第1章 水分析化學(xué) 緒論

1水分析化學(xué)

Water

AnalyticalChemistry主講教師：張軍聯(lián)系方式公地點(diǎn)：環(huán)境樓202室/工學(xué)樓1809室2思考

（1）純凈水、自來水、礦泉水、地下水、河湖水、海水、城市污水等本質(zhì)的區(qū)別是什么？科學(xué)的鑒別方法是什么？（2）如何評(píng)價(jià)環(huán)境水體質(zhì)量？水中有哪些污染物？含量是多少？對(duì)環(huán)境、生物有沒有危害？（3）城市給水、污水處理工藝的確定依據(jù)是什么？處理效果如何評(píng)定？

(4)新的水處理工藝技術(shù)研發(fā)評(píng)價(jià)的依據(jù)？

….3課程定位給水排水工程專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)指定十門骨干課程之一。教學(xué)時(shí)數(shù)56學(xué)時(shí)，其中課堂教學(xué)36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)20學(xué)時(shí)。先修課程：普通化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)4基本操作基本技能基本方法基本概念基本原理基本理論掌握6個(gè)基本點(diǎn)注重培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決分析化學(xué)中實(shí)際問題的能力注重2個(gè)培養(yǎng)強(qiáng)化并樹立準(zhǔn)確“量”的觀念樹立1個(gè)“量”概念水分析化學(xué)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)5授課內(nèi)容及安排第1章緒論（2h）第2章水分析測(cè)量的質(zhì)量保證(2h)第3章酸堿滴定法（4h）第4章絡(luò)合滴定法（4h）階段復(fù)習(xí)（2h)第5章沉淀滴定法(2h)第6章氧化還原滴定法（6h）容量分析法總結(jié)與討論（2h）第7章吸收光譜法（4h）第8章電化學(xué)分析

（2h）第9章色譜法（2h)第10章原子吸收光譜法（2h）總復(fù)習(xí)（2h）重點(diǎn)內(nèi)容6實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及安排實(shí)驗(yàn)一分析天平的稱量練習(xí)（2h）實(shí)驗(yàn)二滴定分析基本操作(2h)實(shí)驗(yàn)三水中堿度的測(cè)定（酸堿滴定法）(2h)實(shí)驗(yàn)四水中硬度的測(cè)定(絡(luò)合滴定法)(2h)實(shí)驗(yàn)五水中Cl-的測(cè)定(沉淀滴定法)(2h)實(shí)驗(yàn)六水中溶解氧的測(cè)定(2h)實(shí)驗(yàn)七水中高錳酸鹽指數(shù)的測(cè)定(2h)實(shí)驗(yàn)八分光光度法測(cè)水中的Fe2+、Cr6+(4h)大型儀器參觀演示實(shí)驗(yàn)（課外學(xué)時(shí)）7教學(xué)方式課程講授：核心的、最具價(jià)值的知識(shí)點(diǎn)，深講；把握學(xué)科的思維方式和研究方法。內(nèi)容總結(jié)、討論、習(xí)題課、參觀：圍繞課程知識(shí)點(diǎn)歸類總結(jié)、大型儀器應(yīng)用演示與認(rèn)識(shí)參觀等課程作業(yè)：多做多練(強(qiáng)化科學(xué)訓(xùn)練）；綜合開放的題目課程材料：教材、多媒體教學(xué)課件8學(xué)習(xí)方法與答疑安排1、學(xué)習(xí)方法:

（1）預(yù)習(xí)、聽講、記筆記；（2）課后復(fù)習(xí)消化、做作業(yè)；（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；（4）課堂討論(5)期末整理總結(jié)課程內(nèi)容脈絡(luò)，形成知識(shí)構(gòu)架；2、答疑安排：每周三下午3：30~5：30

地點(diǎn)：環(huán)境學(xué)院202室、工學(xué)樓1809室9實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式試驗(yàn)錄像演示：實(shí)驗(yàn)錄像實(shí)際操作：利用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范的操作技能和分析問題解決問題的能力考核方式：實(shí)際操作、口試相結(jié)合10教學(xué)要求及成績(jī)?cè)u(píng)定1、課后作業(yè)：不少于10題，1-2題/章

2、1篇關(guān)于水質(zhì)分析方面的綜述性論文或水質(zhì)分析方案設(shè)計(jì)（可選）3、成績(jī)?cè)u(píng)定:

平時(shí)作業(yè)和點(diǎn)名20%；實(shí)驗(yàn)10%；期末70%11教材和主要參考書聶麥茜，吳蔓莉，水分析化學(xué)，第二版，冶金工業(yè)出版社郝瑞霞，呂鑒等，水質(zhì)工程學(xué)試驗(yàn)與技術(shù)，北京工業(yè)大學(xué)出版社國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局、《水和廢水檢測(cè)分析方法》編委會(huì)，水和廢水檢測(cè)分析方法，第四版4.李克安，分析化學(xué)教程，北京大學(xué)出版社5.武漢大學(xué)教研室編

：分析化學(xué)（第四版）6.華東理工大學(xué)、成都科學(xué)技術(shù)大學(xué)分析化學(xué)教研室編，分析化學(xué)（第四版）12

第1章緒論（2學(xué)時(shí)）1.1水分析化學(xué)性質(zhì)和任務(wù)1.2水分析化學(xué)的分類1.3水質(zhì)指標(biāo)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)1.4國(guó)內(nèi)外水質(zhì)指標(biāo)體系（自學(xué)）13

分析化學(xué)(analyticalchemistry)是發(fā)展和應(yīng)用各種方法、儀器和策略，以獲得有關(guān)物質(zhì)在空間和時(shí)間方面組成和性質(zhì)的信息科學(xué)。1.1

水分析化學(xué)性質(zhì)和任務(wù)1415水的循環(huán)與水質(zhì)污染水的自然循環(huán)水的社會(huì)循環(huán)16水的特性與同族元素（硫等）氫化物相比，具有相對(duì)高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)溫度體積效應(yīng)異常：凍結(jié)時(shí)膨脹、0~4℃時(shí)體積隨溫度升高而降低、4℃是體積最小，密度最大熱容量最大：除液氨外，所有液體和固體物質(zhì)中，水的熱容量最大—調(diào)節(jié)氣溫具有強(qiáng)溶解性、強(qiáng)反應(yīng)能力的溶劑：介電常數(shù)很大（使溶質(zhì)電離能力強(qiáng)），許多物質(zhì)在水中溶解度大，電離度大，可發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)流動(dòng)能力較大的表面張力：液體中除汞以外，水的表面張力最大17（1）化學(xué)型污染：指排入水體的堿、酸、無機(jī)和有機(jī)污染物造成的水體污染。

（2）物理型污染：指引起水體的色度、濁度、懸浮性固體、水溫和放射性等監(jiān)測(cè)指標(biāo)明顯變化的物理因素造成的污染。

（3）生物型污染：未經(jīng)處理生活污水、醫(yī)院污水等排入水體，引入某些病原菌而造成的污染。水質(zhì)污染類型181、

水分析化學(xué)的任務(wù)研究水及其雜質(zhì)、污染物的組成、性質(zhì)研究水中雜質(zhì)的含量及其變化情況研究水中雜質(zhì)的分析方法本課程重點(diǎn)解決的問題192、水分析化學(xué)的作用分析測(cè)試結(jié)果是：給水排水設(shè)計(jì)水處理新工藝開發(fā)的依據(jù)水環(huán)境評(píng)價(jià)廢水綜合利用效果水資源保護(hù)、利用、開發(fā)和治理的“眼睛”和“哨兵”20水分析化學(xué)與傳統(tǒng)分析化學(xué)的關(guān)系建立在傳統(tǒng)分析化學(xué)基礎(chǔ)之上，突出水質(zhì)指標(biāo)的工程應(yīng)用地位，由水質(zhì)分析技術(shù)引出相關(guān)的分析化學(xué)理論內(nèi)容21按分析方法的原理和手段分：1、★化學(xué)分析法(常量組分)：以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法定義：將水中被分析物質(zhì)與已知成分、性質(zhì)和含量的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生具有特殊性質(zhì)的新物質(zhì)，由此確定被測(cè)物質(zhì)的存在以及組成、性質(zhì)和含量。重量分析：Ba2+SO42-殘?jiān)治?/p>

滴定分析：酸堿、絡(luò)合、氧化還原、沉淀1.2 水分析方法分類試劑樣品222、儀器分析法(微量或痕量組分)：用儀器測(cè)定被測(cè)物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)，以確定水樣組成和性質(zhì)的方法光學(xué)分析法：紫外-可見、紅外、熒光、磷光、激光拉曼、核磁共振、原子發(fā)射、原子吸收電化學(xué)分析法：電位、電導(dǎo)、庫侖、安培、極譜色譜法：GC、HPLC、IC

其他：質(zhì)譜、電子能譜、活化分析、熱分析等32+桔紅色

max鄰二氮菲例：分光光度法測(cè)定水中微量鐵23

按所需試樣量大小分方法固體試樣質(zhì)量(mg)液體試樣體積(mL)常量

>100>10半微量

10～1001～10

微量

<10<1

★按待測(cè)組分含量分

常量組分(>1%)

微量組分(0.01-1%)

痕量組分(<0.01%)

按分析任務(wù)：定性分析，定量分析，結(jié)構(gòu)分析24問題:(1)

ppm（10-6）或ppb（10-9）與mg/L或μg/L兩者之間的關(guān)系如何？

(2)污水中COD含量一般在300~600mg/L，屬于常量分析還是微量分析？如果水中某組分含量在μg/L數(shù)量級(jí)，屬于哪類分析？分析化學(xué)組分含量單位

PPM——partspermillion(10-6)

（mg/kg)或（mg/L)PPB——partsperbillion(10-9)PPT——partspertrillion(10-12）25（一）重量分析法（Gravimetry)是通過化學(xué)反應(yīng)及一系列操作步驟使試樣中的待測(cè)組分轉(zhuǎn)化為另一種化學(xué)組成恒定的化合物，再稱量該化合物的質(zhì)量，從而計(jì)算出待測(cè)組分的含量。分離稱量形式轉(zhuǎn)化過濾烘干稱重計(jì)算水樣被測(cè)組分轉(zhuǎn)化方法有：沉淀、氣化、萃取等26重量分析法應(yīng)用水中不可濾殘或懸浮物(SS)總殘?jiān)麮a2+、Mg2+、Ba2+硫酸鹽總殘?jiān)茻郎p重優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)對(duì)于常量分析，比較準(zhǔn)確，相對(duì)誤差0.1%~0.2%操作麻煩，費(fèi)時(shí)，不適于水中微量組分的測(cè)定。27（二）滴定分析法（Titrimetry）滴定分析法又稱容量分析法：★將已知準(zhǔn)確濃度的試劑溶液和被分析物質(zhì)的組分定量反應(yīng)完全，根據(jù)反應(yīng)完成時(shí)所消耗的試劑溶液的濃度和用量（體積），計(jì)算出被分析物質(zhì)的含量的方法標(biāo)準(zhǔn)溶液化學(xué)計(jì)量點(diǎn)滴定終點(diǎn)滴定管滴定劑被滴定溶液28

（1）常用術(shù)語化學(xué)計(jì)量比若A、B物質(zhì)的量分別為nA、nB，滴定的反應(yīng)比為a

：b，則滴定反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系為：終點(diǎn)誤差主要是滴定終點(diǎn)與化學(xué)計(jì)量點(diǎn)不一致引起的滴定終點(diǎn)指示劑變色的點(diǎn)Endpoint化學(xué)計(jì)量點(diǎn)Stoichiometricpoint為化學(xué)計(jì)量數(shù)比29（2）滴定誤差的產(chǎn)生:用HCl滴定NaOH甲基橙為指示劑（變色范圍

pH3.1~4.4）化學(xué)計(jì)量點(diǎn)pH=7

HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液NaOH溶液甲基橙滴定前過量紅

——

橙

——

黃pH＜3.1

3.1-4.4

＞4.4滴定終點(diǎn)黃色

橙色

紅色30化學(xué)計(jì)量點(diǎn)(sp)滴定終點(diǎn)(ep)指示劑（In)終點(diǎn)誤差(Et)終點(diǎn)誤差來源：（1）變色點(diǎn)和計(jì)量點(diǎn)pH不一致；（2）指示劑變色范圍大小影響；（3）滴定操作過程的誤差31(3)分析化學(xué)中的4大滴定a.酸堿滴定——質(zhì)子傳遞(最基礎(chǔ)的滴定分析)用途：檢驗(yàn)堿度、酸度b.絡(luò)合滴定——絡(luò)合反應(yīng)M+Y→MY用途：測(cè)定Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+另外，絡(luò)合反應(yīng)可用于掩蔽技術(shù)，消除非測(cè)定離子的干擾c.沉淀分析——沉淀反應(yīng)Ag++Cl-→AgCl用途：測(cè)定水中Cl-d.氧化還原滴定——氧化還原反應(yīng)(特點(diǎn)：電子轉(zhuǎn)移)用途：測(cè)COD等有機(jī)污染指標(biāo)氧化還原反應(yīng)也用于廢水的化學(xué)處理,(如脫CN-，CN-+ClO2→N2)32★（4）滴定分析對(duì)化學(xué)反應(yīng)的要求置換滴定：用K2Cr2O7標(biāo)定Na2S2O3(KI)

KMnO4直接滴定1.按一定的反應(yīng)式定量完成(99.9%以上)2.快(或可加熱、催化劑)3.有適當(dāng)?shù)姆椒ù_定終點(diǎn)(指示劑)Zn2+間接滴定：Ca2+CaC2O4(s)H2C2O4目測(cè)滴定法電位滴定法光度滴定法

返滴定:

Al+EDTA(過量)反應(yīng)慢33（三）化學(xué)分析和儀器分析的

定量方法比較化學(xué)分析法——絕對(duì)定量（根據(jù)樣品的量、反應(yīng)產(chǎn)物的量或所消耗試劑的量及反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，通過計(jì)算得待測(cè)組分的量。）儀器分析法——相對(duì)定量（標(biāo)準(zhǔn)工作曲線）No.標(biāo)樣濃度

g/L吸收值15.000.045210.00.093320.00.140430.00.175540.00.2366試樣0.200問題