水质化验员培训(一)

么书勤2014年5月水质化验员培训（一）——理论知识一、化学基本概念（一）化学术语1.元素及元素符号元素:是具有相同核电荷数（核内质子数）同一类原子的总称。元素符号：国际统一规定，用固定的符号来表示各种元素。通常是用元素名称的拉丁文字母表示，有些元素的第一个字母与其它元素相同，则用两个字母表示，其中第一个字母大写，第二个字母小写。例如：氢的元素符号为“H”，碳的元素符号为“C”，钙的元素符号为“Ca”，铜的元素符号为“Cu”。元素符号具有以下三种意义：1）表示一种元素；2）表示这种元素的一个原子；3）表示这种元素的相对原子质量。物质的种类非常多，已知的就有2000多万种。但是组成这些物质的元素并不多。到目前为止，已经发现的元素只有一百余种。科学家们根据元素的原子结构和性质，把它们科学有序地排列起来，这样就得到了元素周期表。一般地，由同种元素组成的物质称为单质，例如：氧气O2、氢气H2、铁Fe、钙Ca等；由不同种元素组成的物质称为化合物。例如：水H2O、碳酸钙CaCO3等。2.分子、分子式及分子量分子是保持物质化学性质的最小微粒，分子是能够独立存在的。用元素符号表示物质分子组成的式子，叫做分子式。一种物质只有一个分子式，如H2O、NaCl等都是分子式，分别表示了水和食盐等物质的组成。分子式具有以下五种意义：1）表示某种物质的一个分子；2）表示物质由哪些元素组成；3）表示物质的一个分子中所包含各元素的原子数目；4）表示物质的分子里各种元素的质量比；5）表示物质的相对分子质量。一个分子中各原子的相对原子质量的总合叫做相对分子质量。例如：H2的相对分子质量=1×2=2Na2CO3的相对分子质量=23×2+12×1+16×3=1063.化合价通过试验得知，化合物均有固定的组成，即形成化合物的元素有固定的原子个数比。人们把一种元素的原子（或原子团）能和其它原子（或原子团）相结合的数目称为该原子（或原子团）的化合价。通常以氢原子化合价为+1价作标准。化合价具有如下规律：1）氢元素通常显+1价，氧元素通常显-2价。2）金属元素一般都显正价。3）非金属元素与氧化合时显正价，与氢化合时显负价。例如在H2S里，S显-2价。在SO2里，S显+4价。4）单质分子里，元素的化合价为零。5）化合物中元素化合价的代数和为零。6）一些元素在不同的化合物中显示的化合价不同。例如：H2SO4中，“H”显+1价，“S”显+6价，“O”显-2价。化合价代数和为(+1)×2+(+6)×1+(-2)×4=0。再如：Na2SO3和CuSO4中，金属元素均显正价，“Na”显+1价，“Cu”显+2价；“S”在两种化合物中的化合价却不同，前者显+4价，后者显+6价。4.化学反应方程式用元素符号和分子式来表示化学反应的式子叫做化学方程式。化学方程式主要有以下四种意义1）表示各物质分子数比；2）表示各物质物质的量之比；3）表示气体体积之比；4）表示各物质质量之比。化学反应方程式的书写原则1）以化学反应事实为依据；2）以质量守恒定律为依据；3）注明反应条件和生成物的状态。例如：反应条件加热“△”、加压、催化剂等，生成物为气体“↑”、生成物为沉淀“↓”等。4）如果式子中各元素的原子数两边不相等，则在其分子式前面配上适当的系数，使其两边都相等，即配平。化学反应方程式的有关计算根据化学反应方程式的计算，可以从量的方面研究物质的变化。由一种物质的量计算出另外物质的量。一、化学基本概念（二）溶液的概念1.溶液一种或几种物质分散到另一种物质中，形成均一的、稳定的混合物，叫做溶液。能溶解其它物质的物质叫做溶剂，被溶解的物质叫做溶质。例如，将一小勺食盐放到一杯水中，形成食盐水。其中，食盐为溶质，水为溶剂，形成的食盐水为溶液。溶质可以是固体，也可以是液体或气体；如果两种液体互相溶解，一般把量多的一种叫做溶剂，量少的一种叫做溶质。若其中一种是水，一般将水称为溶剂。水能溶解很多种物质，是一种最常用的溶剂。汽油、酒精等也可以做溶剂。如汽油能溶解油脂，酒精能溶解碘等。相同条件下，不同物质在相同溶剂或相同物质在不同溶剂中的溶解能力是不同的。例如：氯化钠很容易溶解于水，却难溶于无水乙醇、苯等有机溶剂。再如：在20℃时，100克水中最多能溶解36克氯化钠，而最多却能溶解硝酸钠90克。在化学上，把物质在某种溶剂中溶解的能力称为溶解性。一般地，在20℃时，100克水中能溶解10克以上的物质叫做易溶物质；能溶解1克以上的物质叫做可溶物质；能溶解0.01克以下的物质叫做难溶物质。2.溶解度在一定温度条件下，每100g溶剂中最多可溶解的溶质克数，叫做这种溶质在该温度下的溶解度。通常所说的溶解度是指物质在水里的溶解度。例如：在20℃时，100g水里最多能够溶解36g氯化钠，我们就说在20℃时，氯化钠在水里的溶解度是36g。在一定温度条件下，一定量的溶剂中溶质不能继续溶解的溶液，叫做饱和溶液。一定量的溶剂中溶质还能继续溶解的溶液，叫做不饱和溶液。一定量的溶剂中所溶解的溶质超过溶质最大量（溶解度）的溶液称为过饱和溶液。有些物质溶解度随温度升高而增大，在较高温度配置的饱和溶液，滤去剩余的未溶固体，然后使温度逐渐降至室温，这时溶液中溶质的量超过室温时的溶解度，但尚未析出晶体，这样得到的溶液即为过饱和溶液。例如硫酸钠、醋酸钠等都很容易生成过饱和溶液。3.溶解平衡单位时间内溶质溶解的量的多少称为溶解速率，而单位时间内从溶液中析出的量的多少称为结晶速率。当两个值相等的时候，就是溶解平衡。从表面上看，晶体的量和溶液的浓度都是不变的，像是静止了一样，而实际上溶解和结晶的过程仍在进行，只不过是以一种平衡的状态显示出来。所以溶解平衡是一种动态的平衡，并且是暂时的、相对的，当条件发生改变时，溶解平衡就会受到破坏。一、化学基本概念（三）溶液的浓度一定量的溶液或试剂中所含溶质的量叫溶液的浓度。溶液的浓度说明溶质和溶剂之间相对量的大小。对于一定量的溶液来说，它里面溶质越多，溶液浓度越大。溶液浓度的表示方法：1.质量百分比浓度：用溶质的质量占全部溶液质量的百分比表示的浓度叫质量百分比浓度。用%表示。2.体积百分比浓度：是指100mL溶液中所含溶质的克数，用%表示。这种浓度的表示方法通常使用于溶质为固体时溶液的配制。例如：测定水样碱度时，所用的1%酚酞乙醇溶液就是1g酚酞溶于乙醇中使之体积为100mL。3.物质的量浓度量浓度定义：用1升溶液所含溶质的物质的量表示溶液的浓度，叫做物质的量浓度。物质的量浓度的国际制单位为mol/L或mmol/L。等物质的量的规则化学反应的等物质的量的规则，其实就是在化学反应中消耗了各反应物的量的相等（各反应物基本单元的电荷数均为一价）。nB=nTCB×VB=CT×VTCB×VB—待测物质的物质的量浓度和体积，CB×VB=nB；CT×VT—标准溶液的物质的量浓度和体积，CT×VT=nT。对锅炉水处理人员来说，建立起化学反应是按等物质的量进行的概念十分重要。应用等物质的量的规则时，关键在于选择基本单元。例如在酸碱滴定中先确定以NaOH为基本单元，根据反应式H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O随之可确定1/2H2SO4为基本单元，它在反应中的物质的量才能与标准的物质的量相等。4.滴定度滴定度就是1mL标准溶液中所含相当待测成分的质量或相当于该溶液中溶质的质量。例:0.40mg/mL就是1mL氢氧化钠溶液中含有0.40mgNaOH；测定水中Cl-时，配制的硝酸银标准溶液1mL相当于1mgCl-，即其滴定度=1mg/mL；用这种方法表示滴定度，使用起来非常简便。5.体积比浓度体积比浓度：指溶质与溶剂按a:b的体积比配成的溶液，符号为a:b。通常是溶质为液体时的溶液的配制。如1:4的硫酸，就是1体积的浓硫酸与4体积的水混合而成的硫酸溶液。6.质量浓度质量浓度：是指单位体积溶液中所含溶质的质量，单位为kg/m3,常用的单位g/L、mg/L（ppm）、μg/L（ppb）；在水质分析中，因水中杂质浓度较小，一般用mg/L、μg/L表示。7.浓度的换算用得多的是质量百分比浓度与物质的量浓度之间的换算。二者之间以溶液密度这个量联系的，其换算关系如下：ω﹪×ρ×1000=CB×MB式中：ω﹪：质量百分比浓度；ρ：溶液的密度，g/m3；CB：基本单元为B的物质的量浓度，mol/L；MB：基本单元为B的物质的摩尔质量，g/mol。（四）水的电离和pH值1.水的离子积常数根据实验证明，水是一种极弱的电解质，它能微弱地电离，生成H3O+和OH-。H2O+H2O=H3O++OH-；可简写为：H2O=H++OH-从纯水的导电实验测得，在25℃时，纯水中H+和OH-的浓度都等于10-7摩尔/升。电离平衡常数：弱电解质在一定条件下电离达到平衡时，根据化学平衡的原理，溶液中电离所生成的各种离子浓度的乘积，跟溶液中未电离分子浓度的比值是一个常数，这个常数叫做电离平衡常数，简称电离常数。用K电离表示。实际上电离常数描述的是一定条件下，弱电解质的电离能力。在一定温度下，水跟其它弱电解质一样，有一个电离常数。由于水电电离度很小，它的已电离部分可以忽略不计，因而上式可以写为：[H+][OH-]=K电离[H2O]其中K电离是常数，[H2O]也可以看作是个常数，常数相乘必然成为一个新的常数，通常我们把它写作Kw。即：Kw=[H+][OH-]=1×10-14Kω是水中[H+][OH-]的乘积。我们把Kω叫做水的离子积常数，简称为水的离子积。在一定温度下，水溶液中H+浓度和OH-浓度成反比，无论其怎样变化，它们浓度的乘积都恒等于水的离子积。已知25℃时水中H+和OH-的浓度都是1×10-7摩尔/升。所以Kw=[H+][OH-]=1×10-7×1×10-7=1×10-14Kw会随温度而变化，因此在应用中应明确所测定的温度。2.pH值的概念由于我们经常要用到一些H+浓度很小的溶液，为计算方便，化学上常采用H+浓度的负对数来表示溶液的酸碱性，叫做溶液的pH值。pH=-lg[H+]溶液的酸碱性跟H+浓度和OH-浓度以及pH值的关系可以表示为：中性溶液[H+]=[OH-]pH=7酸性溶液[H+]＞[OH-]pH＜7碱性溶液[H+]＜[OH-]pH＞7[H+]越大，溶液的酸性越强，pH值越小；[H+]越小，溶液的酸性越弱，pH值越大。所以，可以用pH值表示溶液的酸碱性。但当溶液的H+或OH-浓度大于1mol/L时，用pH值表示酸碱性的强弱并不简便，故此时一般不用pH值表示，而是直接用H+或OH-的浓度来表示。酸碱指示剂一般是弱有机酸或弱有机碱，它们的颜色变化是在一定的变色范围内发生的。我们把指示剂发生颜色变化的pH值范围叫做指示剂的变色范围，是通过实验测定。石蕊、酚酞、甲基橙的变色范围如下：紫色的石蕊指示剂pH=4.5～8.3时由红色～蓝色橙色的甲基橙指示剂pH=3.1～4.4时由红色～橙黄色无色的酚酞指示剂pH=8.2～10.0时由无色～紫红色常见酸碱指示剂变色范围pH1234567891011121314石蕊红色紫色蓝色甲基橙红色橙色黄色酚酞无色浅红红色一、化学基本概念（五）盐类的水解和缓冲溶液1.可逆反应化学反应在不同程度上是可逆的。这种反应称为可逆反应。2.化学平衡一定条件下反应物转化为生成物的速度称为化学反应速率，用符号υ表示。化学平衡状态指在一定条件下的可逆反应，其正反应和逆反应的速率相等的状态，即υ正=υ逆。反应开始时，反应物浓度大于生成物浓度，所以υ正＞υ逆。随着反应不断进行，反应物浓度不断减小，生成物浓度不断增加。因而正反应速率不断减小，逆反应速率不断增加。当υ正=υ逆时，反应混合物中各物质的浓度不再发生变化，反应达到了平衡。化学平衡是动态平衡，这时反应仍在进行，但正反应和逆反应的速率相等。化学平衡是一种有条件的平衡。化学平衡只能在一定的外界条件下才能