第五章水溶液中的化学反应和水体保护
工程化学第五章 水溶液中的化学反应和水体保护
⒊缓冲溶液的pH的一般公式
设酸（HA）的浓度为c(共轭酸)，其共轭碱 (A-)的浓度为c(共轭碱)。 HA H+ + A-
初始浓度
平衡浓度
c(共轭酸)
c(共轭酸)- x ≈c(共轭酸)
0
x
c(共轭碱)
c(共轭碱)+ x ≈c(共轭碱)
由平衡常数公式得： Kaθ = c(共轭碱)· c(共轭酸) x/
例 计算298.15K时反应 HAc + H2OH3O+ + Ac-的 平衡常数。 解： HAc + H2O H3O+ + Ac-
fGm/kJ mol-1 -396.82
△rGmθ=ΣvB△ fGm (B)
-237.1 -237.2 -369.65
= -369.65 + (-237.2) – [-396.82 +( -237.1 )]
][
c(H 3O ) C
]
K w [c( OH)][c(H )] pK w pOH pH 14
θ
例：已知25℃时， 0.200mol· -1氨水的解离度为 L 0.95%，求c(OH－), pH值和氨的解离常数。
解
NH3· 2O H c0
NH4+ + 0
3
OH– 0
ceq 0.200(1– 0.95%)
pH pK a lg lg 1.76 10 4.75
θ
c( HAc ) c( Ac ) lg 0.1 0.1
5
例2 若在 50mL 0.150mol· -1 NH3· 2O和 0.200 L H mol· -1 NH4Cl组成的缓冲溶液中，加入0.100mL L 1.00 mol· -1的HCl ，求加入HCl前后溶液的pH值 L 各为多少？（Kbθ(NH3· 2O)=1.8×10-5) H 解： 加入 HCl 前： pOH pK b lg
水溶液中的化学反应与水体保护
碱 盐
) )
例题：向100g浓度为0.1mol.kg-1的HAc和0.1mol.Kg1NaAc混合溶液中加入1.0g1.0mol.kg-1的HCl,求此溶液 的pH值。已知：Kay=1.76×10-5。
HAc
H+ + Ac-
+ H+
HAc
H+ + Ac+ OH-
H2O
可见,Ac-是抗酸因素，HAc是抗碱因素。
缓冲作用是有限的，当外加强酸、碱 过量时,会失去缓冲作用。
水溶液中的化学反应与水体保护
(3)定量计算： ①弱酸-弱酸盐
pHpKaΘlgcc((盐 酸))
②弱碱-弱碱盐
p
H1
4p
KbΘl
gcc((
4. 缓冲溶液
溶液的pH值在一定范围内不受外来少量强酸、碱 的影响，这种溶液称缓冲溶液
(1) 组成：弱酸+弱酸盐 或 弱碱+弱碱盐 HAc+NaAc NH3·H2O+NH4Cl HAc+NH4Ac
NaH2PO4+Na2HPO4 NaHCO3+Na2CO3
水溶液中的化学反应与水体保护
(2)机理：以HAc—NaAc缓冲对为例(定性):
单相离子平衡可分为酸、碱的解离平衡及配离 子的解离平衡两类。
一 酸和碱在水溶液中的解离平衡 1. 酸碱理论 A 电离理论 由Arrhenius提出
（1）要点： ● 解离出的正离子全部是H+的 物质叫酸； ● 离解出的负离子全部是OH的物质叫碱。
阿仑尼乌斯
水溶液中的化学反应与水体保护
● 酸碱反应的实质是 H+ + OH- = H2O
相间相互作用
第五章相间的相互作用5.1 固体、气体与水的化学相互作用在天然水和废水中很少出现完全在水溶液中发生化学均相反应的现象。
水中最重要的化学和生化现象反而包括了水中物质与其他相之间的相互作用。
图5.1列举了一些发生相互作用的例子，如下：通过藻类的光合作用，在悬浮藻类的细胞内生成了固体生物质，而且固体生物质的产生涉及了水与细胞间溶解性固体与气体的交换。
当水中细菌降解了有机质（经常以小颗粒的形式存在），类似的交换过程也会发生。
随着化学反应不断地进行，水中也就不断地产生固体和气体。
水体系中的铁和许多重要的痕量元素被看成胶体而运输或吸附到固体颗粒上。
碳水化合物和一些杀虫剂以一种不相溶的液体膜的形式存在于水的表面。
沉积物通常被冲刷到了水体中。
图5.1 涉及水和其他相间相互作用的最重要的环境化学过程本章将讨论水体化学过程中不同相间相互作用的重要性。
一般情况下，除了水，这些相可划分为沉积物（离散的固体）和悬浮的胶体物质。
我们也将讨论沉积物的形成、作为储存库的沉积物的重要性和水溶质的来源。
前面章节所提到的固、气体的溶解度（亨利定律）在本章也会作详细的讲解。
本章的大部分讨论了胶体的行为，这包括非常细小的固体颗粒、气体或悬浮在水中的不相溶的液体。
很多重要的水生化学现象都涉及到了胶体物质。
因为胶体物质的表面积与体积的比值大，所以它的活性比较高。
5.2 沉积物的形成与重要性沉积物是相对较细小的那层物质，它覆盖在河流、湖泊与海洋的底部。
它通常由一些小、中、粗的矿物混合物组成，包括黏土、淤泥和沙子，其中混有有机质。
在组成方面它们可能从纯矿物变化到以有机质为主的物质。
沉积物也是各种生物、化学污染物和被污染了的碎屑的储存库。
我们特别关注的就是通过生物化学物质从沉积物到水生食物链的迁移过程。
寄居在沉积物中的生物包括各种各样的贝类（虾、蟹、蛤）和蠕虫、昆虫、端足类、双壳类的生物与其他的小生物，这些都是值得我们特别关注的，因为它们都是位于食物链底层的附近。
工程化学基础教学大纲
黑龙江省高等教育自学考试焊接（080315）专业（专科）工程化学考试大纲(课程代码 2491)黑龙江省高等教育自学考试委员会办公室二○○九年四月目录Ⅰ课程性质与设置目的 (3)Ⅱ课程内容与考核目标 (3)绪论 (3)第一章物质的化学组成和聚集状态 (4)第二章物质的结构和材料的性质 (7)第三章化学反应与能源 (9)第四章水溶液中的化学反应和水体保护 (11)第五章化学反应和材料保护 (14)Ⅲ有关说明与实施要求 (16)一、关于考核目标 (16)二、建议选用教材与参考资料 (16)三、关于对考试命题的要求 (16)Ⅳ题型示例 (16)《工程化学基础》考试大纲Ⅰ课程性质与设置目的和要求《工程化学基础》是全国高等教育自学考试焊接专业的一门考试课。
它从物质的化学组成、化学结构和化学反应出发，密切联系现代工程技术中遇到的如材料的选择和寿命、环境的污染与保护、能源的开发与利用、信息传递、生命科学发展等有关化学问题，使学生在今后的实际工作中能有意识的运用化学观点去思考、认识和解决问题。
课程设置目的本课程是高等学校非化工类各专业培养现代工程技术和管理人才的必修基础课。
目的在于帮助学生建立物质变化的观点和能量变化的观点，提高学生的基本素质和创新能力。
课程设置要求要求学生能掌握物质的化学组成、化学结构和基本的化学反应，熟悉化学变化过程中能量的变化和相互转化的关系。
了解化学与现代工程技术的联系，如材料的选择和寿命、生命科学发展、环境的污染与保护、能源的开发和利用等。
Ⅱ课程内容与考核目标绪论学习目的和要求：联系实例理解系统、环境概念，理解开放系统、封闭系统、孤立系统的划分；联系实例理解聚集状态和相的关系；理解化学反应中的质量守恒和能量变化，掌握“物质的量”的符号、单位及有关计算。
理解反应进度的概念，掌握化学计量数正负值的确定。
课程内容1、系统2、相3、物质的量4、反应进度考核知识点1、统、环境概念2、物质的量”的有关计算3、应进度的计算。
+第五章——实践与探究测定雨水PH及酸雨防治++教学课件高一下学期化学人教版(2019)必修第二册
第二组,拟用如图装置定量分析空气中SO2的含量:
(3)通入空气前应进行的实验操作是
___________________________________;酸性KMnO4溶液中导管末端
做成球状多孔结构的作用是__
。
(断4通)已入知,酸:5性SO高2+2锰M酸n钾O溶4+2液H2颜O=色==逐=5渐S变O浅24直+2至Mn褪2++色4H,+说。明随S着O2空具气有的不 ________________性。
2019人教版第二册
第五章 化工生产中的重要非金属元素
研究与实践 雨水PH测定及酸雨防治选择
学习目标
1.核心素养: (1)科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的问题,能从问题和假设出发, 依据研究目的,设计探究方案。 (2)科学态度与社会责任:具有探索未知、崇尚真理的意识;具有节约资源、保护环 境的可持续发展意识。
(2)为了持续打好环保战,柳州市政府推广绿色低碳的出行方式,大力支持当 地清洁车辆的生产与使用。如使用纯电动汽车,这些措施可以大大减少汽车 尾气的排放,汽车尾气的主要污染气体有哪些?造成的主要环境危害有哪些?
提示:汽车尾气的主要污染气体为CO、NO、NO2等,对环境的主要危害有光 化学烟雾、酸雨等。
160 bc g 32 bc
5aL
a
答案:(1)SO2有漂白作用 (2)Ba2++ SO24====BaSO4↓ (3)气密性检查 增大接触面积,有利于SO2的充分 吸收 (4)还原 (5) 32 bc
a
素养评价
1.科学态度与社会责任:运用所学的化学知识和方法解释生产、生活中 简单的化学问题;在实践中逐步形成节约成本、循环利用、保护环境等观 念。
水化学第五章 天然水中与水生生物相关的主要化学过程
（二）胶体的电学性质
1. 胶体离子表面电荷的由来 如前所述，胶体粒子表面总带有电荷， 如前所述，胶体粒子表面总带有电荷， 同时还可吸附溶液中带相反电荷的离子构成胶团。与此同时， 同时还可吸附溶液中带相反电荷的离子构成胶团。与此同时，离子的 热运动又促使这些离子在界面上建立起具有一定分布规律的双电层。 热运动又促使这些离子在界面上建立起具有一定分布规律的双电层。 溶胶粒子表面电荷的来源大致有以下三个方面。 溶胶粒子表面电荷的来源大致有以下三个方面。 一些胶体粒子，在水中本身就可以电离，故其表面带电荷。 （1）电离 一些胶体粒子，在水中本身就可以电离，故其表面带电荷。 ） 例如硅胶表面分子与水作用生成H2SiO3，它是一个弱电解质，在水中 例如硅胶表面分子与水作用生成 ，它是一个弱电解质， 使硅胶粒子带负电。高分子（如蛋白质） 电离生成 ，使硅胶粒子带负电。高分子（如蛋白质）含有许多羧基 ），从而使整个大分子在不同 从而使整个大分子在不同pH条件下带 （—COOH）和氨基（— ），从而使整个大分子在不同 条件下带 ）和氨基（ 电性不同，当介质的pH较低时 分子带正电荷， 值较高时 较低时， 值较高时， 电性不同，当介质的 较低时，分子带正电荷，pH值较高时，带负电 荷，在某个特定的pH值时，蛋白质分子的净电荷为零，此pH值称为该 在某个特定的 值时，蛋白质分子的净电荷为零， 值称为该 值时 蛋一）水环境中胶体的种类 1. 粘粒矿物胶体 粘粒矿物是环境中无机胶体的最重 要也是最复杂的成分。粘粒矿物是在原生矿物风化过 程中形成的，其成分主要为铝硅酸盐，具有片状晶体 构造。无机粘粒组分的电荷一般有两个来源。一个是 蒙脱石等层状硅酸盐矿物的同晶置换。同晶置换形成 的电荷由于硅或铝原子被一个几何形状相同但电荷较 低原子取代所致（如Mg2+取代Al3+，或Al3+取代 Si4+）。由此产生的负电荷相对均匀地分布在片状粘 粒上。同晶置换主要发生在层状硅酸盐矿物结晶过程 中，而且一旦产生电荷，不再受以后环境变化的影响。
第5章水溶液中的化学反应和水体保护讲述
K
θ a
c(H )c(Ac ) c(HAc )
——酸的解离常数
NH 3 H2O
OH
NH
4
Kθ b
c(NH4 )c(OH c(NH3 )
)
——碱的解离常数
酸
的K
θ a
值
越
大
，
说
明
酸
的
酸
性越
强；
碱 的Kbθ 值 越 大 ， 说 明 碱 的 碱 性越 强。
通常把
K
θ a
102的~ 酸10称7 为弱酸，把
共轭酸
共轭碱
两性物质：同一物质在一个反应中它是酸，但在另一个反应 中又是碱；这种在一定条件下可以是失去质子，而在另一种 条下又可以接受质子的物质称为两性物质。
如：H2O、HSO4-、HCO3-、H2PO42-、HPO42-、HS-等。
酸碱电子理论
1923年，路易斯提出： 凡是具有可供利用的孤对电子的物质都称为碱， 凡是能与这孤对电子进行结合的物质都称为酸。
lg
K
θ a
(HAc)
ΔrGmθ 2. 303 RT
27. 42 103 J mo11 2. 303 8. 314 J mo11 K1 298. 15 K
= –4. 803 Kaθ(HAc) = 1. 57×10–5
例5. 2 利用热力学数据，计算离子碱 Ac– 在水溶液中的Kbθ ，并 计算 0. 10 mol·dm–3 NaAc 水溶液的 pH 值。
Kaθ
碱
6. 31×10–4 F–
Kbθ 1. 58×10–11
HAc 1. 74×10–5 Ac–
5. 75×10–10
碱
酸 H2CO3 4. 47×10–7 HCO3– 2. 24×10–8
第五章水溶液中的化学反应和水体保护
• 近似公式 C(OH-) = [Kθ(B) Co(B)]1/2
• 多元酸溶液的离解平衡
• 多元酸是指能离解出两个或两个以上H+的 酸，如H2S, H2CO3, H3PO4,……。
• 多元酸的离解是分步进行的，称为分级离 解。每一级反应都有相应的离解常数。
• 以H2S水溶液为例： • 一级离解反应
• 加入NaOH后，OH-与HAc作用生成Ac• C(HAc) = (0.15×100 - 1×1)/101 =
0.1386(mol/L)
• C(Ac-) = (0.1×100 + 1×1)/101 = 0.1089(mol/L)
• pH = 4.76 - lg 0.1386/0.1089 = 4.66 △pH = 0.08
要以溶解度来比较。
• 例、根据Mg(OH)2的溶度积(Kθsp(Mg(OH)2)= 2.7×10-11)计算：
• （1）Mg(OH)2在水中的溶解度； • （2）Mg(OH)2在0.010mol/LNaOH溶液中的溶
解度； • （3）Mg(OH)2在0.010mol/LMgCl2溶液中的
溶解度。 • 解 ： （ 1 ） S = [Kθsp(Mg(OH)2)/4]1/3=
•
α* =1.75×10-5/0.1 =0.0175 %
• 比较加入NaAc前后α的变化。
• 同离子效应：在弱电解质溶液中，由于加 入与其具有相同离子的强电解质而使电离 平衡逆向移动，从而降低了弱电解质的离 解度，这种效应称为同离子效应。
•
一实验结果(pH)如下
•
1滴1mol/L HCl 1滴1mol/L NaOH
• 3、缓冲能力与酸(碱)、盐的浓度有关，浓度越大 时，缓冲能力也较大。
水环境化学 第五章 水环境中的界面过程
M
(OH
)n
(S
)
MO(OH
) n1
(S
)
H
M(OH)n-1(H2O)+的数目=MO(OH)n-1-的数目
在该pH值发生的情况称为等电点或零电荷点 （Zero Point of Charge，ZPC)。
pHZPC对于不同金属氧化物有不同数值，而且每种 氧化物均是固定常数。
表5-1 典型矿物的等电点（pHZPC)
大多数情况下，天然水中有机胶体或无机胶体微 粒都带有负电荷。
但一些胶体如水合氧化铁、铝等矿物在水pH值偏 酸下也可以带正电荷。
胶体表面电荷的来源？？？
（1）表面电荷可来自表面的化学反应 （2）离子置换 （3）离子吸附
（1）表面电荷可来自表面的化学反应
• 此类电荷的产生是由于无机胶体表面上的羟基或 有机质胶体的一些基团如-OH,-COOH,-C6H4OH,-NH2 等获得或失去质子所致。
胶体种类 气溶胶 液溶胶 固溶胶
分散剂状态 气体 液体 固体
实例 雾、云、烟、霾 Fe(OH)3胶体、牛奶、豆浆 烟水晶、有色玻璃
天然水体中的胶体一般可分为三大类： （按分散质分类） 无机胶体，包括各种次生粘土矿物和各种
金属水合氧化物； 有机胶体，包括天然的和人工合成的高分
子有机物、蛋白质、腐殖质等； 有机无机胶体复合体。
如气-液、气-固、液-液、液-固和固-固等界面。
5.1 天然水体中的胶体物质 5.2 固液界面的吸附过程 5.3 水-固体系中的分配过程 5.4 挥发作用
5.1 天然水体中的胶体物质
胶体是分散质的大小介于1～100nm之间的分散系。 胶体有丁达尔效应，能发生布朗运动，有电泳和聚
沉现象。
工程化学教程 第五章 水溶液中的化学反应和水体保护
例题
例：计算0.10 mol·dm-3 NaAc水溶液的pH值。
解：
NaAc(aq) = Na+(aq) + Acˉ(aq)
Ac-(aq) + H2O(l) 起始浓度 0.10
平衡浓度 0.10 – x
HAc(aq) + OH- (aq)
0
0
x
x
查得Kbө =5.75×10-10
K
b
( x)2 0.10
c(OH ) / c
K
b
c(B) / c c(BH ) / c
pOH
pK
b
lg
c(B) / c c(BH ) / c
缓冲比
缓冲作用原理
加入少量强碱：
HAc(aq) + H2O (l)
H3O+ (aq) + Ac–(aq)
较大量
少量
较大量
平衡移动方向
外加的少量OH－与溶液中的H3O+ 中和，平衡 向右移动。当达到新平衡时,c(Ac–)略有增加, c(HAc) 略有减少， c(Ac–) / c(HAc) 变化不大，因此溶液的 c(H3O+)或pH值基本不变。
解：设已解离的HAc的浓度为x mol·dm-3
HAc = H+ + Ac‾
起始浓度/ mol·dm-3 0.1 0 0.1
平衡浓度/mol·dm-3
0.1–x x 0.1+x
K
a
c(H ) c(Ac ) c(HAc ) c
x(0.1 x) c (0.1 x)
x / c
1.76 105
lewis酸与lewis碱之间以配位键结合生成酸碱加合物。
水溶液中的化学反应和水体保护
C0酸34/70/81/1003.100
24
（2） 缓冲溶液中HCl的浓度：
1.00 1.00 CHCl 100 1.00 0.0100mol / L
HAc(aq) + H2O(l) === H3O+ (aq) + Ac- (aq)
平衡: 0.100 + 0.0100
0.100 －0.0100
CH
Ka
C0酸 C0碱
重点
上午7时45分
pH
pK a
lg
C0酸 C0碱
34/70/81/103
22
2. 碱性缓冲溶液
共轭碱
始:
C0碱
平衡: C0碱 － X
≈ C0碱
pH
pK a
lg
C0酸 C0碱
共轭酸 + OH－
C0酸
0
C0酸 + X
X
≈ C0酸
Kb
C OH
C0酸
C0碱
COH
HAc(aq) + H2O(l) === H3O+ (aq) + Ac- (aq)
K
0 a
(
HAc)
C eq H
/
C
0
C
eq Ac
C eq HAc
/
C0
/C0
可简写为
K a (HAc)
C C eq eq H Ac C eq HAc
上午7时45分
34/70/81/103
9
HAc(aq) + H2O(l) === H3O+ (aq) + Ac- (aq)
建筑环境与设备工程专业课程教学大纲
建筑环境与设备工程专业课程教学大纲建筑工程学院教务处二〇一三年六月建筑环境与设备工程专业课程教学大纲主编：赵秉文编委：（排名不分先后）姜坪周红燕杨予徐森胡绍庆校对：楼笑梅马杰前言教学大纲是学校组织教学、选用或编写教材、指导学生学习以及进行课程教学管理和教学质量评估的主要依据。
为贯彻落实教育部《关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高[2012]4号）精神，满足经济社会发展需要和学生成长成才需要，适应高等教育国际化趋势和信息技术发展，深化教学改革，更好地落实2012版本科专业人才培养方案中培养知识、能力、素质协调发展的多类型多规格人才的教学工作目标，保证和提高教学质量，教务处组织学院（部）对各专业的课程教学大纲进行了全面的修（制）订。
本次修订以专业为单位, 结集成册形成了这套课程教学大纲。
每册大纲均包括该专业的通识课程（其中全校性通识课程独立汇编成册）、学科基础课、专业课及实践性环节的教学大纲。
在教学大纲的编写过程中，各学院（部）教学负责人、系主任承担了本单位课程大纲的编写组织工作，许多教师参与编写或审定各门课程的教学大纲，为该项工作的顺利完成付出了辛勤的劳动。
学校各级领导也对此项工作给予大力支持。
在此表示衷心的感谢！课程教学大纲规定的教学内容只是该课程的基本内容。
我们期待任课教师在教学过程中，积极探索教学内容和教学方法、教学手段改革，及时充实本学科的最新成果，逐步形成教学特色，争创“精品课程”。
本套教学大纲汇编的完成还只是一项基础性的工作。
学校教育教学改革的不断深化，必将推动各专业课程体系和教学内容改革。
恳请各位专家、老师对本套课程教学大纲提出宝贵的意见和建议，以便在教学实践中及时改进、不断完善，为我校教育教学质量的稳步提高铸造坚实的基础。
二○一三年六月目录《工程力学乙》教学大纲 (1)《机械设计基础A》教学大纲 (7)《大学工程化学概论》教学大纲 (13)《自动控制原理B》教学大纲 (17)《城乡建设防灾减灾》教学大纲 (21)《建筑环境与设备工程学科导论》教学大纲 (26)《工程制图A》教学大纲 (29)《电工技术基础A》教学大纲 (33)《电子技术基础A》教学大纲 (40)《工程热力学（双语）》教学大纲 (47)《传热学》教学大纲 (59)《流体力学A》教学大纲 (67)《建筑环境学》教学大纲 (73)《热质交换原理与设备》教学大纲 (78)《流体输配管网》教学大纲 (84)《工程测量B》教学大纲 (90)《建筑概论》教学大纲 (95)《AutoCAD》教学大纲 (100)《建筑电气》教学大纲 (104)《建筑节能》教学大纲 (111)《物业管理》教学大纲 (116)《可再生能源应用技术》教学大纲 (120)《制冷技术》课程教学大纲 (126)《燃气供应工程》教学大纲 (132)《建筑给排水》教学大纲 (137)《空气调节》教学大纲 (143)《建筑设备安装工程预决算》教学大纲 (149)《建筑环境与设备工程专业英语》教学大纲 (153)《建筑消防工程(双语)》教学大纲 (167)《锅炉及锅炉房设备》教学大纲 (175)《空气洁净技术》教学大纲 (182)《空调制冷系统调试、维护和排障》课程教学大纲 (185)《建筑能耗模拟与分析（双语）》教学大纲 (189)《建筑设备自动化》教学大纲 (194)《通风工程》教学大纲 (200)《建筑环境测试技术》教学大纲 (206)《供热工程》教学大纲 (210)《建筑设备施工与组织》教学大纲 (216)《暖通空调工程设计方法与实例》教学大纲 (222)《燃气燃烧与应用》教学大纲 (226)《燃气测试技术》教学大纲 (231)《燃气工程施工》教学大纲 (235)《燃气工程设计方法与实例》教学大纲 (240)《燃气安全技术》教学大纲 (243)《金工实习》A教学大纲 (247)《认识实习》教学大纲 (251)《制冷课程设计》教学大纲 (255)《建筑给排水课程设计》教学大纲 (258)《空调课程设计》教学大纲 (261)《燃气供应工程课程设计》教学大纲 (264)《生产实习》教学大纲 (267)《毕业设计（论文）》教学大纲 (271)《供热通风工程课程设计》教学大纲 (274)《燃气燃烧与应用课程设计》教学大纲 (277)《化工原理（材料化学）》教学大纲 (281)《化工原理》教学大纲 (288)《化工原理（应化）》教学大纲 (296)《化工原理实验》教学大纲 (305)《化工原理实验》教学大纲 (309)《环境科学概论》教学大纲 (313)《工程力学乙》教学大纲课程中文名称：工程力学乙课程代码：22537课程英文名称：Engineering Mechanics B课程类别与性质：通识选修课总学时：64学时（其中讲课60学时，实验4学时）学分：4先修课程：高等数学、普通物理面向对象：建筑环境与设备工程专业开课系（室）：土木工程系一、课程教学目标工程力学乙课程是建筑环境与设备工程专业知识结构中一门重要的通识选修课，是进一步深入学习专业课程的基础。
第五章 水溶液中的化学反应和水体保护
例如：二元弱酸 不能写成
cH+≠2 cs2-
cH +, eq ≈ Ka 1c
cS 2−, eq = Ka2
θ
二元弱碱
CO32 -+H2O = HCO3-+ OHHCO3-+ H2O = H2CO3+ OH-
Kb1=1.78×10- 4 Kb2=2.3×10- 8
Kb1、 Kb2与H2CO3的Ka1、 Ka2有何关系？ H2CO3: Ka1θ = 4.3×10－7, Ka2θ = 5.61×10－11 CO32－: Kb1θ = Kwθ/ Ka2θ= 1.78×10－4 Kb2θ= Kwθ/ Ka1θ = 2.3×10－8
共轭酸碱对 在组成上相差一个质子。 酸越强，其共扼碱越弱；反之， 碱越强， 其共扼酸越弱。 HCO3-的共扼酸是H2CO3，HCO3-的共扼碱是CO32二、弱酸弱碱的解离平衡及解离常数 解离平衡 解离常数 HA(aq)
θ
H+ (aq) + A－ (aq)
(cH +, eq / cθ )(cA−, eq / cθ ) Ka = (cHA, eq / cθ )
3.一元弱酸、弱碱溶液的pH值计算 以 HAc为例 设HAc 的浓度为c，解离度为α HAc(aq) 平衡浓度 c- cα
θ
H+ (aq) + Ac－ (aq) cα cα
cα ⋅ cα = Ka = c(1−α) 1−α
Kaθ ≈c α2 ∵弱电解质的解离度较小 ∴1－α≈1
cα2
稀释定律
α ≈ Kθ / c a cH +, eq ≈ cα = Kθ c a
θ
θ Kw θ Ka = θ Kb
浙大《工程化学》教学大纲
教学大纲第一章 绪论了解化学学科的地位和作用，明确《工程化学基础》（第二版）的编写特色、教学目的和教学要求。
掌握系统和环境、聚集状态和相、物质的量、化学计量数、反应进度等概念；明确化学反应中的质量守恒和能量变化。
第二章 物质的化学组成和聚集状态物质世界在组成、结构、性质以及聚集状态上是一个连续变化的整体，任何形式的分类只是便于说明问题和进行研究。
无机物与有机物、整比化合物与非整比化合物、简单化合物与高分子化合物、固体与液体、晶体与非晶体等等，他们之间没有明显的界限。
通过相关知识的学习，既要学会相对地看问题，又要学会系统地看问题。
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧场（能量）橡胶、纤维）（合成塑料、合成高分子蛋白质等）、（糖类、天然高分子有机高分子复杂化合物（超分子）醇、醛、羧酸、酯等）（烃及其衍生物简单化合物有机物金属有机物（无机固体材料）无机高分子子）（配合物、团簇、超分复杂化合物）（氧化物、酸、碱、盐单质及简单化合物无机物实物物质 DNA知识点教学：1．物质的化学组成掌握一些复杂化合物的定义、组成及基本概念。
如：不符合正常化合价的化合物、原子簇、分子簇、高分子化合物、配位化合物、生物大分子和自由基。
2．物质的聚集状态掌握气体、液体、固体、等离子体这四种典型的物质聚集状态的宏观性质，在此基础上进一步学习稀溶液的依数性、非晶体、液晶、表面活性剂的性质和应用，理解表面能的重要作用。
通过对书中所列无机物和有机高分子化合物三态等知识的学习，明确物质聚集状态的多样性和物质结构的复杂性。
通过对液体燃料、固体废弃物、气溶胶、大气污染等知识点的学习，确立保护环境、珍惜资源的生活理念和生活方式。
第三章物质的结构和材料的性质原子和原子结合态单元是稳定存在的介观层次单元粒子，它们决定了物质和材料的性质和功能。
第五章天然水中的氧化还原反应
(9)1/8SO42-+5/4H++e = 1/8H2S(g) +1/2H2O
(10) 1/8SO42-+9/8H++e = 1/8HS-+1/2H2O
(11)1/4CH2O（有机物）+ H++e = 1/4CH4(g) = 1/4H2O
水环境中物质氧化能力的强弱取决于其夺取电子的能力与浓度。显然，在天然水域中上述氧化还原半反应中O2/H2O电对反应的氧化能力最强，因氧夺取电子的能力仅次于氟，且在水中又具有较高的浓度。因此，在富含溶氧水中，H2S、Fe2+、Mn2+等均可被氧化，这也是在含溶氧丰富的天然水中，大部分元素以高价氧化态存在的原因。如碳主要以高价（4+）的形态：CO2, HCO3-, CO32-存在，硫主要以高价（6+）的形态：SO42-存在;氮主要以高价（5+）的形态：NO3-存在；Fe以高价（3+）的形态：FeOOH或Fe2O3形态存在；Mn以高价（4+）的形态：MnO2存在；同时N2和有机物可在含溶解氧丰富的水环境中存在。
天然水域中的许多氧化还原反应是缓慢的，海洋或湖泊中，在与大气相接触的表层水和沉积物的最深层之间，氧化还原环境有着显著的差别。在两者之间存有一系列的局部中间区域，这是由于各水层中均存有这样或那样的化学反应和各种生物的代谢活动，而各水层之间难以及时得到彻底或充分地混合，此势必导致不同水层存有不同的氧化还原环境，而且基本均未处于平衡状态。在天然水体中，所遇到的大多数氧化还原过程都需要有生物作媒介，这意味着达到平衡状态也强烈地依赖于生物体活动。但是，尽管某水体总的氧化还原平衡难以达到，但部分平衡却时常可接近于达到。通过对水体氧化还原平衡的研究，可以了解水体的环境状况，了解水环境中物质的存在形态、迁移转化机理与过程等，因此研究水体的氧化还原平衡仍具有实际意义。
5环境化学-天然水的氧化-还原平衡(王晓蓉)
第五章 天然水中的氧化-还原平衡
三、天然水体的pE-pH图 2、pE-pH图 （2）Fe 2+和Fe(OH)2(s)的边界
[Fe2+]=1.00×10-5mol·L-1，则
平pE13.2＋logKsp[H+]3 [Fe2+]
边界条件[Fe2+]=1.0010-5molL-1, 则得 pE=22.2-3pH
3、天然水的pE和决定电位
平logK＝nFE0＝nE0（25℃） 2.303RT0.0591
第五章 天然水中的氧化-还原平衡
一、天然水中氧化-还原平衡的意义 二、电子活度和氧化还原电位 三、天然水体的pE-pH图 四、天然水中污染物的氧化还原转化
第五章 天然水中的氧化-还原平衡
1、重金属元素的氧化还原转化 天然水中的铁主要以Fe(OH)3(S)或Fe2+形态存在。 设总溶解铁的浓度为1.00×10-3 mol/L
1
p E = 5 .8 2 + lo g
[N
O
2-]6
1
[N
H
+ 4
]6
[N
H
+ 4
]
1
.0
0
1
0
4
lo g [N O 2-] 3 8 .9 2 6 p E
1 8
NO
3
5 4
H
e
1 8
N
H
+ 4
3 8
H
2O
p E 0 1 4 .9 0
1
p E = 6 .1 5 + lo g
[N O
3- ]8
1
是 一 条 垂 直 于 横 轴 平 行 于 pE纵 轴 的 直 线 ， 表 明 与 pE无 关 。 当 pH2.99时 ， Fe(OH)3(s)将 陆 续 析 出 。
化学与水资源与保护
PART TWO
化学对水资源的影响
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
有机物污染：石油泄漏、垃圾焚烧等产生的有害物质对水体造成严重污染
化学物质污染：工业废水、农业化肥和农药等排放到水体中，导致水体富营养化、重金属超标等
酸碱度调节：化学物质对水体的酸碱度有重要影响，过酸或过碱都会对水生生物造成危害
THANK
消毒副产物：氯气等消毒剂与水中的有机物反应生成有害的消毒副产物，如三卤甲烷等
水资源对化学的需求
水的软化：利用石灰、苏打等物质降低水中的硬度，防止水垢的形成。
消毒：利用氯气等化学物质对饮用水进行消毒，杀死水中的细菌和病毒。
去除有害物质：利用化学沉淀法、吸附法等去除水中的重金属、有害有机物等。
农药残留物的分解：利用化学物质分解农药残留物，减少对人体的危害。
氧化还原反应：去除有毒有害物质
化学物质对水质的改善
化学物质可以去除水中的有害物质，提高水质
化学物质可以改变水的酸碱度，使其更适合人类和生态系统
化学物质可以抑制水中细菌和病毒的生长，减少疾病传播
化学物质可以去除水中的异味和色度，提高水的口感和外观
化学在水质监测中的作用
检测水中的有害物质
评估水质状况
化学药剂可以用于促进水生植物的生长，增加水体的生物多样性，提高水体的生态稳定性。
水资源保护的实践与案例
PART FIVE
水资源保护的法律法规
饮用水水源保护区污染防治管理规定
水资源保护条例
中华人民共和国水法
中华人民共和国水污染防治法
水资源保护的实践措施
节约用水：合理使用水资源，减少浪费
法律法规：制定和执行相关法律法规，保障水资源安全
高中化学必修二第五章《化工生产中的重要非金属元素》经典练习题(1)
一、选择题1．含有下列各组离子的溶液中，通入(或加入)过量的某种物质后各离子仍能大量存在的是A．A B．B C．C D．D2．设N A为阿伏加德罗常数的值。
下列说法正确的是A．标准状况下，22.4L的SO3的分子数目为N AB．标准状况下，11.2LNO和11.2LO2混合后气体的分子总数为N AC．足量的Cu与2mol浓硫酸H2SO4加热充分反应后得到SO2分子数目为2N AD．1molCu与足量的稀硝酸充分反应得到NO气体分子数目为23N A3．下列关于氮及其化合物的说法，不正确的是A．将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫氮的固定B．氨碱工业中可以用氨气检查氯气管道是否泄漏C．工业上制备硝酸是利用NH3和O2反应生成NO，进一步转化为NO2及HNO3D．为提高作物的养分，可以是将铵态氮肥与碱性肥料(如K2CO3)混合使用4．下列离子的检验方法及其结论一定正确的是A．向某溶液中加AgNO3溶液生成白色沉淀，则原溶液中有Cl-B．向某溶液中滴加NaOH溶液加热，产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则原溶液中有NH+4C．向某溶液中加入Na2CO3溶液产生白色沉淀，则原溶液中有Ba2＋D．向某溶液加入H2O2，再加KSCN溶液，溶液变为血红色，则原溶液中有Fe2+5．下列离子方程式书写正确的是A．NaHCO3溶液中加入稀盐酸：CO23-+2H+=CO2↑+H2OB．SO2通入少量NaClO溶液中：SO2+ClO-+H2O=SO24-+Cl-+2H+C．FeO与稀硝酸反应：2H++FeO=Fe2++H2OD．碳酸氢钠溶液中滴入氢氧化钙溶液：HCO3-+OH-=CO23-+H2O6．如图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满2NO(不考虑反应2NO N O)和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通边224慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。
假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶液物质的量浓度之比为A．1：1B．5：7C．7：5D．4：37．硅是带来人类文明的重要元素之一，科学家也提出硅是“21世纪的能源”。
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• α= C(H +) / Co(HA) • = [Kθ(HA) / Co(HA)]1/2 • 稀释定律：弱酸的浓度越小，离解度越大。
（α与Co(HA)呈反比）
例、实验测得0.02mol/L某酸溶液的pH值为 3.23，求该一元酸的电离度和离解常数。
• 解： pH = 3.23
• 弱酸及其盐组成的缓冲溶液： • C(H+) = Kθa C(酸)/C(盐) • pH = p Kθa - lg C(酸)/C(盐) • 弱碱及其盐组成的缓冲溶液： • C(OH-) = Kθb C(碱)/C(盐) • pOH = p Kθb - lg C(碱)/C(盐)
• 例：在50ml 0.5mol/L HAc溶液中加入50ml 0.2mol/L NaOH溶液，计算溶液的pH值，以 及将1ml 1mol/L HCl和NaOH溶液分别加入 该溶液后的pH值。
•
C(H+) = 5.89×10-4 (mol/L)
•
α= 5.89×10-4/0.02 = 2.9 %
•
Kθ(HA) = C2(H+) / Co(HA)
•
= (5.89×10-4)2 / 0.02
•
= 1.73×10-5
• 答：……。
• 一元弱碱溶液的离解常数
•
B + H2O = HB+ + OH-
三、同离子效应和缓冲溶液
例：在0.1mol/L HAc溶液中加入NaAc使浓度为 0.1mol/L ， 计 算 并 对 比 加 入 NaAc 前 后 溶 液 中 HAc的离解度？
解：加NaAc前
HAc + H2O = H3O+ + Ac-
0.1-x
x
x
Kθ(HAc)= x2/0.1-x ≈ x2/0.1
• 二、弱酸、弱碱的解离平衡及解离常数
• 弱酸、弱碱是指一些在水溶液中只能部分离解而 不能完全离解的酸、碱，溶液中始终存在着已离 解的离子和未离解的酸、碱分子之间的平衡。
• （1）、一元弱酸溶液的离解平衡。
• 以HA代表一元弱酸，A--为该弱酸的酸根，HA水溶 液中存在的离解反应为
•
HA + H2O = H3O+ + A-
• Kθ(B) = C(OH-)C(HB+) / C(B)
•
= C2(OH-) / Co(B) - C(OH-)
• 近似处理 Co(B) - C(OH-) ≈ Co(B)
• 近似公式 C(OH-) = [Kθ(B) Co(B)]1/2
• 多元酸溶液的离解平衡
• 多元酸是指能离解出两个或两个以上H+的 酸，如H2S, H2CO3, H3PO4,……。
• 缓冲溶液通常是由弱酸(或弱碱)与其共轭 碱（酸）所组成，组成缓冲溶液的一对共 轭酸碱称为缓冲对。 其中一种物质和 外来H+作用，另一种则能和外来OH-作用,作 用的结果，使溶液中C(H+)或C(OH-)变化不 大。
• 缓冲溶液酸、碱度的计算实际上就是同离 子效应的平衡组成的计算，整理成公式为：
•
α* =1.75×10-5/0.1 =0.0175 %
• 比较加入NaAc前后α的变化。
• 同离子效应：在弱电解质溶液中，由于加 入与其具有相同离子的强电解质而使电离 平衡逆向移动，从而降低了弱电解质的离 解度，这种效应称为同离子效应。
•
一实验结果(pH)如下
•
1滴1mol/L HCl 1滴1mol/L NaOH
• 50 ml H2O 7.0 • 50ml溶液 4.76
3.0 11.0 4.75 4.77
• ( 溶 液 为 0.1mol/L HAc 和 0.1mol/L NaAc 等 量混合液)
• 弱酸及其盐或弱碱及其盐的混合溶液能在 一定程度上对外来酸或碱起缓冲作用，这 种具有保持pH值相对稳定性能的溶液称为 缓冲溶液。
•
Co(HA) - C(H+) ≈ Co(HA)
• 得到近似公式，
•
Kθ(HA) = C2 (H +) / Co(HA)
•
C(H+) = [Kθ(HA) Co(HA)]1/2
使 用 近 似 公 式 的 条 件 为 ： Co(HA) / Kθ(HA)≥400，即α≤ 5%，计算误差≤2%。 • α为离解度（电离度）：
• 解 ： C(Ac-) = C(OH-) = 50×0.2/100 = 0.1(mol/L)
• C(HAc) = (50×0.5 - 50×0.2)/100 = 0.15(mol/L)
= 1.75×10-5
x = 1.333×10-3(mol/L)
α=1.333×10-3/0.1 =1.333 %
• 加NaAc后
•
HAc + H2O = H3O+ + Ac-
• 0.1-x *
x*
0.1+x*
• Kθ(HAc)= x*(0.1+x*)/0.1-x*
•
≈ x*0.1/0.1
•
= x* = 1.75×10-5
• Kθ2(H2S) = C(H+)C(S-2) / C(HS-)
•
= 7.1×10-15
• 总的离解反应
•
H2S + 2H2O = 2H3O+ + S-2
• Kθ(H2S) = C2(H+)C(S-2) / C(H2S)
• = Kθ1(H2S)Kθ2(H2S) = 9.4×10-22
多元弱酸溶液的酸性主要源于酸的一 级离解，二级离解出来的C(H+)与一级 离解出来的C(H+)相比微不足道。比较 多元弱酸的酸性强弱时，只需比较一级 离解常数。计算多元弱酸溶液的酸性， 也可以只计算一级离解反应，就象一元 弱酸。
• Kθ(HA) = C(H +)C(A-) / C(HA)
•
= C(H +)C(A-) / Co(HA) - C(H +)
• Kθ(HA)称为HA的离解常数或电离常数。 • ∵ C(H +) = C(A-)
• ∴ Kθ(HA) = C2 (H +) / Co(HA) - C(H +)
• 弱酸溶液中Co(HA) >> C(H +)，
• 多元酸的离解是分步进行的，称为分级离 解。每一级反应都有相应的离解常数。
• 以H2S水溶液为例： • 一级离解反应
• H2S + H2O = H3O+ + HS-
• Kθ1(H2S) = C(H+)C(HS-) / C(H2S)
•
= 1.32×10-7
• 二级离解反应
• HS-பைடு நூலகம்+ H2O = H3O+ + S-2