工业锅炉水处理技术-6.doc 6页

'形式存在，但在水中也能发生微弱的电离（电离成NH4+和OH-）。根据碱在水溶液中电离OH-的能力，也可把碱分为强碱和弱碱。在水溶液中几乎能全部电离的称为强碱，如NaOH、KOH和Ba（OH）2；难以电离的称为弱碱，如NH3·H2O（氨水）等。因此，碱性的大小也是随着碱的电离度降低而减弱。2.碱的共性由于碱在水溶液中都能电离出OH-，所以碱类物质也都具有一定的共性，其主要表现为以下的化学性质。（1）能使酸碱指示剂变色碱溶液能使石蕊试纸显蓝色；使甲基橙指示剂变黄色；遇酚酞指示剂变红色。（2）能与非金属氧化物反应，生成盐和水例如，采用熟石灰作软化降碱处理时，石灰乳可与水中的二氧化碳反应，从而起到降碱的作用：又如，装强碱溶液的瓶子或滴定管不能用玻璃塞，否则会由于碱与玻璃中的二氧化硅发生如下反应，而使塞子打不开或无法转动。（3）与酸发生反应，生成盐和水例如，锅炉水垢中的氢氧化镁用盐酸清洗的反应：（4）与盐反应，生成新的碱和新的盐例如，采用熟石灰作软化降碱处理时，石灰乳与水中的碳酸盐硬度反应，从而起到既软化又降碱的作用：另外，碱类的水溶液都具有涩味和滑腻感。（三）盐及其一般化学性质1.盐的概念（1）盐的定义：凡是电离时生成金属阳离子和酸根阴离子的化合物叫做盐。（2）盐的分类、组成和命名：根据盐的组成不同，可把盐分为：正盐、酸式盐、碱式盐、复盐等。①正盐：在分子中只含有金属原子和酸根的盐叫正盐。其命名由酸根名称和金属离子名称组成，如：CaCO3叫碳酸钙；食盐中的主要成分NaCl叫氯化钠。②酸式盐：在分子中除含有金属原子和酸根外，还含有一个或几个能被金属原子置换的氢原子的盐叫酸式盐。其命名是在酸根名称和金属离子名称中间加“氢”，如：Ca（HCO3）2叫碳酸氢钙；NaH2PO4叫磷酸二氢钠。③碱式盐：在分子中除含有金属原子和酸根外，还含有一个或几个氢氧根的盐叫碱式盐。它的命名是在其正盐的名称前加“碱式”两字，如MgOHCl叫碱式氯化镁。④复盐：由两种不同的金属离子和酸根组成的盐叫复盐。如KAl（SO4）2叫硫酸铝钾（ 俗称为明矾）。2.盐的一般化学性质（1）与酸反应生成新的盐和新的酸（见酸的化学性质）（2）与碱反应生成新的盐和新的碱（见碱的化学性质）（3）与另一种盐反应，生成两种新的盐例如低压锅炉常用碳酸钠作防垢剂，除去硬度，其反应为：CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl（4）与金属作用生成新的盐和新的金属例如，中、高压锅炉的给水应严格控制铜离子的含量，否则水中的铜盐将会对金属铁发生如下的腐蚀反应：Fe+CuCl2=FeCl2+Cu↓实验证明，并不是所有的金属都会发生这种置换反应，事实上只有排在金属活泼性顺序表前面的金属，才能把排在它后面的金属从其盐溶液中置换出来，反之则不会发生反应。（四）氧化物及其一般化学性质氧化物是由氧与另一种元素组成的化合物。根据氧化物的化学性质不同，可分为：酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物及惰性氧化物。1.酸性氧化物凡能与碱反应生成盐和水的氧化物，称为酸性氧化物。大多数非金属氧化物为酸性氧化物，如：CO2、SO3、SO2、SiO2等。大多数酸性氧化物能和水化合生成相应的含氧酸，例如SO3+U2O=H2SO42.碱性氧化物凡能与酸反应生成盐和水的氧化物，称为碱性氧化物。大多数金属氧化物为碱性氧化物，并为固体。如：Na2O、CaO、MgO等。碱性氧化物中只有活泼金属的氧化物才能与水直接化合生成相应的碱，例如：Na2O+H2O=2NaOH3.两性氧化物既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。如A12O3、Fe2O3、ZnO等。与酸、碱的反应如：ZnO+2HCl=ZnCl2+H2OZnO+2NaOH=Na2ZnO2+H2O4.惰性氧化物既不能与酸反应也不能与碱反应的氧化物称为惰性氧化物。如CO、NO等。（五）络合物及其一般化学性质1.络合物的概念由一个简单的阳离子（称为中心离子）与一定数目的中性分子或阴离子（称为配位体） 以配位键结合而成的复杂离子或分子叫络离子或络合分子；络合分子或含有络离子的化合物叫络合物。通常也把络离子叫做络合物，二者并未加严格区别。作配位体的物质也称络合剂，与中心离子以配位键结合的配位体的数目称配位数。不同的络合物在水溶液中的稳定性不同，其稳定性常以“稳定常数”表示。络合物的组成可分为内界与外界两部分：内界就是中心离子（或原子）与配位体所组成的络离子,常用方括号括起来；与络离子化合的,即方括号以外的为外界。例如,在[Cu（NH3）4]SO4（硫酸铜氨）中：[Cu（NH3）4]2+（铜氨络离子）为内界，其中Cu2+为中心离子，NH3为配位体，中心离子的配位数为4；SO42-为外界。2.络合物与简单化合物的区别由两种元素或离子组成的化合物称为简单化合物，如HCl、H2O、CuSO4等。由简单化合物组成较复杂的化合物称为分子间化合物，也称分子加成物，如复盐K2SO4·A12（S04）3·24H2O（明矾）。虽然复盐分子看起来也较复杂，但它在水溶液中可完全电离成简单的K+、A13+、SO42-，其性质与简单化合物一样，因此不属于络合物。络合物的性质与简单化合物完全不同。含络离子的络合物虽然也能电离成络离子与外界离子，但络离子在水溶液中则不易解离成简单离子，它通常以整个离子参加反应。不过当加入能与其形成更稳定络离子的络合剂时，则能使原来的络合物解离，同时形成新的络合物。例如，在pH=10的条件下，往含有硬度的水中加入铬黑T指示剂（也是一种络合剂），钙镁离子便与铬黑T生成红色络合物，这时如往溶液中滴加EDTA络合剂，由于钙镁离子可与EDTA形成更稳定的五色络合物，因此当滴加的EDTA量与硬度的量相等时，也即钙镁离子全部与铬黑T解离而转为与EDTA络合，这时溶液便显示出铬黑T本身的蓝色。水中的硬度大小就是根据这一原理来测定的。3.络合物的应用络合物的应用很广，在生产和科学研究中常利用络合反应进行滴定分析，如上例的硬度测定等。有些难溶物质也可用络合剂通过络合反应来溶解。如高压锅炉常用EDTA或柠檬酸作化学清洗剂，就是利用络合反应来安全地除去铁垢（锈）或氧化皮。在循环水系统中，常加入少量的六偏磷酸钠或三聚磷酸钠，也是利用它们与冷却水中的钙镁离子络合来防止系统结垢。第二节物质的量一、物质的量及物质的量单位（一）物质的量由于分子和原子等粒子极其微小，无论何种化学反应，人们能观察到的物质变化，其参加的分子或原子数就可达数亿万个，不可能逐个地进行计算和称量。为了研究和计算的方便，国际上规定了以阿佛加德罗常数为计数单位来表示物质多少的一个物理量，即“物质的量”，常用符号n表示。用物质的量时应指定基本单元。基本单元可以是原子、分子、离子、电子及其它粒子，或是这些粒子的特定组合。例如硫酸的基本单元可以是：H2SO4、1/2H2SO4、SO42-、1/2SO42-等。 如用A泛指基本单元，则将A写在量的符号右下角，如nA；若基本单元有具体所指，则应将代表单元的符号写于与量的符号齐线的括号中，如n（SO42-）。（二）物质的量单位物质的量IS计量单位是摩尔，符号为mol，中文可简称为摩。国际上规定，如果某物质所含的基本单元粒子数目达到阿佛加德罗常数（6.022045×1023）时，该系统中物质的量即为1摩尔（mo1）。这就好比人们把2称为“1双”、把12称为“1打”一样，粒子数为6.022045×1023个就称为“1摩尔”。必须注意的是，凡使用摩尔为单位表示物质的量时，必须用元素符号、化学式或相应的粒子符号标明其基本单元。否则，表示的意思将含糊不清。例如，不能说“1摩尔硫酸”，因为这样的话“硫酸”的基本单元是“H2SO4”，还是“1/2H2SO4”不明确，实际上两者相差一倍，即：有时在实际应用中，感到摩尔单位太大，也常用毫摩尔或微摩尔表示，其符号分别为mmol和μmol。lmol=1000mmol；1mmol=1000μmol。二、摩尔质量、物质的量与物质的质量的关系（一）摩尔质量每摩尔物质的质量叫做摩尔质量，单位为：g/mol（克/摩尔），用符号M表示。在数值上摩尔质量等于该物质相应的式量（即分子量、原子量、离子量等）。如上所述，凡是涉及到“摩尔”概念的，都必须指明基本单元，故摩尔质量也必须指明基本单元。对于同一物质，规定的基本单元不同，其摩尔质量也就不同。例如：对于硫酸（H2SO4）来说，其相对分子质量为98，则：H2SO4的摩尔质量M（H2SO4）=98g/mol；而1/2H2SO4的摩尔质量M（1/2H2SO4）=（98/2）g/mol=49g/mol。又如钙（Ca）的相对原子质量为40，Ca2+的摩尔质量M（Ca2+）=40g/mol。而1/2Ca2+的摩尔质量M（1/2Ca2+）=20g/mol。（二）物质的量（n）与物质的质量（m）的关系物质的量是一个基本量，其法定IS计量单位为mol；物质的质量是另一基本量，其IS计量单位为kg（实际工作中也常用其导出单位g、mg或μg）。因此，不要把某物质A的物质的量nA与A的质量m混同起来。对于以A为基本单元的物质来说，物质的量（nA）、摩尔质量（MA）与A物质的质量（m）之间的关系可依下式计算： 三、化学反应中等一价物质的量相等规则从盐酸与碳酸钙的反应式：CaCO3+2HCl二CaCl2+CO2↑+H2O可知，1摩尔的CaCO3需2摩尔的HCl与其反应，但如果将碳酸钙以1/2CaCO3为基本单元，则1摩尔1/2CaCO3正好可与1摩尔的HCl反应，即：n（1/2Ca2CO3）=n（HCl）。因此，在化学反应中，为了计算方便，通常都将参加化学反应的物质以一价离子为基本单元。这样物质发生化学反应时，它们的物质的量都必定相等，我们称此为“等一价物质的量相等规则”（这也即与以前的“物质完全反应时，当量数必等”的当量定律*相同）。由此，只要知道了其中一个物质的量，就可方便地求出参与反应的其它物质的量。第三节溶液、溶液浓度及有关计算一、溶液与溶液浓度（一）溶液将食盐和糖分别放在水中，可观察到食盐和糖的固体会在水中逐渐“消失”，最后变成澄清、透明的盐水和糖水。象这样，一种物质均匀地分散到另一种液体物质中的过程叫做溶解，溶解后所得到的稳定而均匀的混合物叫做溶液。能溶解其它物质的叫溶剂；溶解于溶剂中的物质叫溶质。所以，溶液=溶剂+溶质。溶质不但可以是固体，还可以是气体或液体。有时溶质和溶剂也是相对而言。例如酒精加入到水中，如果酒精少于水，则水为溶剂，酒精为溶质；反之，酒精多于水，这时水为溶质，酒精则为溶剂。一般不专门指明其溶剂的，都是指水溶液。（二）溶解度1.溶解性事实证明，在一定量的溶剂中，溶质所能溶解的量都是有限的，各种物质在溶剂中所能溶解的量也有较大的不同。一般认为：20℃时，在100克水中能溶解10克以上的物质叫做易溶物质；能溶解1克以上的物质叫做可溶物质；溶解1克以下，0.01克以上的物质叫做微溶物质；仅溶解0.01克以下的物质叫做难溶物质。2.溶解度在一定的温度条件下，每100克溶剂中最多可溶解的溶质克数，叫做这种溶质的溶解度。例如，在20℃时，食盐（氯化钠）在水中最多可溶解36克，所以其溶解度为36克。物质的溶解度不仅与溶剂的种类有关，而且还与温度有关。大多数固体物质在水中的溶解度随着温度的升高而增大，但气体和少数固体物质在水中的溶解度却是随着温度的升高而降低。例如，硫酸钙在常温下为微溶物质，但在高温的锅水中，其溶解度却随着温度的升高而很快下降，因此当给水中存在硫酸钙时，锅炉受热强度高的部位就容易结生硫酸盐水垢。又如，氧气的溶解度也随水温的升高而减小，当水温达到沸腾温度时，其溶解度为零。不过，气体在水中的溶解度还与气体的压力有关。 3.饱和溶液、不饱和溶液及过饱和溶液在一定条件下，当溶液中溶质的量达到了它的溶解度时，此溶液称为饱和溶液，这时溶质既不能再溶解，也没有结晶析出；溶质的量尚未达到其溶解度时，称为不饱和溶液，这时溶质还能继续溶解；溶质的量超过了溶解度时，则称为过饱和溶液，这时溶液中有结晶析出。（三）溶液浓度在一定量的溶液（或溶剂）中，所含溶质的量称为溶液的浓度。浓度的表示方法有许多，下面主要介绍锅炉水处理工作中常用的几种浓度。1.质量分数浓度溶液的浓度以溶质的质量与溶液总质量之比表示，称为质量分数浓度，常用符号W（％）表示。即：例2—3再生钠离子交换器需用质量分数浓度为6％的氯化钠溶液1500kg，问需含95％氯化钠的食盐及水各多少千克?解：6％的氯化钠溶液中含溶质氯化钠的质量为：溶质质量二溶液的质量分数X溶液质量=6％X1500=90（kg）；食盐（混合物）质量二氯化钠质量÷质量分数=90÷95％≈95水（溶剂）质量二溶液质量—溶质质量=1500-95=1405（kg）答：需食盐95千克，水1405千克。2.物质的量浓度溶液浓度以单位体积的溶液中所含溶质的物质的量来表示，称为物质的量浓度，简称浓度，常用符号C（A）表示（在化学中有时表示成[A]），括号中的“A”为基本单元。根据浓度的定义和2-1式，物质的量浓度可由下式表示：物质的量浓度的IS单位为mol/m3，但常用的则是其导出单位mol/L。有时当溶液浓度非常小时，也可用mmnol/L（毫摩尔/升）、μmoL/L（微摩尔/升）表示。例2-4欲配制C（1/2Na2CO3）0.1000mol/L的碳酸钠标准溶液500.00毫升，需称几克基准无水碳酸钠?解：由于标准溶液要求浓度准确，所以碳酸钠摩尔质量的有效数字应与浓度一样达到四位，即：M（1/2Na2CO3）=（22.99×2+12.00+16.00×3）/2=52.99（g/mol）'