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1、1,第五章，水溶液中的化学反应和水体保护,工程化学,2,3,中和反应的实质是 H+ 和 OH 中和生成 H2O 的反应。,电离理论,一、酸碱理论,1887年，阿累尼乌斯(Arrhenius S. A. 瑞典),解离出的正离子全部都是氢离子的物质称为酸；,解离出的负离子全部都是氢氧根离子的物质称为碱。,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,弱酸弱碱溶液,5. 1 弱酸弱碱溶液,4,酸是质子的给予体,酸碱质子理论,1923年，化学家布朗斯特(Brnsted J. N. 丹麦) 和化学家劳莱(Lowry T. M. 英国),凡是能够提供质子的分子或离子都是酸,凡是能够接受质子的分子或离子都是碱,碱是
2、质子的接受体,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,弱酸弱碱溶液,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,缓冲溶液 pH 的计算,c(A)/c(HA)称缓冲比,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,弱酸弱碱溶液,25,例5. 4 某温度时，NH3 在水溶液中的解离常数 Kb=1. 79105，试计算750 cm3 的 0. 10 moldm3 氨水和 250 cm3 的 0. 10 moldm3 的 HC1 溶液相混合后的 pH 值。,解,n(NH3) = c(NH3)V(NH3),= 0. 075 mo1,n(HC1) =
3、 c(HC1)V(HC1),= 0. 025 mo1,混合前 NH3 和 HC1 的物质的量分别为,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,弱酸弱碱溶液,26,27,28,29,30,31,32,表5. 2 三种标准缓冲溶液的 pH 值,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,弱酸弱碱溶液,33,5. 2 水溶液中的沉淀溶解反应和配位反应,Ks=c(Am+)/cn c(Bn-)/cm,在难溶电解质 AnBm(s) 的饱和水溶液中，存在着未溶固体和已溶解的离子之间的平衡:,沉淀溶解平衡，是一种多相离子平衡。,1.溶度积,溶解度小于0. 1 gdm3 的电解质称为难溶电解质。,一、沉淀溶解平衡,34,
4、35,36,37,38,39,40,41,42,43,对被清洗设备，必须进行防护处理后才能进行清洗，同时对锈块等污物进行预处理；正确选缓蚀剂；控制好温度；注意消除死角“气垫”及清洗废液的处理等。,对于某些要求较高的锅炉给水，往往在给水进入高炉前先用Na2CO3 处理，再用 Na3PO4 补充处理。因为 Ca3(PO4)2 的Ks值为 2. 071033，其溶解度为 1. 92107 moldm3，比 CaCO3 更难溶，更易生成 Ca3(PO4)2 沉淀而除去。,清洗中的注意事项,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,沉淀和配位,44,45,46,47,48,49,50,51,52,由K 10
5、6 可知，上述反应正向自发进行，且进行得很彻底。,3配位平衡的转化,例5. 9 判断下列配位反应的方向和程度：,解,查表知,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,沉淀和配位,53,54,1.7710101.22107 2.16103,55,56,57,58,59,5. 3 相平衡和非水溶液中的化学反应,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,相平衡和非水溶液,对于恒温下的稀溶液，如果平衡时的气相压力不大，那么溶质的气体分压 pB 与溶质的摩尔分数 xB 成正比，即,pBKH xB,KH 称亨利常数，它的大小决定于温度、溶剂及溶质本性。,一、水溶液的气液平衡,1803年，亨利（Henry W. 英
6、）,60,61,62,气 液 共 存 区,b,a,气 相 区,液 相 区,乙醇-水体系温度-组成图,p = 101. 3 kPa,(1)完全互溶的气液平衡相图,C,C,M,C 点：泡点,a 线：泡点线,C 点：露点,b 线： 露点线,M 点：恒沸点,w乙醇 = 0. 3,该图是用实验数据制作的(质量分数),第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,相平衡和非水溶液,二、溶剂是多组分的溶液的气液液液和液固平衡,1、相图,63,64,65,表5. 3 一些物质的临界温度和临界压力,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,相平衡和非水溶液,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,
7、77,78,79,80,81,5. 4 水质与水保保护,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,一、水资源概况,大气水、地表水和地下水总称天然水，估计其总体积是 1. 41018 m3，,其中 97. 3% 以海水形式存在,2. 7% 的淡水,人类可利用的淡水约占地球上总水量的 0. 0095%,82,83,84,例如，在电力工业(火力发电)和电子工业等部门，都要使用纯水或超纯水，它们要求水中含盐量分别降到 1. 0 mgdm3 和 0. 1 mgdm3 以下，此时电导率降至 104 105 Sm1 范围或 105 Sm1 以下。,特种行业对水质的要求,第5章 水溶液中的化学反应
8、和水体保护,水质与水体保护,制备高纯水常用方法有蒸馏水法，离子交换法和电渗析法、高纯电渗析法等。,85,86,三、水体污染,天然水体的组成是很复杂的，除水以外，还有,溶解物质，如钙、镁、钠、铁、锰等的可溶性盐，氧、氮、硫化氢、二氧化碳等溶解气体；,胶体、悬浮物，如硅、铝、铁的水合氧化物胶体，粘土、矿物胶体物质或颗粒物质，腐殖质等有机高分子化合物；,水生生物组成的水生生态系统，如藻类、多种浮游动物、细菌、微生物等。,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,87,88,89,人民网2003年1月10日,地球上城市居民约有70%（15亿人）呼吸受污染的空气，每天至少有800人因此过早死
9、亡。 每天有1. 5万人死于饮用污染的水，其中大部分是儿童。 工业、各种喷雾罐、冰箱、空调机等每天把1500多吨氯氟烃排入大气层，它们是造成臭氧层空洞的罪魁祸首。 每天进入大气层的二氧化碳为 5 600万吨，“温室效应”与此有关。 每天有5. 5万公顷森林被毁，161 平方公里土地荒漠化。 每天有 14万辆新汽车驶上公路，各国400多座核电站产生 26 吨核废料，还有1. 2万桶石油泻入海洋。,算一算地球一天的污染帐,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,90,被污染的京杭大运河,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,91,92,93,汞离子与细胞膜中含巯基的蛋
10、白质有特殊的亲合力，从而能直接损害这类蛋白质和酶。,(1) 汞,甲基汞是自然界中因环境污染而产生有机汞，能使脑蛋白质合成活性减低，并沉积于脑组织中，从而导致神经系统中毒。,微生物,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,94,1949年，湾内的许多海藻变白，浮在水面，许多死鱼也肚朝上地漂了起来，平时那些爱吃鱼的猫，互相疯狂地乱咬，有的跳海自杀。终于，1956年4月，一个5岁的小孩吐字不清，手脚麻木，时而傻笑。几乎是同时，还发现30多名患者，有的手脚发麻，有的双目开始失明，有的吞咽困难。早在1953年就有类似症状的人死亡，至1956年，共发现患者96名，其中18人死亡。人产对这种病
11、取名为“水俣病”。原来，水俣湾内有一家生产氮肥、乙醛、氯乙烯的化工厂，排出的废水中含有大量的“甲基汞”。,水俣病,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,95,(2) 铅,头发和指甲中铅的含量较高，所以，头发常作为活体检查材料，国内外均把发铅作为评价铅接触的指标。,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,维生素C能与铅结合，生成难溶于水而无毒的盐类,96,(3) 镉,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,镉中毒是慢性过程，潜伏期最短为2至8年，一般为15至20年 镉被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，首先使肝脏受损，继而引起骨软化症。该病以疼痛为特点，
12、活动时疼痛会加剧，重症患者，其四肢可屈曲变形，身高比健康时缩短10至30厘米。到了病发期，由于中毒者髋关节活动受限，其行走将呈现一种特殊的步态不稳，医学上称为“鸭步态”,97,2. 氰化物、酸和碱,河南浚县北老观嘴村 左图：从三米深的井里打出的水 中图：村里终于有了一口152米深的深水井 右图：无知的孩子在污染了的卫河边玩耍,造纸厂：纷纷患上肠癌、食道癌、肝癌、胃癌等病,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,98,99,氟污染中的 浙江东部天台县平桥镇叠石村,2002年底，34岁的安德相满嘴牙齿已经松动，发黄发黑，村里20岁以上的人大都和他一样，牙齿“未老先衰”。,来源：中国青
13、年报2003年1月03日,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,100,101,3有机污染物,有毒有机污染物的共同特点：大多数为难降解有机物，在水中残留时间长，有蓄积性，可促进慢性中毒、致癌、致畸、致突变等生理毒害,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,102,受伤的海鸟,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,(a) 碳氢化合物、脂肪和蛋白质,103,104,105,106,107,108,109,溶解氧(DO)： dissolved oxygen,化学需氧量(COD)： chemical oxygen demand,生物化学需氧量(BOD)：
14、biochemical oxygen demand,总有机碳(TOC) ： total organic carbon,pH值,碱度,硬度,水质污染的描述,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,化学需氧量是水体中能被氧化的物质进行化学氧化时消耗氧的量,生物化学需氧量是指在好氧条件下，微生物分解有机物质的生物化学过程中所需要的溶解氧量,110,四、水体污染的控制与治理,在城市中，建造污水废水处理厂、废水处理中心，能发挥浓度大、废水集中、协同作用和拮抗作用迅速等规模化、集约化的优势,首先要考虑的是如何控制污染源,采用先进工艺，合理排放,第5章 水溶液中的化学反应和水体保护,水质与水体保护,111,112,113,作业：,
