水分析化學(xué)課件教學(xué)課件PPT.ppt

1,水 分 析 化 學(xué) water analytical chemistry,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）如何評價環(huán)境水體質(zhì)量？水中有哪些污染物？含量是多少？對環(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？處理效果如何評定？ (4) 新的水處理工藝技術(shù)研發(fā)評價的依據(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)委員會指定十門骨干課程之一。 教學(xué)時數(shù)56學(xué)時，其中課堂教學(xué)40學(xué)時，實驗教學(xué)16學(xué)時。 先修課程：普通化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué),4,水分析化學(xué)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo),5,教學(xué)方式,課程講授：核心的、最具價值的知識點，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：圍繞課程知識點歸類總結(jié)、大型儀器應(yīng)用演示與認(rèn)識參觀等 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,6,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）實驗驗證； （4）課堂討論 ( 5 ) 期末整理總結(jié)課程內(nèi)容脈絡(luò)，形成知識構(gòu)架；,7,實驗教學(xué)方式,試驗錄像演示：實驗錄像 實際操作：利用實驗項目培養(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：實際操作、口試相結(jié)合,8,教學(xué)要求及成績評定,1、課后作業(yè)： 13題/次課 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 （可選） 2、平時小測驗：1次 / 34章 3、成績評定: 平時作業(yè)和小考5%；實驗15%； 期末80%,9,教材和主要參考書,黃君禮，水分析化學(xué)，第三版，中國建工出版社 郝瑞霞，呂鑒等，水質(zhì)工程學(xué)試驗與技術(shù)，北京工業(yè)大學(xué)出版社 國家環(huán)境保護(hù)總局、水和廢水檢測分析方法編委會，水和廢水檢測分析方法，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）,10,第1章 緒論（2學(xué)時）,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 國內(nèi)外水質(zhì)指標(biāo)體系（自學(xué)）,11,分析化學(xué)(analytical chemistry)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),12,社會科學(xué)、考古學(xué) 人類學(xué)和法醫(yī)學(xué),分析化學(xué),化學(xué)學(xué)科的 所有分支,物理、天體物理、 天文和生物物理,工程學(xué)、民事、化學(xué) 、電以及機(jī)械,醫(yī)學(xué)、臨床化學(xué) 藥物化學(xué)、藥學(xué) 毒物學(xué),生物學(xué)、植物學(xué)、 遺傳學(xué)、微生物學(xué)、 分子生物學(xué)和動物學(xué),地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、 地球化學(xué)和古生物學(xué),環(huán)境科學(xué)、 生態(tài)學(xué)和海洋科學(xué),農(nóng)業(yè)、動物科學(xué) 農(nóng)作物科學(xué)、食品科學(xué)、 園藝學(xué)和土壤科學(xué),材料科學(xué)、 冶金學(xué) 和高分子科學(xué)等學(xué)科,13,水的循環(huán)與水質(zhì)污染,水的自然循環(huán),14,水的特性,與同族元素（硫等）氫化物相比，具有相對高的熔點和沸點 溫度體積效應(yīng)異常：凍結(jié)時膨脹、04時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)流動能力 較大的表面張力：液體中除汞以外，水的表面張力最大,15,（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,16,1、 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,本課程重點解決的問題,17,2、水分析化學(xué)的作用,分析測試結(jié)果是： 給水排水設(shè)計 水處理新工藝開發(fā) 的依據(jù) 水環(huán)境評價 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”,18,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,19,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)，由此確定被測物質(zhì)的存在以及組成、性質(zhì)和含量。 重量分析：ba2+ so42- 殘渣分析 滴定分析：酸堿、絡(luò)合、氧化還原、沉淀,1.2 水分析方法分類,20,2、儀器分析法 (微量或痕量組分)：用儀器測定被測物質(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,例：分光光度法測定水中微量鐵,21,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 10100 110 微量 10 1,按分析任務(wù)：定性分析，定量分析，結(jié)構(gòu)分析,22,問題: (1) ppm（10-6）或ppb（10-9）與mg/l或g/l兩者之間的關(guān)系如何？ (2)污水中cod含量一般在300600mg/l，屬于常量分析還是微量分析？如果水中某組分含量在g/l數(shù)量級，屬于哪類分析？,分析化學(xué)組分含量單位 ppm parts per million (10-6) （ mg / kg )或（ mg / l ) ppb parts per billion (10-9) ppt parts per trillion (10-12）,23,（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，從而計算出待測組分的含量。,稱重,計算,轉(zhuǎn)化方法有：沉淀、氣化、萃取等,24,重量分析法應(yīng)用,水中不可濾殘或懸浮物(ss),總殘渣,ca2+、mg2+、ba2+,硫酸鹽,總殘渣灼燒減重,25,（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)完成時所消耗的試劑溶液的濃度和用量（體積），計算出被分析物質(zhì)的含量的方法,標(biāo)準(zhǔn)溶液,化學(xué)計量點滴定終點,26,（1）常用術(shù)語,化學(xué)計量比,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)計量關(guān)系為：,27,（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 ph 3.14.4）,化學(xué)計量點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,紅色 橙色 黃色,28,終點誤差來源： （1）變色點和計量點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,29,(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：檢驗堿度、酸度 b.絡(luò)合滴定絡(luò)合反應(yīng) m + y my 用途：測定 ca2+、mg2+、fe3+、al3+ 另外，絡(luò)合反應(yīng)可用于掩蔽技術(shù)，消除非測定離子的干擾 c.沉淀分析沉淀反應(yīng)ag+cl- agcl 用途：測定水中cl- d.氧化還原滴定氧化還原反應(yīng)(特點：電子轉(zhuǎn)移) 用途：測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),30,（4）滴定分析對化學(xué)反應(yīng)的要求,置換滴定：用k2cr2o7標(biāo)定na2s2o3(ki),kmno4,1. 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(指示劑),目測滴定法 電位滴定法 光度滴定法,31,（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)計量關(guān)系，通過計算得待測組分的量。） 儀器分析法相對定量（標(biāo)準(zhǔn)工作曲線）,問題：儀器分析方法是否要求所依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)必須反應(yīng)完全？,標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的繪制,32,化學(xué)分析與儀器分析方法比較,33,天然水的組成：由于水的強(qiáng)溶解性、強(qiáng)反應(yīng)性、強(qiáng)流動性，循環(huán)過程中混入各種雜質(zhì) 水（主要物質(zhì)） 懸浮物質(zhì)細(xì)菌、藻類、原生動物、泥砂、粘土等顆粒物 膠體物質(zhì)硅、鋁、鎂的水合氧化物、粘土、腐殖質(zhì)等高分子 化合物 8大離子：ca2+ mg2+ k+ na+ hco3- so42- cl- no3- 離子狀物質(zhì) 少量重要離子：h+ oh- co32- 溶解物質(zhì) 金屬離子：mn+（水合氧化物） 溶解氣體：co2 o2 有機(jī)物，等,1.3 水質(zhì)指標(biāo)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),34,1.3.1 水質(zhì)分析指標(biāo)：表示水中雜質(zhì)種類和數(shù)量， 判斷水污染程度的具體衡量尺度,一、 物 理 指 標(biāo),35,2種測量方法: 文字描述法：臭強(qiáng)度報告（無、微弱、明顯、強(qiáng)、很強(qiáng)） 臭閾值法：用無臭水稀釋至聞出最低可辨臭氣時的稀釋倍數(shù) 飲用水標(biāo)準(zhǔn)為：臭閾值2,（一）臭味測量方法,36,1、顏色分類 真色：過濾除去懸浮固體后的水樣顏色 表色：未經(jīng)沉淀、分離的原水顏色 2、測量方法: 鉑鈷比色法（清潔水) k2ptcl6+cocl26h2o 1度= 1mg/l pt.0.5mg/l co 稀釋倍數(shù)法（污染嚴(yán)重水） 飲用水標(biāo)準(zhǔn)為：真色15度,（二）顏色指標(biāo)色度的測量方法,37,溶解性固體（ds） 有機(jī)物 1、總固體（ts） （濾液蒸干103105 水樣蒸干 或180 烘干恒重） 無機(jī)物:總含鹽量 105110 烘干恒重 懸浮固體（ss） 漂浮物 有機(jī)物vss （總殘渣） （總不可過濾殘渣過濾 懸浮物 （600灼燒） 103105烘干恒重） 可沉物 無機(jī)物nvss 飲用水標(biāo)準(zhǔn)為：溶解性總固體（總可濾殘渣）1000mg/l,（三）固體物質(zhì)含量的測量,38,2、濁度概念： 渾濁程度，由懸浮物、膠體雜質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)微生物、浮游生物引起，影響光線透過，使水生生物生態(tài)發(fā)生變化。是天然水和飲用水的重要水質(zhì)指標(biāo)之一 我國飲用水標(biāo)準(zhǔn)為： 濁度1 ntu（濁度單位） 對于污水由于懸浮物高、只測懸浮物含量，不測濁度,39,a.目視比濁法：用具塞比色管配制標(biāo)準(zhǔn)濁度系列，將水樣與標(biāo)準(zhǔn)系列俯視對比確定 1度 = 1mg/l 漂白土產(chǎn)生的濁度。 b.分光光度法：680nm分光光度計測定 標(biāo)準(zhǔn)濁度單位（1.25mg硫酸肼/l和12.5mg六次甲基四胺/l形成甲臜聚合物為1度，測定結(jié)果單位ftu） c.散射法，濁度儀（也以甲臜聚合物為標(biāo)準(zhǔn)濁度單位，測定結(jié)果單位ntu）,濁度的測定方法,40,電導(dǎo)率、氧化還原電位orp、uv254等,自學(xué)p9有關(guān)orp、uv254的概念、應(yīng)用,（四）其它物理指標(biāo),41,二、微生物指標(biāo),（1） 細(xì)菌總數(shù)：各種細(xì)菌病毒的總和，反映污水中病原菌、病毒存在的可能性。 飲用水標(biāo)準(zhǔn)為：細(xì)菌總數(shù)100 個（細(xì)菌落）/ml （2） 總大腸菌群：反映污水被糞便污染程度。 飲用水標(biāo)準(zhǔn)為：總大腸菌群不得檢出 （3）游離性余氯：cl2+h2o = hocl +h+ + cl- 國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：集中式給水出廠水游離性余氯不低于0.3mg/l，管網(wǎng)末梢水不低于0.05mg/l （4）二氧化氯： 國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：集中式給水出廠水余量不低于0.8mg/l，管網(wǎng)末梢水不低于0.02mg/l,42,三、化 學(xué) 性 指 標(biāo),（一） 無 機(jī) 性 指 標(biāo),植物營 養(yǎng)元素,ph和堿度,硬度與重金屬,過多的氮、磷進(jìn)入天然水體易導(dǎo)致富營養(yǎng) 化，導(dǎo)致水生植物尤其是藻類的大量繁殖， 造成水中溶解氧的急劇變化，影響魚類生 存，并可能使某些湖泊由貧營養(yǎng)湖發(fā)展為 沼澤和干地。,一般要求處理后污水的ph在69之間。 當(dāng)天然水體遭受酸堿污染時，ph發(fā)生變 化，消滅或抑制水體中生物的生長，妨礙 水體自凈，還可腐蝕船舶。 堿度指水中能與強(qiáng)酸定量作用的物質(zhì)總量,作為微量金屬元素; 重金屬的主要危害：生物毒性，抑制微生 物生長，使蛋白質(zhì)凝固; 逐級富集至人體，影響人體健康。,43,h+ 與水的 酸度 水中能與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)的物質(zhì) h2co3 緩沖 hco3- 能力 oh- 有關(guān) 堿度 水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和反應(yīng)的物質(zhì) co32- hco3- alk= oh-+co32-+hco3-h+,1、ph值與酸堿度測量酸堿滴定法等,我國飲用水標(biāo)準(zhǔn)為： ph 6.58.5,44,（1）硬度絡(luò)合滴定法 按陽離子劃分 總硬度 鈣硬度 鎂硬度 按陰離子劃分 碳酸鹽硬度：鈣鎂的碳酸鹽和重碳酸鹽暫時硬度 非碳酸鹽硬度：鈣鎂的硫酸鹽和氯化鹽永久硬度 我國飲用水標(biāo)準(zhǔn)為： 總硬度450mg/l(以caco3計） （2） 重金屬離子： 主要是五毒：hg cd cr pb as 還有：鉈、錫、鋁、鐵、錳、銅、鋅等等,2、 硬度與重金屬含量測定,45, 含氮指標(biāo)： 有機(jī)氮 kn,不穩(wěn)定，易被微生物分解 a.總氮