水质分析化学PPT

绪论1、水质分析化学的任务水质分析化学：研究水质的分析化学方法及其规律的科学。任务：⑴鉴定各种用水中的杂质种类和含量是否满足用水要求；⑵按照用水排水的需要，对水质进行分析，以指导水处理的研究、设计及运行过程；⑶以及为了环境保护对环境水体进行的水质监测。2、水质分析方法：包括仪器分析法和化学分析法。化学分析：以物质发生的化学反应为基础进行的分析。包括：重量分析：通过化学反应，使试样中待测物转化为一种固定化学组分的化合物，通过称量，计算待测物含量。滴定分析：将已知浓度的标准溶液滴加到待测溶液中，至恰好反应完全，根据所加入的标准溶液的量计算待测物含量。仪器分析：借助仪器，以物质的物理或物理化学性质为依据的分析方法,如光化学分析法、电化学分析法、热分析法、质谱分析法、色谱分析法等。3、滴定分析法滴定分析法：用已知浓度的标准溶液，滴定一定体积的待测溶液，直到化学反应按计量关系作用完为止，然后根据标准溶液的体积和浓度计算待测物质的含量，这种靠滴定来测定待测物含量的分析，称为滴定分析法。滴定终点：滴定分析中，常加入一种指示剂，通过指示剂颜色的变化作为滴定反应刚好完成的指示信号，以停止滴定，这一点称为滴定终点。化学计量点：当滴入的标准溶液的物质的量与待测组分的物质的量恰好符合滴定反应式的化学计量关系时，反应完成的平衡点称滴定反应的化学计量点。滴定误差：滴定终点(实测值)与化学计量点(理论值)不一致，由此所造成测定结果的误差，称为滴定误差，又称终点误差。滴定分析法类型：滴定方式：滴定分析法的方法特点：用于常量组分的测定；仪器简单、操作简便；快速准确；应用广泛、方法成熟。4、标准溶液的配制方法及浓度的表示方法直接法：利用基准物质直接配制标准溶液。标定法：许多物质纯度达不到基准试剂的纯度要求等，则可粗略配成近似所需浓度，再用基准物质或另外一种标液标定之。掌握常用标准溶液的配制方法。标准溶液的浓度表示法：物质的量浓度：注意基本单元的确定。滴定度：每mL标准溶液相当于被测物质的质量。5、定量分析中的误差类型：系统误差、偶然误差（或随机误差），及其特点；准确度、精密度及其关系；提高分析结果准确度的方法：选择适当的分析方法；减小测量的相对误差；校正系统误差；减小随机误差。6、有效数字：有效数字的概念和在分析化学中的应用。7、离群数据的统计处理方法：4法、Q检验法、格鲁布斯法d酸碱滴定法1、酸碱质子理论及质子条件式的应用；2、溶液中有关浓度的表示方法（活度、平衡浓度、分析浓度）以及计算，特别是pH的计算：酸、碱、两性物质、缓冲溶液。3、酸碱滴定：指示剂：指示剂的选择原则，选择依据。滴定反应：化学计量点，影响滴定突跃大小的因素。进行直接准确滴定的条件，多元酸碱分步滴定的条件。4、酸碱滴定法的应用：水的碱度的测定方法原理，及表示方法。铵盐的测定：蒸馏法。突跃范围突跃范围：在化学计量点前后，±0.1％相对误差范围内，溶液pH值的变化范围，在分析化学中称为滴定反应的pH突跃范围，简称突跃范围。该pH的变化称为滴定突跃。例如用0.1000mol/LNaOH溶液滴定20.00mL等浓度的HCl溶液，从19.98到20.02ml，NaOH加入量仅差0.04mL，但溶液的pH值却从4.30→9.70，这一pH区间为滴定曲线上的pH突跃范围。酸碱滴定指示剂的选择(1)选择的依据：滴定反应的滴定突跃范围是指示剂的选择依据。(2)选择原则凡在突跃范围内能产生颜色突变的指示剂(即指示剂的变色范围全部或一部分落在滴定反应的突跃范围之内)，都可作为该滴定的指示剂。从理论上说，指示剂的pK值距化学计量点越近越好，实际上凡在pH突跃范围产生颜色突变的指示剂都可以相当正确地指示终点。准确滴定一元弱酸（碱）的可行性判据设滴定的△pH为±0.3个pH单位，欲使由此产生的相对误差控制在±0.2%之内，必须满足：caKa≥10-8是判断弱酸（ca）能否直接滴定的依据。（ca为一元弱酸HA的分析浓度）同理，对于一元弱碱，能直接准确滴定的条件：cbKb≥10-8多元酸（碱）滴定的问题准确滴定的基本条件：一元弱酸被准确滴定的条件是：cKa≥10-8；对于多元酸的每一步：c1Ka1≥10-8、c2Ka2≥10-8、c3Ka3≥10-8……，那么，多元弱酸分步离解的H+就均可测定，反之均不能、或不能准确滴定。分步滴定的先决条件：决定于Ka1/Ka2比值，以及对准确度的要求。一般说来，若|Et|≤0.5%，滴定突跃应不小于±0.3个pH单位，则要求：Ka1/Ka2＞105两个突跃明显分开，可以分步滴定；Ka2/Ka3＞105……满足分步滴定的要求。多元酸（碱）分步滴定的判据(1)Ka1/Ka2＞105且c1Ka1≥10-8，c2Ka2≥10-8则二元酸可分步滴定，即形成两个明显且分开的pH突跃，可分别选择指示剂指示终点。(2)Ka1/Ka2＞105，c1Ka1≥10-8，c2Ka2＜10-8则二元酸可分步滴定，但只能准确滴定至第一化学计量点，按第一个化学计量点的pH值选择指示剂。(3)Ka1/Ka2＜105，c1Ka1≥10-8，c2Ka2≥10-8则二元酸不能分步滴定，只能按二元酸一次滴总量。(4)Ka1/Ka2＜105，c1Ka1≥10-8，c2Ka2＜10-8该二元酸不能被准确滴定。碱度的表示方法⑴mmol/L根据滴定反应，测定碱度时，标准酸与碱性物质反应的mol比都是1:1，水样的碱度用消耗标准酸的量来描述。所以，碱度＝CHClVHCl／V水样mmol/L⑵德国度或法国度或mg/L（以CaCO3或CaO计）1德国度=10mg/L（以CaO计）1法国度=10mg/L（以CaCO3计）络合滴定法一、MY的条件稳定常数的计算副反应主反应[M´][Y´][(MY)´]]']['[]'[YMMYKMY忽略MY的副反应，则：YMMYMYKK1YMMYMYKKlglglglg][1][]'[][1][1][]'[)(1)(1)(NKYYOHLMMNYNYniiiOHMniiiLM二、金属指示剂1、金属指示剂在络合滴定中，用一种能与金属离子M生成有色络合物的显色剂来指示滴定过程中[M]的变化，这种显色剂即为金属离子指示剂，简称金属指示剂。注意：金属指示剂的变色点会随着滴定体系变化而变化的。2、络合滴定中金属指示剂的选择原则：在选择指示剂时，为了减小终点误差，应使指示剂变色点的pMep与络合滴定反应的化学计量点的pMsp尽量一致，至少应在化学计量点附近的pM突跃范围内；若M有副反应，则应使pMep，与pMsp，尽量一致。MHInMInMInepKKMplglglglg)(3、金属指示剂在使用中易碰到的问题及解决的措施指示剂的封闭现象有时指示剂能与金属离子生成极为稳定的络合物，比对应的MY络合物更稳定，以致达到化学计量点，滴入过量EDTA也不能夺取指示剂络合物(MIn)中的金属离子，使指示剂不能释放出来，看不到颜色的变化，这种现象叫指示剂的封闭现象。有时，指示剂的封闭现象是由于有色络合物的颜色变化为不可逆反应所引起，这时MIn的稳定性虽然没有MY高，但由于其颜色变化为不可逆，MIn并不是很快地被EDTA所破坏，因而对指示剂也产生了封闭。消除措施：若封闭现象是滴定离子本身M引起的，则可采用返滴定法；若封闭现象是由共存离子引起的，则需加适当掩蔽剂，掩蔽共存离子。若是变色反应的可逆性差造成的，则应更换指示剂。指示剂的僵化现象有些金属指示剂本身与金属离子形成的络合物的溶解度很小；还有些金属指示剂与金属离子所形成的络合物的稳定性只稍差于对应EDTA络合物，因而使EDTA与MIn之间的置换反应缓慢，使终点拖长，这种现象叫做指示剂的僵化。指示剂的僵化，可加入适当的有机溶剂或加热，以增大其溶解度。指示剂的氧化变质现象金属指示剂大多数是具有许多双键的有色化合物，易被日光、空气和氧化剂所分解。有些指示剂在水溶液中不稳定，日久也会变质，如铬黑T、钙指示剂的水溶液均易氧化变质，所以常配成固体混合物或用具有还原性的溶液来配制。分解变质的速度与试剂的纯度有关。一般纯度较高时，保存时间长一些。另外，有些金属离子对指示剂的氧化分解起催比作用。如铬黑T在Mn(IV)或Ce4+存在下，仅数秒钟就分解褪色。为此，在配制铬黑T时，应加入盐酸羟胺等还原剂。三、络合滴定化学计量点的计算spMMYspMYspMspspspMspspspMMYspMspspMspsppcKMpKcMMcYMcKcMcYMMYYMlg212化学计量点时1、单一离子的准确滴定：允许相对误差在±0.1%内，单一金属离子准确滴定判别式：滴定的酸度控制范围：只考虑Y的酸效应和M的水解效应：6lgMYspMKc6lglglglglg）（）（HYOHMMYspMMYspMKcKc四、在一定误差下准确滴定条件及酸度控制范围最高酸度最低酸度pHKcKcHYHYMYspMMYspM最低找出对应的）（）（lg6lglglglgpHcKMKOHnMspnnsp最高][][⑴分步滴定可行性的判断：当Et±0.3%，由准确滴定的条件：可推出分别滴定的条件：spNspMccKlg5lg5lgMYspMKc2、共存离子体系的分步滴定或选择滴定在共存离子体系，若只考虑Y的副反应，不考虑金属离子的副反应：Ylglg'lg111MYMYNYHYYspNNYNNYNYKKcKNK无副反应⑵、适宜酸度范围适宜酸度：K′MY在pHa～pHb之间达到最大，一般将其视为滴定的适宜酸度。pHcKMKOHpHpHcKpHnMspnnspbNNYNYHYa最高由令][][1五、如何提高络合滴定选择性对于混合离子体系，进行选择滴定的基本思路：1、当混合离子溶液满足分别滴定条件时，控制酸度进行选择滴定；2、当混合离子溶液不满足分别滴定条件时，设法使其满足条件：降低共存离子N的浓度——可采用络合掩蔽法和沉淀掩蔽法；利用氧化还原反应改变N的价态→降低NY的稳定性——氧化还原掩蔽法；选择其它络合剂作滴定剂，以满足条件。M,NKMYKNYKMYKNYKMY~KNY控制酸度掩蔽选择滴定剂六、络合滴定方式七、水的硬度的测定方法原理、表示方法，天然水中硬度和碱度的关系。硬度的表示方法：mmol/L（以1/2Ca2+、1/2Mg2+为基本单元的浓度）mg/L（以CaO或CaCO3的重量浓度计）度：1德国度＝10mg/L（以CaO的重量浓度计）1法国度＝10mg/L（以CaCO3的重量浓度计）沉淀滴定法1、三种银量法的方法原理，指示剂、滴定条件、应用对象、干扰。2、水中氯化物的测定。主要采用莫尔法，有时也用佛尔哈德法或法扬斯法，若水样色度较大，可采用电位滴定法。(1)当采用莫尔法测定时，必须注意控制溶液的pH＝6.5～10.5范围内。(2)如果试样中含有PO43-、AsO43-等离子时，在中性或微碱性条件下，也能和Ag+生成沉淀，干扰测定。因此，只能采用佛尔哈德法进行测定，因为在酸性条件下，这些阴离子都不会与Ag+生成沉淀，从而避免干扰。⑶法扬斯法适于测定高含量的氯化物。氧化还原滴定法1、电对的E⊖、E⊖’、E的含义及计算；2、影响氧化还原反应速度的因素，指导滴定速度；3、氧化还原滴定：化学计量点电位的计算；氧化还原滴定中的指示剂；总结利用能斯特方程式计算电对电势的两个公式：设电对半反应为Ox+ne-↔ReddOxdOxdOxdOxccnEEdOxnEaanEEdOxdOxdOxReRe/Re/Relg059.0'Relg059.0℃(25lg059.0Re/Re/Re/）（忽略离子强度的影响）例如描述电对Cr2O72-/Cr3+的电势的能斯特方程式：Cr2O72-+14H++6e-↔2Cr3++7H2O