《水分析化学-1》理论课讲稿.doc

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1、水分析化学-1理论课讲稿授课教师郝瑞霞课程名称水分析化学-1教学手段多媒体授课日期2006-2007第二学期授课对象 课程性质专业基础课总学时数56， 其中理论学时40，实验学时16序号内容与重点、难点学时分配1第一章 绪论 （1）1.1 水分析化学的任务与分类；1.2 水质指标与水质标准 重点：（1）本课程的地位和任务；（2）水质指标体系组成；（3）常用的有机物水质指标及其应用难点：有机物水质指标的表示方法22第一章 绪论 （2）1.3 水样的取样、保存和预处理方法；1.4 水质分析方法的分类1.5 分析方法的评价体系重点：（1）水样的取样原则和保存方法；（2）容量分析法的基本概念、要求和应

2、用；（3）用于容量分析的化学反应所应具备的条件；（4）精确度与精密度的定义、二者关系;如何提高分析方法的准确度和精密度；难点：水样预处理要求、容量分析的基本要求和操作、精确度与准确度的概念及涵义23第一章 绪论 （3）1.6 数据分析与处理1.7 标准溶液与物质的量浓度重点：（1）分析结果的表示与误差分析；（2）标准溶液的配置；（3）量浓度与基本单元；（4）滴定分析的计算难点：量浓度与基本单元概念；误差分析；滴定分析的计算24第二章 酸碱滴定法（1）2.1 酸碱质子理论；2.2 酸碱滴定过程中有关组分的计算；2.3 酸碱指示剂重点：共轭酸碱对概念的建立，酸碱强度的表征方法，一元弱酸碱、多元弱酸

3、碱、两性物质、缓冲溶液理论及其pH计算；酸碱指示剂变色原理及其变色范围，常用酸碱指示剂酚酞、甲基橙的pH变色范围及颜色变化难点：（1）共轭酸碱的概念、酸碱平衡常数与水的离子积的关系；（2）酸碱平衡中的组分浓度计算。（3）酸碱指示剂的变色原理和变色范围25第二章 酸碱滴定法（2）2.4 酸减滴定曲线与指示剂的选择；2.5 酸碱滴定的应用重点：强碱滴定弱酸的滴定曲线计算过程，指示剂的选择；多元酸分步滴定的可行性和指示剂的选择；水中碱度的来源及组成、连续滴定法测定水中碱度。难点：强碱滴定弱酸的滴定曲线计算过程，影响滴定突跃范围的因素；酸碱指示剂的选择；多元酸分步滴定和滴总量的可行性判断；连续滴定法测

4、定水中碱度。26第三章 络合滴定法（1）3.1 络合物与氨羧络合剂；3.2 络合平衡；3.3 副反应系数和条件稳定常数；重点：水分析化学中用于络合滴定的络合反应具备条件；EDYA的性质以及EDTA雨水中常见金属离子形成的络合物特点；EDTA络合物稳定常数以及影响EDTA与金属离子络合物稳定性的因素，条件稳定常数的概念，水中常见金属离子Fe3+，Al3+，Ca2+，Mg2+被准确滴定的最低pH值以及酸度控制方法。难点：EDTA的酸性特性以及在络合过程中有效络合形态；络合物的稳定常数、条件稳定常数以及副反应系数和相互关系；酸效应曲线及其应用。配合动画演示强化学生的理解。27第三章 络合滴定法（2）

5、3.4 络合滴定基本原理与金属指示剂；3.5 混合离子的选择性滴定3.6 络合滴定方式与应用3.7 水中硬度的测定重点：滴定曲线和滴定突跃的计算；金属指示剂的变色原理以及金属指示剂封闭现象、僵化现象产生的原因、解决措施，常用的金属指示剂络黑T、钙指示剂应用；单一金属离子准确滴定、混合金属离子分别滴定的条件；水中硬度的测定原理和方法，总硬度和分硬度的测定方法。难点：滴定突跃的计算；金属指示剂的封闭现象和僵化现象；混合离子的选择滴定28阶段复习：酸碱滴定和络合滴定总结，习题讲解和课堂讨论29第四章 沉淀滴定法4.1 沉淀溶解平衡与影响因素；4.2 分步滴定；4.3 沉淀滴定原理；4.4 沉淀滴定法

6、的应用重点：（1）利用难溶盐溶度积计算其溶解度；（2）混合离子分步滴定或准确滴定的计算；（3）莫尔法测定水中Cl的方法。难点：难溶盐溶度积计算其溶解度；多种离子共存时分步滴定或准确滴定条件；莫尔法原理与滴定条件210第五章 氧化还原滴定法（1）5.1 氧化还原平衡；5.1 氧化还原反应进行的完全程度；5.3 氧化还原反应速度；5.4 氧化还原滴定曲线重点：氧化还原反应的实质和电极电位、氧化还原反应电极电位、 条件电极电位概念及其影响因素；氧化还原反应平衡常数计算以及定量滴定的条件；氧化还原滴定过程中溶液氧化还原电位的变化及其计算提高氧化还原反应速度的方法；氧化还原平衡与电极电位的应用。难点：

7、氧化还原反应电极电位、条件电极电位概念及其影响因素；氧化还原反应平衡常数计算以及定量滴定的条件；氧化还原滴定过程中溶液氧化还原电位的变化及其计算。211第五章 氧化还原滴定法（2）5.5 氧化还原指示剂5.6 高锰酸钾法；5.7 重铬酸钾法；重点：（1）氧化还原滴定指示剂的种类及其应用；（2）氧化还原滴定法在实际水质指标测定中的应用，COD、BOD、高锰酸盐指数测定。难点：各类有机物综合指标的内涵、相互关系及其测定过程的定量计算。氧化还原指示剂的种类及其应用；高锰酸盐指数与COD的测定、计算；通过对比、总结讲解各类指标以及相关指标的概念加深学生的理解。212第五章 氧化还原滴定法（3）5.8

8、碘量法 ；5.9 溴酸钾法；5.10 有机污染物综合指标重点：碘量法测BOD5难点： 直接碘量法和间接碘量法的应用；各类有机物综合指标的内涵、相互关系及其测定过程的定量计算。213期中总结、复习第一章第五章 阶段复习（1） 重点内容概述 （2） 习题讲解 214第六章 吸收光谱法（1）6.1 吸收光谱6.2 比色法和分光光度法重点：（1）物质对光的选择吸收原理和朗伯-比尔光吸收定律；（2）熟悉光吸收定律适用范围及相关计算；（3）分光光度法的应用范围；（4）分光光度计的构件作用、仪器操作注意事项。难点：（1）光的选择吸收原理和光吸收定律及其适用范围；（2）分光光度计测定原理；（3）朗伯比尔定律、

9、吸收光谱曲线、分光光度计的构件作用和仪器使用。215第六章 吸收光谱法（2）6.3 显色反应与反应条件的确定；6.4 吸光光谱法的定量方法；6.5 吸收光谱法的应用实例。重点：（1）显色反应和分析条件的确定；（2）参比溶液的概念和确定；（3）标准曲线法；（4）Fe的测定、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮测定。难点：（1）显色反应和分析条件的确定，最大吸收波长的概念和确定，参比溶液的选择，吸光度最佳定量测定范围；（2）吸收光谱法定量测定方法；（3）显色反应和分析条件的确定，参比溶液的概念和确定；216第七章 电化学分析法7.1 电位分析法 ；7.2 直接电位分析法pH的测定（玻璃电极法）7.3 电导分

10、析法 重点：（1）参比电极、指示电极的概念；（2）玻璃电极的构成、作用原理、维护和玻璃电极法测定pH的方法；（3）电导率的测定方法；（4）掌握水的氧化还原电位ORP的概念及测定。难点：参比电极、指示电极的概念；玻璃电极的构成、作用原理；水的氧化还原电位ORP217第八章 色谱分析技术和原子吸收光谱法 （1）8.1 原子吸收光谱法重点：原子吸收光谱法的基本原理和应用范围；原子吸收光谱仪的组成部分；原子吸收的定量分析方法和水中重金属离子的测定方法。难点：共振吸收和共振发射的理解以及锐线光源特征谱线的选择；空心阴极灯的结构和发光原理；干扰的消除技术。218第八章 色谱分析技术和原子吸收光谱法 （2）

11、8.2 色谱分析法重点：色谱分离原理、影响分离效果的因素、气相色谱仪的关键构件的作用、色谱定量方法、气相色谱应用、熟悉联机技术种类和应用。难点：（1）色谱分离原理，毛细管色谱柱的特性、检测器原理、色谱定性与定量方法；LC、IC与GC的区别，质谱定性分析原理、联机技术219总复习220习题课2第一次课(2h)一、自我介绍二、课程介绍1、提问：（1）纯净水、自来水、地下水、矿泉水、河湖水、海水、城市污水等本质的区别是什么？科学的鉴别方法是什么？（2）环境水体质量如何表征？水中有哪些污染物？含量是多少？对环境、生物有没有危害？（3）城市给水、污水处理工艺的确定依据是什么？处理效果的如何评定？春秋时的

12、管子称：“水者，何也？万物之本原，诸生之宗室也”（管子水地篇）2、课程定位 给水排水工程专业的专业技术基础课，是专业指导委员会指定十门骨干课程之一。 教学时数56学时，其中课堂教学40学时，实验教学16学时。 先修课程：普通化学、有机化学和物理化学3、水分析化学课程的学习目标：“6、2、1“ 掌握6个基本点：基本概念、理论、原理、方法、操作、技能 注重2个培养：注重培养严谨的科学态度、培养独立分析和解决分析化学中实际问题的能力分析数据是决策依据和技术参考 树立1个“量”概念：强化并树立准确“量”的观念避免工作失误4、本课程与传统分析化学的关系建立在传统分析化学基础之上，以水质指标体系为讲授脉络

13、，突出水质指标的工程应用地位，由水质分析技术引出相关的分析化学理论内容。5、授课内容及安排 *第1章 绪论（6h） *第2章 酸碱滴定法（4h） *第3章 络合滴定法（4h） 阶段复习与习题课 （2h） 第4章 沉淀滴定法(2h) *第5章 氧化还原滴定法（6h） 容量分析法总结与讨论 （2h） *第6章 吸收光谱法（4h） 第7章 电化学分析 （2h） *第8章 色谱法与原子吸收光谱法（6h） 总复习 （2h）注：带星号章节为重点内容。6、实验内容及安排 实验一 分析天平的称量练习（2h） 实验二 滴定分析基本操作(2h) 实验三 水中碱度的测定（酸碱滴定法）(2h) 实验四 水中硬度的测定

14、 (络合滴定法)(2h) 实验五 水中Cl-的测定(沉淀滴定法) (2h) 实验六 水中溶解氧的测定（ 或BOD5）(2h) 实验七 水中高锰酸盐指数的测定(2h) 实验八 分光光度法测水中的铁(2h)7、教学方式 课程讲授：核心的、最具价值的知识点，深讲；把握学科的思维方式和研究方法。难点问题和实际操作用图片和动画演示说明 内容总结、讨论、习题课、参观：围绕课程知识点归类总结、大型仪器应用演示与认识参观等 课程作业：多做多练(强化科学训练）；综合开放的题目 课程考试：平时小测验23次，期末考试 课程材料：教材、多媒体教学课件包8、学习方法与答疑安排 学习方法: （1）预习、听讲、记笔记、自学

15、； （2）复习总结、做作业； （3）实验验证； （4）课堂讨论； 答疑安排：每周四下午1：304：30。地点：建工楼市政实验室214室9、实验教学方式 课堂仿真演示：结合课堂内容，引入虚拟仿真实验课件 实际操作：利用实验项目培养学生规范的操作技能和分析问题解决问题的能力 考核方式：实际操作、口试相结合10、教学要求及成绩评定 课后作业：13题/次课，1篇综述性论文或方案设计 平时小测验：1次/2章 成绩评定: 平时作业和小考20%；实验30%； 期末50% 11、教材和主要参考书 黄君礼，水分析化学，第二版，中国建工出版社 郝瑞霞，吕鉴等，水质工程学试验与技术，北京工业大学出版社 国家环境保护

16、总局、水和废水检测分析方法编委会，水和废水检测分析方法，第四版 北京大学：分析化学教程 (2005) 武汉大学教研室编 ：分析化学（第四版） 华东理工大学、成都科学技术大学 分析化学教研室编，分析化学（第四版）12、第1章 绪论（1） 1.1 水分析化学的地位及作用 1.2 水质指标与水质标准 1.3 取水样、保存、预处理 1.4 水质分析方法的分类 1.5 分析方法的评价体系 1.6 数据分析 1.7标准溶液和物质的量浓度13、第1章 教学要求 1、掌握水质指标体系组成，常用的水质指标的分类及应用 2、熟悉水样的取样原则、保存方法及预处理要求 3、掌握水质分析方法的分类及应用 4、了解分析方

17、法的评价方法，掌握提高分析方法准确度和精密度的方法途径 5、熟练掌握标准溶液的配置方法 6、掌握容量分析的定量计算14、第1章 教学重点与难点 教学重点： （1）本课程的地位和任务，水质指标体系组成，常用的有机物水质指标及其应用 （2）水样的取样原则和保存方法；容量分析法的基本概念、要求；分析结果准确度和精密度评价；标准溶液的配置；容量分析的定量计算。 难点： （1）有机物水质指标的表示方法 （2）误差分析 （3）基本单元的概念 （4）容量分析的定量计算。 三、教学内容1、1.1 水分析化学的地位与作用 分析化学(analytical chemistry)是发展和应用各种方法、仪器和策略，以获

18、得有关物质在空间和时间方面组成和性质的信息科学。分析化学几乎应用到基础科学和工程领域的方方面面。2、水的特性与水质污染水是万物之宗，是人类重要的物质资源。水（氧化氢）与同族元素硫化氢比较，具有很多异常特性，其中强溶解性、强反应能力和强流动能力使得水在自然循环和社会循环过程中混进杂质、受到物理的、化学的和生物型污染。3、水分析化学的任务 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4、水分析化学的作用：水环境保护和治理的“眼睛”和“哨兵” 具体表现在：分析测试结果是给水排水设计、 水处理工艺选择、水环境评价、废水综合利用效果评价的依据5、一般样品分析

19、过程：首先根据需要提出问题，以污水处理工艺选择为例，污水中有哪些污染物需要去除，用那些指标表示；采集有代表性的水样；样品进行预处理；这些指标有哪些分析方法，如何选择分析方法；整理分析数据；提交分析报告。6、1.2 水质指标与水质标准由于水的强溶解性、反应性和流动性使得水中杂质成分复杂，现有技术水平不可能将所有杂质测定出来，可根据杂质的性质和危害，选择适当的参数表示水中杂质的组成和特性，即水质指标，根据水的用途和杂质的危害制定相应的水质指标限值（水质标准），用以衡量水质的好坏。水质指标可按水中杂质的性质和测定过程，分为：物理性指标：表示水样的感官特性，测定过程不发生化学变化。化学性指标：表示水样

20、中杂质的化学成分和特性，包括无机物指标、有机物指标微生物指标：7、颜色指标色度的测量方法（1）颜色分类 真色：过滤除去悬浮固体后的污水颜色 表色：未经沉淀、分离的原水颜色 （2）测量方法: 铂钴比色法（清洁水) K2PtCl6+CoCl26H2O 1度= 1mg/L Pt.0.5mg/L Co 稀释倍数法（污染严重水）8、臭味测量方法 文字描述法：臭强度报告（无、微弱、明显、强、很强） 臭阈值法：用无臭水稀释至闻出最低可辨臭气时的稀释倍数9、固体物质含量的测量溶解性固体（DS） 有机物 （1）总固体（TS） （滤液蒸干103105或180 烘干恒重）水样蒸干 无机物:总含盐量 105110烘干

21、恒重 悬浮固体（SS） 漂浮物 有机物VSS（总残渣） （总不可过滤残渣过滤 悬浮物 （ （600灼烧） 103105烘干恒重） 可沉物 无机物NVSS（2）浊度概念： 浑浊程度，由悬浮物、胶体杂质、有机物质微生物、浮游生物引起，影响光线透过，使水生生物生态发生变化。对于污水由于悬浮物高、只测悬浮物含量不测浊度浊度的测定方法：a.目视比浊法：用具塞比色管配制标准浊度系列，将水样与标准系列俯视对比确定1度=1mg/L漂白土产生的浊度。b.分光光度法：680nm分光光度计测定标准浊度单位（1.25mg硫酸肼/L和12.5mg六次甲基四胺/L形成甲臜聚合物为1度，测定结果单位FTU）c.散射法，浊度

22、仪（也以甲臜聚合物为标准浊度单位，测定结果单位NTU）10、其它物理指标：电导率、氧化还原电位ORP、UVA254等自学p9有关ORP、UV254的概念、应用 11、水质化学指标：无机物指标无（1）植物营养性氮磷指标：TN、KN、NH3、NO3- 、NO2-、TP （2）pH与酸碱度测定方法酸碱滴定法（3）硬度与重金属含量测定：络合滴定和原子吸收法（4）其他无机物指标：各种阴离子、阳离子、溶解氧、余氯等（5）有机物综合指标，包括COD、BOD、TOC、高锰酸盐指数等12、水中有机物的表示方法有机物综合指标直接测定技术上有困难，间接利用有机物均可被氧化的特性 (思考：为什么？) 即：用氧化所消耗

23、的氧量或产生CO2量表示有机物总量） O2（高温燃烧耗氧、化学氧化耗氧、微生物降解耗氧）C、H、O、N、S 、 P CO2、H2O、NO3-、SO42- 、PO43-13、有机物污染指标的比较（1） 数值大小排序：对水质比较稳定的污水。 ThOD TOD CODCr BODu BOD5 TOC（2） 含义 ThOD、TOD 反映各种有机物的总量（以需氧量表示）。 CODCr 几乎可表示有机物的全部含量（含有少量无机物），但不能反映被微生物氧化分解的有机物。 BODu 、BOD5 基本反映有机物进入水体后，由于微生物作用分解所消耗的氧量，能直接说明有机物的生物降解过程。 TOC 可表示有机物的总

24、量（以碳计）（3） 实际应用价值 ThOD 是理论值，无实际应用价值。 TOD 测定仪器昂贵。 CODCr 、CODMn 测定迅速，有实际指导、设计、评价等意义。 BOD5 测定时间长，不能及时指导生产实际，对有毒的废水测定会受到抑制而影响测定结果。 TOC 测定迅速。（4） BOD5/COD 可生化性指标：判断污水是否适宜于采用生物处理。 当BOD5/COD 0.3时，可生化性好。（5） 应用条件 BOD5：从卫生学水体自净角度，表明污水可生化有机物含量。 CODCr：有毒性抑制的污水，难生物降解有机物浓度高时，需快速确定污水中有机物含量时采用。 CODMn：多应用于地表水、地下水等天然水源

25、中的有机物含量。 14、微生物指标（1） 大肠菌群数与大肠菌群指数：反映污水被粪便污染程度。 （2） 细菌总数：各种细菌病毒的总和，反映污水中病原菌、病毒存在的可能性。 个（细菌落）/mL（水样）（3）病毒:确定病毒与病原菌的存在15、环境标准分类水质标准：标准体系和常用的水质标准及用途。介绍常用的水质标准。16、样品测定指标的确定根据样品测定目的、要求、测定条件选择测定项目。第二次课（2h） 一、教学内容：第一章 绪论 （2）1.3 取水样、保存、预处理1、水样采集和保存的主要原则是： （1）水样必须具有足够的代表性；（2）水样不能受到任何意外的污染。2、取水样：根据取样目的、要求确定下列内

26、容：取样点：河流水系沿上下游和深度布设，处理设施在进出水口取样量：保证分析用量3倍以上，至少做2次平行样容器：玻璃或塑料瓶，容器清洁（化学指标）或无菌（微生物指标）采样方法与采样器3、水样类型：根据取样方法分：（1）瞬时水样；（2）等时混合水样（平均混合水样）；（3）综合水样；（4）流量比例混合水样4、水样保存：水样采集后由于条件限制不能马上分析测定时，须采取一些措施终止或减缓各种反应速度，主要包括：冷藏 控制pH值，加酸调pH 100 10半微量 10100 110 微量 10 1%) 微量组分 (0.01-1%) 痕量组分 (0.01%)11、问题: (1)一般在分析化学中常用ppm（10

27、-6）或ppb（10-9）表示组分含量，而在水质分析中常用mg/L或g/L表示某水质指标的浓度，两者之间的关系如何？ (2)污水中COD含量一般在300600mg/L，属于常量分析还是微量分析？如果水中某组分含量在g/L数量级，属于哪类分析？ 12、重量分析法（Gravimetry) 定义：是通过化学反应及一系列操作步骤使试样中的待测组分转化为另一种化学组成恒定的化合物，再称量该化合物的质量，从而计算出待测组分的含量。 应用：总残渣、总残渣灼烧减重、水中不可滤残或悬浮物(SS)、Ca2+、Mg2+、Ba2+、可溶性SiO2、硫酸盐 优缺点：操作过程繁琐，费时，对于常量分析，比较准确，相对误差0

28、.1% 0.2%，不适于水中微量组分的测定。13、滴定分析法（Titrimetry） 滴定分析法又称容量分析法： 将已知准确浓度的试剂溶液和被分析物质的组分定量反应完全，根据反应完成时所消耗的试剂溶液的浓度和用量（体积），计算出被分析物质的含量的方法。概念：已知准确浓度的试剂溶液成为标准溶液，理论上反应完全时为化学计量点，为判断反应进行程度需加入指示剂，用颜色的变化表示，此时称为滴定终点。14、常用术语若A、B物质的量分别为nA、nB，滴定反应比为 a ：b，则滴定反应化学计量关系为：化学计量点(Stoichiometric point) :按化学反应比反应完全的点滴定终点（End point

29、）：指示剂变色点 终点误差：滴定终点与化学计量点不一致引起的误差。终点误差来源：（1）变色点和计量pH不一致；（2）指示剂变色范围（3）滴定操作误差：包括容量器皿的精度、15、分析化学中的4大滴定 a.酸碱滴定质子传递(最基础的滴定分析) 用途：检验碱度、酸度 b.络合滴定络合反应 M + Y MY 用途：测定 Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+ 另外，络合反应可用于掩蔽技术，消除非测定离子的干扰 c.沉淀分析沉淀反应Ag+Cl- AgCl 用途：测定水中Cl- d.氧化还原滴定氧化还原反应(特点：电子转移) 用途：测COD、余氯、溶解氧等有机污染指标16、滴定分析对反应的要求 直接滴定的

30、化学反应许满足以下条件：l 按一定的反应式定量进行(99.9%以上) l 快(或可加热、催化剂) l 有适当的方法确定终点(指示剂)17、非直接滴定法:n 置换滴定：用K2Cr2O7标定Na2S2O3(KI) n 返滴定: Al+EDTA反应慢，可先加入过量的EDTA溶液加热反应，然后用Zn标准溶液反滴多余的EDTAn 间接滴定：Ca2+ 加草酸 CaC2O4(s)过滤酸溶 H2C2O4 用KMnO4滴定18、仪器分析法 （instrumental analysis）u 依据物质的物理性质及物理化学性质建立起来的分析方法，通常使用特殊的仪器。 光学分析法 spectral analysis 电

31、化学分析法 electroanalysis 色谱分离分析法 chromatography 等等例：分光光度法测定微量铁（物理化学方法，physicochemical method） 19、化学分析和仪器分析的定量方法比较 化学分析法绝对定量（根据样品的量、反应产物的量或所消耗试剂的量及反应的化学计量关系，通过计算得待测组分的量。） 仪器分析法相对定量（标准工作曲线）项目化学分析法（经典分析法）仪器分析法（现代分析法）物质性质化学性质物理、物理化学性质测量参数体积、重量吸光度、电位、发射强度等等误差0.1 % 0.2 %1 % 2% 或更高组分含量1 % 100% 99.9% ; 3. 稳定( Na2CO3、CaCO3、Na2C2O4等） 4. 易溶解，定量参加反应3、滴定分析常用基准物质 Na2CO3(酸碱滴定) CaCO3 Zn粒(络合滴定)