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1、第一章 化学基础知识,第一节 物质的运动和性质 第二节 物质的组成 第三节 物质的量 第四节 溶液的浓度,第一节 物质的运动和性质,一、自然界是由物质构成。的水、空气、食盐、钢铁 等都是物质。 二、物质是处在不断的运动状态之中，且运动形式是 多种多样的。主要表现为物理变化和化学变化。 三、化学的任务就是研究物质的组成、结构、性质和化学变化的规律。,物质是处在不断的运动状态之中，且运动形式是 1.物理变化和物理性质 通常把物质仅发生外形或状态的变化而没能产生新的物质的运动形式，叫做物理变化。物质通过物理变化所表现出来的性质，叫做物理性质。 2.化学变化和化学性质 通常把有新物质生成的运动形式叫做
2、化学变化，物质通过化学变化而表现出来的性质，叫做化学性质。,第二节 物质的组成,一、原子分子论 二、元素、元素符号和原子量 三、单质和化合物 四、分子式和分子量 五、元素的化合价 六、化学反应 七、酸、碱、盐,一、原子分子论,物质是由分子组成，分子是物质能够独立存在，并且保持物质原有性质的最小微粒。（水分子的直径大约是：2.810-8厘米,一滴水中就有1.51021个分子）。 分子是由更小的微粒原子构成，原子是化学反应中不能再分割的最小微粒。 原子则是由带正电荷的原子核和围绕原子核周围的空间高速旋转的带负电荷的电子构成。 原子核又是由质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电，所以原子核带正电荷
3、。,二、元素、元素符号和原子量,1.元素 具有相同化学性质，且核电荷数目相同的同一种原子叫做元素。 2.元素符号 在化学上各种元素都用其名词拉丁文开头的第一个字母表示。如氢元素用“H”表示，氧元素用“O”表示，等等。 假若有两个元素的名词开头的第一个字母相同，则用两个字母，第一个字母大写，第二个字母小写。如氯元素，用“Cl”表示。 3.原子量 由于原子的实际质量很小，用“克”作单位很不方便，所以采用了一种特殊单位，即取碳原子（原子核内有6个质子和6个中子）的质量定为12个统一原子质量（用“u”表示），而把其他原子的质量与之相比较，所得的数值，就是该原子的原子量。,几种主要元素的元素符号和原子量
4、列表如下：,三、单质和化合物 按照组成物质的元素种类多少，可把物质分为单质和化合物两大类。 1.单质 如果物质的分子是由同种元素的原子组成，这种物质叫做单质，根据单质的性质，又可分为金属和非金属两大类。 2.化合物 如果物质的分子是由不同种元素的原子组成，这种物质叫做化合物。化合物可根据它们的组成和性质分为有机化合物和无机化合物。无机化合物又可分为酸、碱、盐和氧化物等。,四、分子式和分子量 1.分子式和分子量 按物质的组成，用元素符号表示化合物的组成的式子叫分子式，如：硫酸H2SO4、食盐NaCl。通常把金属元素和氢元素写在左方，非金属元素写在右方，各元素的原子数写在该元素符号的右下角。 2.
5、分子量 指化合物的分子质量，用原子量计算而得。 如硫酸H2SO4的分子质量是：12+32+164=98,五、元素的化合价 化合价表示各种元素相互化合时的原子数之间的比例关系，通常以氢的化合价为1，其他元素的化合价，可根据该元素一个原子能和几个氢原子化合，或可置换几个氢原子的数目来决定，例如氢燃烧时，二个氢原子和一个氧原子结合成一个水（H2O）分子，其中氢和氧的原子数之比是2:1,所以氧的化合价是2。由于氧的化合物比氢的化合物多，所以元素的化合物也常以氧为2价进行推算，如CaO中，钙为2价。 在化合物中，元素的化合价有正价和负价两种，一般氢为+1价，氧为-2价，而且化合物中正价总数和负价总数相等
6、，如Al2O3中铝为+3价，氧为-2价。一般说来，金属元素都是正价，而非金属元素和氢化合时显示负价，和氧化合时显示正价。如硫在H2S中是-2价，在SO2中是+4价。 在一般情况下，如H2SO4中的一个硫原子和四个氧原子形成一个原子团，这个原子团在一般的化学反应中不再分解，类似化合物中的一个原子。这个原子团叫做“根”，它在化合物中也有自己的化合价，如硫酸根SO42-、氢氧根OH-、碳酸根CO32-等。,六、化学反应 锅炉水处理中常遇到的化学反应是： 1.化合反应： 两种物质发生化学作用，生成一种物质如： 放热 CaO+H2O Ca(OH) 2 2.分解反应 一种物质在特定条件下，生成两种物质如：
7、 加热 Ca(HCO3) 2 CaCO3 + H2O+CO2 3.置换反应 金属原子置换化合物中另一种金属原子的反应 如：Fe+2HCl FeCl2+H2 4.复分解反应 两种化合物相互化合，生成两种新的化合物如：H2SO4+NaOH Na2SO4+ H2O 5.氧化还原反应：从略,七、酸、碱、盐 1.酸：由氢原子（H）与酸根组成的化合物 如：硫酸H2+SO42-，其中SO42-叫硫酸根 硝酸H+NO3-，其中NO3-叫硝酸根 2.碱：由金属原子与氢氧根组成的化合物 如：氢氧化钠Na+OH-，其中OH-叫氢氧根 氢氧化钙Ca2+( OH) 2 - 3.盐：由金属原子与酸根组成的化合物 如：氯化
8、钠Na+Cl- ,其中Cl-氯根 硫酸钙Ca2+SO42-, 其中SO42-叫硫酸根,第三节 物质的量,一、物质的量 二、摩尔 三、摩尔质量,一、物质的量 它是从粒子数这一角度出发，用以表示物质多少的一个物理量，即以阿伏伽德罗常数（6.0221023）为计算单位，来表示物质的指定的基本单元是多少的一个物理量，用n来表示。,二、摩尔 摩尔是物质的量的单位，中文表示为摩尔，符号为mol，其定义是： 1.它是一系统的物质的量，该系统中所含的基本单元数与 12克(12g)碳的原子数目相等，即含有6.0221023个粒子。 2.在使用摩尔时，基本单元应予指明，可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子。,三
9、、摩尔质量 1摩尔物质的质量叫摩尔质量，单位为：克每摩尔（g/mol），用符号“M”表示。 任何元素原子的1摩尔质量，在数值上都等于其相等原子质量，此结论可推广到分子、离子及其他微粒。 如：O2相对分子质量为32，O2的摩尔质量为32g/mol； NaCl的相对分子质量为58.5，NaCl的摩尔质量为58.5g/mol 四、物质的量n、质量m与摩尔M的关系：n= 如：硫酸（H2SO4）的质量m=196g,先求其摩尔质量M=98g/mol(其分子量为12+32+164=98)， 再求硫酸的物质的量n n=2mol,第四节 溶液的浓度,一、溶液：由溶剂与溶质组成的稳定而均匀的液体，如食盐水。 二、
10、溶液的浓度：在一定量的溶剂或溶液中所含溶质的量。溶液的浓度标志着溶液中溶质的相对量的多少。 三、溶液浓度的表示方法 1.质量浓度 表示单位体积溶液中含物质B的质量的多少，符号为。 物质B的质量(m) = 混合物的体积 单位为千克每立方米(kg/m3)； 毫克每升（mg/l） 2.物质的量浓度 表示单位体积溶液中含物质B的物质的量，符号为CB. 物质B的质量(m) 混合物的体积 单位为：摩尔每立方米（mol/m3）； 毫摩尔每升（mmol/l） mB 3.百分浓度：WB=100% mo,第二章 水中的杂质及对锅炉的危害,第一节 水中的杂质 第二节 水中杂质对锅炉的危害,第一节 水中的杂质,一、悬
11、浮物：颗粒直径1/104mm以上； 二、胶质体：颗粒直径为（1/106）mm到（1/104）mm 三、溶解物：以离子状态溶于水中。 1.阳离子：即金属离子、氢离子（H+）和铵离子（NH4+）； 2.阴离子和阴离子团：氯离子（Cl-）和氢氧根（OH+）、硫酸根（SO42-）、碳酸根（CO3-2）、硅酸根（SiO32-）。,第二节 水中杂质对锅炉的危害,一、在与水接触的锅炉受热面形成水垢 二、在与水接触的金属面上形成腐蚀 三、恶化蒸汽品质,一、在与水接触的锅炉受热面形成水垢 1.水垢的形成 给水的盐类，随着温度的变化，其溶解度不断变化，且由于蒸发使得锅水浓缩，使盐类达到饱和溶液状态而直接在受热面上
12、结晶形成水垢。水垢的形成除与给水带入的钙、镁、盐这些杂质有关外，还与锅炉运行的温度、负荷、受热程度、运行方式以及水循环状况的好坏有关。 2.水垢的危害 (1)浪费燃料； (2)引起受热面金属过热； (3)破坏正常的水循环； (4)增加检修费用，降低锅炉寿命。,二、在与水接触的金属面上形成腐蚀 1.腐蚀的机理 金属由于外部介质受化学作用或电化学作用引起的损坏称为金属腐蚀。根据腐蚀的机理分为电化学腐蚀与化学腐蚀。 化学腐蚀是金属与外部介质起化学作用而产生的腐蚀。在腐蚀过程中无电流产生，例如在高温烟气的作用下引起的金属腐蚀，或金属被高度过热蒸汽直接氧化所引起的腐蚀。 电化学腐蚀是金属与介质起电化学作
13、用而产生的腐蚀，在腐蚀过程中有电流产生，例如给水系统和炉管等的腐蚀均属电化学腐蚀。 2.腐蚀的危害 受热面金属遭受腐蚀，会造成钢管穿孔、钢板减薄而降低强度，引起爆管甚至锅筒爆炸事故。影响电化学腐蚀的因素有溶解氧、PH值、水中盐类的含量及成分等。,3.苛性脆化 苛性脆化是一种特殊的腐蚀形式，也称为晶间腐蚀，它必须 有三个因素同时存在才会发生： (1)锅水具有侵蚀性（含有大量的苛性钠NaOH）； (2)金属中很大的应力（接近屈服点）； (3)锅炉是铆接或胀接的，而且这些部位不严密，发生苛性钠的浓缩。苛性脆化的结果会导致锅炉爆炸事故.,三、恶化蒸汽品质 主要原因是锅水的含盐量和碱度达到一定值后，在汽
14、水分界面处形成泡沫，造成汽水共腾，引起蒸汽带水，不仅恶化蒸汽品质，造成过热器结盐垢，而发生爆管，或损坏用汽设备，而且使主汽管发生水冲击。,第三章 水质指标与水质标准,第一节 水质指标 第二节 水质标准,第一节 水质指标,一、悬浮物 二、硬度 三、碱度 四、PH值 五、含盐量 六、相对碱度,一、悬浮物 指不溶于水的泥沙、有机物、微生物等细微的悬浮物。颗粒直径是10-4mm以上。采用质量浓度mg/l.,二、硬度 指水中高价金属离子，主要是钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+）的总浓度，用“H”(或YD)表示，采用物质的量浓度mmol/l. 按阳离子分类，分为钙硬度和镁硬度，按阴离子分类，分为碳酸盐
15、硬度和非碳酸盐硬度。,三、碱度 指水中含有能接受氢离子（H+）物质的量，具体指水中氢氧根(OH-)、碳酸根（CO32-）和重碳酸根（HCO3-）的总和。用A(或JD)表示，同样采用物质的量浓度。 其中，OH-和HCO3-碱度不能共存，因为二者之间会发生如下反应：OH+HCO3 CO32-+H2O,四、PH值 PH值表示水的酸、碱性，一般用溶液中的氢离子（H+）浓度来表示，即PH值定义为氢离子浓度的负对数：PH=-lgH+= lg。具体地说，PH值的数值范围为014。PH=7呈中性、PH7呈碱性。,五、含盐量 指水中盐类物质的总浓度，即全部阳离子和阴离子的总和，由于水质分析比较麻烦，故常用溶解固
16、形物（或蒸发残渣）近似表示。采用质量浓度mg/l。,六、相对碱度 指水中游离的NaOH与溶解固形物的比值。,第二节 水质标准,详见国家标准GB1576-2001,第四章 水处理方法,第一节 水的净化处理(预处理) 第二节 锅内加药法 第三节 离子交换处理,第一节 水的净化处理(预处理),主要采用沉淀、过滤和混凝的方法用于除掉悬浮物。,第二节 锅内加药法,一、纯碱法 二、磷酸盐法 三、复合防垢剂法,一、纯碱法 往锅内投加Na2CO3,可增加水中CO32-的浓度，使它与水中的Ca2+ 和Mg2+生成难溶的CaCO3和较难溶的MgCO3，而MgCO3又可以在碱性条件下进行水解成更难溶的Mg(OH)2
17、，可在锅炉排污时将CaCO3和Mg(OH)2排出，从而达到防垢的目的。其化学反应如下： Ca2+CO32- CaCO3 ； Mg2+CO32- MgCO3； MgCO3+H2O Mg(OH)2 +CO2,二、磷酸盐法 往锅水中投加Na3PO4，可增加水中PO43-的浓度，使它与Ca2+和Mg2+生成具有流动性的胶状颗粒，Ca3(PO4)2 和Mg3(PO4)2,通过排污而排出锅外。 其化学反应如下:3Ca2+2 PO43- Ca3(PO4)2 3Mg2+2 PO43- Mg3(PO4)2,三、复合防垢剂法,1.防垢原理 往锅水中投加复合防垢剂，由于其中各成分的多种效能的综合作用的结果，可达到较
18、好的防垢效果。,2.防垢剂的组成及作用 (1).碳酸钠（Na2CO3） 在锅炉运行沸腾条件下，与钙生成水渣状碳酸钙，而不粘附在锅炉的受热面上，从而防止硫酸钙和硅酸钙水垢的产生。 (2).磷酸盐（Na3PO4） 与水中的钙化合成分散状的磷酸钙;当锅内PO43-和OH-较大时,还可生成水渣状的碱式磷酸钙,可使老垢脱落,并与锅炉内表面作用,生成磷酸盐保护膜,防止腐蚀. (3).氢氧化钠(NaOH) 主要除去水中的镁硬度,生成水渣状的氢氧化镁沉淀. (4)栲胶 可在金属表面上生成丹宁酸铁的保护膜，防止腐蚀；使锅水中悬浮的杂质和水渣凝聚，形成大颗粒絮状物，沉积于锅炉下部。,第三节 离子交换处理,一、原理
19、 二、浮动床水处理工艺 三、软化器运行周期、制水量下降的原因及处理方法,一、原理 离子交换处理一般采用钠离子（Na+）作为交换剂，当水通过交换剂时，交换剂可将本身所具有的钠离子（Na+）与水中的钙离子（Ca2+）、镁离子（Mg2+）相互交换，发生如下反应： Na2R+Ca2+ CaR+2Na Na2R+Mg2+ MgR+2Na 结果水中的钙离子和镁离子被吸附在交换剂上，Na型交换剂转变成Ca和Mg交换剂，而离子交换剂上原来的钠离子（Na+）进入水中，从而除掉了水中的钙（Ca2+）和镁（Mg2+），使水获得软化。 当Na型交换剂完全变成Ca型和Mg型交换剂时，这种交换反应就停止了，称为离子交换剂
20、的失效。为了恢复交换剂的交换能力，可用食盐溶液通过失效的交换剂，则发生上述反应式的逆反应，使交换剂重新变成Na型交换剂，可重新使用。,二、浮动床水处理工艺 浮动床是逆流再生的另一种形成，其运行流速高、再生剂消耗低、操作容易，受到普遍重视。其工艺流程如下： 交换制水 失效落床 还原（即再生） 置换 逆冲洗 启动顺洗（待用） 具体操作方法如下：（见下图） 1.交换制水： 关6#,开4#、1#、2#。用1调节软水流量，流速25-50米/时。 2.失效落床 当出水硬度高于0.03mmol/l,即作失效处理，关1#、2#，再关4#，其他各门也在关闭状态。 3.还原 盐水浓度3%-8%，开5#、3#；盐溶
21、液流速4米/时，床内压力0.05-0.07Mpa,时间30分钟，关5#、3#。,4.置换 开2#、6#，入口水流速4米/时，时间20分钟。 5.逆冲洗 置换结束后，开大2#、6#，流速20米/时，时间15分钟左右. 6.启动顺洗 快速开大2#，用1#调节流速2550米/时，当出水硬度0.03mmol/l时，先开4#，再关6#，浮床投放运行。,三、软化器运行周期、制水量下降的原因及处理方法 1.树脂高度不够。补加树脂。 2.生水硬度增高。降低运行流速，入口水流量开小，及时测定硬度（生水） 3.树脂被污染。树脂进行复苏处理。 4.再生用盐量不足，浓度太低或再生流速太快。检查再生盐量，并应采用吉兰太
22、优质大粒盐。 5.逆流置换不充分或流量过大。保证逆流再生时间及置换时间，按规程操作。,第五章 水垢的清除,第一节 锅炉酸洗的一般要求 第二节 酸洗合格标准,第一节 锅炉酸洗的一般要求 一、锅炉酸洗必须由省级质监部门认可的单位承担； 二、在酸洗过程中，应按有关规定，进行严格的现场化学监督，项目有Fe3+,酸度、碱度、温度、流速等； 三、酸洗液须加温，其温度在4060之间； 四、酸洗结束，应首先称量检验挂片，测定腐蚀速率，而后打开锅炉人孔检查各部位水垢状况、腐蚀情况、金属保护膜的形成情况以及锅炉系统状况。,第二节 酸洗合格标准 一、腐蚀速度10g/m2h; 二、除垢率：碳酸盐水垢不小于80%; 三
23、、清洗后，其内表面应形成良好的钝化膜。,第六章 水质分析法,第一节 容量分析法的原理 第二节 中和滴定法 第三节 络合滴定法 第四节 沉淀滴定法,第一节 容量分析法的原理 容量分析法是用一种准确浓度的试剂（叫做标准溶液），滴加到被测定的溶液中，一直滴加到试剂和被测物的物质的量相等为止，再由试剂的用量和浓度计算出被测物的浓度的一种分析方法。由于试剂是装在带有刻度的滴定管里滴加的，故这种操作过程称之为滴定。 在滴定过程中，指示剂发生颜色转变时的这一点，叫化学计量点，亦称等量点。达到该点时，即停止滴定。 测定碱度采用中和滴定法，即酸碱中和反应。 测定硬度采用络和滴定法，即用络合物EDTA来与金属钙、
24、镁离子进行络合。,第二节 中和滴定法 用已知标准浓度的硫酸进行滴定，事先加入指示剂甲基橙。 根据等量原理 n(硫酸)=n(碱度) 因为n=cv(c=), 所以，CH+v硫酸溶液=c碱度v水样， 其中CH+已知标准溶液浓度：mol/l、1mol/l=1000mmol/l； v硫酸溶液滴定时消耗的硫酸溶液的体积ml; v水样所取水样的体积100ml; 则：c(碱度)= = =CH+V（硫酸）10mmol/l,第三节 络合滴定法 用已知标准浓度的EDTA进行滴定，事先加入缓冲液，使水的PH值达到910,然后加入指示剂铬黑T。 根据等物质的量的原理 nEDTA=n硬度， 因为n=cv,所以，C（EDT
25、A）V(EDTA)=C(硬度)V(水样). 其中C（EDTA）-已知标准溶液浓度mol/l; V（EDTA）-滴定时消耗的EDTA的体积ml. V（水样）-所取水样的体积100ml. 则：C(硬度)= = =CEDTAVEDTA10mmol/l,第三节 沉淀滴定法 利用沉淀反应进行滴定的方法叫做沉淀滴定法。在锅炉水处理工作中,沉淀滴定法被用来测定水中氯离子的含量。测定氯离子时所用的沉淀剂是AgNO3（硝酸银），所用的指示剂是K2CrO4（铬酸钾）. 测定氯离子必须在中性溶液中进行，先量取100毫升水样于锥形瓶中，加23滴1%酚酞指示剂，若显红色，再用硫酸溶液中和至无色，此水溶液即为中性溶液。若不显红色，则用氢氧化钠溶液中和至微红色，然后用硫酸溶液滴回至无色，亦即中性溶液。,在中性溶液中，氯化物与硝酸银作用生成硝酸银沉淀，过量的硝酸银与铬酸钾作用生成红色铬酸银沉淀，使溶液显橙色，即为滴定终点。其反应如下： Cl-+Ag+ AgCl- (白色) 2Ag+CrO42- Ag2CrO4 (红色) 同样根据等量原理，Ta=Cl-V水样 氯化物的含量（Cl-）按下列计算： Cl-=毫克/升 = =a1.010毫克/升 其中a-滴定水样消耗硝酸银溶液的体积,毫升 1.0-硝酸银标准溶液的滴定度 1毫升=1毫克Cl- V水样-水样的体积.100ml,