《水分析化学》课后习题与答案.doc

水分析化学平时作业整理第一章1. 简述水分析化学课程的性质及任务。性质：水分析化学是研究水及其杂质、污染物的组成、性质、含量和它们的分析方法的一门学科。任务：通过水分析化学学习，掌握水分析化学的四大滴定方法（酸碱滴定法、络和滴定法、沉淀滴定法和氧化还原滴定法）和主要仪器分析法（如吸收光谱法、色谱法和原子光谱法等）的基本原理、基本理论、基本知识、基本概念和基本技能，掌握水质分析的基本操作，注重培养学生严谨的科学态度，培养独立分析问题和解决实际问题的能力。2. 介绍水质指标分几类，具体包括哪些指标？ (1) 物理指标 1) 水温 2) 臭味和臭阈值 3) 颜色和色度 4)浊度 5)残渣 6)电导率 7)紫外吸光度值 8)氧化还原电位 （2）微生物指标 1) 细菌总数 2) 总大肠菌群 3) 游离性余氯 4) 二氧化氯 (3) 化学指标 1) pH值 2) 酸度和碱度 3) 硬度 4) 总含盐量 5) 有机污染物综合指 标 6) 放射性指标第二章1. 简述水样分析前保存的要点是什么？ 水样保存希望做到：减慢化学反应速度，防止组分的分解和沉淀产生；减慢化合物或络合物的水解和氧化还原作用；减少组分的挥发溶解和物理吸附；减慢生物化学作用。 水样的保存方法主要有加入保存试剂，抑制氧化还原反应和生化作用；控制pH值和冷藏冷冻等方法，降低化学反应速度和细菌活性。2. 测定某废水中的COD，十次测定结果分别为50.0,49.2,51.2,48.9,50.5,49.7,51.2,48.8,49.7和49.5 mgO2/L，问测量结果的相对平均偏差和相对标准偏差（以CV表示）各多少？解：=49.87 di=Xi-=0.684(%)=×100=×100=1.37%Sr= = =CV(%)=×100=1.73%第三章1. 已知下列各物质的Ka或Kb，比较它们的相对强弱，计算它们的Kb或Ka，并写出它们的共轭酸（或碱）的化学式。 （1） HCN NH4+ H2C2O4 4.93×1010（Ka） 5.6×1010（Ka） 5.9×102（Ka1） 6.4×105（Ka2） （2） NH2OH CH3NH2 AC 9.1×109（Kb） 4.2×104（Kb） 5.90×1010（Kb）解：（1）酸性强弱：H2C2O4 > NH4+ > HCN HCN： 共轭碱为CN NH4+ ： 共轭碱为NH3 H2C2O4： 共轭碱为 HC2O4 共轭碱为C2O42 （2）碱性强度：CH3NH2 > NH2OH > ACNH2OH： 共轭酸为 CH3NH2 ： 共轭酸为 AC： 共轭酸为HAc2. 简述酸碱滴定中指示剂的选用原则。 最理想的指示剂应恰好在计量点时变化。但，实际上凡在pH=4.309.70范围内变色的指示剂，均可保证有足够的准确度。在满足滴定准确度要求的前提下，其变色点越接近计量点越好。 注意： 强酸滴定强碱的滴定曲线与强碱滴定强酸类同，只是位置相反。 滴定突跃大小与滴定液和被滴定液的浓度有关。如果是等浓度的强酸强碱相互滴定，其滴定起始浓度减少一个数量级，则滴定突跃缩小两个pH单位。(P87) 指示剂选择的原则，各类酸碱滴定选用指示剂的原则都是一样的。 所选择的指示剂变色范围，必须处于或部分处于计量点附近的pH突跃范围内。弱酸共轭酸或弱酸共轭碱组成的缓冲溶液能控制的pH范围为3. 某一弱酸型指示剂在pH=4.5的溶液中呈现蓝色，在pH=6.5的溶液中呈现黄色，该指示剂的解离常数KHIn为多少？ 解：由题意知该指示剂pK=5.5 KHIn=105.5=3.2×1064. 水中碱度主要有哪些？简述碱度测定的基本原理。 一般水中碱度主要有重碳酸盐(HCO3)碱度、碳酸盐(CO32)碱度和氢氧化物(OH)碱度。 水中碱度的测定采用酸碱指示剂滴定法，即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，计算水样中的碱度。5. 取水样100.0mL，用0.1000mol/L HCl溶液滴定至酚酞终点，消耗13.00mL；再加甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至橙红色出现，消耗20.00mL，问水样中有何种碱度？其含量为多少（mg/L表示）？解：P=13.00mL，M=20.00mL P<M 水中有CO32和HCO3碱度，CO32=2P，HCO3=M-P CO32碱度（CO32，mg/L）=780.0mg/L HCO3碱度（HCO3，mg/L）=427.0mg/L6. 一水样中可能含有CO32、OH、HCO3，或者是混合水样。用20.00mL0.100mol/L HCl溶液，以酚酞为指示剂可滴定至终点。问： （1）若水样含有OH和CO32的量（过去称摩尔数）相同，再以甲基橙为指示剂，还需加入多少毫升HCl溶液才可滴定至橙红色终点？ （2）若水样含有CO32和HCO3的量相同，接着以甲基橙为指示剂，还需滴入多少毫升HCl溶液才可达到橙红色终点？ （3）若加入甲基橙指示剂时，不需滴入HCl溶液就已呈终点颜色，该水样中含何种物质？解：（1）P=20.00mL P包括OH和CO32碱度 水样含有OH和CO32的量相同 OH=CO32=P M=CO32=P=10.00mL （2）P=20.00mL P为碱度 =P=20.00mL 水样含有CO32和HCO3的量相同 =HCO3=P=20.00mL 还需滴入M=+HCO3=40.00mL （3）P=20.00mL，M=0 水样中只有OH第四章1络合物的稳定常数和条件稳定常数有什么区别和联系？ 当络合反应达到平衡时，其反应平衡常数为络合物的稳定常数，用K稳表示。络合平衡时的稳定常数K稳是Y总=Y4-，即Y(H)=1时的稳定常数。这样，EDTA不能在pH<12时应用。在实际应用中，溶液的pH<12时，必须考虑酸效应对金属离子络合物稳定性的影响，引进条件稳定常数，用K'稳表示。 络合物的K稳越大，则络合物越稳定。由于pH值越大，Y(H)越小，则条件稳定常数K'稳越大，形成络合物越稳定，对络合滴定就越有利。 2.用EDTA标准溶液滴定水样中的Ca2+、Mg2+、Zn2+时的最小pH值是多少？实际分析中pH值应控制在多大？ 解：lgKCaY=10.69 lgKMgY=8.69 lgKZnY=16.50利用lgY(H)=lgK稳8公式，可以找到滴定各种金属离子（Mn+）时所允许的最小pH值。 滴定Ca2+时，lgY(H)=10.698=2.69 查表，得 pH=7.57.6 滴定Mg2+时，lgY(H)=8.698=0.69 查表，得 pH=9.69.7 滴定Zn2+时，lgY(H)=16.508=8.50 查表，得 pH=4.04.1 滴定Ca2+、Mg2+、Zn2+时的最小pH值分别是7.5，9.6，4.0。 在实际分析中，控制溶液的pH范围要比滴定金属离子允许的最小pH范围大一些，因为EDTA是一有机弱酸，在水溶液中或多或少的解离产生一定量的H+，降低了溶液的pH值，所以控制的pH值稍高一些，可抵消这种影响。 3.计算pH=10时，以10.0mmol/L EDTA溶液滴定20.00mL10.0mmol/L Mg2+溶液，在计量点时的Mg2+的量浓度和pMg值。解：pH=10时， 4. 简述金属指示剂的作用原理，解释什么是金属指示剂的封闭现象和僵化现象。 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本身的颜色不同，因此，可以指示被滴定金属离子在计量点附近pM值的变化。 当金属指示剂与金属离子形成的络合物不能被EDTA置换，加入大量EDTA也得不到终点，这种现象叫做指示剂的封闭现象。 如果金属指示剂与金属离子生成的显色络合物为胶体或沉淀，使滴定时与EDTA的置换作用缓慢，而使终点延长，这种现象叫做指示剂的僵化现象。5.取水样100mL，调节pH=10.0，用EBT为指示剂，以10.0mmol/L EDTA溶液滴定至终点，消耗25.00mL，求水样中的总硬度（以mmol/L和CaCO3 mg/L）? 解：总硬度（mmol/L）= 总硬度（CaCO3 mg/L）=6.取一份水样100mL，调节pH=10，以EBT为指示剂，用10.0mmol/L EDTA溶液滴定至终点，消耗24.20mL；另取一份水样100mL，调节pH=12，加钙指示剂（NN），然后以10.0mmol/L EDTA溶液滴定至终点，消耗13.15mL。求该水样中总硬度（以mmol/L表示）和Ca2+、Mg2+的含量（以mg/L表示）？解：总硬度（mmol/L）= Ca2+(mg/L)= Mg2+ （mg/L）=第五章1. 在含有等浓度的Cl和I的溶液中，逐滴加入AgNO3溶液，哪一种离子先沉淀？第二种离子开始沉淀时，Cl与I的浓度比为多少？解：Ksp,AgCl=1.8×1010 , Ksp,AgI=8.3×1017 当Cl开始沉淀时， 2. 取水样100mL，加入20.00mL 0.1120mol/L AgNO3溶液，然后用0.1160mol/L NH4SCN溶液滴定过量的AgNO3溶液，用去10.00mL，求该水样中Cl的含量（mg/L表示）。 解： 第六章1. 何谓标准电极电位和条件电极电位？ 当电对处于标准状态（即物质皆为纯净物，组成电对的有关物质浓度（活度）为1.0 mol·dm-3，涉及气体的分压为1.0×105Pa时，该电对的电极电势为标准电极电势，用符号 表示。通常温度为298.15K。 条件电极电位与络合反应中的条件稳定常数K稳和稳定常数K稳关系相似，是考虑了外界因素（如离子强度）影响时的电极电位。2. 举例说明三种氧化还原指示剂的显色原理。 利用滴定剂或被滴定液本身的颜色变化来指示滴定终点到达，这种滴定剂或被滴定物质起着指示剂的作用，因此叫自身指示剂。例如：在KMnO4法中，用在酸性溶液中滴定无色或浅色的还原性物质时，计量点之前，滴入的全部被还原为无色的Mn2+，整个溶液仍保持无色或浅色。达到计量点时，水中还原性物质已全部被氧化，再过量1滴（2×106mol/L的），溶液立即由无色或浅色变为稳定的浅红色，指示已达滴定终点，KMnO4就是自身指示剂。 专属指示剂本身并没有氧化还原性质，但它能与滴定体系中的氧化态或还原态物质结合产生特殊颜色，而指示滴定终点。例如：在酸性溶液中用Fe3+滴定Sn2+时，可用KSCN作专属指示剂。计量点前，滴入的Fe3+被Sn2+还原为Fe2+，溶液无色；计量点时，稍过量的Fe3+便与SCN反应生成Fe（SCN）2+红色络合物，指示已达滴定终点。 本身具有氧化还原性质的有机化合物。在氧化还原滴定中，这种指示剂也发生氧化还原反应，且氧化态和还原态的颜色不同，利用指示剂由氧化态变为还原态或还原态变为氧化态的颜色突变，来指示滴定终点。3. 取水样100mL，用H2SO4酸化后，加入10.00mL 0.0100mol/L高锰酸钾溶液（1/5KMnO4=0.0100mol/L），在沸水浴中加热30min，趁热加入10.00mL 0.0100mol/L草酸钠溶液（1/2Na2C2O4=0.0100mol/L），摇匀，立即用同浓度高锰酸钾标准溶液滴定至显微红色，消耗2.15mL，求该水样中高锰酸盐指数是多少（mg O2/L）?V1开始加入KMnO4标准溶液的量（mL）；V1'最后滴定消耗KMnO4标准溶液的量（mL）；V2加入Na2C2O4标准溶液的量（mL）；C1KMnO4标准溶液浓度（1/5KMnO4，mol/L）；C2Na2C2O4标准溶液浓度（1/2Na2C2O4，mol/L）； 8氧的摩尔质量（1/2 O，g/mol）；V水水样的量（mL）。 解：4.用回流法测定某废水中的COD。取水样20.00mL（同时取无有机物蒸馏水20.00mL作空白试验）放入回流锥形瓶中，加入10.00mL 0.2500mol/L重铬酸钾溶液（1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L）和30mL硫酸硫酸银溶液，加热回流2h；冷却后加蒸馏水稀释至140mL，加试亚铁灵指示剂，用0.1000mol/L硫酸亚铁溶液（NH4）2Fe（SO4）2）·6H2O =0.1000mol/L）返滴至红褐色，水样和空白分别消耗11.20mL和21.20mL。求该水样中的COD是多少（mg O2/L）?V0空白试验消耗（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液的量（mL）；V1滴定水样时消耗（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液的量（mL）； C硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（NH4）2Fe（SO4）2，mol/L）； 8氧的摩尔质量（1/2 O，g/mol）；V水水样的量（mL）。应该指出，在滴定过程中，所用K2Cr2O7标准溶液的浓度是1/6K2Cr2O7 mol/L。 解：第七章1、 参比电极和指示电极的种类和作用有哪些？ 指示电极分为金属基电极和膜电极两大类。金属基电极分为金属-金属离子电极、金属-金属微溶盐电极、均相氧化还原电极。 常用的参比电极有甘汞电极和银-氯化银电极。2、 玻璃电极使用前为何必须在蒸馏水中浸泡24h以上？ 由于干玻璃电极对氢离子的传感不灵敏，即对pH值不响应，因此需要用蒸馏水浸泡：一方面，使玻璃电极的薄膜表面形成一层水合硅胶，水合硅胶层与水溶液之间的离子交换平衡是产生电极电位的根源，会恢复玻璃电极对pH值的响应。另一方面，玻璃电极的薄膜内外表面的结构、性质常有差别或不对称，引起不对称电位，浸泡的目的是使其不对称电位减少并达到稳定。 3、 电极使用前为何要用pH标准缓冲溶液标定pH计？ 一般由于温度的影响、电子元件的老化、玻璃电极产家不一或浸泡时间不一等因素，常使pH计测量结果产生偏差，因此除了用仪器上的温度调节钮对温度进行补偿外，必须在测定之前用标准缓冲溶液进行校正。9正校溶缓用定必偿进对钮温仪除，生果量使常一间或不电玻老元响度于计 液缓标用为。达少电其的泡位不，对别质性面内的电面另响的对玻恢源位生是平子间溶硅，硅一形膜电使泡浸用需，响 敏感传对电干由上 水在必用极极银-和甘极的极电还、电微-电属-金极属类极和基金极些有和种示极七 / 的标 程滴出）量） / 质的）/ ） （） 浓液准酸硫） 的液） ）（时定） 的准标 验空解解。 /度液标 所程滴，应。 样水 / 量摩氧 ； ，）（ （的准标硫 量准） 时水；量溶准 ） （试） 的） 量的） 液准 ）/ /浓准 ） 量准 ） 的准 定最） 的液 始开解 ） 样 ，/ 尔氧 ） ， / 液标 ； 度准 ； （液 入 量液 消后 ； 液标 入开）/ （是指高水求 耗微定液标锰浓立， . 溶酸 0 . ， 加在 00 / 钾 . .入后 用 点终指来颜化氧原原为氧由指不的还化且反氧也指种定化氧合的性化具 * 点终已示物色） 成反 量稍点色无 还 +的滴点。示作 ，时 溶在点终示色颜合物原化的体能但性还并剂指 =剂剂是 点达示色的变或由液）/ 0 滴再化被物原水量到浅色仍液+ 无还部的之量时原色色无溶在， 剂指身因的指着物剂定，点滴来颜身滴剂滴 理色剂指氧明位极电影强（素虑，系关定稳 定条应合极 度通表符，电为极电，时00压体气 · ）（浓有对组净质（准处电位极条电准六 解 ）表 量含中该 00去溶 滴 / 0，溶 0 00 入 时沉始 0×. , 0. ,少为比 时沉开种沉子哪液 逐中的等五）/（ )/(+ ） （总） 的 + ）/ 以硬水。 耗，滴溶 . ， 剂指 ，0 份；0 耗点滴 / 0用示 0 节00一）/ 总 ）/ 硬 ） 和 度总中求 耗点定 0以指 ，0 调 样象化的指现，延使慢换置 定使淀为物的成金示属象闭的做现这终也 大，置 不合形离剂指化的 点计属定被可此色身示金与其合有形属可合机剂指象象象封示金么解用的属 时 值 度量 时计液溶 / 0 .定溶 00时= 响种抵，高 控， 溶降 定一的多中在酸一 为些大 的子金比范的制控际在 0 ， 是值小时 + 定 . 得 .0=) ， 定 . =， 0= = 时 滴 . 得表 值 小允） 离金滴以式 . 定 。 的允）（属种到以式 (大多应 分？多值最 + 样定准标 利越就络稳物形大常稳则越(大 。物则大稳合示稳 数定进影的合离对效须时< ，用用应<在不 这常的= 即 =是数常衡络示用数稳物常衡反平应合系和区什定和定的四 有中 =， 0= 0 入 00= = 相量 和 样 0 碱 00） 00 = 相量 含 碱 包 .）质种中水颜呈液 滴不示指加）点色红达 少需剂为基着相的 含样（点终至滴液 毫加还示为再，数称过 水（问问定可为酚， .0 。合者 、 中/ = 度 / .= 碱 - ， 中水< 00= ）表 少量其种有问 0耗现红定滴 继剂基再 .耗，酞滴溶 / 用 00度的水，液标消根，度样液准 剂指橙酚即定示用定碱度) 物和) (碳度 盐有主水般理原定碱？有度× = . 剂示意解围围制液冲组碱弱轭少少 常的示色现液. 在蓝呈 指酸某围 能冲成轭酸或共内范 的附处分须，色示选的一都原用滴碱则的示 (单个缩滴量个减起其定碱强浓是。浓液和定小定反置只类定滴线的强意好点计点其提前要滴足。够足保示指内 0=凡际但时量恰示想则用选中碱 为轭 酸共 酸共 > ：性 轭 为 ： 共： + > 弱强） （×. 0 . 0 0 ） 0× + 式式）酸的它， 的算计对它， 的各三 =0=% = .0×0 . .=少多）以偏标差平的量， .和 . , , . 分结， 水性菌细反学法冻藏和控作化应氧抑存入主存样用学生减附物溶分；原氧水合络化；产解分，速化减做存么是要保分二指性) 标 指合污 盐总)硬 碱) 化)化二) 氯 菌总) 细 标物电电氧 光外 率电 浊 色颜 臭 ) 物 标些哪，分指力力际实和立培度科生培重操的水，本和基知基理、原）谱子色谱吸法析要法原还法淀法络、酸方定四析水学学过科学法分们含质、物污其研是水务务的学分一整业时.时分的是污质含学学析酸络还要法子原基和，重生度际力，标 色浊 电电 菌氯二化 )硬盐污指 )性分么做分解络原溶减用存存化和法反性 . , .，的偏）. ×0=三 对计它的 + 0 . 弱 共 轭 > 酸 为选则量但0内示够要其点好的定置和浓强其减缩( 则原的色须的内酸成围酸 在.色常轭组制围意 ×？理水 度)物度示酚指 液根消的0 酞.基剂红0有量表 0 < - = 者 酚问水 称数示 滴点 的基剂 红加示 颜质） 相 0 碱 0样和相 0 0 0 有的定什合平稳示衡=即= <用<效合进数合大 大越形络就 标+ 多？大 属允 定 滴 允值 得. = ，定 0 .定 小 ， 的比子为 多一降，响=0 溶 /计度 的金象象机属合金色被点的离不 也现闭示金淀 慢使指样 0指0 中 和） / /0 / 点；， ， ，。以 ） +/ ）的逐 沉沉为 0 0 沉 入0 ， 去 中表） 准极处净有（·气0，为度 合条定系（电明色 滴身来，着的指，无色量还+色到物再 由色点是剂 剂性体化色终 时 。的 色点 ）已 * 具性化种反化的由氧来点 后 钾 ，. 溶 .，浓液耗求指/入标；后液 准 ；标 氧尔，样） 始 最准） 量准/ ）试 准水 准 硫 （，摩 水，滴标度 解验 准的时 的硫酸浓 ）质 出程 七示有基类金属-还电和-用 电感，用电一硅子平源的另的质，不其。用液于元电不常量仪温偿缓溶.