水环境化学.docx

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水环境化学

1.天然水中的化学成分？

天然水化学成分形成的影响因素？

化学成分包括：

1溶解性气体（主要气体、微量气体）2溶解性物质（生物生成物、微量元素、主要离子）3胶体物质（无机胶体、有机胶体）4悬浮物质（藻类及原生动物、泥沙、粘土）。

影响因素：

海盐、土壤盐分、火山喷出物、大气污染物、大气放电产生的NO、NO2等

2.天然水中的主要溶解气体、主要离子、生物生成物质的含量及变化情况:

主要溶解气体O2、N2、CO2、H2S、CH4、H2、He等。

主要离子：

Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+

3.天然水中微量元素的含量情况对人体影响:

微量元素指天然水中含量小于1mg/L的元素，主要包括重金属元素（如Cu、Zn、Pb、Ni、Co等）、稀有元素（Li、Rb、Cs、Be）卤素（Br、I、F）和放射性元素（Ra、Rn）。

若水体中含有有毒的微量元素将会危害人体健康。

4.天然水的化学分类：

（1）按矿化度分类：

按水中离子总量对水进行分类淡水:

<1g/kg盐化水:

1g~25g/kg具有海水含盐量的水:

25g~50g/kg盐水:

>50g/kg。

（2）舒卡列夫分类法：

按水中阴阳离子浓度分类。

（3）按主要组分和离子相互间的对比分类。

5.我国河水化学成分的分带规律？

6.什么是天然水中的酸度和碱度，它们主要是由哪些物质组成？

水中碱度是指水中所含能接受质子的物质的总量，即水中所有能与强酸定量作用的物质的总量。

而水中的酸度是指水中的所含能够给出质子的物质的总量，即水中所有能与强碱定量作用的物质的总量。

水中的碱度主要有3类，一类是强碱，如Ca（OH）2、NaOH等，在水中全部解离成OH-离子；一类是弱碱，如NH3、C6H5NH2等，在水中部分解离成OH-离子；另一类是强碱弱酸盐，如Na2CO3、NaHCO3等，在水中部分水解产生OH-离子。

水中的酸度主要有弱酸（如CO2、H2CO3、H2S及单宁酸等各种有机酸）、强酸弱碱盐（如FeCl3和Al2（SO4）3等）和强酸（如HCl、H2SO4、HNO3）等3大类。

7.河水矿化度与河水中主要阴阳离子的关系：

矿化度是指水中离子、分子和各种化合物的总含量,通常以水烘干后所得的残渣来确定.（待定）

8.污染源、污染物、污染方式、污染途径的含义及分类：

（1）污染源是指造成环境污染的污染物发生源，通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害影响的场所、设备、装置或人体。

分类：

1）按形态分：

点源、线源、面源；2）按稳定性分：

固定源、移动源；3）按排放时间分：

连续源、间断源、瞬时源;4）按产生方式分：

工业污染源、生活污染源、农业污染源。

（2）污染物是指进入环境后能够直接或者间接危害人类的物质。

分类：

无机无毒污染物、需氧有机物、有毒物质、营养性污染物、放射性污染物、油类污染物、生物污染物、固体污染物、感官性污染物和热污染

（3）污染方式：

污染物对水体进行污染的手段。

分为直接污染和间接污染

（4）污染途径：

污染物对水体产生污染的路径。

分为地表水污染途径和地下水污染途径。

9.水体中的污染物及其分类？

水中优先控制的污染物的特点？

水体中的污染物种类很多，一般分为无机污染物、致病微生物、植物营养素、耗氧污染物和重金属离子等五类。

优先控制污染物的特点：

1）具有毒性，与人体健康密切相关；2）在环境中有长效性，对环境和人体健康的危害具有不可逆性；3）有机氯化合物居多，且难以生物降解；4）在水中含量低，一般为微克每升数量级，甚至是纳克每升。

10.污染物进入水体后的运动过程：

污染物进入水体之后，随着水的迁移运动、污染物的分散运动以及污染物质的衰减转化运动，使污染物在水体中得到稀释和扩散，从而降低了污染物在水体中的浓度。

11.天然水中存在哪些化学平衡？

沉淀—溶解平衡、酸-碱平衡、氧化-还原平衡、配合-离解平衡、吸附-解吸平衡。

12.水体有机物降解过程？

有机物在水体中的降解是通过化学氧化、光化学氧化和生物化学氧化来实现的。

13.一般有机物转化和降解模式：

1分配作用2挥发作用3水解作用4光解作用5生物降解作用

14.耗氧有机物自净方程及其应用：

（待定）

应用：

1.用于分析受有机物污染的河水中溶解氧的变化动态，推求河流的自净过程及其环境容量，进而确定可排入河流的有机物最大限量。

2.推算确定最大缺氧点即氧垂点的位置及到达时间，并依此制定河流水体防护措施。

15.酚化物，氰化物的自净与防治：

氰化物的自净：

1）挥发：

氰化物与酸性物质作用产生气态HCN排向大气；2）化学氧化和微生物分解。

氰化物的防治：

严格控制其排放标准；合理利用自净酚化物的自净：

挥发和氧化分解

酚化物的防治：

1）严格合理的排放标准,控制进入环境的负荷量;2）合理利用、生物净化;3）采取气提、萃取、离子交换法等进行处理。

16.重金属在水环境中的污染特征：

天然水中的微量重金属就可产生毒性效应。

重金属产生毒性大小的浓度范围取决于该金属的性质

（2）微生物不仅不能降解重金属，相反地某些重金属元素可在微生物作用下转化为金属有机化合物，产生更大的毒性。

（3）生物体对重金属有富集作用（4）重金属可通过饮水人体，从而对人体健康产生不利的影响。

17.主要重金属污染物在水体的迁移转化及其化学行为：

重金属在水环境中的迁移转化：

可分为机械迁移，物理化学迁移和生物迁移三种基本类型。

机械迁移是指重金属离子以溶解态或颗粒态的形式被水流机械搬运。

物理化学迁移指重金属以简单离子，络离子或可溶性分子在水环境中的存在形式，富集状况和谐在危害程度。

生物迁移指重金属通过生物体的新陈代谢，生长，死亡等过程所实现的迁移。

18.水分析化学的性质和任务

性质：

水分析化学是研究水及其杂质，污染物的组成性质、含量和他们的分析方法的一门学科。

任务：

研究水及其杂质、污染物的组成性质；研究水中杂质的含量及其变化情况；研究水中杂质的分析方法。

19.水分析化学分类？

定性分析，定量分析

根据水中的物质的性质和水样用量等分为化学分析法、仪器分析法、半微量分析、微量分析和超微量分析法等。

20.水质指标？

（P11-19）水样的采集、保存和预处理？

（P22-29）

21.滴定分析法要求化学反应必须满足什么条件？

化学分析法和仪器分析法的差异？

条件：

1）反映必须具有确定的化学式,即反应按一定的反应方程是进行,这是滴定计算的基础.2）反应必须定量的进行.3）必须具有较快的反应速度.对于速度较慢的反应,有时可以加热或加催化剂来加速反映的进行.4）必须有适当简便的方法确定滴点终点.

差异：

化学分析是建立在化学反应基础上的分析法，仪器分析是建立在物质的物理性质基础上的分析法。

（待定）

22.水分析化学常用的化学分析方法、仪器分析方法有哪些？

这些分析方法分别用来测定那些指标？

化学分析方法：

重量分析法和滴定分析法

重量分析法测定的指标：

主要用于不可过滤残渣或悬浮物、总残渣、总残渣灼烧减重、CCE、Ca2+、Mg2+、Ba2+、可溶性SiO2、硫酸盐等的测定。

滴定分析法测定的指标：

水样中碱度、酸度、硬度、Ca2+、Mg2+、Al3+、Cl-、硫化物、溶解氧（DO）、生物化学需氧（BOD）、高锰酸盐指数、化学需氧量（COD）等许多无机物和有机物的测定。

仪器分析法：

光学分析法、电化学分析法、色谱法。

光化学分析法：

主要用于水中色度、浊度、NH3-N、NO2-—N、NO3-—N、余氯、ClO2、酚、CN-、硫化物、Cd2+、Cr6+、Pb2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、砷化物、以及黄腐酸、木质素的许多微量成分的分析测定。

电化学分析法：

注要用于水中PH值、酸度、和碱度的测定。

可用于酸碱滴定、络合滴定、沉淀滴定和氧化还原滴定等。

色谱法：

可测定空气中的各种有害物质的浓度，也可用于水中许多成分的分离。

对水中CHCl3、CHCl2Br、CHClBr2、HCBr3等有机卤代物以及有机磷农药、苯系化合物、丙烯酰胺等有机化合物。

23.水分析结果的误差及其表示方法？

根据误差的来源和性质分为系统误差和随机误差。

（1）系统误差系统误差又叫可测误差。

由某些经常的原因引起的误差，使测定结果系统偏高或偏低。

其大小、正负也有一定规律；具有重复性和可测性。

系统误差包括：

1）方法误差：

由于某一分析方法本身不够完善或有缺陷而造成的。

2）仪器和试剂误差由于仪器本身不够精确和试剂或蒸馏水不纯造成的。

3）操作误差由于操作人员一些生理或习惯上的原因而造成的。

（2）随机误差：

随机误差又叫偶然误差。

由某些偶然原因引起的误差，其大小正负无法测量，也不能加以校正，所以随机误差又叫不可测误差。

（3）过失误差：

由于分析人员主观上责任心不强、粗心大意或违反操作规程等原因造成过失误差。

分析人员只要有严谨的科学作风、细致的工作态度和强烈的责任感，这些过失误差是可以避免的。

表示方法：

误差分绝对误差和相对误差。

绝对误差：

测量值（X）与真实值（XT）之差称之为绝对误差（E）或误差

绝对误差=测量值-真值E=X-XT

其中真值是客观存在的真实数值，是未知的。

但真值可由理论真值、计量学约定真值和相对真值来表示。

相对误差：

绝对误差在真值中所占的百分率。

则相对误差RE（%）：

RE=E/XT×100%=（X-XT）/XT×100%

绝对误差和相对误差都有正负之分，正值表示测定值比真值偏高，负值表示测定值比真值偏低。

准确度指测定结果与真实值接近的程度。

分析方法的准确度由系统误差和随机误差决定的。

可用绝对误差或相对误差表示。

误差越小，准确度越高。

但在实际水处理和分析实践中，通常以“回收率”表示方法的准确度。

回收率=（加标水样测定值-水样测定值）/加标值×100%

式中加标水样测定值——水样中加入已知量的标准物后按分析流程测定值

水样测定值——水样直接按分析流程测定值

加标量——加入标准物质的量

回收率用百分数表示，回收率越接近100%，方法的准确度越高。

24.常量、半微量、微量分析对所需试样的质量、试液体积及组分在试样中的相对含量要求:

固体试样质量（mg）

液体试样体积（mL）

组分含量

常量分析

>100

>10

>1

半微量分析

10～100

1～10

0.01~1

微量分析

<10

<1

<0.01

25.试剂规格及其适用范围？

基准物质必须满足的条件？

标准溶液的配制和标定？

试剂规格及其适用范围：

（1）优级纯：

纯度很高，适用于精密分析工作和科学研究工作，有的还可做基准物质。

（2）分析纯：

纯度仅次于一级品，适用于多数分析工作和科学研究工作。

（3）化学纯：

纯度较二级差些，适用于一般分析工作。

（4）医用实验试剂：

纯度较低，适用做实验辅助试剂。

（5）生物试剂

用于直接配制标准溶液浓度的物质称基准物质。

基准物质必须符合以下要求：

　　1.组成与化学式完全相符

　　2.纯度足够高，主成分含量在99.9%以上，所含杂质不影响滴定反应的准确度。

　　3.性质稳定，例如不易吸收空气中的水分和CO2以及不易被空气所氧化等。

　　4.最好有较大的摩尔质量以减少称量时的相对误差。

　　5.用于滴定反应时应按反应式定量进行且没有副反应。

6.必须以适宜方法进行干燥处理才能应用。

常用的基准物质有纯金属及化合物。

标准溶液的配制和标定：

P219

26.水质分析的一般程序：

1.提出问题，2.样品采集，3.样品制备，4.样品分析，5.数据分析，6.结果报告。

27.酸碱滴定法、氧化还原滴定法、络合滴定法、沉淀滴定法、吸收光谱法的基本原理？

酸碱滴定法原理：

采用连续滴定法测定水中碱度。

先以酚酞为指示剂，用HCl标准溶液滴定至终点时溶液由红色变为无色，用量为P（mL）。

接着以甲基橙为指示剂，继续用同浓度HCl溶液滴定至溶液由橘黄色变为橘红色，用量为M（mL）。

根据HCl标准溶液的浓度和用量（P与M），求出水中碱度。

（407页）

高锰酸钾法原理：

水样在酸性条件下，高锰酸钾KMnO4将水样中的某些有机物及还原性的物质氧化，剩余的KMnO4用过量的草酸钠Na2C2O4还原，再以KMnO4标准溶液回滴剩余的Na2C2O4，根据加入过量KMnO4和Na2C2O4标准溶液的量及最后KMnO4标准溶液的用量，计算高锰酸盐指数，以mgO2/L表示。

重铬酸钾法原理：

水样在强酸性条件下，过量的K2Cr2O7标准溶液与水中有机物等还原性物质反应后，以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液返滴剩余的K2Cr2O7，计量点时，溶液由浅蓝色变为红色指示滴定终点，根据（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液的用量求出化学需氧量（COD,mgO2/L）。

碘量法原理：

在酸性溶液中，水样中氧化物性质与碘化钾作用，定量释放I2，以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定至蓝色消失为滴定终点。

根据硫代硫酸钠标准溶液的用量，间接求出水中氧化性物质的含量。

络合滴定法原理：

在PH=10的NH3-NH4Cl缓冲溶液中，铬黑T与水中Ca2+、Mg2+形成紫红色络合物，然后用EDTA标准溶液滴定至终点时，置换出铬黑T使溶液呈现亮蓝色为终点。

根据EDTA标准溶液的浓度和用量可求出水样中的总硬度。

如果在PH>12时，Mg2+以Mg（OH）2形式被掩盖，加KB指示剂，用EDTA标准液滴定溶液有红色变为蓝色为终点。

根据EDTA的浓度和用量求出水样中Ca2+含量。

沉淀滴定法原理：

在中性或弱碱性溶液中，以K2CrO4为指示剂，用AgNO3标准溶液直接滴定水中Cl-时，由于AgCl的溶解度小于Ag2CrO4的溶解度，所以滴定过程中先析出AgCl，过量后，稍过量的Ag+与CrO42-生成Ag2CrO4砖红色沉淀。

终点时，AgNO3实际用量比理论用量稍多，需以蒸馏水作为空白对照扣除。

根据AgNO3标准溶液的浓度和用量计算水样中Cl-的含量。

吸收光谱法：

各种物质由于其结构不同，对电磁波的吸收也不同，每种物质都有其特征性的吸收光谱，据此可对物质进行定量和定性分析的方法。

28.酸碱指示剂、氧化还原指示剂的作用原理和变色范围？

络合滴定中金属指示剂的作用原理？

（1）酸碱指示剂

作用原理：

酸碱指示剂多数是有机弱酸，少数是有机弱碱或两性物质，他们的共轭酸碱对有不同的结构，故其在给出或得到质子时结构会发生变化，因而呈现不同颜色。

变色范围：

HIn==H++In-

酸式色碱式色

当[HIn]/[In-]≥10时，看到的是酸式色，即pH≤pK-1；

当[HIn]/[In-]≤1/10时，看到的是碱式色，即pH≥pK+1

（2）氧化还原指示剂

作用原理：

此指示剂是本身就具有氧化还原性质的有机物。

在氧化还原滴定中，这种指示剂也发生氧化还原反应，且氧化态与还原态颜色不同，利用其颜色突变来确定滴定终点。

变色范围：

In（Ox）+ne-==In（Red）

氧化态还原态

当CIn（Ox）/CIn（Red）≥10时，溶液呈现氧化态；

当CIn（Ox）/CIn（Red）≤1/10时，溶液呈现还原态。

（3）金属指示剂作用原理：

金属指示剂是一些有机络合剂，可与金属离子形成有色络合物，其颜色与游离金属指示剂的颜色不同，故以此作为滴定终点。

29.酸碱滴定法、氧化还原滴定法、络合滴定法、沉淀滴定法、吸收光谱法主要用来测定哪些水质指标？

酸碱滴定法：

碱度酸度

氧化还原滴定：

高锰酸钾指数

络合滴定法：

水中硬度的测定

沉淀滴定法：

水中Cl-的测定

吸收光谱法：

水中氨氮含量的测定

30.水中碱度和酸度的测定：

碱度：

（酸碱指示剂滴定法）以酚酞和甲基橙作指示剂，用HCl或H2SO4标准溶液滴定水样中碱度至终点，根据所消耗酸标准溶液的量计算水样中碱度。

酸度：

以酚酞和甲基橙作指示剂，用NaOH或Na2CO3标准溶液滴定水样中酸度至终点，根据所消耗碱溶液标准溶液的量计算水样中酸度。

31.水的硬度及其测定？

（P156-159）

32.莫尔法、佛尔哈德法、法扬司法的原理、滴定条件及应用？

（P173-179）

33.重铬酸钾法、高锰酸钾法、碘量法的原理及应用？

吸收光谱法在水质分析中的应用？

高锰酸钾法原理：

水样在酸性条件下，高锰酸钾KMnO4将水样中的某些有机物及还原性的物质氧化，剩余的KMnO4用过量的草酸钠Na2C2O4还原，再以KMnO4标准溶液回滴剩余的Na2C2O4，根据加入过量KMnO4和Na2C2O4标准溶液的量及最后KMnO4标准溶液的用量，计算高锰酸盐指数，以mgO2/L表示。

重铬酸钾法原理：

水样在强酸性条件下，过量的K2Cr2O7标准溶液与水中有机物等还原性物质反应后，以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液返滴剩余的K2Cr2O7，计量点时，溶液由浅蓝色变为红色指示滴定终点，根据（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液的用量求出化学需氧量（COD,mgO2/L）。

碘量法原理：

在酸性溶液中，水样中氧化物性质与碘化钾作用，定量释放I2，以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定至蓝色消失为滴定终点。

根据硫代硫酸钠标准溶液的用量，间接求出水中氧化性物质的含量。

应用：

P310-327