《水分析化学》课后习题答案

水分析化学平时作业整理第一章1.简述水分析化学课程的性质及任务。性质：水分析化学是研究水及其杂质、污染物的组成、性质、含量和它们的分析方法的一门学科。任务：通过水分析化学学习，掌握水分析化学的四大滴定方法（酸碱滴定法、络和滴定法、沉淀滴定法和氧化还原滴定法）和主要仪器分析法（如吸收光谱法、色谱法和原子光谱法等）的基本原理、基本理论、基本知识、基本概念和基本技能，掌握水质分析的基本操作，注重培养学生严谨的科学态度，培养独立分析问题和解决实际问题的能力。2.介绍水质指标分几类，具体包括哪些指标？(1)物理指标1)水温2)臭味和臭阈值3)颜色和色度4)浊度5)残渣6)电导率7)紫外吸光度值8)氧化还原电位（2）微生物指标1)细菌总数2)总大肠菌群3)游离性余氯4)二氧化氯(3)化学指标1)pH值2)酸度和碱度3)硬度4)总含盐量5)有机污染物综合指标6)放射性指标第二章1.简述水样分析前保存的要点是什么？水样保存希望做到：减慢化学反应速度，防止组分的分解和沉淀产生；减慢化合物或络合物的水解和氧化还原作用；减少组分的挥发溶解和物理吸附；减慢生物化学作用。水样的保存方法主要有加入保存试剂，抑制氧化还原反应和生化作用；控制pH值和冷藏冷冻等方法，降低化学反应速度和细菌活性。2.测定某废水中的COD，十次测定结果分别为50.0,49.2,51.2,48.9,50.5,49.7,51.2,48.8,49.7和49.5mgO2/L，问测量结果的相对平均偏差和相对标准偏差（以CV表示）各多少？解：X=n1nix1i=49.87di=Xi-Xd=n1inid=1037.017.007.133.117.063.097.033.167.013.0=0.684d(%)=Xd×100=87.49684.0×100=1.37%Sr=1n12ndii=937.017.007.133.117.063.097.033.167.013.02222222222=30002227CV(%)=XSr×100=87.4930002227=1.73%第三章1.已知下列各物质的Ka或Kb，比较它们的相对强弱，计算它们的Kb或Ka，并写出它们的共轭酸（或碱）的化学式。（1）HCNNH4+H2C2O44.93×10－10（Ka）5.6×10－10（Ka）5.9×10－2（Ka1）6.4×10－5（Ka2）（2）NH2OHCH3NH2AC－9.1×10－9（Kb）4.2×10－4（Kb）5.90×10－10（Kb）解：（1）酸性强弱：H2C2O4NH4+HCNHCN：510141003.21093.4100.1KaKwKb共轭碱为CN－NH4+：510141079.1106.5100.1KaKwKb共轭碱为NH3H2C2O4：10514211056.1104.6100.1KaKwKb共轭碱为HC2O4－13214121069.1109.5100.1KaKwKb共轭碱为C2O42－（2）碱性强度：CH3NH2NH2OHAC－NH2OH：114141038.2102.4100.1KbKwKa共轭酸为22OHNHCH3NH2：6914101.1101.9100.1KbKwKa共轭酸为33NHCHAC－：510141069.11090.5100.1KbKwKa共轭酸为HAc2.简述酸碱滴定中指示剂的选用原则。最理想的指示剂应恰好在计量点时变化。但，实际上凡在pH=4.30~9.70范围内变色的指示剂，均可保证有足够的准确度。在满足滴定准确度要求的前提下，其变色点越接近计量点越好。注意：强酸滴定强碱的滴定曲线与强碱滴定强酸类同，只是位置相反。滴定突跃大小与滴定液和被滴定液的浓度有关。如果是等浓度的强酸强碱相互滴定，其滴定起始浓度减少一个数量级，则滴定突跃缩小两个pH单位。(P87)指示剂选择的原则，各类酸碱滴定选用指示剂的原则都是一样的。所选择的指示剂变色范围，必须处于或部分处于计量点附近的pH突跃范围内。3.某一弱酸型指示剂在pH=4.5的溶液中呈现蓝色，在pH=6.5的溶液中呈现黄色，该指示剂的解离常数KHIn为多少？解：由题意知该指示剂pK=5.5KHIn=10－5.5=3.2×10－64.水中碱度主要有哪些？简述碱度测定的基本原理。一般水中碱度主要有重碳酸盐(HCO3－)碱度、碳酸盐(CO32－)碱度和氢氧化物(OH－)碱度。水中碱度的测定采用酸碱指示剂滴定法，即以酚酞和甲基橙作指示剂，用HCl或H2SO4标准溶液滴定水样中碱度至终点，根据所消耗酸标准溶液的量，计算水样中的碱度。5.取水样100.0mL，用0.1000mol/LHCl溶液滴定至酚酞终点，消耗13.00mL；再加甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至橙红色出现，消耗20.00mL，问水样中有何种碱度？其含量为多少（mg/L表示）？解：P=13.00mL，M=20.00mLPM水中有CO32－和HCO3－碱度，CO32－=2P，HCO3－=M-PCO32－碱度（CO32－，mg/L）=100010030P2C=780.0mg/LHCO3－碱度（HCO3－，mg/L）=100010061P-MC=427.0mg/L6.一水样中可能含有CO32－、OH－、HCO3－，或者是混合水样。用20.00mL0.100mol/LHCl溶液，以酚酞为指示剂可滴定至终点。问：（1）若水样含有OH－和CO32－的量（过去称摩尔数）相同，再以甲基橙为指示剂，还需加入多少毫升HCl溶液才可滴定至橙红色终点？（2）若水样含有CO32－和HCO3－的量相同，接着以甲基橙为指示剂，还需滴入多少毫升HCl溶液才可达到橙红色终点？（3）若加入甲基橙指示剂时，不需滴入HCl溶液就已呈终点颜色，该水样中含何种物质？解：（1）P=20.00mLP包括OH－和21CO32－碱度水样含有OH－和CO32－的量相同OH－=21CO32－=21P弱酸—共轭酸或弱酸—共轭碱组成的缓冲溶液能控制的pH范围为1pKM=21CO32－=21P=10.00mL（2）P=20.00mLP为-23CO21碱度-23CO21=P=20.00mL水样含有CO32－和HCO3－的量相同-23CO21=HCO3－=P=20.00mL还需滴入M=-23CO21+HCO3－=40.00mL（3）P=20.00mL，M=0水样中只有OH－第四章1络合物的稳定常数和条件稳定常数有什么区别和联系？当络合反应达到平衡时，其反应平衡常数为络合物的稳定常数，用K稳表示。络合平衡时的稳定常数K稳是[Y]总=[Y4-]，即αY(H)=1时的稳定常数。这样，EDTA不能在pH12时应用。在实际应用中，溶液的pH12时，必须考虑酸效应对金属离子络合物稳定性的影响，引进条件稳定常数，用K'稳表示。络合物的K稳越大，则络合物越稳定。由于pH值越大，αY(H)越小，则条件稳定常数K'稳越大，形成络合物越稳定，对络合滴定就越有利。为酸效应系数）（HY2.用EDTA标准溶液滴定水样中的Ca2+、Mg2+、Zn2+时的最小pH值是多少？实际分析中pH值应控制在多大？解：lgKCaY=10.69lgKMgY=8.69lgKZnY=16.50滴定Ca2+时，lgɑY(H)=10.69－8=2.69查表，得pH=7.5~7.6滴定Mg2+时，lgɑY(H)=8.69－8=0.69查表，得pH=9.6~9.7滴定Zn2+时，lgɑY(H)=16.50－8=8.50查表，得pH=4.0~4.1滴定Ca2+、Mg2+、Zn2+时的最小pH值分别是7.5，9.6，4.0。在实际分析中，控制溶液的pH范围要比滴定金属离子允许的最小pH范围大一些，因为EDTA是一有机弱酸，在水溶液中或多或少的解离产生一定量的H+，降低了溶液的pH值，所以控制的pH值稍高一些，可抵消这种影响。3.计算pH=10时，以10.0mmol/LEDTA溶液滴定20.00mL10.0mmol/LMg2+溶液，在计量点时的Mg2+的量浓度和pMg值。解：pH=10时，24.845.069.8lglgKlg)(MgYHYMgYK利用lgɑY(H)=lgK稳－8公式，可以找到滴定各种金属离子（Mn+）时所允许的最小pH值。总）（稳稳][Y]M[][MYKKn4HYnLmolKCKCMgYMgMgYspMg/1036.51020100.02Mg624.8,sp227.5lgpMg2spspMg4.简述金属指示剂的作用原理，解释什么是金属指示剂的封闭现象和僵化现象。金属指示剂是一些有机络合剂，可与金属离子形成有色络合物，其颜色与游离金属指示剂本身的颜色不同，因此，可以指示被滴定金属离子在计量点附近pM值的变化。当金属指示剂与金属离子形成的络合物不能被EDTA置换，加入大量EDTA也得不到终点，这种现象叫做指示剂的封闭现象。如果金属指示剂与金属离子生成的显色络合物为胶体或沉淀，使滴定时与EDTA的置换作用缓慢，而使终点延长，这种现象叫做指示剂的僵化现象。5.取水样100mL，调节pH=10.0，用EBT为指示剂，以10.0mmol/LEDTA溶液滴定至终点，消耗25.00mL，求水样中的总硬度（以mmol/L和CaCO3mg/L）?解：总硬度（mmol/L）=Lmol/m50.210000.250.10总硬度（CaCO3mg/L）=Lmg/25.25010010.10000.250.106.取一份水样100mL，调节pH=10，以EBT为指示剂，用10.0mmol/LEDTA溶液滴定至终点，消耗24.20mL；另取一份水样100mL，调节pH=12，加钙指示剂（NN），然后以10.0mmol/LEDTA溶液滴定至终点，消耗13.15mL。求该水样中总硬度（以mmol/L表示）和Ca2+、Mg2+的含量（以mg/L表示）？解：总硬度（mmol/L）=Lmol/m42.210020.240.10Ca2+(mg/L)=Lmg/70.5210008.4015.130.10Mg2+（mg/L）=Lmg/86.2610031.2415.1320.240.10第五章1.在含有等浓度的Cl－和I－的溶液中，逐滴加入AgNO3溶液，哪一种离子先沉淀？第二种离子开始沉淀时，Cl－与I－的浓度比为多少？解：Ksp,AgCl=1.8×10－10,Ksp,AgI=8.3×10－17AgClspAgI,spKKAgIAgCl，是同类型沉淀，而且与先沉淀I水）总硬度（VVCLmolEDTAEDTA/m当Cl－开始沉淀时，—，ClKAgAgClspClKKAgKIAgClspAgIspAgIsp，，，61710AgIspAgClsp1017.2103.8108.1KKICl，，2.取水样100mL，加入20.00mL0.1120mol/LAgNO3溶液，然后用0.1160mol/LNH4SCN溶液滴定过量的AgNO3溶液，用去10.00mL，求该水样中Cl－的含量（mg/L表示）。解：LmgLmg/89.3821001000453.3500.101160.000.201120.0/Cl第六章1.何谓标准电极电位和条件电极电位？当电对处于标准状态（即物质皆为纯净物，组成电对的有关物质浓度（活度）为1.0mol·dm-3，涉及气体的分压为1.0×105Pa时，该电对的电极电势为标准电极电势，用符号φθ表示。通常温度为298.15K。条件电极电位与络合反应中的条件稳定常数K’稳和稳定常数K稳关系相似，是考虑了外界因素（如离子强度）影响时的电极电位。2.举例说明三种氧化还原指示剂的显色原理