山东农业大学重点建设精品课程-水分析化学 第1章天然水的水质及水质分析基础 本章基本要求 明确水分析化学的性质和任务,了解水质指标和水质标准,水样的采集、保存与预 处理,理解水质分析分析结果的误差及其表示方法,掌握滴定分析对化学反应的要求及 基准物质应具备的条件,掌握溶液浓度的表示方法及换算,正确使用有效数字,掌握水 质分析结果的计算 二、讲授内容: 水分析化学的性质和任务,水质指标和水质标准,天然水的水质,水样的保存和预 处理,水质分析分析结果的数据处理,滴定分析基础知识,提高分析结果准确度的方法。 (一)水分析化学 研究水及其杂质、污染物的组成、性质、含量和它们的分析方法的一门学科。分定 性和定量。它是研究水中杂质及其变化的分析方法 水是人类生存和万物生长必不可少的物质。天然水是重要的水源。水本来是纯洁无 暇的,天然水看起来清澈透明,一般都有某些物质溶于水中,因此,有的地方水质优良, 如:山泉水清澈可口,独具风味,有的地方水口感苦,由于水中溶入的杂质过多,主要是 含盐分过高;有的水浊度高,颜色加深,使水的利用价值受到一定的限制。如水中含有 对人体及周围环境有害的物质,饮用此水,则有害健康。 水能否利用以及污染的程度,要通过水质检测(水质分析)才能做出判断。水质分 析在各个领域肩负这重要的使命。在水环境治理与水资源规划、评价中起着“眼睛”和 “哨兵”的作用。学习时使要牢固树立准确“量”的概念。给水排水设计、水处理工艺 水环境评价、废水综合利用等都必须考虑以水分析结果为依据,并作出准确的判断与评 价。 本课程使给水排水工程专业的一门专业技术课。通过学习掌握水质分析的基本知识 和基本操作技能,掌握水质方法及应用 悬浮物质(粒径:>10-mm) (二)天然水中的杂质 胶体物质(粒径:10~10mm) 溶解物质(粒径:<103mm
山东农业大学重点建设精品课程-----水分析化学 第 1 章 天然水的水质及水质分析基础 一、 本章基本要求： 明确水分析化学的性质和任务，了解水质指标和水质标准，水样的采集、保存与预 处理，理解水质分析分析结果的误差及其表示方法，掌握滴定分析对化学反应的要求及 基准物质应具备的条件，掌握溶液浓度的表示方法及换算，正确使用有效数字，掌握水 质分析结果的计算。 二、讲授内容： 水分析化学的性质和任务，水质指标和水质标准，天然水的水质，水样的保存和预 处理，水质分析分析结果的数据处理，滴定分析基础知识，提高分析结果准确度的方法。 (一) 水分析化学 研究水及其杂质、污染物的组成、性质、含量和它们的分析方法的一门学科。分定 性和定量。它是研究水中杂质及其变化的分析方法。 水是人类生存和万物生长必不可少的物质。天然水是重要的水源。水本来是纯洁无 暇的，天然水看起来清澈透明，一般都有某些物质溶于水中，因此，有的地方水质优良， 如：山泉水清澈可口，独具风味，有的地方水口感苦,由于水中溶入的杂质过多，主要是 含盐分过高；有的水浊度高，颜色加深，使水的利用价值受到一定的限制。如水中含有 对人体及周围环境有害的物质，饮用此水，则有害健康。 水能否利用以及污染的程度，要通过水质检测（水质分析）才能做出判断。水质分 析在各个领域肩负这重要的使命。在水环境治理与水资源规划、评价中起着“眼睛”和 “哨兵”的作用。学习时使要牢固树立准确“量”的概念。给水排水设计、水处理工艺、 水环境评价、废水综合利用等都必须考虑以水分析结果为依据，并作出准确的判断与评 价。 本课程使给水排水工程专业的一门专业技术课。通过学习掌握水质分析的基本知识 和基本操作技能，掌握水质方法及应用。 (二) 天然水中的杂质 溶解物质（粒径： <10-6mm ） 悬浮物质（粒径：>10-4 mm） 胶体物质 (粒径：10-4～10-6mm) １
山东农业大学重点建设精品课程-水分析化学 1.按性质分:无机物、有机物、微生物 溶解盐类阳离子:Ca2 Mg、K、Na 阴离子:HCO3、Cr、SO4、CO3 2溶解物质气体:O2CO2N2HS 有机物 (三)几个概念 1.矿化度(也称为含盐量):天然水中八大离子的含量占全部化学组成的95%~ 99%。主要指八大离子的总含量。总溶解固形物(TDS)电导率 CaCO3+CO2+H2O- Ca(HCO3)2 Fe2+2HCO3-+2H2O=Fe(OH)2↓+2CO2↑+2H2O 4Fe(OH)2+O2+2H20=4Fe(OH)3, 饮用水:Fe<0.3mg/LF<1.0mg/L适宜浓度:0.5~1.0mg/L 4.溶解氧D0:溶解水中的氧气,以游离分子状态存在于水中。D0含量与水层深度 成反比。受温度,压力的影响,随温度升高而降低,随压力升高而升高。seeP9表1.3, 判断水污染的程度 5.游离CO2:溶解在水中的CO2称为游离CO2。指CO2与H2CO3的总和。 6侵蚀CO2:水中游离CO2的含量大于碳酸盐溶解平衡时CO2的含量,则该水与 aCO3接触时,CaCO溶解直到平衡为止,与CaCO3起反应的这部分CO2称为侵蚀CO 危害:对钢筋混凝土和金属起破坏作用,与DO共存时侵蚀强烈,在兴建水利工程 作为一项重要指标来测定,含游离CO2的水,具有一种好味,卫生方面无害 大气降水地表水地下水 矿化度小 悬浮物 中大大 大小小 7.酸雨:pH<565形成:煤和石油燃烧时产生SO2、NOx与水蒸汽形成H2SO4、 HNO 危害:(4点) 8.水体自净:水体中的微生物氧化分解有机污染物,使污染物浓度降低,水体得以
山东农业大学重点建设精品课程-----水分析化学 1. 按性质分：无机物、有机物、微生物 阳离子：Ca2+ 、Mg2+、 K+ 、 Na+ ····· 溶解盐类 阴离子：HCO3 、Cl − - 、SO 、CO ····· 2− 4 2− 3 2. (三) 几个概念 1. 矿化度（也称为含盐量）：天然水中八大离子的含量占全部化学组成的 95%～ 99％。主要指八大离子的总含量。总溶解固形物（TDS） 电导率 CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2 Fe2++2HCO3-+2H2O=Fe(OH)2↓+2CO2↑+2H2O 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓ 饮用水：Fe<0.3mg/L F- <1.0mg/L 适宜浓度：0.5～1.0mg/L 4.溶解氧 DO：溶解水中的氧气，以游离分子状态存在于水中。DO 含量与水层深度 成反比。受温度，压力的影响，随温度升高而降低，随压力升高而升高。seeP9 表 1.3， 判断水污染的程度。 5. 游离CO2：溶解在水中的CO2称为游离CO2。指CO2与H2CO3的总和。 6.侵蚀CO2：水中游离CO2的含量大于碳酸盐溶解平衡时CO2的含量，则该水与 CaCO3接触时，CaCO3溶解直到平衡为止，与CaCO3起反应的这部分CO2称为侵蚀CO2。 危害：对钢筋混凝土和金属起破坏作用，与DO共存时侵蚀强烈，在兴建水利工程 作为一项重要指标来测定，含游离CO2的水，具有一种好味，卫生方面无害。 大气降水 地表水 地下水 矿化度 小 中 大 悬浮物 大 小 DO 大 小 7. 酸雨：pH<5.65 形成：煤和石油燃烧时产生SO2、NOX 与水蒸汽形成H2SO4、 HNO3 危害：（4 点） 8. 水体自净：水体中的微生物氧化分解有机污染物，使污染物浓度降低，水体得以 气 体：O2 CO2 N2 H2S····· 有 机 物： 溶解物质 F ２
山东农业大学重点建设精品课程-水分析化学 净化,这一过程称为水体自净。 水中无机污染物:Hg、Cr、Cd、Pb、As(五毒) 9需氧有机物: (1)COD:在一定条件下,用某种氧化剂氧化水中的有机物,所消耗氧化剂的数量 来代表有机物的含量,以Omg/L表示 KMnO4法(清洁水) 方法 K2Cr2O7(污水废水) (2)BOD:在一定条件下,使水样中的有机物在微生物作用下进行生物氧化,于 定期间内所消耗DO的量。可间接反映出有机物的含量,也称为生物化学需氧量。简 称生物需氧量,目前,国内外普遍采用20℃,五昼夜的生物氧化,称BOD5,最终BOD20 。BOD为65~80%BOD20 3)ToC:总有机碳=总碳量-无机碳量在900℃,Pt为催化剂使水样燃烧汽化, 测定气体中CO2的含量,计算水样中C元素总量,再减碳酸盐等碳元素的含量,可得TOC 值 (4)TOD:有机物中C、H、N、P、S等元素氧化需氧量,测定在特殊的燃烧器 中,900℃、Pt为催化剂,取一定体积水样气化,其中有杋物燃烧,测定气体载体中氧 的减少量,即为有机物需氧量,快速简便,3min得出结果,可控制进行。 10.水体“富营氧化”:含有N、P等植物营养物的废水排入水体,使藻类大量繁 殖,藻类死亡后,残体分解需消耗大量的氧,生物死亡,在厌氧条件下,N、P等重新 释放进入水体,再供藻类利用,这样周而复始循环,使N、P长期保存水中。 (四)水质分析方法 滴定分析(酸碱,氧化还原,沉淀,络合) 水质分析方法重量分析 仪器分析:光学,电化学等含量在几mg/以下 1.标准溶液(滴定剂):已知准确浓度的溶液,一般要求四位有效数字。 (1)化学计量点:标液与被测液完全反应时(正好符合化学反应式所表示的化学 计量关系),也称理论终点。由指示剂颜色变化确定的终点,叫滴定终点。指示剂变色 不一定正好在化学计量点上,滴定终点与化学计量点不一定恰好完全相等,由此引起的
山东农业大学重点建设精品课程-----水分析化学 净化，这一过程称为水体自净。 水中无机污染物：Hg 、Cr、 Cd、 Pb、 As（五毒） 9. 需氧有机物： (1) COD：在一定条件下，用某种氧化剂氧化水中的有机物，所消耗氧化剂的数量 来代表有机物的含量，以O2mg/L表示， KMnO4法（清洁水） 方法 K2Cr2O7（污水废水） （2）BOD：在一定条件下，使水样中的有机物在微生物作用下进行生物氧化，于 一定期间内所消耗DO的量。可间接反映出有机物的含量，也称为生物化学需氧量。简 称生物需氧量，目前，国内外普遍采用 20℃ ，五昼夜的生物氧化，称BOD5，最终BOD20 。BOD5为 65～80％BOD20。 （3）TOC：总有机碳=总碳量-无机碳量 在 900℃ ，Pt为催化剂使水样燃烧汽化， 测定气体中CO2的含量，计算水样中C元素总量，再减碳酸盐等碳元素的含量，可得TOC 值。 （4）TOD：有机物中 C、H、N、P、S 等元素氧化需氧量，测定在特殊的燃烧器 中，900℃、Pt 为催化剂，取一定体积水样气化，其中有机物燃烧，测定气体载体中氧 的减少量，即为有机物需氧量，快速简便，3min 得出结果，可控制进行。 10. 水体“富营氧化”：含有 N、P 等植物营养物的废水排入水体，使藻类大量繁 殖，藻类死亡后，残体分解需消耗大量的氧，生物死亡，在厌氧条件下，N、P 等重新 释放进入水体，再供藻类利用，这样周而复始循环，使 N、P 长期保存水中。 (四) 水质分析方法 滴定分析（酸碱，氧化还原，沉淀，络合） 水质分析方法 重量分析 仪器分析：光学，电化学等 含量在几 mg/l 以下 1．标准溶液（滴定剂）：已知准确浓度的溶液，一般要求四位有效数字。 （1）化学计量点：标液与被测液完全反应时（正好符合化学反应式所表示的化学 计量关系），也称理论终点。由指示剂颜色变化确定的终点，叫滴定终点。指示剂变色 不一定正好在化学计量点上，滴定终点与化学计量点不一定恰好完全相等，由此引起的 ３
山东农业大学重点建设精品课程-水分析化学 误差称为滴定误差。 反应完全(≥99%9 (2)对滴定反应的要求反应速度要快 有适当方法指示化学计量点的到达 2.基准物质具备的条件及常用的基准物质 (1)实际组成与化学式完全相同 (2)纯度较高(≥999%) (3)性质稳定 (4)摩尔质量要大,称量的越多而称量误差越小 Na2CO3(标HCl、HSO4)、KHP标 Naoh Na2C2O4标KMnO4、K2Cr2O7标定Na2S2O3、 CaCO3、Zn、ZnO标EDTA、NaCl标AgNO3 3.标准溶液的配制方法 (1)直接配制:cgV (2)间接配制:粗配、标定。用A标定BnA=nB 移取体积 CBVB=CAVA 配制体积 CBVB- 1000 M Na,CO3+2HCI-2NaCl+H,O+CO2 配制:cHc=0. Imol/L1000ml量取84ml,加水至1000m,摇匀待标。 标定法一:准确称取一定量Na2CO3(一般平行3份)溶于水中,加甲基橙指示剂, 用待标HCl滴定至终点,据消耗VC,求出CHc的准确浓度 n(Na2CO3 )/nHCI1/2 nHCI=2n(Na2CO3) CHCIVHCI2m/M(Na2 CO3)X 1000 CHCI0 1100mol/L 法二:用已知浓度的标准液进行标定,如移取20.00mlc(Na2CO)=0.05000mol/L 加甲基橙指示剂,用待标HCl滴定至终点,消耗Vc=18.18ml CHCIVHCI2c(Na2CO3)V(Na2 CO3 cHC1×18.18=2×0.0500×20.00 CHCO. 1100mol/L 例:配制c(Na2CO)=0.05000mo/L1000ml
山东农业大学重点建设精品课程-----水分析化学 误差称为滴定误差。 反应完全（≥99%） （2）对滴定反应的要求 反应速度要快 有适当方法指示化学计量点的到达 2．基准物质具备的条件及常用的基准物质 （1） 实际组成与化学式完全相同 （2） 纯度较高（≥99.9%） （3） 性质稳定 （4） 摩尔质量要大，称量的越多而称量误差越小。 Na2CO3(标HCl、H2SO4)、 KHP标NaOH、Na2C2O4标KMnO4、K2Cr2O7标定Na2S2O3、 CaCO3、Zn、ZnO标EDTA、NaCl标AgNO3 3. 标准溶液的配制方法 （1）直接配制：cBVB= V nB = M V m B （2）间接配制：粗配、标定。用A标定B nA= nB cBVB=cAVA cBVB= ×1000 × M A m 配制体积 移取体积 Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑ 配制：cHCl=0.1mol/L 1000ml 量取 8.4ml，加水至 1000ml，摇匀待标。 标定法一：准确称取一定量Na2CO3 （一般平行 3 份）溶于水中，加甲基橙指示剂， 用待标HCl滴定至终点，据消耗VHCl, 求出CHCl的准确浓度 n(Na2CO3)/nHCl=1/2 nHCl=2n(Na2CO3) cHClVHCl=2m/M(Na2CO3)×1000 cHCl=0.1100mol/L 法二：用已知浓度的标准液进行标定，如移取 20.00ml c(Na2CO3)=0.05000mol/L 加甲基橙指示剂，用待标HCl滴定至终点，消耗VHCl=18.18ml cHClVHCl=2c(Na2CO3)V(Na2CO3) cHCl×18.18=2×0.0500×20.00 cHCl=0.1100mol/L 例：配制 c(Na2CO3)=0.05000mol/L 1000ml ４
山东农业大学重点建设精品课程-水分析化学 称Na2CO3:m=c(Na2CO3)M(NaCO=00500X00×10599=5299 1000 配制c(1/2Na2CO3)=0.1000mo/L1000m c(1/2Na2CO)=m/M(1/2Na2CO3)×100 0.1000×(1/2)×10599×1000 h =52995g c(1/2Na2CO3)=1/2c(1/2Na2CO3) c(KMnO4)=1/5c(175KMnO4) 基本单元:m(1/2Na2cO3)=1/2n(1/2Na2CO) 可得出:mc=n(1/2Na2CO3)等物质的量的规则 4.等物质的量规则: aA+bB=cC+ dD nA/nB=a/b(物质的量之比)m1A=n(1aB du: 2Mn04+5C202-+16H=2Mn*+10CO2+8H20 n(1/5KMnO4)=n(1/2Na2C2O4) cKMnO4)V(KMnO4)=2/5c(Na2 C204)V( Na2C2O4) c(1/5 KMnO4)v(1/5 KMnO4)=c(1/2 Na2C2O4)v(1/2 Na2C204) c1/5 KMnO4)v(1/5 KMnO4) macO.×1000 5.直接滴定法: B(标准)滴定A(测)nA=a/bnB m=a/bcB/BM m (alb)cBBMa 质量浓度:单位体积溶液中所含溶质的质量。用ρ表示 n4≈(a/b)c2VBM△×1000mgL CUaB(a)B(×1000mgL s 6.返滴定法 PA- ch-ec)M4×100gn 7.水样采集、保存、与预处理 8分析误差: (1)系统误差:由固定原因引起。如:方法、仪器、试剂、操作等对分析结果影响
山东农业大学重点建设精品课程-----水分析化学 称Na2CO3：m=c(Na2CO3)·V ·M(Na2CO3)=0.0500× 1000 1000 ×105.99=5.2995g 配制c(1/2Na2CO3)=0.1000mol/L 1000ml c(1/2Na2CO3)= m/M(1/2Na2CO3)×1000 m= 1000 0.1000×（1/ 2)×105.99×1000 =5.2995g c(1/2Na2CO3)=1/2c(1/2Na2CO3) c(KMnO4)=1/5c(1/5KMnO4) 基本单元： n(1/2Na2cO3)=1/2n(1/2Na2CO3) 可得出：nHCl=n(1/2Na2CO3)——等物质的量的规则 4. 等物质的量规则： aA + bB = cC + dD nA/nB = a/b（物质的量之比）n(1/b)A = n(1/a)B 如： 2MnO +5C − 4 2O 2 4 − +16H+ = 2Mn2++10CO2+8H2O n(1/5KMnO4) = n(1/2Na2C2O4) c(KMnO4)V(KMnO4) = 2/5c(Na2C2O4)V( Na2C2O4) c(1/5 KMnO4)V(1/5 KMnO4) = c(1/2 Na2C2O4)V(1/2 Na2C2O4) c(1/5 KMnO4)V(1/5 KMnO4) = O 4 (1/2)Na C Na C O 2 2 2 2 4 M m ×1000 5. 直接滴定法： B(标准)滴定A（测） nA = a/bnB M A m = a/bcBVBMA S VS a b c V M V m B B A ( / ) = 质量浓度：单位体积溶液中所含溶质的质量。用ρ表示 ρA＝ 1000 ( / ) B BMA × Vs a b c V mg/L ρA= 1000 s (1/a)B (1/a)B (1/b)A × V c V M mg/L 6. 返滴定法 ρA= 1000 s ( ) B B C C A × − V c V c V M mg/L 7.水样采集、保存、与预处理 8.分析误差： (1) 系统误差：由固定原因引起。如：方法、仪器、试剂、操作等对分析结果影响 ５