念1、定义：凡是在水溶液中电离出来的阳离子全部是氢离子（H+）的化合物称为酸。2、组成和命名：酸通常是由氢离子（H+）与酸根阴离子组成。无氧酸：氢某酸含氧酸：组成酸根的元素来命名，“某酸”

3、分类

①根据酸分子中可被置换的氢原子个数，分为一元酸、二元酸及三元酸。

②根据酸在水溶液中电离H+能力，分为强酸和弱酸第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物（二）酸的共性（化学性质）

1、能使酸碱指示剂变色（例如：使石蕊试纸显红色，使甲基橙指示剂变为橙红色）

2、与金属氧化物反应，生成盐和水

3、与碱发生中和反应，生成盐和水

4、与盐反应，生成新酸和新盐

5、和较活泼的金属反应，生成盐和氢气（硝酸和浓硫酸除外）第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物二、碱及其一般化学性质（一）碱的概念

1、定义：凡是在水溶液中电离出来的阴离子全部是氢氧根离子（OH-）的化合物称为碱。

2、组成：碱一般由金属离子和氢氧根离子组成（除氨水外）。

3、命名：通常根据与氢氧根化合的金属离子的名称来命名，叫做“氢氧化某”。氨水是例外，它是一种弱碱，通常以NH3分子形式存在，但在水中也能发生微弱的电离（电离成NH4+和OH-）。

4、分类：根据碱在水溶液中电离OH-的能力，可分为强碱和弱碱。碱性的大小随着碱的电离度降低而减弱。第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物（二）碱的共性（化学性质）

1、能使酸碱指示剂变色（例如：能使石蕊试纸显蓝色；使甲基橙指示剂变黄色；遇酚酞指示剂变红色）。

2、能与非金属氧化物反应，生成盐和水

3、与酸发生反应，生成盐和水

4、与盐反应，生成新碱和新盐第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物三、盐及其一般化学性质（一）盐的概念

1、定义：凡是电离时生成金属阳离子和酸根阴离子的化合物叫做盐。

2、分类、组成和命名：根据盐的组成不同，可分为：正盐、酸式盐、碱式盐、复盐等。

①正盐：在分子中只含有金属原子和酸根的盐叫正盐。其命名由酸根名称和金属离子名称组成

②酸式盐：在分子中除含有金属原子和酸根外，还含有一个或几个能被金属原子置换的氢原子的盐叫酸式盐。其命名是在酸根名称和金属离子名称中间加“氢”，例如：Ca(HCO3)2叫碳酸氢钙第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物

③碱式盐：在分子中除含有金属原子和酸根外，还含有一个或几个氢氧根的盐叫碱式盐。它的命名是在其正盐的名称前加“碱式”两字，如：MgOHCl叫碱式氯化镁。

④复盐：由两种不同的金属离子和酸根组成的盐叫复盐。如KAl(SO4)2叫硫酸铝钾（俗称为明矾）第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物（二）盐的一般化学性质

1、与酸反应生成新盐和新酸（见酸的化学性质）

2、与碱反应生成新盐和新碱（见碱的化学性质）

3、与另一种盐反应，生成两种新的盐（例如：锅炉水处理常用磷酸三钠防止钙垢）

4、与金属作用生成新盐和新的金属（例如：锅炉水垢中若含有铜垢，酸洗时会发生镀铜反应，同时会对金属铁产生腐蚀）注：只有排在金属活泼性顺序表前面的金属，才能把排在它后面的金属从其盐溶液中置换出来。第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物四、氧化物及其一般化学性质分类：酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物及惰性氧化物。（一）酸性氧化物凡能与碱反应生成盐和水的氧化物，称为酸性氧化物,大多数非金属氧化物为酸性氧化物

（CO2)

（二）碱性氧化物凡能与酸反应生成盐和水的氧化物，称为碱性氧化物。大多数金属氧化物为碱性氧化物，并且呈固体（例如CaO）。

第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物（三）两性氧化物凡既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。如Al2O3、Fe2O3、ZnO等。（四）惰性氧化物凡既不能与酸反应也不能与碱反应的氧化物称为惰性氧化物。如CO、NO等。第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物五、络合物及其一般化学性质（一）络合物的概念

---------络合分子或含有络离子的化合物叫络合物络离子或络合分子------由一个简单的阳离子（称为中心离子）与一定数目的中性分子或阴离子（称为配位体）以配位键结合而成的复杂离子或分子不同的络合物在水溶液中的稳定性不同，其稳定性常以“稳定常数”表示。第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物（二）络合物与简单化合物的区别简单化合物---由两种元素或原子团组成的化合物。络合物----含络离子或络合分子第四节酸、碱、盐、氧化物和络合物（三）络合物的应用

1、在水质分析中用EDTA络合剂测定硬度和铁离子

2、有些难溶物质也可用络合剂通过络合反应来溶解(例如高压锅炉常用EDTA或柠檬酸等络合剂作化学清洗剂)3、在循环水系统中，常加入少量的六偏磷酸钠或三聚磷酸钠，也是利用它们与冷却水中的钙镁离子络合来防止系统结垢。第五节电离平衡电解质与非电解质在水溶液或熔融状态下能电离的物质（导电的化合物）称为电解质几乎全部能电离的物质为强电解质只能部分电离的物质为弱电解质不能电离的为非电解质弱电解质在电离过程中都存在着电离平衡,例如：第五节电离平衡电离平衡是一种化学平衡，根据化学平衡原理和质量作用定律得出其电离平衡常数（K）为：电离平衡常数表达式有以下几个特征：各物质浓度均为平衡时的浓度，常以mol/L表示；对于弱电解质，平衡常数K不因浓度改变而改变，但随温度改变而改变；不同弱电解质的电离平衡常数不同。K值愈大，电解质愈易电离。第五节电离平衡电离度弱电解质的电离度就是当达到电离平衡时，已电离的溶质分子数占原有溶质分子总数的百分数不同的电解质具有不同的电离度。对同一种电解质来说，其电离度与电解质的浓度和溶剂有关。根据平衡移动的规律，电离平衡向生成离子的方向移动，所以电离度增大。溶剂分子极性越强，电离平衡越容易向生成离子的方向移动，使电解质在该溶剂中的电离度越大第五节电离平衡多元弱酸的电离在分子中含有一个以上可置换的氢离子的酸叫做多元酸；多元弱酸的电离是分步进行的，每步都有其电离常数，并且其电离常数是逐步减小的一般第二步电离比第一步电离困难得多，在计算H+浓度时，可忽略第二步电离，只用第一步电离的K1进行计算。第五节电离平衡水的离子积及溶液的pH水的离子积水是一种很弱的电解质，只有很少一部分水分子电离成H+和OH-。其电离平衡如下：

(实际上为H3O+)实验测得25℃纯水中[H+]和[OH-]各为1×10-7mol/L根据电离平衡：KW=[H+][OH-]=1×10-14KW叫做水的离子积常数。

第五节电离平衡水溶液的pH在实际工作中，常用pH表示溶液的H+离子浓度定义：pH为H+浓度的负对数，即根据水的离子积常数可得出：在纯水中，[H+]=10-7mol/L，则pH=-lg10-7=7通常用pH大小表示溶液酸碱性：

pH＝7,中性；

pH＞7,碱性。pH越大，碱性越大；

pH＜7,酸性。pH越小，酸性越大第五节电离平衡同离子效应和缓冲溶液同离子效应：在弱电解质溶液中加入一种组成中有与弱电解质相同离子的强电解质，则弱电解质的电离平衡会由于溶液中有相同离子存在而使平衡发生移动，这种现象称为同离子效应。例如氨水为弱电解质，存在如下的电离平衡：当加入强电介质NH4Cl时，由于NH4+浓度增加，使氨水的电离平衡朝着生成NH3的方向移动，使溶液中的OH-浓度降低了，即氨水的电离度降低了。第五节电离平衡缓冲溶液缓冲溶液具有调节和控制溶液pH的能力，在一定程度上能抵御外来酸、碱或稀释的影响，从而使溶液的pH保持相对的稳定。通常弱碱与弱碱盐、弱酸与弱酸盐或多元酸碱组成的溶液，如NaH2PO4和Na2HPO4溶液、NH3和NH4Cl溶液、及HAc和NaAc组成的溶液都是缓冲溶液。在选用缓冲溶液时，应注意反应物与生成物不能与缓冲溶液发生反应，并且在不同的pH范围选用不同的缓冲溶液。第五节电离平衡缓冲溶液的缓冲原理（以氨-氯化氨缓冲液为例）在NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液中，氨有电离倾向，但由于同离子效应，它的电离受NH4+的抑制；同样，NH4+有水解倾向，但因氨的存在，使NH4+的水解受到抑制。NH4Cl在水中全部电离为离子，所以溶液中NH4+增大，并大量地同OH-结合变成氨分子当加入酸时，H+与