水分析化学哈尔滨工业大学

水分析化学-哈尔滨工业大学 属部门  哈尔滨工业大学 课程名称  水分析化学 课程层次  本科专业分类体系 所属一级学科名称  工学 所属二级学科名称  土建类 课程负责人  黄君礼 水分析化学教学设计 1、课程名称：（中文）水分析化学（英文）Water Analytic Chemistry 2、课程定位：给水排水工程专业的专业技术基础课，是专业指导委员会指定的十门骨干课程之一，全国统编教材的主编单位和教学基本要求起草单位。本课程在第二学年的第二期开设，教学时数60学时，其中课堂教学40学时，实践教学20学时。在学习本课程前要求学生具有较好的普通化学、有机化学和物理化学基础，通过本课程的学习使学生系统地掌握水质指标分析中的基本概念、基本理论和基本方法，并能熟练解决给水排水工程研究中的水质分析问题。重点强化学生的实验组织和动手能力。为后续水质工程学等课程的学习奠定扎实的水质分析的科学基础。 3、课程的主要内容和特色 本课程主要内容包括：水质指标体系的建立及在工程研究中的应用，水样的保存及预处理技术， 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 溶液的获得，碱度的测定原理及应用，硬度的测定原理及应用，重量分析及氯离子的测定，有机污染物综合指标的测定方法及应用，吸收光谱法原理及应用，电化学分析原理及应用，原子吸收分光光度法原理及应用，气相色谱原理及应用。 本课程的特色是建立在传统分析化学基础之上，以水质指标体系为讲授脉络，突出水质指标的工程应用地位，由水质分析技术引出相关的理论内容，最终实践教学效果的“纲举目张”。 4、教学设计及教学安排 第一次课：上好本课程第一节十分重要。讲清本课程的性质、讲授内容、基本要求及教学定位。请同学们观看水质分析技术发展的多媒体素材。接下来要系统讲授水质指标体系的建立，分类及相关标准。以色度、浊度、总残渣的分析方法为主介绍目视比色法和重量分析的初步知识，其它水质指标讲解概念。 第二次课：水质分析方法的选择及 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 ，重点讲解加标回收率和相对标准偏差在水质分析方法评价中的应用。略讲准确度和精密度之关系。介绍水样的取、存原则及水样预处理方法。 作业是查找一篇具有加标回收率和CV内容的分析方法文章。 第三次：物质量浓度，基准物质，标准溶液获得，如何标定，浓度的其它表示方法，滴定度Ts/x。 基准物质 标准溶液 非基准物质 溶液 标准溶液 介绍酸、碱概念，重点是共轭酸碱对概念的建立，酸碱强度的表征方法，Ka·Kb=Kw，pKa+pKb=pKw=14。作业是推导HB/B-之间的Ka与Kb之关系。 第四次课：区分效应和拉平效应，缓冲溶液理论，酸碱指示剂：pH=pK1±1，重点讲解水中碱度的来源及组成，介绍连续滴定法测定水中碱度。要求学生熟练应用下面图示。 作业：教材P79，6-9 第五次课：复习配位化学的基础知识，引入乙二胺四乙酸（EDTA），讲授其化学结构，配位特征。介绍影响络合平衡的主要因素，以酸效应为主，讲主体反应、副反应，重点讲解酸效应系数与lgK稳及lgK不稳之间的关系，Fe3+，Al3+，Ca2+，Mg2+被准确滴定的最低pH值，金属指示剂介绍及作用原理。 第六次课：重点讲解金属指示剂封闭现象、僵化现象产生的原因，解决措施。介绍三种常用掩敝剂三乙醇胺，NH4F和KCN，EDTA的配制与标定，总硬度的测定原理，暂时硬度与永久硬度之间关系，水垢的形成及去除方法。 作用：教材P121，5-8 第七次课：沉淀理论，影响沉淀形成的主要因素分析，介绍同离子效应，举CaCO3+Na2CO3作例子，盐效应讲解时复习一下离子强度概念。酸效应和络合剂效应略讲。以水中SO42-测定为例讲授重量分析原理。讲清分步沉淀原理，讨论莫尔法测定水中Cl-时需要注意的几个问题。其它教材上内容要求学生自行阅读。 作业：教材P138，2-5 第八次课：氧化还原反应特征，影响氧化还原反应速度的因素，判断氧化还原反应完全程度，氧化还原指示剂（自身，专用和试亚铁灵），对比讲解PI和COD，如下图。 有机污染物综合指标 高锰酸盐指数（PI） 化学需氧量（COD） （给水、污染轻） （排水，污染重） 80℃-90℃ 100℃回流 氧化能力弱（中间产物） 氧化能力强（无中间态） 催化剂 沉淀掩敝（Cl-） Ag2SO4 HgSO4 （络合掩敝Cl-） 第九次课：碘量法原理、溶解氧、BOD520讲概念，测定方法自学或开放实验时选做。余氯和ClO2测定过程中的对比分析，设计一个O3测定的装置并开展课堂讨论。溴酸钾法测苯酚，介绍水中甲醇和硫化物的分析方法。 作业：教材P192-193，2-12 第十次课：本次课设计为大综合，包括作业问题讲解，习题演算，思考题问答，授课形式以课堂讨论为主。 进实验室前的集中讲授实验目的、意义和基本要求。拟定的实验题目有：（1）碱度的测定；（2）硬度的测定；（3）Cl-的测定；（4）高锰酸盐指数或COD测定；（5）溶解氧测定（对比碘量法和溶解氧仪）；（6）BOD520测定；（7）浊度和色度的测定；（8）总残渣，可滤残渣，不可滤残渣的测定；（9）硫酸根含量测定，可选择厌氧废水进行实际水样测定；（10）松花江水和生活污水大综合试验。 第十一次课：介绍电化学分析的基本内容，方式和方法。重点讲授指示电极和参比电极，略讲电极种类，详讲pH值的测定原理及应用，pH计的使用，扩展内容ORP测定。电位滴定的用途，终点突跃的几种表示方法。电导部分要求学生自学。 实验内容：pH值的测定，熟悉复合电极的使用及保养。 作业：教材P256，1 第十二次课：吸收光谱产生原理，介绍一些分子轨道理论，电子跃迁方式及判断方法。朗伯-比尔定律是本章的重点内容。对吸收光谱中涉及到的基本概念要用图文并茂的方式交代清楚。 第十三次课：讲授显色反应及影响因素。重点讲授721或752分光光度计的使用及操作要领。介绍铁、挥发酚及氨氮的测定方法。 实验内容：铁吸收光谱手绘和仪器自动绘制的对比，铁、挥发酚及氨氮的测定。 作业：教材P233，1-10 第十四次课：色谱产生，历史，用途。色谱的分离原理。色谱的分类。本章以气相色谱应用为重点。讲授气相色谱的基本概念。讲清楚色谱流出曲线，以色谱流出曲线为例，讲授所涉及到的基本概念。交待一下气相色谱仪的组成。 第十五次课：重点讲授色谱柱分类制备方法及选择，突出柱效率相关内容。以ECD，TCD，FID和FPD四种检测器为例讲授它使用原理，要求学生能正确选用检测器，区分质量型和浓度型检测器。介绍气相色谱的定性方法。 第十六次课：继续讲解GC的定量方法，引入质谱。讲授MS的初步知识，介绍饮用水水样进行GC/MS分析时水样预处理方法。 第十七次课：本次课重点是原子吸收分光光度基本原理，AAS基本组成，结构简图，阴极射线灯、原子化器等基本概念。难点是对共振吸收和共振发射的理解以及锐线光源特谱线的选择。 第十八次课：重点讲授AAS的定性，定量方法。难点是干扰的消除技术，介绍水质指标中重金属离子的分析方法。 第十九次课：介绍水质分析技术发展的最新进展。重点内容包括：LC和IC技术在水质分析中的应用。以讨论形式研讨分析检测技术的自动化问题。 第二十次课：总复习。先复习仪器分析部分内容，然后对实践教学中出现的问题集中讲解。对课后思考题和作业进行评述。安排期末考核和答疑时间。 5、考核方式及成绩评定 本课程采取百分制。闭卷笔试。题型设计为：基本概念（10分），填空（10分），论述题（20分），试验设计题（20分），计算题（40分）。分数核定为：作业（10%），实践教学（20%），期末卷面（70%）。原则上实践教学不合格者，不允许参加期末考试。 6、教材及参考书 教材：黄君礼编著，水分析化学（2）。中国建筑工业出版社。 教参：薛华等，分析化学。清华大学出版社。 《水分析化学》教学基本要求 一、课程性质与任务 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。水分析化学是给水排水专业的重要专业技术基础课、必修课。主要培养学生的水质工程分析技能，为专业课的学习打下坚实的基础。 2、 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，掌握水分析化学的四大滴定方法（酸碱滴定法、络合滴定法、沉淀滴定法和氧化还原滴定法）和主要的仪器分析法（吸收光谱法、色谱法以及原子吸收法等）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，注意培养学生严谨的科学态度，树立准确“量”的理念，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。 3、 其它课程的联系与分工 根据给水排水专业培养 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 的要求，水分析化学授课建议安排在普通化学、有机化学和物理化学课程结束之后，一般宜安排在第二学年的第四学期。在学习水分析化学之前，要求学生必须具有扎实的化学基础理论和基本技能。水分析化学服务于本专业的后续专业课学习，是学好给水排水设计、水处理工艺、水环境评价、废水综合处理工艺等课程的基本保证，正确的分析结果是工程正确与否的主要评价标准。 4、 总学时 授课时数：40 实践环节教学（实验）时数：20 总学时：60 5、 基本内容、学时分配及重点、难点 序号 授课内容及重点、难点 学时分配 1 第一章 绪论 （1）水分析化学的任务与分类 2 重点：化学分析与仪器分析的主要方法 2 （2）水质指标与水质标准 1.5 重点：水质物理指标和化学指标、微生物指标 （3）水样的保存和预处理、取样与分析方法的选 择 0.5 3 （4）分析方法的评价 1 重点：精确度与精密度的定义、二者关系 加标回收率实验设计 （5）标准溶液与物质的量浓度 1 重点：量浓度与基本单元 4 第二章 酸碱滴定法 （1） 酸碱质子理论 1.5 （2） 酸碱指示剂 0.5 重点：指示剂的变色范围 5 （3）酸减滴定曲线和指示剂选择 1.5 （4）酸度（概述） 0.5 6 （5）碱度 1.0 重点：连续滴定法测碱度与计算 第三章 络合滴定法 （1） 概述 1.0 （2） EDTA 重点：EDTA金属络合物的结构特征、稳定性 7 （3）pH对络合滴定的影响 1.0 重点：酸效应、条件稳定常数与酸效应曲线 （4）金属指示剂 1.0 重点：金属指示剂的作用原理 金属指示剂僵化作用与封闭作用 铬黑T与钙指示剂 8 （5）提高络合滴定选择性 0.5 （6）络合滴定的方式与应用 1.5 重点：硬度的测定与计算 9 第四章 沉淀滴定法 2.0 （1） 沉淀溶解平衡与影响因素 （2） 沉淀滴定法的应用 重点：莫尔法原理与滴定条件 10 第五章 氧化还原滴定法 （1） 氧化还原反应的特点 0.5 （2） 提高氧化还原反应速度的方法 0.5 （3） 氧化还原平衡与电极电位的应用 1.0 11 （4） 氧化还原指示剂 2.0 （5）高锰酸钾法 （6） 重铬酸钾法 重点：高锰酸盐指数与COD的测定、计算 12 （7）碘量法 1.5 重点：碘量法的指示剂与终点 余氯、溶解氧的测定与计算 （8） 溴酸钾法 0.5 （9） 有机污染物综合指标 重点：高锰酸盐指数、COD、BOD5、TOC、TOD的定义及在水质监测中的作用 13 第一章～第五章 阶段复习 （1） 重点内容概述 1.0 （2） 习题讲解 1.0 14 第六章 吸收光谱法 （1） 吸收光谱 2.0 重点：朗伯比尔定律、吸收光谱曲线 （2） 显色反应与影响因素 15 （3）比色分析方法与仪器 1.0 重点：分光光度计的工作原理与使用方法 （4）天然水中铁的测定 1.0 （5）吸收光谱法的定量方法 重点：标准曲线法 16 第七章 电化学分析法 （1）电位分析法 1.5 重点：指示电极、参比电极、PH测定 （2）电导分析法 0.5 17 第八章 大型仪器分析技术 （1） 色谱产生 0.5 （2） 色谱构成与分类 （3） 色谱分离原理 0.5 （4） 气相色谱 1 a.结构 b.色谱术语 重点：色谱分离原理、色谱结构、色谱柱的分类 与制备、检测器分类 18 （4）气相色谱 2 c.定性与定量方法 d.GC用于水质分析 重点：气象色谱水质分析水样预处理 19 （5）色质联机的原理与结构 2 （6）液相色谱的特点与结构 （7）离子色谱工作原理与水中无机离子测定 20 （8）原子吸收光谱法 1.5 重点：工作原理、组成 仪器分析部分 0.5 六、实践性环节 实验课程共20学时，其中18学时学生操作实验，2学时演 示实验，实验授课按小班进行，每班少于36个，2人一组进行实 验。 序号 实验题目 学时 1 标准溶液的配制及标定 1 2 碱度（酸碱滴定法） 1 3 硬度（络合滴定法） 2 4 氯化物（沉淀滴定法） 2 5 高锰酸盐指数 2 6 COD（重铬酸钾法） 2 7 溶解氧（碘量法） 2 8 铁（吸收光谱法） 4 9 PH值（电位分析法） 色度（目视比色法） 浊度 2 10 大型仪器分析演示实验 气相色谱仪 离子色谱仪 色质联用仪 原子吸收分光光度计 2 七、教学方式 理论授课以课堂讲授为主，配以多媒体 课件 超市陈列培训课件免费下载搭石ppt课件免费下载公安保密教育课件下载病媒生物防治课件 可下载高中数学必修四课件打包下载 和少部分投影图片，仪器分析部分课以VCD演示仪器结构和使用方法。 第一章 绪论 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 [1] 水分析化学的地位及作用 [2] 水分析化学分析方法的分类 1．水中污染物包括 无机：金属离子Ca2+、Mg2+ + 重金属离子：Pb2+、Fe3+、Mn2+、Cd2+、Hg2+等 有机：酚、农药、洗涤剂等 以上污染物都需要水分析方法去定量 2．分析方法包括 ①重量分析——称重的办法 用途：残渣分析 ②化学分析——借助化学反应 a. 酸碱滴定——质子传递(最基础的滴定分析) 用途：检验碱度、酸度 b.络合滴定——络合反应M+Y → MY 用途：测定 Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+ 另外，络合反应可用于掩蔽技术，消除非测定离子的干扰 c.沉淀分析——沉淀反应Ag++Cl- → AgCl 用途：测定水中Cl- d.氧化还原滴定——氧化还原反应(特点：电子转移) 用途：测COD等有机污染指标 氧化还原反应也用于废水的化学处理,(如脱CN-，CN-+ClO2 →N2) ③仪器分析 a.吸收光谱法 用途：分析有机分子、无机离子 b.色谱法：气相色谱 用途：如氯仿测定 液相色谱 用途：如多环芳烃测定 离子色谱 用途：如阴离子测定 c.原子吸收法 用途：金属元素测定 d.电化学分析法 用途：pH值的测定 [3]水质指标与水质标准 1． 水质指标 物理 化学 微生物学 一、物理指标(特点：不涉及化学反应，参数测定后水样不发生变化) 1 水温 ②臭味(臭阈值)文字描述 ③色度： 表色(悬浮性物质、胶体核溶解性物质共同引起，定性描述) 真色(胶体和溶解性物质引起，定量测量) 色度的测定方法：标准比色法（目视比色法） a. 用具塞比色管配制标准色阶 （Pt—Co色阶，K2PtCl6+CoCl2，稳定性高，1mgPt/L定义为1度） b. 未知水样置于同规格比色管中（如混浊先静置澄清），俯视与标准色阶对比 ④浊度：由悬浮物及胶体物质引起的水样的浑浊程度，是混凝工艺重要的控制指标。 浊度的测定方法 a.目视比浊法：用具塞比色管配制标准浊度阶，1mg漂白土/L定义为1度，水样俯视对比 b.分光光度法：680nm分光光度计测定 标准浊度单位（1.25mg硫酸肼/L和12.5mg六次甲基四胺/L形成甲 聚合物为1度，测定结果单位FTU） c.散射法，浊度仪（也以甲 聚合物为标准浊度单位，测定结果单位NTU） ⑤残渣（总残渣=可滤残渣 + 不可滤残渣），重量法测定 ⑥电导率，电导率仪测定 ⑦UVA254：反映水中有机物含量 ⑧氧化还原电位(ORP):废水生物处理过程重要控制参数 二、化学指标 ①pH值 pH=-lg[H+] ②酸度和碱度：给出质子物质的总量(酸度) 接受质子物质的总量(碱度) ③硬度：水中Ca2+、Mg2+离子的总量 永久硬度：硫酸盐、氯化物等形成 暂时硬度：碳酸盐和重碳酸盐形成，煮沸后分解形成沉淀 ④总盐量（水中全部阴阳离子总量） ⑤有机污染物综合指标(宏观地描述水中有机污染物，是总量指标，不针对哪类有机物) a.高锰酸盐指数(Pi)：用KMnO4作氧化剂氧化水中有机物所消耗的量，用mgO2/L表示 b.化学需氧量(COD)：在一定条件下水中能被得重铬酸钾氧化的水中有机物的量，用mgO2/L表示 c.生物化学需氧量（BOD）：在一定时间温度下，微生物分解水中有机物发生生物化学反应中所消耗的溶解氧量，单位mgO2/L d.总有机碳（TOC）：水体有机物总的碳含量，用总有机碳分析仪高温燃烧水样测定，单位mgC/L e.总需氧量（TOD）：水中有机物和还原性无机物在高温下燃烧生成稳定的氧化物时的需氧量，单位mgO2/L 三、微生物学指标 保障供水安全的重要指标 ①细菌总数 ②大肠菌群 ③游离性余氯：Cl2/HOCl/OCl- 2． 水质标准：根据不同用水目的制定的污染物的限量域值 除余氯为下界，其他指标均为上界限值，不可超越 [4]取水样、保存、预处理 1．取水样 根据试验目的选取取样点，取样量，容器和取样方法 取样点：河流水系沿上下游和深度布设，处理设施在进出水口 取样量：保证分析用量3倍以上，至少做2次平行样 容器：玻璃或塑料瓶，容器清洁（化学指标）或无菌（微生物指标） 取样方法 2．保存 意义：采用一些措施终止或减缓各种反应速度 ①冷藏 ②控制pH值，加酸调pH <2，个别指标加NaOH ③加保存试剂 3．预处理——水样的分离技术（） ①过滤 ②蒸馏 ③萃取L-L液萃取：分离水中的有机物 ④浓缩 富集 [5]分析方法的评价体系 用水和废水水质分析首选GB(国标)方法 1．准确度：测定值和真空值的接近程度 常用测量加标回收率评价分析方法的准确度 加标回收率(%)= ×100 平均加标回收率(%)= 平均加标回收率处于97%-103%,可以认为分析方法可靠 2．精密度：测定值之间的接近程度 常用相对标准偏差评价分析方法的精密度，又称变异系数，用CV表示 偏差 3．准确度和精密度之间关系 精确度高，则精密度一定高 准确度低，则精密度一定低 精密度高，而准确度不一定高 [6]标准溶液 1． 基准物质，可以直接准确称量，用于配制标准溶液的一类物质 基本要求：①性质稳定，②组成恒定，较大的摩尔质量，③纯度高，易溶解 滴定分析常用基准物质： Na2CO3(酸碱滴定) CaCO3 Zn粒(络合滴定) NaCl(沉淀滴定) K2Cr2O7(氧化还原滴定) 2.标准溶液：已知准确浓度的溶液 配制方法：基准物质——直接法 非基准物质——间接法或标定法 例：0.1mol/LHCl的配制 ①用浓HCl稀释粗略地配制所要求的浓度 ②用Na2CO3溶液对其进行标定,计算出HCl的浓度 3．量浓度 ①物质的量(摩尔，mol)：表示物质的指定的基本单元是多少的物理量，1mol物质B所包含的基本单元数为阿佛加德罗常数 ②基本单元：基本单元可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。当说到物质B的物质的量nB时，必须注明基本单元。例如：n(H2SO4),n(1/2H2SO4) 基本单元的选取原则：等物质的量反应规则，即滴定反应完全时，消耗的待测物和滴定剂的物质的量相等。 酸碱滴定：得到或给出1mol质子，1/2H2SO4,HCl,1/2Na2CO3,1/2CaCO3 络合滴定：与EDTA的络合配位数，一般为1：1， Mg2+，Al3+，CaO， CaCO3 沉淀滴定：银量法以AgNO3为基本单元，Cl- 氧化还原滴定：转移1mol电子，1/5KMnO4 ,1/2Na2C2O4,1/6K2Cr2O7,Na2S2O3 ③摩尔质量（g/mol）：用MB表示,也必须指出基本单元，M(K2Cr2O7)=294, M(1/6K2Cr2O7)=49 ④物质的量浓度(mol/L,mmol/L)：单位溶液中所含溶质的物质的量,CB=nB/VB ⑤其他浓度表示方法:mg/L,ppm,% 4．滴定度: 1ml标准溶液相当于被测物质的质量(用Ts/x表示,S-标准溶液,X-待测溶液) 例题与习题： 1．测水样某一指标的步骤： 明确分析目标，选择分析指标和相应的标准分析方法，准备玻璃仪器和设备，取水样，按照标准分析方法和流程进行测定，数据处理，评价分析方法，结果报表 2．如何设计加标回收率实验？ (设计)表1 ClO2光度法加标回收实验结果 次数 加标前(mg/L) 加时量(mg/L) 加标后(mg/L) 回收率(%) 1 0.00 0.20 0.195 2 0.10 0.20 0.305 3 0.20 0.20 0.41 4 0.20 0.40 0.595 5 0.15 0.30 0.45 6 0.30 0.15 0.44 平均加标回收率% 3．如何设计精密度实验？ 对同一水样连续测定至少8次 表2 ClO2光度法精密度实验结果 第2章 酸碱滴定法 知识点 以质子传递为基础的滴定分析方法 [1]酸碱平衡 可逆、动态平衡 1． 酸：给出质子的物质，碱：接受质子的物质 常见共轭酸碱对：HCl/Cl-，H2CO3/HCO3-，HCO3- /CO32-，NH4+/NH3， NH+/ N 酸碱反应：两个共轭酸碱对作用的结果 2．酸度和碱度 酸度：给出质子物质的总量，天然水酸度来源：CO2+H2O→H2CO3 碳酸平衡 碱度：接受质子物质的总量，碱度来源：①强碱 ②强碱弱酸盐 ③弱碱 3．酸碱强度 用Ka（酸的解离平衡常数）的大小表示酸的强度 用Kb（碱的解离平衡常数）的大小表示碱的强度 HCl，Ka>>1，在水中完全解离，强酸 Hac，Ka=1.8×10-5，Ka<<1，弱酸 4．酸碱平衡中的组分浓度 平衡浓度：反应平衡时，水溶液中溶质某种型体的实际浓度，用[ ]表示 分析浓度（量浓度，总浓度）：平衡型体浓度之和，用C表示 例：在不同pH条件下，[Ac-]和[HAc]是变化的，但ＣＨＡＣ＝[Ac-]+[HAc]，不变 5．共轭酸碱对HB/B-的Ka和Kb关系 由水的自递平衡， ，水合质子 ，简化为 定义：Ｋw水的自递平衡常数， ， pKw=14 共轭酸碱对Ka·Kb=Kw，pKa+pKb=pKw=14 对于水以外的其他溶剂，Ka·Kb=Ks 6．拉平效应和区分效应 拉平效应：使酸完全解离至溶剂化质子水平 HCl、HNO3在水中，拉平到H3O+（即H+），水为拉平溶剂 HCl、HAc在氨水中拉平NH4+，氨水为拉平溶剂。 区分效应：区分溶剂使酸碱表现出强弱。 例：以HAc为溶剂时，HClO4比HNO3酸性强 [2]酸碱滴定曲线 1．强碱滴定强酸与强酸滴定强碱曲线形状相同，位置相反 2． 滴定剂初始浓度增加（减少）一个数量级，滴定突跃范围增加（减少）2个pH单位 3． 强碱滴定强酸的突跃范围大于强碱滴定弱酸的突跃范围 4． 用酸碱指示剂法进行强碱滴定弱酸的条件：Csp×Ka≥10-8，（计量点时酸浓度） 4．通过化学反应改善弱酸或弱碱性，可采用4种强化措施，络合、金属离子强化、沉淀、氧化还原。 [3]酸碱指示剂 都是一些有机的弱酸或者弱碱，当它发生质子传递时，化学结构发生相应的变化，其颜色也发生变化。 1． 酸碱指示剂的作用原理 ，解离平衡常数表达式 ，讨论 a. 当 时，呈酸式色，溶液pH≤PK1-1 b. 当 时，呈碱式色，溶液pH≥PK1+1 c. 溶液PK1-1≤pH≤PK1+1,呈混合色 定义： 到 为指示剂的理论变化范围，PK1为理论变色点。 实际变化范围比理论要窄，人眼辨色能力造成的。 例：用NaOH滴定HCl：滴定终点时，酚酞 无色→红色，甲基橙 橙红→黄色 用HCl滴定NaOH：滴定终点时，酚酞 红色→无色，甲基橙 橙黄→橙红 2．酸碱指示剂的选择 可用滴定突跃范围来选择指示剂，变色范围处于或部分处于pH值突跃范围内，理论变色点越接近计量点越好 3．酸碱指示剂的分类 ①单色指示剂：酚酞 pH=8.3 ②双色指示剂：甲基橙 pH=4.8 ③复合指示剂(2种或2种以上) [4]碱度的测定 1．天然水中碱度的种类 、 、 可构成5种组合形式： 、（ 、 ）、（ ）、（ 、 ）、（ ） 假设水中不能同时存在 和 碱度和pH的关系pH>10存在 、pH>8.32存在 、pH>4.5存在 2．连续滴定法测水中碱度 同一锥形瓶中，连续用酚酞和甲基橙作指示剂。 测定步骤： ①先加酚酞，当酚酞由红色→无色，HCl的消耗量为P(ml) ②后加甲基橙，当甲基橙由橙黄→橙红，HCl的消耗量为M(ml) ③P和M的数值判断碱度的组成，并且计算相应的含量。 概念： P相当的碱度叫酚酞碱度； 直接在水样中加入甲基橙，用HCl滴定相应的碱度，叫甲基橙碱度，又叫总碱度。 发生反应： 酚酞变色， 甲基橙变色， 水中的总碱度： =P+M 5种组合的判据： P>0 M=0 (酚酞红→无，甲基橙加入即呈橙红) 、 P>M P=M 、 P0 P=0 (酚酞加入即无色，甲基橙橙→红) =M [5]碱度计算 ①首先由P和M的数值判断碱度的组成 ②确定碱度的表示方法 以mg/L计，以mol/L或mmol/L计，以mgCaO/L或mgCaCO3/L计 ③记住一些常用的摩尔质量 17g/mol 30g/mol 61g/mol 28g/mol 50g/mol ④写出碱度计算的正确表达式 CHCL: HCl的量浓度mol/l 例：当P>0，M=0时 OH-碱度(mol/L)= OH-碱度(mmol/L) OH-碱度( 当P和M呈其它关系时，用f(P,M)代替上式中P即可 例：已知某酸 ，求其共轭碱的PKb EMBED Equation.3 第三章 络合滴定法 知识点： [1]络合反应及特征 前提①中心离子(金属离子)，一定能提供空的轨道 ②配体：提供孤对电子的化合物 配位键：一个原子提供一对电子对 例： 配位原子：提供孤对电子对的原子 配位数：与中心离子络合的配位原子数目 中心离子和配体一定时，络合比可以不一样，多级络合 [2]氨羧络合剂 特征：同时存在氨基和羧基 最常见：EDTA 乙二胺四乙酸(盐)，EDTA可同时提供6个配位原子2个N，4个O 一般定义EDTA用Y表示 EDTA呈现六元酸的特点， 存在六级解离，七种型体 七种型体存在量的相对多少取决于溶液的pH值 常用乙二胺四乙酸二钠盐（Na2H2Y）来配制EDTA水溶液，因为H4Y的溶解度小于Na2H2Y [3]EDTA络合物的特征 ① 络合比1：1 为什么1:1? 因为EDTA可以同时提供6个配位原子，则中心离子提供6个空轨道 空间因素：排列使原子与原子排斥最小，使配位原子从中心离子四面按最近形成笼状化合物，由5个五元环组成，将金属离子包夹在中间，形成螯合物 EDTA络合滴定也称螯合滴定(分析) ②EDTA与无色金属离子生成无色络合物，与有色金属离子形成络合物颜色会加深 [4] EDTA的络合平衡 1. 稳定常数 (1:1) （逆反应） 稳定常数用途：用稳定常数大小判断一个络合物的稳定性，络合物越稳定，络合反应越易发生 2.EDTA的酸效应 (副反应) EDTA的酸效应消耗了参加主反应的络合剂，影响到主反应 定义：由于 的存在，使络合剂参加主反应能力下降的现象叫EDTA的酸效应 酸效应的大小用酸效应系数 表示， ：所有EDTA存在型体之和， ：有效浓度，只有Y4-能与金属离子络合 ≥1 ≥0 ；反之pH降低， 酸效应系数越大，说明 对EDTA的络合反应影响越大 只有pH≥12才有 =0；pH<12， >0(有副反应) 3.条件稳定常数 (描述客观实际的反应程度) EMBED Equation.3 无副反应 则 有副反应 >1 则 条件稳定常数的用途 ①判断络合物的稳定性 ②判断络合反应的完全程度，判定条件：当 ≥8 ③由 ≤ 绘制酸效应曲线 EDTA酸效应系数可以判断某金属离子被准确滴定的最低pH值 [5]金属指示剂 1.影响金属指示剂的主要因素 络合滴定曲线突跃范围 金属离子M的初始浓度 2.金属指示剂(有机络合剂) ①金属指示剂的作用原理 金属指示剂加入金属离子M溶液中显示生成的络合物的颜色 加入EDTA后发生 要求稳定值 ， 比 高2个数量级以上，保证置换完成 ②种类 a.铬黑T，EBT(pH=10)，红→蓝 b.钙指示剂,NN(pH≥12.5)，红→蓝 c.PAN(pH=5-6)，红→黄 d.二甲酚橙，XO(pH<6.4)， 红→黄 注意：指示剂的使用与pH值有关 ③封闭现象，加入过量的EDTA也不能将MIn中的In置换出来的现象 解决办法：加掩蔽剂 原因：络合物稳定常数 ④僵化现象 由于生成的显色络合物为胶体或沉淀，使终点延长或拖后的现象 解决办法：①加有机溶剂或加热 ②慢滴，振摇 [6]提高络合滴定的选择性 1． pH值来控制 例：Ca2+、Mg2+、Fe3+共存，测Fe3+，酸化到pH=2 2．掩蔽技术 1 络合掩蔽： 例：测 、 时 、 干扰，用 、三乙醇胺掩蔽 络合掩蔽的其他应用：测COD时用高汞离子掩蔽氯离子 EMBED Equation.3 2 沉淀掩敝： 例： 、 共存时，测 ，调节PH>12.5 其他应用：测高锰酸盐指数，掩蔽 ，用 ， 3 氧化还原掩蔽：变更干扰离子的价态 例： [7]络合滴定的方式 1.直接滴定法：直接用EDTA标准溶液来滴定 要求：络合反应快，生成络合物稳定 应用： ①标定EDTA(非基准物质)溶液 a.EDTA与金属离子的计量关系(1:1)确定基本反应单元(Na2Y) b.由摩尔质量计算出所需质量，称重 c.准确标定其浓度，用Zn粒（HCl溶解）或CaCO3 标准溶液标定 基准溶液放在锥形瓶(加入金属指示剂)，EDTA的滴定剂用酸式滴定管 对于 pH应在5～6(二甲酚橙作指示剂)终点：红色→亮黄色 对于CaCO3 pH应在10 (KB作指示剂)终点：红色→蓝色 计算公式： ②硬度测定： 暂时硬度：由Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2或CaCO3、MgCO3形成的硬度，可加热煮沸除去 永久硬度：主要指CaSO4、MgSO4转化形态+ 测总硬度： 用碱性缓冲溶液 调pH=10，EBT指示剂，EDTA滴定，终点红色→蓝色 （其他常用缓冲溶液：中性缓冲 - ，酸性缓冲邻苯二甲酸或HAc-NaAc) 总硬度 单独测 硬度需要掩蔽 ， 硬度计算得到 用NaOH调pH>12.5 ，NN指示剂，EDTA滴定，终点红色→蓝色 硬度 硬度 2.返络合滴定 ①铝盐混凝剂中 含量分析( )，络合滴定在水质工程学中的应用 该金属离子与EDTA生成络合物的反应速度慢 pH=3.5加热，避免Al在高pH时，发生水解 冷却，调pH=5～6, 加指示剂二甲酚橙，用Zn2+返滴定EDTA，终点黄变红 计算： ②Ba2+测定，无合适指示剂 第4章 沉淀滴定法 知识点 [1]沉淀平衡 1．活度积常数 当离子强度I<0.1时(即稀溶液，除 没有其它电解质)， 2．离子活度系数 3．溶解积常数 4．条件溶度积常数 ，α为考虑pH，络合剂等外界因素造成的副反应系数 5．溶解度S：解离出的离子浓度，即平衡时每升溶液中有S（mol）化合物溶解 例1： 1:1型沉淀 例2： [2]影响沉淀平衡的因素 1.同离子效应：沉淀溶解平衡时，向溶液中加入构晶离子，溶解度减小 构晶离子：组成沉淀(晶体基本结构)的离子 例1：设Ksp=10-10，不加[ ]时， 加[ ]=0.1mol/L， ， S=10-9，沉淀溶解度大大减小 例2： 加0.1mol/L 工程上用此种方法转化硬水 2.盐效应：加入易溶强电解质使沉淀溶解度增大 3.酸效应：溶液pH对沉淀溶解度的影响。用酸效应系数α描述酸效应，α≥1。对强酸盐影响较小，弱酸盐溶解度增大。 例： 加酸 4.络合效应：能与构晶离子形成络合物的络合剂使沉淀溶解度增大 例： [3]分步沉淀 实验现象：量少时为白色浑浊 实验现象：一点砖红色出现 两种阴离子在水中，用 去沉淀，假定 形成 沉淀所需 小于 所需 此时 定义：沉淀平衡时剩余离子浓度与初始浓度相比相差3个数量级以上，沉淀完全 沉淀先出现，且 沉淀完全，才出现 分步沉淀：利用溶度积 大小不同进行先后沉淀的作用 可用于水中离子的连续测定，如水中 和 ，但 、 、 不可以分开 [4]莫尔法测定水中 以 作滴定剂，用 做指示剂的银量法→莫尔法 1． 原理：分步沉淀 2． 测定步骤： ①取一定量水样加入少许 ，用 滴定，滴定至砖红色出现，记下消耗 的体积 1 取同体积空白水样(不含 )，加入少许 作为陪衬，加入少许 ，用 滴定，滴定至砖红色记下消耗 的体积 2 用基准 配置标准溶液，标定 溶液的浓度 3． 注意： ①不含 的空白水样中加入少许 作为陪衬，使两者在终点时由白色沉淀→砖红色沉淀减小终点颜色差异，使终点的一致性强。 ②pH值对 测定的影响 指示剂减少，需多加 才能形成沉淀，测定结果偏高 滴定剂参与副反应，量减少，可能达不到终点 另： AgCl溶解度增大，结果偏高。 存在时，最佳PH值范围6.5～7.2 较低时，不必严格限定pH值，6.5～10条件下，可以测  ③滴定时剧烈振摇 4．计算： 第五章 氧化还原滴定法 知识点 [1]氧化还原反应的特点 ①有电子得失(转移)，价态发生变化，且数目不固定 例： 电对： 电对： ②复杂反应，由基元反应组成，分步进行 基元反应：粒子一次碰撞而反应(零级或一级反应，具有简单级数的反应) ③反应条件苛刻 ④反应速度慢，必须克服反应势能(活化能)才能反应 [2]提高氧化还原速度的措施 ①增加反应物浓度(增加碰撞的机率) ②提高反应温度(增加活化分子的数量，越能克服反应势能) 例： ③加入催化剂(参加反应，改变反应历程减小活化能，但成分不变)，加速（化学反应）或减速(如工业在核反应堆中) 例1： 快 例2：测COD时，加 [3]氧化还原反应在水处理工程中的应用 1.氧化技术(Advanced Oxidation Process) ①臭氧氧化：O3强氧化能力使水中的有机物被氧化 (将长链→短链分子 大分子→小分子) 如：臭氧活性炭技术利用O3的氯化能力和活性炭吸附能力，进行废水深度净化。 ② 、 (高铁酸钾)氧化有机物、去除藻类 ③ (氧化、消毒) ④芬顿(Fenton)体系： （羟基自由基） 2.还原技术 例：去除重金属， [4]氧化还原平衡 1．能斯特(Nerst)方程 2． ：标准电极电位；25℃，当 或有气体参加反应，其分压P=101.325kPa时的电极电位值。 用途：① 判断氧化或还原剂的强弱：对一个电对来讲 为正且越大，氧化态的氧化能力越强，还原态的还原能力越弱； 为负，还原态的还原能力越强。②判断反应方向：电队的电极电位大的氧化态物质可以氧化电极电位小的还原态物质。 3．条件电极电位 (反应条件改变或不可逆) 例：曝气法除铁 (理论上不能反应) 由于生成Fe(OH)3沉淀，[Fe3+]≠1mol/L，不能用 处理此问题 实际 ∴ ，曝气法去除铁工程可行 [5]氧化还原反应完全程度 1. 反应方向的判断：对于 时(氧化剂电子转移数=还原剂电子转移数) 有：① ≥0.4V ② ≥6 反应完全99.9% 2.计量点时电位 当n1=n2时， (在突跃范围中心) n1≠n2 靠近n大的一边 [6]氧化还原指示剂 1． 身指示剂：反应物本身氧化态和还原态有明显的差别 例： ， / （红色/无色） 终点： 滴定当水样中出现淡粉色，0.5min中内不消失。 2． 用指示剂：指示剂与滴定体系某一态结合产生特殊色 例：淀粉 0.5% （w/v 0.5g淀粉溶于100ml沸水中）专门用于碘量法 加入指示剂， ；加还原剂滴定， 被还原；终点：蓝色消失 注意：指示剂加入时刻——Na2S2O3滴定水样至淡黄色，再加淀粉呈蓝色，继续加Na2S2O3，至蓝色消失。否则，若I2浓度高，加入淀粉与大量的I2形成络合物使置换还原困难。 3． 氧化还原指示剂：利用氧化态和还原态颜色不同，来指示终点。 选择依据：指示剂变色电位的靠近计量点 例：试亚铁灵 [7]高锰酸盐指数 1．高锰酸盐指数(Pi)：用KMnO4作氧化剂氧化水中有机物所消耗的量，用mgO2/L表示 2．测定方法及相应反应 酸性条件下，水样加入过量已标定的KMnO4水溶液（C1,V1），沸水浴反应30min；取下趁热加入过量Na2C2O4(C2,V2)，与剩余的KMnO4反应，紫红色消失；用KMnO4滴定至淡粉色在0.5min不消失（C1,V1’）。 实验现象：有机物多，紫色变淡；有机物少，紫色变化不大 3．计算公式：高锰酸盐指数(mgO2/L)= 4． 注意： ①消除[ ]的干扰，加Ag2SO4沉淀掩蔽 ②加快反应速度措施： a)增加反应物浓度——KMnO4过量 b)T↑——100℃反应，80℃滴定 c)滴定时加催化剂Mn2+ [8] 化学需氧量(COD) 1．化学需氧量(COD)：在一定条件下水中能被得重铬酸钾氧化的水中有机物的量，用mgO2/L表示 2．测定方法及相应反应 水样加重铬酸钾、浓硫酸和硫酸银加热回流2小时，加试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵回滴出现红色终点。分别作实际水样和空白水样试验，记下硫酸亚铁铵消耗分别为V1和V0 3．计算公式： 4．注意： ① 催化剂 ②消除 的干扰，加HgSO4络合掩蔽（ …）。系统中虽有 ，由于络合反应平衡系数较大， 不生成 ，而形成稳定的络合物。 ③虽然 ，实际中 氧化性> 氧化性 在发生还原反应经历地中间价态比 多，减弱了 的氧化性 ④空白实验 [9]甲醇的测定：重铬酸钾法 1． 测定方法及相应反应 含甲醇废水，加入重铬酸钾（C1，V1）、浓硫酸，反映完成后，加试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵回滴出现红色终点，硫酸亚铁铵消耗C2，V2。 2． 计算公式： （ ） [10]碘量法 用于测定氧化性物质，如 、 、O3、H2O2等，水质指标余氯、溶解氧和BOD等 1． 基本原理： 利用 ， 电位居中，可做氧化剂和还原剂的特点。 在酸性条件下，水样中氧化性物质与KI作用，定量释放出I2，以淀粉为指示剂，用Na2S2O3滴定至蓝色消失，由Na2S2O3消耗量求出水中氧化性物质的量。 反应： 2．注意： ①歧化 (pH>9) ②Na2S2O3 (非基准，配制后标定) a.光照：S↓，有单质S析出 b.碱性： c.强酸性： 碘量法最佳pH值范围：中性或弱酸性，4～8.5 3． 应用 ①余氯的测定： 取水样，用HAc-NaAc缓冲液调节pH=4，加Na2S2O3至淡黄色，再加1～2滴0.5%淀粉指示剂继续加Na2S2O3至蓝色消失（C,V） 余氯 ②DO的测定: 将水中溶解氧用锰固氧技术固定，酸溶解析出I2后，用Na2S2O3滴定。 反应： 计算： ③O3的测定： 测臭氧消毒水样残余臭氧量（mg/L）或 臭氧发生器每小时产生O3量：KI配成吸收溶液，O3+KI→I2，气体通入2min，用Na2S2O3滴定 臭氧发生器的O3发生量(g/h)=C1×V1×16×60/2 ④BOD的测定： BOD（生物化学需氧量）：在一定时间温度下，微生物分解水中有机物发生生物化学反应中所消耗的溶解氧量，单位mgO2/L 通常测定BOD205，即20℃培养5天。当BOD205/COD>0.45，污水可生化性高。 方法:a.直接测定法：BOD5=DO5-DO0 ；b.稀释倍数法 [11]溴酸钾法 碘量法的变异，多用于测定苯酚 1．基本原理： 在酸性条件下，水样中加入过量的KBr+KBrO3=Br2，与水中还原性物质作用，加过量KI还原剩余的Br2，等量释放出I2，以淀粉为指示剂，用Na2S2O3滴定至蓝色消失（C,V1）。作空白试验， Na2S2O3消耗V0。由Na2S2O3消耗量之差求出水中氧化性物质的量。 2． 计算： 以Na2S2O3作基本单元，苯酚基本单元为1/6C6H6OH，M=15.68 第六章 吸收光谱法 知识点 基于物质对光的选择性吸收建立的分析方法，又称吸光光度法或分光光度法。 [1]吸收光谱的产生 当以一定范围的光波连续照射分子或原子时，就有一个或几个一定波长的光波被吸收，由于光的互补性，透过的光谱中不出现这些波长的光，称为吸收光谱。 [2]可见光与紫外光 分子的能级具有量子化特征，是非连续的，只能吸收n个能级之差的能量。光的能量取决于波长。 Δ 当分子吸收适宜的光子以后，产生电子能级的跃迁而形成的光谱称为电子光谱。位于可见光区（400～800nm）和紫外光区（200～400nm） [3]吸收光谱的定量方法 由于溶液对光的选择性吸收，使透射光It发生变化 溶液对单色光的吸收符合朗伯比尔定律： A=εCL 摩尔吸收系数ε的物理意义：当光所通过的距离为1cm，被测溶液量浓度为1mol/L时，所相应的吸光度值A为ε，单位L/mol.cm ε的大小反映了物质对光的敏感强度，ε值愈大说明物质对光的吸收程度越好，敏感度强，用吸收光谱法测定该系光物质的灵敏度越大。 [4]吸收光谱的基本术语 1.特征吸收曲线：以A对λ做图，得到有峰谷的平滑吸收光谱曲线叫做特征吸收曲线，可作为定性的依据。 2.最大吸收波入λmax：特征吸收曲线上最大吸收峰所对应的波长，在这个λmax下，物质吸收灵敏度最高，通常选作工作波长。 3.末端吸收：出现在短波区，紫外区末端吸收增强，