《電廠化學基礎》PPT課件.ppt

1、1章 電廠化學基礎,1鍋爐；2汽輪機；3發(fā)電機；4凝汽器；5凝結水泵；6凝結水精處理設備 7低壓加熱器；8除氧器；9給水泵；10高壓加熱器；11補給水處理設備 12冷卻水泵 圖2.5.1 凝汽式發(fā)電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)主要流程,過熱蒸汽,生 水,補給水,凝結水,冷卻水,冷卻 水 水,排汽,1,10,8,11,11,2,4,12,7,5,9,2,3,給水,6,第1章 電廠化學基礎,1.1 物質的組成 1.2 化學反應及反應方程式 1.3 酸、堿、鹽、氧化物及配合物 1.4 反應速度與化學平衡 1.5 弱電解質的電離平衡 1.6 緩沖溶液 1.7 鹽類的水解 1.8 沉淀的溶解平衡及溶度積 1.9 理想

2、氣體 1.10 液體 1.11 拉烏爾定律和亨利定律,1.1物質的組成,物質由分子組成。分子不帶電。 分子由原子組成。原子不帶電。 原子由原子核和電子組成。 原子核由質子和中子組成。中子不帶電。 一個質子帶有一個單位正電荷。 一個電子帶有一個單位負電荷。 原子是電中性的。所以原子中質子的數(shù)目等于電子的數(shù)目。元素 元素是具有相同質子數(shù)（核電荷數(shù)）的一類原子的總稱。 碳元素就是所有各種碳原子的總稱。 元素和原子的區(qū)別是： 元素是一種總稱，為不可數(shù)的名稱， 而原子則是可數(shù)的。 同位素 具有相同的質子數(shù)而原子量（中子數(shù)）不同的同種元素的幾種原子，叫做該元素的同位素。 例如，6C12 、6C13 、6C

3、14這三種原子中，都是由碳元素組成的，它們的原子核中質子數(shù)相同，都為6，但中子數(shù)分別為6、7、8，象這樣的幾種原子就是C元素的三種同位素。,1.元素及同位素,2.相對原子質量和相對分子質量,碳元素中一個6C12 的原子質量=1.99271023g,數(shù)值非常小，用起來很不方便，就好比用噸來表示一粒芝麻的質量一樣。 為了使用方便，國際上統(tǒng)一規(guī)定：將一個6C12原子質量的1/12為“統(tǒng)一原子質量單位”，其它一個原子的質量是“統(tǒng)一原子質量單位”的多少倍就是該原子的相對原了質量。 如1H1其一個原子的質量是“統(tǒng)一原子質量單位”的1.00797倍，所以它的相對原子質量為1.00797。通常所說的相對原子質

4、量，實際上是某種元素所含有的各同位素的加權平均值。 相對分子質量：一個分子中各原子的相對原子質量的總和叫做相對分子質量(過去叫分子量)。由于相對原子質量沒有單位，所以相對分子質量也無單位。,3.分子式的意義,分子是能夠獨立存在并保持物質化學性質的最小微粒 。 分子式表示如下五種意義： 表示物質的一個分子； 表示物質由哪些元素組成； 表示物質的一個分子中所包含各元素的原子數(shù)目； 表示物質的分子里各元素的質量比； 表示物質的相對分子質量。,物質的量是表示構成物質的基本單元的數(shù)目量，用n表示。單位名稱是摩爾，符號為mol。1mol物質究竟含有多少基本單元數(shù)呢？國際單位制中規(guī)定：1mol任何物質所含的

5、基本單元數(shù)與0.012kg碳12中所含的原子數(shù)目相等，即(6.0231023個/mol) 。基本單元可以是原子、分子、離子、電子及其它微?；蛘呤沁@些微粒的特定組合體。 摩爾質量：每摩爾物質的質量叫做該物質的摩爾質量。 單位是g/mol。用符號M表示。在數(shù)值上摩爾質量等于其相對基本單元的式量。例如：氧氣（O2）的相對分子質量為32，O2的摩爾質量M(O2) =32g/mol，而1/2O2的摩爾質量M(1/2O2)=16g/mol; M(1/2Ca2+)=20g/mol ; 水(1/2H2O)=9.0 g/mol ;M(1/3Fe3+)=18.7 g/mol,4.物質的量及其單位,解：NaCO3的

6、相對分子質量223+12+316=106 , M( NaCO3) =106 g/mol 1/2NaCO3的相對分子質量=53， M(1/2NaCO3)=53 g/mol n(NaCO3)=53g106g/mol=0.5mol， n (1/2NaCO3)=53g53g/mol=1mol 答： 53g碳酸鈉用NaCO3基本單元表示的物質的量為0.5mol，用1/2NaCO3基本單元表示的物質的量為1mol。,5. 溶液濃度的表示方法,質量分數(shù) wB =mB/m 它表示單位質量的溶液中含有溶質B的質量， 質量濃度 B = mB/V （ g/L、mg/L、g/L）。 它表示單位體積的溶液中含有溶質的質

7、量 體積比濃度 (VB+VA) 它表示溶質B與溶劑A按VB+VA的體積關系配制而成。 物質的量濃度 Cb =nB/V（mol/L） 單位體積溶液中含溶質B的物質的量稱為物質的量濃度。,解：標準溶液要求濃度準確，碳酸鈉摩爾質量的有效數(shù)字應與濃度一樣達到四位，即 M（1/2NaCO3）=(22.992+12.00+16.003)/2=52.99(g/mol) 由式cB=nB/V= （m/MB）/V 可得 m= cB MBV0.1000mol/L52.99g/mol1L=5.299g 答：需稱取5.299g基準無水碳酸鈉。 例1.1.3 配制(1+3)的硫酸溶液500mL需濃硫酸和水各多少mL? 解

8、：該溶液中濃硫酸和水的體積共份，其中濃硫酸占1/4，水占3/4，所以，需濃硫酸：5001/4=125mL;需水：500mL125mL=375mL,1.2 化學反應及反應方程式,1 化學基本定律 定組成定律（即定比定律）：任何化合物都有固定的組成，即每一個化合物的分子，其組成元素、重量都有一定的比例。 質量守恒定律（即物質不滅定律）：質量守恒定律表示發(fā)生化學反應時，反應物的總質量等于產物的總質量。即反應前后原子的種類和數(shù)目都不發(fā)生變化。 等物質的量相等原則：各物質相互反應時，其質量比等于相對分子質量比，也就是物質相互作用時物質的量相等。,2 .化學反應方程式類型,在火力發(fā)電廠常用到的一些反應類型

9、： 置換反應：單質的原子代替化合物分子中另一原子的反應。如鐵受鹽酸的腐蝕 : Fe + HCI = FeCI2 + H2 化合反應 : 兩種或兩種以上的物質互相化合生成一種化合物的反應。如：生石灰和水的反應： CaO + H2O = Ca(OH)2 分解反應: 一種化合物分解成兩種或兩種以上的新物質的反應。如： Ca(HCO3)2= CaCO3+CO2 +H2O 復分解反應：由兩種化合物互相反應，彼此交換成分，生成幾種新物質的反應。如： H2SO4+Na2CO3= Na2SO4+H2O+CO2 氧化還原反應：在反應過程中，元素的化合價發(fā)生變化的反應。如： Fe+ O2=FeO ；Na2SO3+

10、O2= 2Na2SO4 離子反應方程式：有離子參加的反應稱之。（在水溶液中進行的） H+CO32=H2O+CO,3.根據(jù)化學反應方程式進行計算,例1： 鍋爐在化學清洗前需先做垢樣分析，稱取垢樣10.0g放到稱重為20.4g的燒杯中，加入8%的鹽酸150.0g，反應中有大量氣泡，說明垢樣中含有碳酸鈣水垢，待垢樣充分溶解，氣泡消失后，稱得總質量為177.4g，求該垢樣中所含碳酸鈣的質量及理論上為使碳酸鈣全部分解所消耗鹽酸的質量。 解： CaCO3 + 2HCI = CaCI2 + H2O + CO2 根據(jù)等物質量的規(guī)則：n(CaCO3)= n(CO2) mCO2=(150.0+20.4+10.0)

11、 177.4=(180.4177.4)g=3g n(CO2)=344= n(CaCO3)= x/100 x=6.8g n(1/2CO2)=n(HCI)=322=x/36.5 x=4.98g=5.0g 答：垢樣中含碳酸鈣水垢為6.8克；理論上消耗純鹽酸為5.0克。,1.3 酸、堿、鹽、氧化物及配合物,酸：凡是在水溶液中電離出來的陽離子全部是H+的化合物稱為酸。 堿：凡是在水溶液中電離出來的陰離子全部是OH的化合物稱為堿。 鹽：凡是在水溶液中電離時生成金屬離子酸根的化合物稱為鹽。 氧化物：由氧和另一種元素組成的化合物稱為氧化物。 堿性氧化物：凡能與酸起反應生成鹽和水的氧化物稱為堿性氧化物。 酸性氧

12、化物：凡能與堿起反應生成鹽和水的氧化物稱為酸性氧化物。 兩性氧化物：既能與酸反應又能與堿反應生成鹽和水的氧化物稱為兩性氧化物。,配位化合物：由一個簡單的陽離子與一定數(shù)目的中性分子或陰離子以配位健結合而成的離子 稱為配位離子(或配離子) ；含有配離子的化合物叫配位化合物（簡稱配合物）；簡單的陽離子稱為中心離子; 一定數(shù)目的中性分子或陰離子稱為配位體。 配位鍵:由一個原子單獨提供一對電子而與另一原子共用所形成的化學鍵稱為配位鍵,配位化合物由內界和外界兩部分組成，內界就是配離子，常用方括號括起來。與配離子化合的，即方括號以外的為外界。例如，在硫酸四氨合銅Cu(NH3)4SO4中，Cu(NH3)42+

13、是配離子，為內界，其中Cu2+為中心離子，與中心離子以配位鍵結合的配位體的數(shù)目稱配位數(shù)。NH3是配位體，中心離子的配位數(shù)為4；SO42為外界。,KAl(SO4)212H2O? 不是配合物，因它在水中全部電離成簡單離子。,1. 4 反應速度與化學平衡,1. 質量作用定律: 反應速度與反應物濃度的冪次方乘積成正比，方次為對應物質的計量系數(shù)。這就是質量定律。 = kAaBb 2.可逆反應: aA+bB cC +dD 正= k正AaBb 逆= k逆CcDd 正=逆 K =k正/ k逆=CcDd/ AaBb 3.平衡常數(shù): K = CcDd/ AaBb 平衡常數(shù)表達式,反應物的濃度: Ba2+ +SO4

14、2 BaSO4 增加Ba2+ 的濃度可以使SO42 沉淀完全 壓力: 2NO2 N2O4 棕紅色 無色 增加壓力顏色變淺, 減小壓力顏色變深 溫度: 此反應為放熱反應升高溫度顏色變深， 降低溫度顏色變淺。,4. 影響化學平衡移動的因素,1. 氨水的電離平衡（25） NH3H2O NH4+ + OH Kb= NH4+ OH/ NH3H2O =1.8105 OH= KbNH3H2O / NH4+ 兩邊取負對數(shù)：lg OH= lgK b lgNH3H2O /NH4+ pOH = pKb + lg(NH4+ / NH3H2O ) 2. 醋酸的電離平衡（25） HAc H+ + Ac Ka= H+ Ac

15、/ HAc =1.8105 pH=pKa + lg(Ac / HAc ) 3. 碳酸的電離平衡： （25） 第一級電離 H2CO3 H+ + HCO3 K1=4.45107 第二級電離 HCO3 H+ +CO32 K2=4.681011 pH=p Ka + lg(HCO3 / H2CO3 ),1.5 弱電解質的電離平衡,5. 水的離子積常數(shù)及pH值,水是一種極弱的電解質：H2O H+ +OH。 其電離平衡常數(shù)為：K= H+ OH/H2O 由于水的電離度極小，H2O可視為不變的定值，在一定溫下KH2O可視為常數(shù)，該常數(shù)稱為水的離子積常數(shù)，常用KW表示： KW= H+ OH =1.01014 實驗

16、測得在中性溶液中 H+ =OH =1.0107(mol/L) 將式（1）兩邊取負對數(shù)： lgKW= lg H+ lgOH =lg1.01014 并定義： pKW = lgKW ；pH=lgH+ ； pOH=lgOH pKW= pH + pOH = 14,配合物的內界和外界以離子鍵相結合。在水中全部電離。 硫酸四氨合銅 ：Cu(NH3)4SO4Cu(NH3)42+ SO42 配離子是弱電解質，在水中存在電離平衡： Cu(NH3)42+ Cu2+ + 4NH3 K不穩(wěn)=(Cu2+NH34)/ Cu(NH3)42+ K穩(wěn)=1/ K不穩(wěn)= Cu(NH3)42+/(Cu2+NH34) K穩(wěn)值越大，說明配

17、離子穩(wěn)定性越高。,1.5. 配合物在水溶液中的電離,1.6 緩沖溶液,1.同離子效應 弱電解質在溶液中存在著電離平衡，如果在此溶液中加入一種含有與此弱電解質相同離子的強電解質，則此弱電解質原來的電離平衡就會被破壞，電離度也會因電離平衡的移動而發(fā)生變化。例如，氨水是弱堿，其電離平衡為： NH3H2O NH4+ +OH 氯化銨是強電解質，在溶液中全部電離生成NH4+ 和OH，如果把氯化銨加入到氨水中，則氨水的電離平衡會由于NH4+濃度的增加而朝著生成NH3H2O方向移動，結果是氨水的電離度降低，從而使溶液中的OH濃度降低。像這種在弱電解質溶液中，由于加入了相同離子的強電解質，從而使電離平衡發(fā)生移動

18、的現(xiàn)象，稱為同離子效應。,2. 緩沖溶液,在氨水中加入一定量的氯化銨后，由于同離子效應，不僅使氨水的電離度降低，更重要的是能使溶液中的pH值，在一定范圍內不受加入少量酸、堿和溶液稀釋的影響而保持相對穩(wěn)定。像這種在一定程度上能抵御少量外來酸、堿或稀釋的影響，使溶液的pH值不發(fā)生改變的作用，稱為緩沖作用；具有緩沖作用的溶液稱為緩沖溶液。緩沖溶液的種類很多： 如醋酸與醋酸鈉（HAc+NaAc）混合溶液, 其pH值通常小于7。 如氨水與氯化銨（NH3+NH4CI）混合溶液其pH值通常大于7 如磷酸二氫鈉與磷酸氫二鈉（NaH2PO4 +Na2HPO4）混合液。,3.緩沖溶液pH值的計算,NH4CI NH

19、4+ +CI NH3H2O NH4+ +OH 鹽 平衡時 弱堿 鹽 OH K弱堿=鹽OH/ 弱堿 pK弱堿= pOH+lg 鹽/ 弱堿 pH=14pK弱堿+lg弱堿/ 鹽 弱堿及其鹽組成的緩沖溶液的pH值的 一般計算公式為： pH=14pK弱堿+lg弱堿/鹽 同理，弱酸及其鹽組成的緩沖溶液的pH值的一般計算公式為： pH=pK弱酸lg弱酸/鹽,將20g氯化銨加適量除鹽水溶解，再加150mL濃度為13.5mol/L 的濃氨水（密度為0.88g/mL，含NH326%）,然后稀釋至1L。 求此緩沖溶液的pH值. 解：NH4CI的摩爾質量為53.3g/mol， NH4+ = NH4CI=20g53.5

20、 g/mol/1L=0.4 mol/L NH3= 13.5mol/1000mL 150mL1L=2.0 mol/L pKNH3=4.75將上述數(shù)據(jù)代入式 pH=14pKNH3+lgNH3/ NH4+ =144.75+lg(2.0/0.4)=9.95,NH3+NH4CI緩沖溶液pH值的計算,如醋酸鈉（CH3COONa）水解，在水中它全部電離，電離出的CH3COO與水電離出的H+反應生成難電離的CH3COOH分子，溶液中有過剩的OH，因此溶液呈堿性。 總的離子方程式為：H2O+ CH3COO= CH3COOH + OH 弱堿強酸生成的鹽： 如氯化銨（NH4CI）水解，NH4CI在水中全部電離，電離

21、出的 NH4+與水電離出的OH反應生成難電離的NH3H2O分子，溶液中有過剩的H+，因此溶液呈酸性。 總的離子方程式為：NH4+H2O=NH3H2O+ H+ 弱酸弱堿生成的鹽水解： 溶液的酸堿性由組成鹽的弱酸和弱堿的相對強弱來決定。若弱酸的電離常數(shù)大于弱堿的電離常數(shù)，則溶液呈酸性；反之，呈堿性。若弱酸與弱堿的電離平衡常數(shù)較接近，就呈中性，如CH3COONH4水解, 溶液呈中性。 弱酸強堿生成的鹽水解：,1.7 鹽類的水解,已知H3PO4在水溶液中的分級電離及25時的電離常數(shù)為： 第一級電離：H3PO4= H+H2PO4 k1=7.5103 第二級電離：H2PO4= H+HPO42 k2=6.2

22、108 第三級電離：HPO42= H+PO43 k3=4.41013 解：(1) 求Na3PO4的水解平衡常數(shù)（kh）。Na3PO4的水解方程式為： PO43H2O =HPO4 +OH kh（HPO4OH）PO43H2O 在稀溶液中，H2O;OH= K W/H+代入上式，得 kh（HPO4K WH+PO43 即 khK W（H+PO43（HPO4） 式中分母為H3PO4的第三級電離常數(shù)。 所以 khK Wk3 kh1014/4.41013=2.3102 (2) 求pH值。 kh=（HPO4OH）PO432.3102 HPO4OH，PO43OHPO43 OH= khPO430.012.3102=

23、2.3104（mol/L） OH=1.5102 H+ =1014/1.5102=6.61013, pH=12,1.8. 沉淀與溶解平衡,溶解度： 在一定溫度下每100克水中溶解溶質的最大克數(shù)，稱為該溫度下此溶質在水中的溶解度。 溶度積： 難溶物質（如AgCI）在水中溶解達平衡時，各離子濃度的乘積等于其平衡常數(shù)。這個平衡常數(shù)稱為溶度積常數(shù)，簡稱溶度積，用KSP表示。 即KSP（AgCI）=Ag+CI 。 溶解度規(guī)則：當溶液中Ag2+ CI KSP時，為過飽和溶液，應有沉淀析出，直至離子濃度之積達KSP 。,例1.8.1 測得某水樣中含有Ca2+ =80.0mg/L; Mg2+ =28.8mg/L

24、; SO42=105.6 mg/L；CO32=0.8mmol/L; OH= 2.8mmol/L。25時相關物質的溶度積常數(shù)為：KSP(AgCI)=1.81010；KSP(CaSO4)=6.1105; KSP(CaCO3)=4.8109 ; KSP(Ca(OH)2)= Ca2+ OH2 =3.1105；KSPMg(OH)2= Mg2+ OH2= 5.01012。問此溫度下是否有沉淀析出？,解：先把各離子濃度換算為以mol/L表示，Ca2+ =(80/40)103=2.0103(mol/L); Mg2+ =(28.8/24) 103=1.2103(mol/L)；SO42=(105.6 /96) 1

25、03 =1.1103 (mol/L); CO32=0.8mmol/L=0.8103 (mol/L)；OH= 2.8mmol/L=2.8 103 (mol/L)。各物質的離子積為：Ca2+ CO32=2.01030.8103=1.6106 KSP(CaCO3) 有沉淀析出；Ca2+ CO42=2.01031.1103=2.2106 KSP(CaCO3) 有沉淀析出。答：溶液中會有碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀析出。,1.9 理想氣體,理想氣體：分子之間的作用力可以忽略不計，分子本身的體積為零的氣體。 pV = nRT 道爾頓分壓定律：混合氣體的總壓力等于其中各組分氣體的分壓力之和。該經驗定律稱為道爾頓分壓

26、定律，其數(shù)學表達式為： pp1+p2+p3+pipi pipninyi yi 表示組分i的濃度用量分數(shù)表示：,T=273.15+20=293.15K P=1.013107Pa代入式n = pV/RT =1.013107Pa0.03m3/8.314Jmol1K1293.15K=124.69mol 氮氣的摩爾質量為28gmol1, rn=nM=124.69mol28gmol13.49103g。 答：鋼瓶內氮氣的物質的量為124.69mol，質量為3.49103g。,例1.9.1 某氮氣鋼瓶的容積為30.00L，當溫度為20時，測得瓶內的壓力為1.013107Pa，試計算鋼瓶內的氮氣的物質的量和質量

27、。,1.10 液體的性質,飽和蒸氣壓一定溫度下，在一個密閉容器中，當液體的蒸發(fā)速度與冷凝速度相等時，液體與其蒸氣之間達到動態(tài)平衡，此時的蒸氣稱為飽和蒸氣，該飽和蒸氣具有的壓力稱為飽和蒸氣壓，簡稱為蒸氣壓。溫度升高蒸汽壓增大。 沸點:當液體的蒸氣壓等于外壓時的溫度稱為液體的沸點。外壓升高，沸點升高。 溶點:在一定的外壓下，純物質的固態(tài)與其液態(tài)成平衡時的溫度稱為固態(tài)物質的熔點或稱該液態(tài)物質的凝固點,1.11.拉烏爾定律和亨利定律,拉烏爾定律: 在一定溫度下，當稀溶液與其蒸氣達平衡時，溶劑A的蒸氣壓pA等于同溫度下純溶劑的蒸氣壓p*A乘以其在液相中的物質的量分數(shù)xA。這就是拉烏爾定律，其數(shù)學表達式為:pA= p*AxA 亨利定律: 一定溫度下，稀溶液中揮發(fā)性溶質在平衡氣相中的分壓pA與溶質在溶液中的濃度成正比。 pB=kxB 式中k稱為亨利常數(shù)。其單位為（壓力濃度1）。其物理意義是：單位濃度時的溶質的分壓。 分配定律: 實驗證明