基础及水质指标

第一章水质概述

第一节常用化学名词概述

一、化学基本概念

（一）物质的量、摩尔质量

由于分子、原子太微小，用它们计量不方便，需要使用一个适当的物理量——物质的量进行计算。

物质的量是反映某系统中物质基本单元多少的物理量。或者说，物质B的物质的量n B是用系统中所含基本单元B的粒子数N B来确定（或衡量）的一个物理量。物质B的物质的n B与物质B的基本单元B的粒子数N B的关系如下式所示

ｎB＝N B/L（L：阿伏加德罗常数，为6.02³1023mol-1）

国际上规定物质的量的单位名称叫做“摩尔”，它也是我国现行的法定基本计量单位之一，单位符号为mol。

摩尔质量在计算及使用上比较方便，它是物质的量的一个导出量，是表达物质的量与质量的关系的。摩尔质量（M B）的定义为质量（m）除以物质的量（n B），即M B=m/n B。摩尔质量的单位是Kg/mol，化学分析中常用的单位为g/mol。例如：

H2SO4的摩尔质量：M（H2SO4）=98g/mol 或

者M（1/2 H2SO4）=49 g/mol

注意：在法定计量单位中，用到物质的量浓度或摩尔质量时，必须指明基本单元，否则所说的摩尔就没有明确的意义了。

（二）酸和碱

根据酸碱质子理论，凡是能给出质子（H+）的物质就是酸；凡是能接受质子的物质就是碱。一种酸给出质子后，其剩余的部分就是碱；同理，一种碱接受质子后，其生成物便为酸。它们之间的关系可表示如下

HA(酸) ==== H+ +A-

（一色）（另一色）

可见，酸和碱是不能彼此分开的，而是处于一种相互依存的关系中。酸和碱的这种依存关系称为共轭关系。即HA是A-的共轭酸，A-是HA 的共轭碱。

同时，该理论认为，酸碱反应的实质是质子的转移。例如HCl在水中的解离是由于作为溶剂的水起着碱的作用，而NH3.H2O在水中的解离是由于作为溶剂的水起着酸的作用。所以，我们认为，这些反应，都是酸碱反应，只不过在不同场合，H2O扮演着不同的角色。

在实际中，常用酸碱滴定法来测定未知物质的浓度，该法常借助于酸碱指示剂的颜色变化来指示滴定的终点。酸碱指示剂是结构复杂的有机酸或有机碱，因其酸式和共轭碱式具有不同的结构，因而呈现不同的颜色。当溶液pH值改变时，指示剂或给出质子由酸式变为共轭碱式，或接受质子由碱式变为共轭酸式，由于结构的变化而引起颜色的改变。表2-1是常用的指示剂及其变色范围。

表2-1 常用的酸碱指示剂

目前大多数电厂常用的酸主要是盐酸（HCl），作为离子交换树脂的再生剂及设备的清洗剂。盐酸（HCl）和硫酸（H2SO4）也是化学试验中常用的药剂，它们都有腐蚀性，浓盐

酸有挥发性，在树脂再生过程中要注意安全。浓硫酸有强氧化性和脱水性，在试验过程中涉及浓硫酸更要小心谨慎。电厂常用的碱主要有氢氧化钠（NaOH）和氨水，分别用作阴离子交换树脂的再生剂及汽水加药系统的pH调整。

浓氨水有强挥发性，在配药的过程中要注意避免伤眼睛，氢氧化钠有腐蚀性，在使用过程中要注意安全。

（三）盐和氧化物

化学上，把在电离时生成金属阳离子（包括NH4+）和酸根阴离子的化合物叫做盐。电厂常用的盐主要有氯化钠（NaCl）、聚合氯化铝（PAC）等。氯化钠用于电厂中树脂复苏时的浸泡；聚合氯化铝（PAC）是电厂中良好的净水剂（又叫混凝剂），它在水溶液中分别水解生成带正电的物质，能把水中的悬浮物和胶体物质吸附在它的表面，并一起沉降下来，从而使水澄清。

另外水处理系统中还常用了次氯酸钠（NaClO）和亚硫酸氢钠（NaHSO3）它们分别是氧化剂和还原剂，用来保护反渗透的膜。还有脱硫系统的脱硫原料碳酸钙（CaCO3）等盐。

氧化物是由氧和另一种元素组成的化合物。电厂常用的氧化物主要有CaO，俗称生石灰，它有较强的吸水性，吸水后成为Ca（OH）2，它也可以用作水处理的澄清处理药剂和脱硫系统排放废水的中和药剂。另外电厂热力系统中的氧化铁（Fe2O3）、氧化亚铁（FeO）四氧化三铁（Fe3O4）、氧化铜（CuO）、氧化亚铜（Cu2O）和二氧化硅（SiO2）等氧化物是表征热力系统腐蚀和结垢的物质。

（四）溶液及溶液的浓度

所谓溶液是指一种物质以分子或离子状态均匀地分布于另一种物质中，得到均匀、稳定的体系。以水为溶剂的溶液称为水溶液，简称溶液。在一定温度下，溶液里所溶解的某种溶质达到不能再增加的程度，就是饱和溶液；反之，则为不饱和溶液。溶解度是指一定温度下，某物质在100克溶剂中的饱和溶液的含量（g/100g）。根据溶解度的大小，粗略地分为可溶物、微溶物及难溶或不溶物质。

溶液浓度是指一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量。现场中溶液的浓度表示方法很多，主要表示方法有以下几类：

（1）物质的量浓度（c

）。溶质B的物质的量除以混合物（溶质＋溶剂）

B

的体积，常用单位为mol/L及mmol/L。一般表示标准滴定液、基准溶液的精确浓度，也可表示水质分析中被测组分的含量。如：c （HCl）=0.1000mol/L；c（H2SO4）=0.1003 mol/L 或c（1/2H2SO4）=0.2006 mol/L。

（2）物质的质量浓度（ρB）。物质B的质量除以混合物的体积，常用单位是g/L、mg/L、mg/mL、μg/mL、μg/L。主要用以表示物质标准溶液、基准溶液的质量浓度，也常用来表示一般溶液的质量浓度和水质分析中各组分的含量。一般当溶质为固体时，用它表示较为简便。如：ρ（NaCl）＝50.0g/L。在电厂水质指标中由于杂质含量的具体情况，常用μg/mL，如：ρ（SiO2）＝5.8μg/L，数值较大时常用mg/L。很多资料中常用ppb和ppm这两个单位。μg/mL与ppb树脂相当，均为10－9数量级；mg/L与ppm

树脂相当，均为10－6数量级。

（3）物质的质量分数（w B）。溶质B的质量与混合物质量之比。即一定质量的溶液中溶质B的质量所占的比例，用“％”表示。这种表示方法常用于溶质是固体时的一般溶液（非标准滴定液或非基准溶液）。如：w（NaCl）＝10％，表示100g NaCl 溶液中含有10gNaCl（即10gNaCl＋90g H2O）。

（4）物质的体积分数（φ

）。表示一定体积的溶液中溶质B的体积所

B

占的比例，常以“％”表示浓度值。常用来表示溶质为液体的一般较稀溶液的浓度。如：φ（HCl）＝5％也可表示为5％（V/ V）HCl溶液，表示100体积的HCl的溶液中含有5体积的浓HCl。

（5）体积比浓度（V1+V

）。两种溶液分别以V1体积与V2体积相混时

2

溶液浓度的表示法，常用于较浓的溶液。如：HCl（1＋2）表示1体积的HCl和2体积的水相混合的溶液。

（五）电解质和电离平衡

1．电解质

化学上把溶于水后（或在熔融状态下）能导电的化合物叫做电解质，不能导电的化合物叫做非电解质。物质溶于水后之所以能导电，是由于电解质在水中存在着能够自由移动的离子，在外电场的作用下，这些离子做定向移动，使溶液可以导电。

不同电解质在相同的温度和浓度条件下，在水中的电离程度不同。可分为在水中完全电离的强电解质，和部分电离的弱电解质。如NaCl、HCl 、NaOH是强电解质，氨水（NH3²H2O）、醋酸（HAC）是弱电解质。

2．电离平衡、水的电离和pH

弱电解质在水中不是完全电离，电离是个可逆过程，存在一个动态的平衡过程。

由于水（H2O）是一种弱电解质，它能微弱电离成H+和OH－，因此不管是什么水溶液，都总存在H+和OH－，两者相对浓度的大小决定溶液呈现中性、酸性或碱性。中性是指[H+]＝[OH－]，如纯水、NaCl溶液是中性；酸性是指[H+]＞[OH－]，如HCl、H2SO4、醋酸（HAC）溶液是酸性；碱性是指[H+] ＜[OH－]，如NaOH溶液、氨水（NH3²H2O）是碱性。

在实际生产中。酸或碱溶液都很稀，H+的浓度都很小，用10-n表示很不方便，因此常采用氢离子浓度的负对数，即pH＝-lg[H+]来表示溶液的酸碱性。pH＝7：显中性；pH＜7：显酸性；pH＞7：显碱性。pH范围在1～14之间。

pH值的测定分别有酸碱指示剂滴定、pH试纸及pH计精确测定等方法。（六）缓冲溶液

许多化学反应和生产过程必须在一定的pH值范围内才能进行或进行得比较完全。那么