水溶性离子范文

2024-06-22

水溶性离子范文（精选9篇）

水溶性离子第1篇

通过对不同大气颗粒物滤膜样品在提取方法、提取时间上的分析探索, 选择简单、实用、回收率 (提取效率) 最高的滤膜处理方法, 为实验室类似测定工作提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器

DX-120型离子色谱仪, 阳离子分离柱 (型号CS12A) , 阳离子保护柱 (型号CG12A) , 抑制器P/N53948, Easy-2000色谱工作站, 微孔滤膜过滤器, Galanz微波炉, JB-3型定时恒温磁力搅拌器, JY92-2D超声波细胞粉碎机。

1.2 试剂

甲烷磺酸、氯化钠、氯化钾、氯化铵、氧化镁、氯化钙, 实验用水电导率小于2us/cm。

1.3 色谱条件

氮气进入淋洗液瓶的压力5kg/cm2, 流速:1.20ml/min, 压力:2236Pa, 定量管:25ul。

1.4 标准曲线配制

1.4.1 标准储备液的配制

1) 淋洗贮备液

准确吸取13.33ml甲烷磺酸, 溶于水, 移入100ml容量瓶中, 用水稀释至标线, 贮存于聚乙烯塑料瓶中, 于冰箱内保存。

2) 淋洗液使用液

吸取淋洗液贮备液20.00ml于2000ml容量瓶中, 用水稀释至标线, 摇匀, 贮存于聚乙烯塑料瓶中。

3) 钠标准贮备液

称取2.5420gNaCl (优级纯, 1100C烘干2h) , 溶于水, 移入1000ml容量瓶中, 用水稀释至标线, 贮存于聚乙烯塑料瓶中, 于冰箱内保存。此溶液浓度为1.00mg/ml钠离子。

4) 氨标准贮备液

称取2.9650gNH4Cl (优级纯, 1100C烘干2h) , 溶于水, 移入1000ml容量瓶中, 用水稀释至标线, 贮存于聚乙烯塑料瓶中, 于冰箱内保存。此溶液浓度为1.00mg/ml氨离子。

5) 钾标准贮备液

称取1.9070gKCl (优级纯, 1100C烘干2h) , 溶于水, 移入1000ml容量瓶中, 用水稀释至标线, 贮存于聚乙烯塑料瓶中, 于冰箱内保存。此溶液浓度为1.00mg/ml钾离子。

6) 镁标准贮备液

称取1.6592gMgO (优级纯, 干燥器中平衡24h) , 溶于少量 (1+2) HCl中, 移入1000ml容量瓶中, 用水稀释至标线, 贮存于聚乙烯塑料瓶中, 于冰箱内保存。此溶液浓度为1.00mg/ml镁离子。

7) 钙标准贮备液

称取2.7668g硝酸钠 (优级纯, 1100C烘干2h) , 溶于水, 移入1000ml容量瓶中, 用水稀释至标线, 贮存于聚乙烯塑料瓶中, 于冰箱内保存。此溶液浓度为1.00mg/ml钙离子。

1.4.2 混合中间液的配制及用量 (见表1)

1.4.3 5种阳离子混合使用液

分别取上述中间液1.00、2.00、3.00、5.00、10.00ml至5个100ml容量瓶中, 加水定容。

1.5 标准曲线的汇制

用5种离子标准使用液配制5个浓度水平的混合标准系列, 得到5种离子的线性范围试验结果, 见表2。

1.6 样品采集

按环境空气TSP或PM10的采样方法, 用大流量采样泵, 在20cm×25cm的超细玻璃纤维滤膜上采集TSP或PM10样品。

1.7 样品处理

为了有效地从滤膜上溶出水溶性阳离子, 分别将空白超细玻璃纤维滤膜 (20cm×25cm) 用不锈钢剪刀剪为4张1/4滤膜, (或用直径为80mm的冲纸器定量裁取) , 用不锈钢剪刀剪碎到100ml玻璃烧杯内, 加水50.00ml, 分别用 (1) 不加热磁力搅拌器搅拌; (2) 加热50℃磁力搅拌器搅拌; (3) 加热70℃磁力搅拌器搅拌; (4) 超声波处理; (5) 微波炉加热五种不同的方法浸取滤膜中的阳离子, 控制浸取时间为5min、10min、20min、30min, 浸取后的水溶液用0.45μm∅60mm微孔滤膜过滤器过滤, 转移定容到100.0ml后进样测定。

2 结果与讨论

2.1 空白实验

取同一生产厂家的同一批次空白玻璃纤维滤膜进行不同处理方法的不同处理时间空白实验, 滤膜处理同1.7, 得到图1结果。

由以上实验可知, 空白玻璃纤维滤膜不加热搅拌浸出20min, 效果较好;空白玻璃纤维滤膜加热50℃搅拌浸出20min效果较好;空白玻璃纤维滤膜加热70℃, 搅拌浸出20min阳离子浸出效果较好;微波炉加热浸出20min阳离子浸出效果较好;超声波处理10min阳离子浸出效果较好。

2.2 空白滤膜加标回收率试验

根据空白滤膜中各项阳离子含量, 配制阳离子加标混合溶液, 见表3。

得到空白滤膜加标不同处理方法回收率实验结果, 见图2, 表4, 图3。

由表4可以看出, 空白玻璃纤维滤膜的加标回收率试验不同浸取处理方法中超声波处理10min样品回收率最好, 加热50℃搅拌20min和微波炉95℃处理20min浸取回收率次之, 不加热搅拌20min回收率最差。

3 结论

研究离子色谱法测定大气颗粒物中水溶性阳离子提取方法, 通过在不同的提取条件和提取时间处理后的空白滤膜的浸出液中阳离子含量, 从中筛选出超声波处理10min样品为一种简单、实用、回收率高的最佳提取方法, 在研究大气颗粒物组分实验中, 具有较高的实用价值。

摘要：通过在不同的提取条件和提取时间处理后的空白滤膜的浸出液中阳离子含量, 从中筛选出了超声波处理10min样品, 为一种简单、实用及回收率高的最佳提取方法, 在研究大气颗粒物组分实验中, 具有较高的实用价值。

水溶性离子第2篇

1、定义：电解质：在水溶液中或熔化状态下能导电的化合物,叫电解质。

非电解质：在水溶液中或熔化状态下都不能导电的化合物。

强电解质：在水溶液里全部电离成离子的电解质。

弱电解质：在水溶液里只有一部分分子电离成离子的电解质。

2、电解质与非电解质本质区别：

电解质——离子化合物或共价化合物非电解质——共价化合物

注意：①电解质、非电解质都是化合物 ②SO2、NH3、CO2等属于非电解质

③强电解质不等于易溶于水的化合物(如BaSO4不溶于水，但溶于水的BaSO4全部电离，故BaSO4 为强电解质)——电解质的强弱与导电性、溶解性无关。

3、电离平衡：在一定的条件下，当电解质分子电离成离子的速率和离子结合成时，电离过程就达到了平衡状态，这叫电离平衡。

4、影响电离平衡的因素：

A、温度：电离一般吸热，升温有利于电离。

B、浓度：浓度越大，电离程度越小 ;溶液稀释时，电离平衡向着电离的方向移动。C、同离子效应：在弱电解质溶液里加入与弱电解质具有相同离子的电解质，会减弱电离。D、其他外加试剂：加入能与弱电解质的电离产生的某种离子反应的物质时，有利于电离。

5、电离方程式的书写：用可逆符号弱酸的电离要分布写(第一步为主)

6、电离常数：在一定条件下，弱电解质在达到电离平衡时，溶液中电离所生成的各种离子浓度的乘积，跟溶液中未电离的分子浓度的比是一个常数。叫做电离平衡常数，(一般用Ka表示酸，Kb表示碱。)

表示方法：ABA++B- Ki=[ A+][B-]/[AB]

7、影响因素：

a、电离常数的大小主要由物质的本性决定。

b、电离常数受温度变化影响，不受浓度变化影响，在室温下一般变化不大。

C、同一温度下，不同弱酸，电离常数越大，其电离程度越大，酸性越强。如：H2SO3>H3PO4>HF>CH3COOH>H2CO3>H2S>HClO

二、水的电离和溶液的酸碱性

1、水电离平衡：

水的离子积：KW= c[H+]·c[OH-]

25℃时,[H+]=[OH-] =10-7 mol/L ; KW= [H+]·[OH-] = 1_10-14

注意：KW只与温度有关，温度一定，则KW值一定

KW不仅适用于纯水，适用于任何溶液(酸、碱、盐)

2、水电离特点：(1)可逆(2)吸热(3)极弱

3、影响水电离平衡的外界因素：

①酸、碱：抑制水的电离 KW〈1_10-14

②温度：促进水的电离(水的电离是吸热的)

③易水解的盐：促进水的电离 KW 〉1_10-14

4、溶液的酸碱性和pH：

(1)pH=-lgc[H+]

(2)pH的测定方法：

酸碱指示剂—— 甲基橙、石蕊、酚酞。

变色范围：甲基橙3.1~4.4(橙色) 石蕊5.0~8.0(紫色) 酚酞8.2~10.0(浅红色)

pH试纸—操作玻璃棒蘸取未知液体在试纸上，然后与标准比色卡对比即可。

注意：①事先不能用水湿润PH试纸;②广泛pH试纸只能读取整数值或范围

三、混合液的pH值计算方法公式

1、强酸与强酸的混合：(先求[H+]混：将两种酸中的H+离子物质的量相加除以总体积，再求其它) [H+]混=([H+]1V1+[H+]2V2)/(V1+V2)

2、强碱与强碱的混合：(先求[OH-]混：将两种酸中的OH?离子物质的量相加除以总体积，再求其它) [OH-]混=([OH-]1V1+[OH-]2V2)/(V1+V2) (注意:不能直接计算[H+]混)

3、强酸与强碱的混合：(先据H++ OH-==H2O计算余下的H+或OH-，①H+有余，则用余下的H+数除以溶液总体积求[H+]混;OH-有余，则用余下的OH-数除以溶液总体积求[OH-]混，再求其它)

四、稀释过程溶液pH值的变化规律：

1、强酸溶液：稀释10n倍时，pH稀=pH原+n (但始终不能大于或等于7)

2、弱酸溶液：稀释10n倍时，pH稀〈pH原+n (但始终不能大于或等于7)

3、强碱溶液：稀释10n倍时，pH稀=pH原-n (但始终不能小于或等于7)

4、弱碱溶液：稀释10n倍时，pH稀〉pH原-n (但始终不能小于或等于7)

5、不论任何溶液，稀释时pH均是向7靠近(即向中性靠近);任何溶液无限稀释后pH均接近7

6、稀释时，弱酸、弱碱和水解的盐溶液的pH变化得慢，强酸、强碱变化得快。

五、强酸(pH1)强碱(pH2)混和计算规律w

.w.w.k.s.5.u.c.o.m

1、若等体积混合

pH1+pH2=14 则溶液显中性pH=7

pH1+pH2≥15 则溶液显碱性pH=pH2-0.3

pH1+pH2≤13 则溶液显酸性pH=pH1+0.3

2、若混合后显中性

pH1+pH2=14 V酸：V碱=1：1

pH1+pH2≠14 V酸：V碱=1：10〔14-(pH1+pH2)〕

六、酸碱中和滴定：

1、中和滴定的原理

实质：H++OH—=H2O 即酸能提供的H+和碱能提供的OH-物质的量相等。

2、中和滴定的操作过程：

(1)仪②滴定管的刻度，O刻度在上，往下刻度标数越来越大，全部容积大于它的最大刻度值，因为下端有一部分没有刻度。滴定时，所用溶液不得超过最低刻度，不得一次滴定使用两滴定管酸(或碱)，也不得中途向滴定管中添加。②滴定管可以读到小数点后一位。

(2)药品：标准液;待测液;指示剂。

(3)准备过程：

准备：检漏、洗涤、润洗、装液、赶气泡、调液面。(洗涤：用洗液洗→检漏：滴定管是否漏水→用水洗→用标准液洗(或待测液洗)→装溶液→排气泡→调液面→记数据V(始)

(4)试验过程

3、酸碱中和滴定的误差分析

误差分析：利用n酸c酸V酸=n碱c碱V碱进行分析

式中：n——酸或碱中氢原子或氢氧根离子数;c——酸或碱的物质的量浓度;

V——酸或碱溶液的体积。当用酸去滴定碱确定碱的浓度时，则：

c碱=

上述公式在求算浓度时很方便，而在分析误差时起主要作用的是分子上的V酸的变化，因为在滴定过程中c酸为标准酸，其数值在理论上是不变的，若稀释了虽实际值变小，但体现的却是V酸的增大，导致c酸偏高;V碱同样也是一个定值，它是用标准的量器量好后注入锥形瓶中的，当在实际操作中碱液外溅，其实际值减小，但引起变化的却是标准酸用量的减少，即V酸减小，则c碱降低了;对于观察中出现的误差亦同样如此。综上所述，当用标准酸来测定碱的浓度时，c碱的误差与V酸的变化成正比，即当V酸的实测值大于理论值时，c碱偏高，反之偏低。

同理，用标准碱来滴定未知浓度的酸时亦然。

七、盐类的水解(只有可溶于水的盐才水解)

1、盐类水解：在水溶液中盐电离出来的离子跟水电离出来的H+或OH-结合生成弱电解质的反应。

2、水解的实质：水溶液中盐电离出来的离子跟水电离出来的H+或OH-结合,破坏水的电离，是平衡向右移动，促进水的电离。

3、盐类水解规律：

①有弱才水解，无弱不水解，越弱越水解;谁强显谁性，两弱都水解，同强显中性。

②多元弱酸根，浓度相同时正酸根比酸式酸根水解程度大，碱性更强。 (如:Na2CO3>NaHCO3)

4、盐类水解的特点：(1)可逆(与中和反应互逆)(2)程度小(3)吸热

5、影响盐类水解的外界因素：

①温度：温度越高水解程度越大(水解吸热，越热越水解)

②浓度：浓度越小，水解程度越大 (越稀越水解)

③酸碱：促进或抑制盐的水解(H+促进阴离子水解而抑制阳离子水解;OH-促进阳离子水解而抑制阴离子水解)

6、酸式盐溶液的酸碱性：

①只电离不水解：如HSO4- 显酸性

②电离程度>水解程度，显酸性 (如: HSO3-、H2PO4-)

③水解程度>电离程度，显碱性(如：HCO3-、HS-、HPO42-)

7、双水解反应：

(1)构成盐的阴阳离子均能发生水解的反应。双水解反应相互促进，水解程度较大，有的甚至水解完全。使得平衡向右移。

(2)常见的双水解反应完全的为：Fe3+、Al3+与AlO2-、CO32-(HCO3-)、S2-(HS-)、SO32-(HSO3-);S2-与NH4+;CO32-(HCO3-)与NH4+其特点是相互水解成沉淀或气体。双水解完全的离子方程式配平依据是两边电荷平衡，如：2Al3++ 3S2- + 6H2O == 2Al(OH)3↓+3H2S↑

8、盐类水解的应用：

水解的应用	实例	原理
1、净水	明矾净水	Al3++3H2O? Al(OH)3(胶体)+3H+
2、去油污	用热碱水冼油污物品	CO32-+H2O? HCO3-+OH-
3、药品的保存	①配制FeCl3溶液时常加入少量盐酸	Fe3++3H2O? Fe(OH)3+3H+
②配制Na2CO3溶液时常加入少量NaOH	CO32-+H2O? HCO3-+OH-
4、制备无水盐	由MgCl2·6H2O制无水MgCl2 在HCl气流中加热	若不然，则： MgCl2·6H2OMg(OH)2+2HCl+4H2O Mg(OH)2MgO+H2O
5、泡沫灭火器	用Al2(SO4)3与NaHCO3溶液混合	Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑
6、比较盐溶液中离子浓度的大小	比较NH4Cl溶液中离子浓度的大小	NH4++H2O? NH3·H2O+H+ c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH)-

9、水解平衡常数(Kh)

对于强碱弱酸盐：Kh=Kw/Ka(Kw为该温度下水的离子积，Ka为该条件下该弱酸根形成的弱酸的电离平衡常数)

对于强酸弱碱盐：Kh=Kw/Kb(Kw为该温度下水的离子积，Kb为该条件下该弱碱根形成的弱碱的电离平衡常数)

电离、水解方程式的书写原则

1)、多元弱酸(多元弱酸盐)的电离(水解)的书写原则：分步书写

注意：不管是水解还是电离，都决定于第一步，第二步一般相当微弱。

2)、多元弱碱(多元弱碱盐)的电离(水解)书写原则：一步书写

八、溶液中微粒浓度的大小比较

☆☆基本原则：抓住溶液中微粒浓度必须满足的三种守恒关系：

①电荷守恒：:任何溶液均显电中性，各阳离子浓度与其所带电荷数的乘积之和=各阴离子浓度与其所带电荷数的乘积之和

②物料守恒:(即原子个数守恒或质量守恒)

某原子的总量(或总浓度)=其以各种形式存在的所有微粒的量(或浓度)之和

③质子守恒：即水电离出的H+浓度与OH-浓度相等。

九、难溶电解质的溶解平衡

1、难溶电解质的溶解平衡的一些常见知识

(1)溶解度小于 0.01g的电解质称难溶电解质。

(2)反应后离子浓度降至1_10-5以下的反应为完全反应。如酸碱中和时[H+]降至10-7mol/L<10-5mol/L，故为完全反应，用“=”，常见的难溶物在水中的离子浓度均远低于10-5mol/L，故均用“=”。

(3)难溶并非不溶，任何难溶物在水中均存在溶解平衡。

(4)掌握三种微溶物质：CaSO4、Ca(OH)2、Ag2SO4

(5)溶解平衡常为吸热，但Ca(OH)2为放热，升温其溶解度减少。

(6)溶解平衡存在的前提是：必须存在沉淀，否则不存在平衡。

2、溶解平衡方程式的书写

意在沉淀后用(s)标明状态，并用“?”。如：Ag2S(s)? 2Ag+(aq)+S2-(aq)

3、沉淀生成的三种主要方式

(1)加沉淀剂法：Ksp越小(即沉淀越难溶)，沉淀越完全;沉淀剂过量能使沉淀更完全。

(2)调pH值除某些易水解的金属阳离子：如加MgO除去MgCl2溶液中FeCl3。

(3)氧化还原沉淀法：

(4)同离子效应法

4、沉淀的溶解：

沉淀的溶解就是使溶解平衡正向移动。常采用的方法有：①酸碱;②氧化还原;③沉淀转化。

5、沉淀的转化：

溶解度大的生成溶解度小的，溶解度小的生成溶解度更小的。

如：AgNO3 →AgCl(白色沉淀)→ AgBr(淡黄色)→AgI (黄色)→ Ag2S(黑色)

6、溶度积(Ksp)

1)、定义：在一定条件下，难溶电解质电解质溶解成离子的速率等于离子重新结合成沉淀的速率，溶液中各离子的浓度保持不变的状态。

2)、表达式：AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq)

Ksp= [c(An+)]m ?[c(Bm-)]n

3)、影响因素：

外因：①浓度：加水，平衡向溶解方向移动。

②温度：升温，多数平衡向溶解方向移动。

4)、溶度积规则

QC(离子积)>KSP 有沉淀析出

QC=KSP平衡状态

常考化学常识

能源问题

1. 石油：烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物

石油的分馏是物理变化，石油的裂化、裂解都是化学变化

2. 煤：主要成分是碳

煤的干馏、气化、液化都是化学变化;

3. 生物质能：通过光合作用，太阳能以化学能的形式贮藏在生物质中的能量形式;

木材、森林废弃物、农业废弃物、植物、动物粪便、沼气等;

4. 新能源：太阳能、风能、潮汐能、氢能、核能;

环境问题与食品安全

1. 臭氧层空洞：氟利昂进入平流层导致臭氧减少;

2. 温室效应：大气中CO2、CH4增多，造成全球平均气温上升;

3. 光化学烟雾：NxOy在紫外线作用下发生一系列的光化学反应而生成的有毒气体;

4. 赤潮：海水富营养化;

5. 水华：淡水富营养化;

6. 酸雨：pH<5.6;

7. 室内污染：HCHO、苯、放射性氡、电磁辐射;

8. PM2.5：直径≤2.5μm(2.5×10-6m)能在空中长时间悬浮，颗粒小，表面积大，能吸附大量有害有毒物质(如金属、微生物);

雾霾天气的形成于部分颗粒在空气中形成气溶胶有关

9. 非法食品添加剂：吊白块、苏丹红、三聚氰胺、硼酸、荧光增白剂、瘦肉精、工业明胶;

10. 腌制食品：腌制过程中会产生亚硝酸盐，具有致癌性;

11. 地沟油：地沟油中有黄曲霉素，具有致癌性;可以制肥皂盒生物柴油;

12. 绿色化学：绿色化学是指化学反应及其过程以“原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，实现“零排放”。绿色化学的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原料，最大限度地节约能源，在化工生产的各环节都实现净化和无污染的反应途径;

高中化学很难吗

化学难在哪儿?面对三大突出特点，考试主要面临三大思维障碍。

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专题九水溶液中的离子平衡第3篇

例1 下列说法，正确的是（）

A. 常温下0.1 mol·L-1的醋酸溶液的pH=a，将溶液稀释到原体积的10倍或加入适量的醋酸钠固体都能使溶液pH=a+1

B. 室温下，向10 mL pH=3的醋酸溶液中加入水，稀释后醋酸的电离程度增大，c（H+）亦增大，且溶液中[c(CH3COO-)c(CH3COOH)⋅c(OH-)]不变

C. 已知室温时，0.1 mol·L-1的某一元酸HA在水中有0.1％发生电离，则该溶液的pH=4，电离平衡常数约为1×10-7

D. 由0.1 mol·L-1的一元碱BOH溶液的pH=10可推知，BOH溶液存在BOH=B++OH-

解析醋酸是弱酸，电离方程式是CH3COOH⇌H++CH3COO-，故稀释10倍，pH增加不了1，加入适量的醋酸钠固体，抑制醋酸的电离，使其pH增大，可以使其pH由a变成（a+1），A项错误；加水稀释有利于醋酸的电离，所以醋酸的电离程度增大，n（H+）增大，由于溶液体积变化更大，所以溶液的酸性会降低，即c（H+）、c（CH3COO-）、c（CH3COOH）均会降低，由水的离子积常数[KW=c(H+)⋅c(OH-)]知[c(OH-)=KWc(H+)]，所以[c(CH3COO-)c(CH3COOH)⋅c(OH-)=][c(H+)⋅c(CH3COO-)c(CH3COOH)⋅KW=KaKW,]其中[Ka]表示醋酸的电离平衡常数，由于水的离子积常数和醋酸的电离平衡常数均只与温度有关，B项错误；根据醋酸的电离平衡常数和pH计算，室温时0.1 mol·L-1的HA溶液中c（H+）=c（A-）=10-4 mol·L-1，电离平衡常数[K=c(H+)⋅c(A_)c(HA)][=10-4×10-40.1-10-4=10-7]；0.1 mol·L-1的一元碱的pH=10表明该一元碱是弱碱，在溶液中不能完全电离，D项错误。

答案 C

点拨弱电解质的电离平衡关键在于电离方程式的基础上通过电离平衡常数理解外界因素等对弱电解质电离的影响，熟练掌握温度、浓度、外加物质等电离的影响。在运用时结合化学平衡常数和有关平衡的知识。

考点2 水的电离平衡和溶液的pH

例2 下列有关说法正确的是（）

A. 室温下，向10 mL pH=3的醋酸溶液中加入水稀释，再加入10 mL pH=11的NaOH溶液，混合液的pH=7

B. 100℃时，将pH=2的盐酸与pH=12的NaOH溶液等体积混合，溶液显中性

C. 25℃时，等体积的下列溶液：①pH=0的H2SO4溶液、②0.05 mol·L-1的Ba（OH）2溶液、③pH=10的Na2S溶液、④pH=5的NH4NO3溶液，其中发生电离的水的物质的量之比是1:10:1010:109

D. 等浓度的下列稀溶液：①乙酸、②苯酚、③碳酸、④乙醇，它们的pH由小到大排列的是①②③④

解析 pH=3的醋酸说明醋酸的浓度大于0.001 mol·L-1，pH=11的NaOH溶液说明氢氧化钠的浓度等于0.001 mol·L-1，在稀释过程中醋酸的物质的量是不变的，因此加入等体积的pH=11的NaOH溶液时，醋酸会过量，溶液显酸性，A项错误;100℃时，KW=1×10-12，此时pH=2的盐酸的浓度为10-2 mol·L-1，但pH=12的NaOH溶液的浓度为1 mol·L-1，所以当两者等体积混合时，NaOH过量，溶液显碱性，B不正确；酸（或碱）是抑制水电离的，且酸性（或碱性）越强，抑制的程度就越大；能发生水解的盐是促进水电离的。由题意知，①②③④中发生电离的水的物质的量分别是10-14、10-13、10-4、10-5，C项正确；乙酸、碳酸和苯酚的酸性依次减弱，故pH依次增大。乙醇属于非电解质，pH最大，D项错误。

答案 C

点拨结合化学平衡熟练掌握水的离子积常数以及温度、加酸、加碱、加盐等对水的电离的影响，学会将水的离子积常数推广到其他水溶液，即溶液中总的氢离子和总的氢氧根离子浓度的乘积为一常数。掌握溶液的酸碱性和pH的关系，以及pH的计算。

考点3 盐类的水解和离子浓度的大小比较

例3 下列说法，错误的是（）

A. 加热滴有酚酞的CH3COONa溶液，可使试液的红色加深

B. 在0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中：c（OH-）-c（H+）=c（HCO3-）+2c（H2CO3）

C. pH为5.6的CH3COOH与CH3COONa混合溶液中：c（CH3COO-）>c（Na+）

D. 向0.2 mol·L-1的NaHCO3溶液中加入等体积0.1 mol·L-1的NaOH溶液：

c（CO32-）＞c（HCO3-）＞c（OH-）＞c（H+）

解析加热时，水解程度增大，碱性增强，A项正确；c（OH-）-c（H+）=c（HCO3-）+2c（H2CO3）中把c（H+）移项到等式另一边，即是质子守恒关系式，B项正确；混合溶液显酸性，则c（H+）>c（OH-），根据电荷守恒， c（CH3COO-）>c（Na+），C项正确；向0.2 mol·L-1的NaHCO3溶液中加入等体积0.1 mol·L-1的NaOH溶液后，相当于0.05 mol·L-1的Na2CO3和NaHCO3的混合液，由于Na2CO3的水解程度大于NaHCO3的水解程度，故正确的关系是：c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），D项错误。

答案 D

点拨掌握盐类水解的本质（促进水的电离）和盐的水解规律（有弱才水解），以及内因及外因（温度、浓度、外加酸或碱等）对水解的影响。熟悉日常生活中水解的运用以及双水解。加强关于离子浓度排序及三大守恒（电荷守恒、物料守恒、质子守恒）的训练。

考点4 中和滴定

例4 下列说法，错误的是（）

[22][23]A. 用0.1026 mol·L-1的盐酸滴定25.00 mL未知浓度的氢氧化钠溶液，滴定达终点时，滴定管中的液面如右图所示，正确的读数为22.35 mL

B. 在滴有酚酞溶液的氨水里，加入氯化铵至溶液恰好无色，则此时溶液的pH小于7

C. “中和滴定”实验中，容量瓶和锥形瓶用蒸馏水洗净后即可使用，滴定管和移液管用蒸馏水洗净后，必须干燥或润洗后方可使用

D. 可用25 mL的酸式滴定管量取20.00 mL KMnO4 溶液

解析液面在22~23 mL之间，滴定管0刻度在上方，分刻度有10个，因而每个刻度是0.1 mL，液体的凹面读数约为22.35 mL，A项正确；酚酞的变色范围是pH=8.0~10.0（无色→红色），现在使红色褪去，pH不一定小于7，可能在7~8，B项错误；滴定管和移液管需考虑残留水的稀释影响，C项正确；注意滴定管结构，高锰酸钾会腐蚀橡皮，D项正确。

答案 B

点拨理解掌握酸碱滴定管的结构，如酸腐蚀橡皮，碱与磨口玻璃塞反应等；熟悉；酸碱指示剂的变色范围，误差分析等；学会通过酸碱中和反应的本质分析问题、解决问题。复习过程中滴定管与量筒、容量瓶等相结合，比较与迁移。

考点5 沉淀溶解平衡

例5 下列有关说法错误的是（）

nlc202309030734

A. 向Na2S溶液中加入AgCl固体，溶液中c（S2-）下降

B. AgCl在同浓度的CaCl2和NaCl溶液中的溶解度不相同

C. 25 ℃时，向Mg（OH）2的悬浊液加入少量的NH4Cl固体，c（Mg2+）增大

D. 25 ℃时，Mg（OH）2固体在20 mL 0.01 mol·L-1的氨水中Ksp比20 mL 0.01 mol·L-1 NH4Cl溶液中的Ksp小

解析 Ag2S比AgCl更难溶，故加入的S2-会与溶液中的Ag+结合，A项正确;同浓度时CaCl2溶液的c（Cl-）是NaCl溶液的两倍，它们对AgCl沉淀溶解平衡的抑制程度不同，B项正确;NH4+可以结合Mg（OH）2电离出的OH-离子，从而促使Mg（OH）2的电离平衡正向移动，c（Mg2+）增大，C项正确;Ksp与化学平衡常数一样仅与温度有关，与浓度等无关，D项错误。

答案 D

点拨 Ksp与水的离子积常数和化学平衡常数相联系，深刻理解沉淀溶解平衡。并了解复分解的离子反应朝着离子浓度减小的方向进行，优先生成更难溶的物质。如镁离子与氢氧根、碳酸根反应时，优先生成氢氧化镁沉淀。

[【专题练习】]

1. 常温下的下列情况中，一定能大量共存于同一溶液中的离子组是（）

A. 使甲基橙呈红色的溶液中：I-、Cl-、NO3-、Na+

B. 使石蕊呈蓝色的溶液中：NH4+、Al3+、NO3-、HCO3-

C. 由水电离出的c（H+）=1×10-12 mol·L-1的溶液中：K+、Cl-、HCO3-、Na+

D. 澄清透明溶液中：K+、Cu2+、Na+、Cl-

2. 下列各选项中所述的两个量，前者一定大于后者的是（）

A. 1 L 0.3 mol·L-1的 CH3COOH溶液和3 L 0.1 mol·L-1的CH3COOH溶液中的H+数

B. pH=1的CH3COOH溶液和盐酸的物质的量浓度

C. pH=12的氨水和NaOH溶液的导电能力

D. pH相同的等体积的盐酸和醋酸溶液分别与足量锌粒反应产生的气体的体积

3. 已知在25℃时，FeS、CuS的溶度积常数（Ksp）分别为6.3×10-18、1.3×10-36。常温时，下列说法正确的是（）

A. 向H2S的饱和溶液中通入少量SO2气体溶液的酸性增强

B. 将足量的CuSO4固体溶解在0.1 mol·L-1的H2S溶液中，溶液中Cu2+最大浓度为1.3×10-35 mol·L-1

C. 因为H2SO4是强酸，所以反应CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4不能发生

D. 除去工业废水中的Cu2+可以选用FeS作沉淀剂

4. 常温下，0.2 mol·L-1的CH3COOH溶液与0.1 mol·L-1的NaOH溶液等体积混合后（忽略混合前后溶液体积的变化），溶液的pH＜7，则下列有关此溶液的叙述，正确的是（）

A. 溶液中由水电离产生的H+浓度为1×10-7 mol·L-1

B. c（CH3COO-）+c（CH3COOH）-c（Na+）=0.05 mol·L-1

C. 溶液中CH3COOH的电离程度小于CH3COONa的水解程度

D. 溶液中离子浓度的大小关系为：

c（Na+）＞c（CH3COO-）＞c（H+）＞c（OH-）

5. 用标准盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液时，若测定结果偏高则产生误差的原因可能是（）

A. 滴定时，装NaOH溶液的锥形瓶未用NaOH溶液润洗

B. 酸式滴定管用蒸馏水洗后，用标准盐酸润洗

C. 滴定前，酸式滴定管尖嘴处有气泡，而在滴定后气泡消失

D. 滴定前以仰视的姿势读取了酸式滴定管的读数，滴定后读数正确

6. 某溶液中存在的离子有：S2-、HS-、OH-、Na+、H+，则下列对该溶液的叙述，不正确的是（）

A. 离子浓度可能是：

c（Na+）＞c（S2-）＞c（OH-）＞c（HS-）＞c（H+）

B. 组成该溶液的溶质只能是Na2S或NaHS或两者的混合物

C. 该溶液可能呈中性、碱性或酸性

D. 离子的物质的量的关系是：

2n（S2-）+n（HS-）+n（OH-）=n（Na+）+n（H+）

7. 下列电解质溶液中微粒的物质的量浓度的关系，正确的是（）

A. 在0.1 mol·L-1NaHCO3溶液中：

c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（H2CO3）

B. 在0.1 mol·L-1 Na2SO3溶液中：

c（Na+）=2c（SO32-）+c（HSO3-）+c（H2SO3）

C. NaHSO4溶液中：c（H+）=c（OH-）+c（SO42-）

D. 常温下，CH3COONa和CH3COOH的混合溶液[pH=7, c（Na+）=0.1 mol·L-1]：

c（Na+）=c（CH3COO-）＞c（CH3COOH）＞c（H+）=c（OH-）

8. A、B代表不同的物质，都是由H、N、O、Na中的任意三种元素组成的强电解质，A的水溶液呈碱性，B的水溶液呈酸性，请找出A、B可能的两种组合。（要求：相同浓度时，A1溶液中水的电离程度小于A2溶液中水的电离程度；相同浓度时，B1溶液中水的电离程度小于B2溶液中水的电离程度。）

（1）写出化学式：A1 ，A2 ，B1 ，B2 ；

（2）相同温度下，当A1、B1的物质的量浓度相等时，两溶液中由水电离出的氢离子的物质的量浓度之比为；

（3）写出0.1 mol·L-1的A2溶液中的离子浓度大小排序；

（4）B1溶液中水的电离程度小于B2溶液中水的电离程度，原因是 ;

（5）常温下，若B1、B2两溶液的pH=5，则两溶液中由水电离出的氢离子的物质的量浓度之比为。

9. T ℃下，某Ba（OH）2稀溶液中c（H+）=10-a mol·L-1, c（OH-）=10-b mol·L-1，已知a+b=12，向该溶液中逐滴加入pH=b的盐酸，测得混合溶液的部分pH如下表所示：

[序号&氢氧化钡的体积/mL&盐酸的体积/mL&溶液的pH&①&22.00&0.00&8&②&22.00&18.00&7&③&22.00&22.00&6&]

（1）依据题意判断，T ℃ 25 ℃（填“大于”“小于”或“等于”），该温度下水的离子积Kw= ；

（2）b= ，原Ba（OH）2稀溶液的物质的量浓度为；

（3）该温度下，向1 L硫酸与硫酸钠的混合溶液中加入3 L该Ba（OH）2的稀溶液时，沉淀正好达最大值，从所得溶液中取出4 mL并加水稀释至20 mL，测得溶液的pH为7，则原硫酸与硫酸钠混合溶液的pH为，其中Na2SO4的物质的量浓度为。

10. 某化学课外小组为测定空气中CO2的含量，进行了如下实验：

nlc202309030734

①配制0.1000 mol·L-1 和0.01000 mol·L-1的标准盐酸；

②用0. 1000 mol·L-1的标准盐酸滴定未知浓度的Ba（OH）2溶液10.00 mL，结果用去盐酸19.60 mL；

③用测定的Ba（OH）2溶液吸收定量空气中的CO2，取Ba（OH）2溶液10. 00 mL，放入100 mL容量瓶里加水至刻度线，取出稀释后的溶液放入密闭容器内，并通入10 L标准状况下的空气，振荡，这时生成沉淀；

④过滤上述所得浊液；

⑤取滤液20.00 mL，用0.01000 mol·L-1的盐酸滴定，用去盐酸34.80 mL。

请回答下列问题：

（1）配制标准盐酸时，需用下列哪些仪器？；

A. 托盘天平B. 容量瓶C. 酸式滴定管

D. 量筒E. 烧杯 F. 胶头滴管

G. 玻璃棒

（2）滴定操作中，左手，右手，眼睛；

（3）Ba（OH）2溶液的物质的量浓度是；

（4）过滤所得浊液的目的是；

（5）此空气样品中含CO2的体积分数为；

（6）本实验中，若第一次滴定时使用的酸式滴定管未经处理，即注入第二种标准盐酸，并进行第二次滴定，使测定结果（填“偏大”“偏小”或“无影响”）

11. 难溶化合物的饱和溶液存在着溶解平衡，已知Ksp（AgCl）=c（Ag+）·c（Cl-）=1.8×10-10，Ksp（Ag2CrO4）=[c（Ag+）]2·c（CrO42-）=1.9×10-12。某学生通过实验验证醋酸银（CH3COOAg）的Ksp。实验中用了如下的反应：2Ag+（aq）+Cu（s）⇌2Ag（s）+Cu2+（aq）。该学生将已知质量的铜片加入到CH3COOAg的饱和溶液中，待充分反应之后，将铜片冲洗干净、干燥、重新称量。

（1）写出能表示CH3COOAg沉淀溶解平衡的方程式：。

（2）CH3COOAg的Ksp=2.0×10-3。铜片刚开始的质量为23.4 g，将铜片放在100 mL的CH3COOAg饱和溶液中，此饱和溶液中没有CH3COOAg固体。通过计算说明充分反应后铜片中铜的质量为何值时，CH3COOAg的Ksp得到证实。

（3）为什么做此实验时CH3COOAg饱和溶液中必须没有CH3COOAg固体?

水溶性离子第4篇

目前, 国内对水溶性无机离子的研究多集中在离子浓度的时空分布, 以及粒径分布和源解析方面[6,7,8,9,10,11]。与国内不同的是, 国外很早就开始了对大气颗粒物及其组分的研究, 近年来国外对于大气颗粒物中水溶性离子的研究不再局限于膜采样, 而更关注成分的高频变化, 在线分析技术也得到很好的发展, 对于水溶性无机离子的日变化和昼夜变化都有了较深的研究。同时也侧重研究了水溶性无机离子中对人体伤害较大的二次离子, 尤其是光化学反应机理、二次离子和其前驱体的内在关系、严重污染形成的相关气象和排放条件等方面都取得较大的进展[7]。

广东省对大气颗粒物中水溶性离子的研究多集中在珠江三角洲及邻近地区, 对粤东的相关研究较少, 加之近年来广东省进行产业转移, 大批污染企业转移到粤东地区, 势必会加剧当地的大气污染状况。本研究在梅州市区布置采样点, 并选择典型污染日进行采样, 对其中的部分水溶性无机离子进行分析, 旨在探明梅州市大气环境中水溶性无机离子的浓度水平和组成特征, 对解析梅州市颗粒物的污染特征和来源, 进而有效控制污染具有重要义。

1 实验部分

1.1 采样地点

梅州市又被称为“世界客都”, 地处闽、粤、赣三省交界处, 是粤闽赣边区域性中心城市, 全国生态文明建设试验区、广东文化旅游特色区, 也是广东省的重要电力基地之一, 全市拥有6个省级产业转移工业园。全境地理座标位于东经115°18′至116°56′、北纬23°23′至24°56′之间, 属亚热带季风所候区, 日照、雨量充足, 全市85%左右的地区属于海拔500m以下的丘陵山地。梅州城区地处梅州市中部, 城区境内为梅江河流经莲花山中部山谷而形成的河谷盆地, 四面环山, 以低山、丘陵为主。地势东南高, 逐渐向东北、西北倾斜。

本研究采样地点选在梅州市环境监控中心站楼顶, 该点周边为行政、商业和居民混合区, 采集数据能在一定程度上代表梅州市区大气污染水平。

1.2 采样设备和材料

TH-16A大气颗粒物智能采样仪 (天虹公司) , 流量16.7L/min。直径47mm石英采样膜 (whatman) 。

1.3 样品采集

于2015年7月8日至29日使用天虹公司TH-16A大气颗粒物智能采样仪采集PM10和PM2.5, 采样时间为当日8:50~次日8:30。采样初始期间因受到第10号台风“莲花”的影响, 梅州市空气质量良好, 随后在采样过程中空气污染加重, PM2.5和O3等典型二次污染物浓度逐渐上升, 较典型的反映出了一个完整的污染天气过程。采样前将石英膜放入马弗炉中400℃灼烧4h, 冷却后放于恒温恒湿箱内 (25℃, RH50%) 平衡24h, 称重。采样后将采样膜放入冰箱中冷冻保存。整个采样时间内共采集有效样品38个。

1.4 样品分析

分析前将采样膜放于恒温恒湿箱内在相同的温度和湿度下再次平衡24h, 然后称重。采样前后质量差即为PM10或PM2.5的质量。

然后, 按“四分法”取膜。将采样膜剪碎, 放入离心管内加入超纯水, 冰水超声2次每次20min。超声后的液体用0.45μm水系滤头过滤, 然后超纯水定容于100m L容量瓶, 待分析。

使用ICS-5000型离子色谱仪对水溶液中无机离子进行分析。其中Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+离使用CS12A分析柱及CG12A保护柱和CSRS抑制器进行检测分析, 淋洗液为浓度20mmol/L的甲基磺酸。Cl-、NO2-、NO3-、SO42-使用AH11-HC分析柱及AG11-HC保护柱和ASRS抑制器进行检测分析, 淋洗液采用仪器自带的淋洗液发生器自动产生。

1.5 质量控制及保证

称量采样膜时前后两次称量结果之差PM10不大于0.4mg, PM2.5不大于0.04mg, 既满足恒重要求[2]。洗采样器切割头, 定期校准采样流量。进行离子分析时, 至少绘制5点标准曲线, 相关系数大于0.999, 每批样品分析时同时分析标准样品, 确保分析数据准确可靠。

2 结果与讨论

2.1 采样期内PM10和PM2.5浓度水平

监测结果显示, PM10日均值质量浓度为 (54±19) μg/m3, 变化范围15~85μg/m3。PM2.5日均值质量浓度为 (35±14) μg/m3变化范围10~66μg/m3。PM2.5占PM10质量浓度的 (66.9±15.4) %, 变化范围40.6%~83.9%。其中有63%的PM10样品超过《环境空气质量标准》 (GB3095-2012) 中24h平均浓度一级要求, 但未超过二级要求。有47%的PM2.5样品超过《环境空气质量标准》 (GB3095-2012) 中24h平均浓度一级要求, 但未超过二级要求。说明采样期间梅州市颗粒物污染水平较低。PM10和PM2.5有较好的相关性, 相关系数0.7889, 说明梅州市颗粒物PM10和PM2.5污染有较为相近的来源。

2.2 采样期内PM10和PM2.5中水溶性无机离子浓度水平

PM10中水溶性无机离子浓度为 (19.7±4.4) μg/m3, 占PM10质量浓度的 (42±20) %。PM2.5中水溶性无机离子浓度为 (10.8±5.0) μg/m3, 占PM2.5质量浓度的 (31±9.7) %。PM10和PM2.5中SO42-浓度均最高分别为 (8.37±3.55) μg/m3、 (6.11±3.74) μg/m3, 分别占PM10和PM2.5质量的 (16.7±7.3) %、 (15.7±6.8) %。

注:佛山市广州市数据分别引自参考文献。

2.3 二次离子污染特征分析

二次无机盐主要NH4+、非海盐硫酸盐、NO3-构成, 其气态前体物主要为人为排放的NH3、SO2和NOX。二次源是水溶性离子最重要的贡献源, 也是颗粒物浓度升高的主要因素[3,4,5]。

梅州市PM10中SO42-、NO3-、NH4+三种离子浓度之和占所测水溶性离子的63.83%, PM2.5中三种离子之和占所测离子的81.9%。说明二次离子是梅州市主要的水溶性污染离子。其中SO42-主要来源于SO2与氧化剂的均相和非均相反应, 梅州市PM10和PM2.5中SO42-均较高, 说明梅州市燃煤排放二氧化硫对城区颗粒物中的SO42-贡献较大。不论是在PM10或PM2.5中SO42-与NH4+均有较好的相关性, 相关系数分别为0.96和0.98。说明两种离子可能主要以 (NH4) 2SO4的形式存在。

2.4 水溶性离子在不同粒径上的分布特征分析

图4可见, SO42-、NO3-、NH4+、K+, 在粒径<2.5μm上的含量分别为73%、53%、77%、66%, 说明上述离子主要分布在PM2.5上。Na+、Mg2+、Ca2+在粒径<2.5μm上的含量分别为12%、19%、39%, 说明上述离子主要分布在粒径2.5μm~10μm范围内。Cl-在粒径<2.5μm和2.5μm~10μm上含量相当。

有研究表明, 离子的粒径分布和离子的形成机制和来源有关[6]。颗粒物中的SO42-、NO3-、NH4+、主要由SO2、NOX、NH3等通过光化学反应形成, 主要分布在PM2.5中[7]。Cl-主要来源于燃煤和海盐[8], 在PM2.5-10、PM2.5中含量相当。Ca2+主要来至于建筑尘, Na+、Mg2+、主要来源于海盐和土壤扬尘[9], 所以三者主要存在于PM2.5-10中。K+是生物质燃烧的示踪物[10], 主要分布在PM2.5上。

3 结语

3.1 采样期内梅州市大气颗粒物污染水平整体较低。PM10日均质量浓度为54μg/m3, PM2.5日均质量浓度为35μg/m3。

3.2 PM10和PM2.5中水溶性无机离子平均浓度分别为19.7μg/m3、10.8μg/m3, 占PM10和PM2.5质量的42%和31%。其中SO42-、NO3-、NH4+是梅州市PM10和PM2.5中最主要的水溶性无机离子。

3.3 采样期间SO42-浓度较高的可能原因是煤炭在梅州市的能源结构中占有较高比例。

3.4 采样期间SO42-、NO3-可能以 (NH4) 2SO4的形式存在气溶胶体系中。

参考文献

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[2]HJ618-2011-环境空气PM10和PM2.5的测定重量法.

[3]Lin J.Characterization of water-soluble ion species in urban ambient particles[J].Environment International, 2002, 28 (12) :55-61.

[4]徐宏辉, 王跃思, 温天雪, 等.北京大气气溶胶中水溶性离子的粒径分布和垂直分布[J].环境科学, 2007, 28 (1) :14-19.

[5]赵鹏, 朱彤, 梁宝生, 等.北京郊区农田夏季大气颗粒物质量和离子成分谱分布特征[J].环境科学, 2006, 27 (2) :193-199.

[6]Yao Xiaohong, Lau Arthur P S, Fang Ming et al.Size distributions and formation of ionic species in atmospheric particulate pollutants in Beijing, China:1—inorganic ions[J].Atmospheric Environment, 2003, 37:2991-3000.

[7]段凤魁, 刘咸德, 鲁毅强, 等.北京市大气颗粒物的浓度水平和离子物种的化学形态[J].中国环境监测, 2003, 19 (1) :13-17.

[8]Xiu Guangli, Zhang Danian, Chen Jizhang et al.Characterization of major water-soluble inorganic ions in size-fractionated particulate matters in Shanghai campus ambient air[J].Atmospheric Environment, 2004, 38:227-236.

[9]Kim H S, Huh J B, Hopke P K, et al.Characteristics of the major chemical constituents of PM2.5 and smog evnts in Seoul, Korea in 2003and 2004[J].Atmospheric Environment 2007, 41 (32) :6762-6770.

[10]宋宇, 唐孝炎, 方晨, 等.北京市大气细粒子的来源分析[J].环境科学, 2002, 23 (6) :11-16.

水溶性离子第5篇

关键词：气溶胶,南京北郊,有机碳,元素碳,水溶性离子

大气中的细颗粒物 (一般指空气动力学等效直径≤2.5μm的粒子) 也称为PM2.5。它使得大气的能见度降低, 造成严重的灰霾天气[1], 是危害人体和环境最主要的污染物之一。不同粒径的细粒子对人体的伤害部位不同, 粒径越小对人体的伤害越大, 小粒径的能够通过呼吸系统进入肺泡, 从而进入血液侵蚀人体的心脏和大脑, 造成呼吸道和心脑血管疾病[2]。细颗粒物粒径较小而表面积较大, 与粗颗粒物相比, 更易吸收大量有毒物质。其中的碳气溶胶对大气能见度、环境质量、全球气候变化、太阳辐射强度有重要的影响作用[3]。因此, 对PM2.5的化学组分和来源分析的研究成为当前国际大气气溶胶领域的热点。其中, 含碳组分和水溶性离子是PM2.5的主要组成部分, 其两者的质量之和大约占PM2.5的50%以上[4]。

气溶胶中的含碳物质主要包括有机碳 (OC) 、元素碳 (EC) 、碳酸盐 (CC) , 由于碳酸盐占碳气溶胶的比例不到5%, 因此在气溶胶含碳组分的分析中一般不予考虑[4]。OC通常指脂肪类、芳香族类化合物、有机酸等有机化合物, 也包括多环芳烃等一些有毒有害物质。OC由排放源直接排放的一次有机碳 (POC) 和气态有机物经过光化学反应生成的二次有机碳 (SOC) 组成。EC是化石燃料和生物质不完全燃烧产生的产物, 是一种高聚合的、黑色的、在400℃难被氧化的物质, 是一次人为气溶胶最好的示踪物[5]。水溶性离子具有较强的亲水性, 能够改变大气颗粒物成为云凝结核的能力, 影响云的形成。主要以硫酸盐、硝酸盐、铵盐为主的二次离子的形式存在, 这些物质通过吸湿性改变气溶胶的大小、质量、组分、寿命。

南京作为长三角地区较为发达的城市, 且2014年8月南京青年奥林匹克奥运会也在南京举行, 因此, 对南京地区PM2.5的污染状况及来源进行深入研究是十分必要的。本文于2012~2013年对南京北郊大气PM2.5中OC、EC、水溶性离子的浓度水平变化特征进行了分析, 探讨了PM2.5中有机碳、元素碳、水溶性离子的来源和影响因子, 为南京北郊大气气溶胶污染的有效控制提供基础资料和科学依据。

1 样品的采集和分析

1.1 采样地点

采样点设在南京信息工程大学 (118.62°E, 32.05°N) 北侧一片空旷的草地上, 距离地面5 m, 以代表南京北郊, 是工业区 (南京化工厂、南京钢铁厂和扬子石化) 和交通区、居民区的混合点;另采样期间附近有施工现象。采样时间为2012年8月至2013年6月, 以8月、11月、1月、5月分别代表南京市郊的夏、秋、冬、春四季, 每次采样时间大概为期半个月。

1.2 样品采集

大气颗粒物采样使用国产的HY—100PM2.5中流量采样器, 采用流量为100 L/min。使用直径为90 mm的石英滤膜 (QMA-Whatman, 20.3 cm×25.4cm) 进行样品收集。采样前将滤膜放在锡箔纸上置于马弗炉中烘烤4.5 h, 温度设为450℃。滤膜称重前置于25℃和相对湿度50%的恒温恒湿箱中平衡24 h, 称重后低温保存;采样时用酒精清洗镊子和放膜的圆盘, 采样频率为每天采集两个PM2.5样品 (每采集12 h更换一次滤膜, 分别为每天早7:00和晚7:00) , 同时记录温度、湿度、风速和风向等天气条件。采样后置于干燥器中平衡24 h后称重, 称重后低温保存。应用采样前后的质量差和采样体积 (采样时间与采样流量的乘积) 计算出PM2.5的质量浓度。

1.3 样品分析

使用美国沙漠所 (DRI) 研制的Model 2001A热/光碳分析仪对PM2.5中OC、EC进行分析, 仪器的工作原理是基于不同温度下加热释放有机碳、元素碳。在纯氦的环境下对0.526 cm2的滤膜进行加热, 将样品中的颗粒碳转化为CO2, 使样品中的有机碳挥发。然后在2%的有氧环境下继续加热, CO2在还原炉中被还原成甲烷 (CH4) , 分析过程中采用633 nm He-Ne激光全程照射样品。在120℃、250℃、450℃、550℃ (无氧) 、550℃ (有氧) 、700℃、800℃分别产生OC1、OC2、OC3、OC4、EC1、EC2、EC3。无氧加热时会使部分有机碳转化为裂解碳 (OPC) 。因此有机碳OC=OC1+OC2+OC3+OC4+OPC, 元素碳EC=EC1+EC2+EC3-OPC[6]。利用美国戴安公司生产的离子色谱仪 (ICS—2000) 对阴离子 (F-、CH3COO-、HCOO-、Cl-、C2O42-、NO3-、SO42-) 进行分析, 利用离子色谱仪 (ICS—3000) 对阳离子 (Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+) 进行分析。取1/2滤膜进行水溶性离子的检测, 将滤膜剪成细条状, 加入20 m L的去离子水 (R>18.2 mol/L) 超声振荡60 min, 将溶液经0.45μm滤膜过滤后进行测定[7]。

1.4 质量控制与质量保证

离子色谱仪的标准曲线所用的药品是从阿拉丁购的优级纯以上的药品, 样品分析过程中每周进行一次标准曲线的绘制, 标准曲线的跨度应该将大气浓度包含在中间, 每日样品分析之前对已知浓度的标准样品进行分析以测试仪器的稳定性。有机碳/元素碳分析仪校正曲线使用蔗糖溶液采用五点校正法获得, 每天样品分析之前和分析结束之后均用标液测量以检查仪器的稳定性 (标准溶液响应偏差<5%) 。样品分析前, 对仪器进行检漏, 且每天进行分析前高温烘烤样品炉以除尽炉中残留杂质气体, 用He/CH4进行校准, 确保初始和最终FID信号漂移在±3以内、校准峰面积相对标准偏差在5%以内。为保证测量精度, 每个样品膜进行3次平行样分析, 同时做空白膜样品以检测膜的本底浓度。

2 结果与讨论

2.1 PM2.5、OC、EC的浓度变化

采样期间, PM2.5春、夏、秋、冬四季的平均浓度分别为 (114.9±42.3) μg/m3、 (78.7±24.4) μg/m3、 (154.9±89.1) μg/m3、 (194.6±113.9) μg/m3, 总日平均浓度为 (122.7±75.2) μg/m3。根据美国环保局 (EPA) 制定的国家大气环境标准[8], PM2.5的日平均浓度标准为65μg/m3。我国在2012年3月修订的《环境空气质量标准》 (GB 3095—2012) PM2.5中日均值二级标准为75μg/m3, 南京北郊的PM2.5浓度值也远远超过了标准限制。表明南京北郊细粒子污染严重, 可能由于采样点附近有钢铁厂、化工厂排放和交通道路排放, 加重PM2.5污染。秋冬季PM2.5浓度普遍较高, 其可能原因是秋季大气边界层较低, 污染物难以扩散导致其浓度升高;冬季易出现逆温现象, 且采样点附近除了有汽车尾气和工厂排放的污染物, 还有居民燃煤取暖产生的污染物, 造成PM2.5值升高[9]。

采样期间, 南京北郊的PM2.5浓度普遍高于南方一些城市[10—12] (表1) , 但低于成都[13]的年平均浓度。与天津、青岛、西安等[14—16]北方城市相比, 其浓度相对较低, 与国外一些城市相比[17,18], 国内的污染非常严重, 一些城市的PM2.5日平均浓度是国外的5倍, 有些甚至达到了20倍以上。由表1可看出, 冬季PM2.5的质量浓度均大于其他季节, 这也是导致秋冬季节雾霾严重的一个重要原因。

由表2可知, 南京北郊OC、EC的平均浓度为冬季最高 (分别为 (23.9±9.3) μg/m3、 (4.9±1.8) μg/m) , 夏季最低 (分别为 (9.3±2.4) μg/m3、 (2.3±0.8) μg/m3) 。OC、EC的浓度冬秋两季比夏季浓度高, 主要原因是南京市属于亚热带季风气候, 冬季温和少雨, 而夏季高温多雨, 雨披对含碳物质有一定的清洁作用和台风登陆对污染进行迁移。冬季OC、EC高的原因是除了机动车辆和生物质燃烧产生的有机物, 还有燃煤取暖产生的黑碳和有机物导致其含碳组分浓度升高[19], 另外冬季出现逆温现象使得污染物不易扩散也是导致其浓度高的另一原因[20]。OC和EC的平均浓度占PM2.5的百分比均为冬季>秋季>春季>夏季, TC (TC=OC+EC) 占PM2.5的百分比在17%以上, OC占PM2.5的全年的百分比为13.7%, 表明OC是含碳组分的主要组成部分。

2.2 OC EC来源初步分析

2.2.1 OC与EC的相关性

Tuipin认为[21], OC、EC的相关性关系在一定程度上可以反映含碳气溶胶的来源, 如果两者的相关性好, 认为它们具有一定的同源性。结合采样期间的气象数据 (表3) , 由图2可以看出, 此研究中, 秋季和冬季OC和EC之间的相关性最高, R2分别是0.83和0.86, 说明这两个季节OC和EC具有相似的来源, 可能来源于附近的交通干道上机动车辆尾气和居民取暖的燃煤。春夏季两者的相关性较低, 其可能的主要原因是春夏季温度较高, 光化学反应剧烈, 有较多的SOC生成。且春季风较多, 风向多变, 来自不同地方的污染物对其造成一定影响, 因此两者的来源相对比较复杂。OC中有很大一部分是水溶性有机物, 而夏季雨水充足, 对含碳物质尤其对OC起到了一定的清除作用, 台风登陆也带来了其他地方的污染物。因此, 春夏两季的OC和EC来源相对较为复杂。

2.2.2 OC/EC和SOC的含量

Chow等人[22]认为, 当OC/EC的值大于2时, 有二次有机碳生成, 南京北郊OC/EC春夏秋冬四季的变化范围是2.8~9.0、2.2~9.5、3.2~5.6、3.9~5.7。从南京四季的数据可以看出观测期间每天都有不同量的SOC生成。OC/EC的值可以用来估算它的来源, 根据成海荣等人[23]的研究, 当OC/EC的值在1.0~4.2认为它的主要排放源是汽车尾气产生, 生物质燃烧产生OC/EC的值大致为7.7~9的, 当OC/EC的值为2.2一般认为是轻型汽油机产生, 重型汽油机产生的OC/EC的值大约为0.8, 当OC/EC的值为13.1认为是地面扬尘产生的。根据图3, 南京市郊OC/EC的平均值为4.5±1.4, 变化范围主要是2.8~9.5, 主要是汽车尾气、生物质燃烧和轻型汽油机产生。春夏两季OC/EC的比值变化范围较大, 分别为2.8~9.0、2.2~9.5, 这也说明其来源较其他两个季节相比较为复杂。

利用OC/EC的最小值法粗略的估算出SOC:

式中, SOC为二次有机碳, (OC/EC) min为OC/EC的最小值。此研究中, 分别选取春季 (2.8) 、夏季 (2.2) 、秋季 (3.2) 、冬季 (3.9) 作为OC/EC的最小值。经计算, SOC占OC的百分比夏季和春季最高, 分别是44.6%和40.9%, 冬季最低, 仅占21.0%。可见, 温度越高越容易生成SOC。夏季温度高, 光照强度强, 大气活性高有利于SOC的生成。有研究表明, 当温度低于15℃时只有少量的SOC生成[24]。

2.2.3 八个碳组分的来源分析

根据Cao等人[25]的研究表明, 样品中8个碳组分的含量可表现出一定的源谱特征, 故可据此初步判断污染源。根据Chow等人的总结, OC1是生物质燃烧样品中丰富的碳组分, OC2是燃煤样品中最丰富的碳组分, OC3、OC4是汽车尾气和道路扬尘中丰富的碳组分, OPC是大气中水溶性极性化合物的主要成分并且在生物质燃烧中的含量也较高, EC1是汽车尾气中丰富的碳组分, EC2和EC3是柴油车尾气中丰富的碳组分, 图4给出了南京北郊全年采样点PM2.5中8个碳组分占碳组分之和的百分比。可以看出南京北郊EC1的含量最高, 其次是OC3和OC4, 然后是OPC的含量, OC2的含量相对也较高, 表明采样期间南京北郊PM2.5中碳的主要来源是汽车尾气、道路扬尘、生物质燃烧和燃煤尘。春季OC1、OC3、OC4的含量较其他季节高, 春季是秸秆燃烧的季节因此其含量较高, 春季采样期间附近施工, 导致其道路扬尘较高。

2.3 水溶性离子分析

2.3.1 各个离子的来源分析

应用离子色谱仪检测到SO42-、NO3-、F-、Cl-、HCOO-、CH3COO-、Na+、NH4+、K+、Mg+、Ca+、C2O22-12种离子。由表4可以看出, NH4+、SO42-、NO3-离子是南京北郊水溶性离子的主要组成部分, 三者的离子之和占80%以上。SO42-、NO3-、NH4+的全年变化范围分别为1.89~83.71、0.14~38.01、2.98~17.8μg/m3, 年平均浓度分别为 (19.66±22.78) 、 (5.93±4.59) 、 (7.02±10.62) μg/m3, 占总离子的质量分数分别为47.86%、13.85%、20.47%。NH4+和SO42-NO3-都属于二次水溶性离子, 它们的气态前体物为NH3和SO2、NOx。由此可判定, 大气中的气态污染物经过光化学反应形成了二次污染物[26]。根据图5, NH4+的季节变化为夏季>春季>秋季>冬季, 夏季铵根离子达到最高值, 铵盐主要是空气中的NH3转化而来, 夏季温度较高, 相对湿度和大气辐射较强, 采样点附近有化工厂, 气态的NH3转化为了铵盐, 夏季农田施肥较多也是其浓度较高的另一原因。此表4中, SO42-的浓度季节变化和PM2.5的变化相似, 都是冬季最高夏季最低, 秋季相对高于春季。冬季SO42-浓度范围为55.1~83.7μg/m3达到最大, 采样点附近是燃料消耗较大的工业区, 加上居民取暖使用的煤而产生大量的SO2。SO2经过转换生成硫酸盐, 大气中的硫酸盐比SO2引起了更多的环境问题, 是导致酸雨的主要因素之一, 也是造成人体呼吸道感染的元凶。冬季采样期间出现严重的雾霾天气, 也是由于高浓度的硫酸盐导致的, SO42-通过对太阳辐射的散射和吸收而影响大气能见度。与SO42-相比, 大气中的NO3-的一次排放很少, 仅在硝酸铵肥料厂附近才能够观测到[27]。气溶胶中的NO3-主要来自机动车排放产生的NOx在大气中的化学转化而成。说明化工厂排放的NH3、燃煤产生的SO2和机动车辆排放的NOx经过光化学反应产生的二次气溶胶对南京市郊PM2.5的贡献比较大。K+的主要来源是生物质燃烧、燃煤、燃油、土壤等[28], 结果显示夏秋季节浓度最高, 主要是由于夏秋季节是南京北郊的收割季节, 大量的秸秆燃烧导致其浓度增高。Cl-是海盐粒子的主要贡献者, 主要存在于粗粒子中, 而细粒子中Cl-的主要来自于化石燃料和煤燃烧产生的, 因此在四季中冬季最高, 平均浓度为1.09μg/m3, 采样点是工业区和居民区的混合点, 使得Cl-产生富集[29]。Ca2+主要来自土壤, 是土壤扬尘的标识元素, 此研究中的浓度在春夏季节较高, 由于这两个季节采样期间附近在施工, 春季沙尘暴天气经常出现, 夏季台风登陆, 可见沙尘、土壤尘和建筑尘是这两个季节Ca2+的主要来源。而在冬季浓度最低, 由于冬季冻土和积雪的覆盖, 土壤尘和沙尘相对较少, 因此, 冬季Ca2+浓度偏低。Mg2+既有土壤源的贡献, 又有海洋源的贡献, 除夏季其余季节中浓度都最低, 由于其主要存在于粗粒子中, 在细粒子中含量相对较少。草酸的主要来源是机动车尾气排放的环烯烃与臭氧的光化学反应生成, 由表4, 草酸的浓度夏季最高, 春季最低, 夏季臭氧浓度最高, 有利于草酸的形成[30]。

2.3.2 NO3-/SO42-分析

通常将硫酸根作为固定源 (燃煤) 排放的指标, 硝酸根作为流动源 (汽车、柴油车尾气) 排放的指标。以大气颗粒物中NO3-/SO42-的比值是否大于1来判断城市是以固定源为主还是以流动源为主。根据南京北郊的研究结果显示, NO3-/SO42-的变化范围为0.02~0.54。平均值为0.21。从季节变化来看, 夏季最低, 可能与夏季温度和湿度较高、太阳辐射较强有关, 这样的气象条件有利于SO2的光化学反应, 促进了SO42-的生成, 从而降低了NO3-/SO42-的比值。说明南京北郊还是以固定源污染为主, 可能由于采样点附近有大型燃煤企业 (南京化工厂、南京钢铁公司) , 冬季居民燃煤取暖, 使得大气中的SO42-浓度升高。研究表明, 虽然南京市的机动车数量每年在不断的增加, 汽车尾气是NOx的一大污染排放源, 但是一些大型企业的燃煤是造成南京北郊氮氧化合物污染严重的最大提供者。

2.4 相关性分析

SO42-和NH4+的相关性在四季都比较高, 春季 (R2=0.84) 、夏季 (R2=0.85) 、秋季 (R2=0.67) 、冬季 (R2=0.91) 。计算其摩尔当量比, 秋、冬、春三季大气中的硫酸根基本以和 (NH4) 2SO4的形式存在, 而在夏季却以NH4HSO4形式存在, NO3-和NH4+离子在春、秋、冬三季都有较高的相关性, 可能以NH4NO3的形式存在, 夏季由于, 硝酸铵有较强的挥发性, 因此相关性较低。如图6, 四季Ca2+和Mg2+具有较好的相关性, 夏、秋、春季节相关性较高, R为0.723、0.716、0.610, 土壤和道路扬尘是两种离子的共同来源[31]。春夏季Cl-与Na+、NH4+之间的相关性都较强, Cl-的来源复杂, 有海盐、燃煤、土壤、工业排放等, Na+主要来源于海盐, NH4+主要来源于工业排放[32], 铵根可以和燃煤排放的气态氯化氢反应生成氯化铵存在于细粒子中, 表明春夏两季的Cl-主要来源于海盐和工业排放。冬季K+和Ca2+与OC、EC的相关性较高, K+是生物质燃烧的示踪物, Ca2+道路扬尘的示踪物, 表明冬季OC和EC有一部分来源于生物质燃烧和道路扬尘。

3 结论

(1) 2012年8月到2013年6月南京市郊PM2.5、OC、EC的日平均浓度分别为 (122.7±75.2) μg/m3、 (15.4±8.0) μg/m3、 (3.6±1.8) μg/m3。冬季PM2.5、OC、EC的浓度均高于其它季节, 其次是秋季和春季, 夏季最低。日平均浓度与国外一些城市相比较高, 但低于北方一些城市。

(2) OC/EC的平均值为4.5±1.4, 冬季比值最高, 秋季最低, 呈冬春夏秋的变化趋势。夏、秋、冬、春季SOC的浓度分别为小于4.15μg/m3、7.43μg/m3、5.03μg/m3、6.15μg/m3。SOC占OC的比例分别为小于44.6%、29.9%、21.0%、40.9%。夏季占的比例最高, 夏季光照强度强, 温度高有利于SOC的生成。OC与EC的相关性在冬季 (0.86) 和秋季 (0.83) 最高, 说明这两个季节的OC、EC的来源比较相似。对八组碳组分进行初步来源解析, 表明采样期含碳物质主要来源是汽车尾气、道路扬尘、生物质燃烧和燃煤尘。

(3) 二次离子SO42-、NH4+、NO3-是南京北郊PM2.5中三种主要的水溶性离子, 表明其二次污染比较严重, 冬季各离子的浓度基本都高于其他季节。NO3-/SO42-的变化范围为0.02~0.54, 说明南京北郊以固定源污染为主。

水溶液中的离子平衡八大考点扫描第6篇

一、弱电解质的电离

例1 (2009年山东15) 某温度下, 相同pH值的盐酸和醋酸溶液分别加水稀释, 平衡pH值随溶液体积变化的曲线如图1所示.据图判断正确的是 ()

(A) Ⅱ为盐酸稀释时的pH值变化曲线

(B) b点溶液的导电性比c点溶液的导电性强

(D) b点酸的总浓度大于a点酸的总浓度

解析:考查醋酸的电离平衡, Ⅱ应为醋酸稀释时的pH值变化曲线;溶液导电性取决于离子浓度, b点的H+浓度大, 导电性强;KW的大小只取决于温度;相同pH值的盐酸和醋酸, 醋酸浓度远大于盐酸的浓度, 稀释到相同体积时, 醋酸 (II) 浓度大于盐酸 (I) 浓度.答案为 (B) .

点拨:弱电解质是指在水溶液或熔融状态下不能完全电离的电解质, 其电离方程式用“”表示, 故弱电解质的水溶液中既有溶质的离子存在, 也有溶质分子存在.电离平衡受温度、浓度、外加试剂等的影响, 温度越高、浓度越小, 电离程度越大.

例2[2009年山东省28 (4) ]在25℃下, 将amol·L-1的氨水与0.01mol·L-1的盐酸等体积混合, 反应时溶液中c (NH 4) =c (Cl-) .则溶液显_________性填酸碱或中用含a的代数式表示NH3·H2O的电离常数Kb=__________.

解析:反应后的溶液中存在电荷守恒:c (NH+4) +c (H+) =c (Cl-) +c (OH-) , 因为c (NH+4) =c (Cl-) , 则有c (H+) =c (OH-) , 故溶液显中性. (因为是25℃下且为中性) ;, 则.

答案:中

点拨:在一定条件下, 弱电解质的电离达到平衡时, 溶液中电离所生成的各种离子浓度的乘积与溶液中未电离的分子浓度的比是一个常数, 这个常数叫电离平衡常数, 简称电离常数, 用K表示.

(1) 一般来说, 稀溶液中, H2O的浓度可视为不变, 不写入电离常数表达式中.

(2) 电离平衡常数只与温度有关, 与其它因素无关.

(3) 对于多元弱酸 (碱) :K1>>K2>>K3, 溶液酸碱性主要由第一步决定.

(4) 对于不同酸 (或碱) , K越大, 酸性 (或碱性) 越强.

二、水的电离

例3 (2008年北京6) 对水的电离平衡不产生影响的粒子是 ()

解析:水的电离方程式为:H2O⇌H++OH-, (A) 溶于水为盐酸, 使平衡左移; (B) 是Fe3+, 能发生水解, 使平衡右移; (C) 是Cl-, 其不影响该平衡; (D) 是醋酸根离子, 能发生水解, 使平衡右移.故答案为 (C) .

例4 (2008年上海11) 常温下, 某溶液中由水电离出来的c (H+) =1.0×10-13mol·L-1, 该溶液可能是 ()

(1) 二氧化硫 (2) 氯化铵水溶液 (3) 硝酸钠水溶液 (4) 氢氧化钠水溶液

(A) (1) (4) (B) (1) (2)

解析:由水电离出来的c (H+) =1.0×10-13mol·L-1<10-7mol·L-1, 说明水的电离受到了抑制, 则水溶液中可能加入了酸或碱.故答案为 (A) .

点拨:水是极弱的电解质, 任何水溶液中, 由水电离出的c (H+) 与c (OH-) 都相等.水的离子积常数:KW=c (H+) ·c (OH-) 只与温度有关, 温度升高, KW增大.KW不仅适用于纯水, 也适用于酸、碱、盐的稀溶液.水的电离平衡受以下几个因素的影响:

(1) 酸和碱:抑制水的电离. (2) 温度:升温将促进水的电离. (3) 其他因素.

三、溶液的酸碱性与pH的计算

例4 (2008年全国Ⅱ9) 取浓度相同的NaOH和HCl溶液, 以3∶2体积比相混合, 所得溶液的pH等于12, 则该原溶液的浓度为 ()

(A) 0.01mol·L-1 (B) 0.017mol·L-1

解析:由题意可得:, =0.05mol·L-1.答案为 (C) .

点拨:pH=-lgc (H+) , 其计算时要注意:

(1) 酸性溶液直接求出c (H+) , 再求出pH.碱性溶液则先求出c (OH-) , 再根据KW求出c (H+) , 进一步求出pH.

(2) 酸碱中和反应则先讨论酸碱是否恰好完全反应, 然后再根据酸、碱性进行计算.

溶液的酸碱性则根据溶液中c (H+) 与c (OH-) 的大小进行确定:若c (H+) =c (OH-) , 溶液呈中性;若c (H+) >c (OH-) , 溶液呈酸性;若c (H+)

例5 (2909年全国) 现有等浓度的下列溶液: (1) 醋酸, (2) 苯酚, (3) 苯酚钠, (4) 碳酸, (5) 碳酸钠, (6) 碳酸氢钠.按溶液pH由小到大排列正确的是 ()

(A) (4) (1) (2) (5) (6) (3)

(B) (4) (1) (2) (6) (5) (3)

(D) (1) (4) (2) (3) (6) (5)

解析: (1) 、 (2) 、 (4) 均属于酸, 其中醋酸最强, 碳酸次之, 苯酚最弱. (3) 、 (5) 、 (6) 均属于强碱弱酸盐, 根据越弱越水解的原理知, 因H2CO3>苯酚>HCO 3-, 所以对应盐的碱性为:碳酸钠>苯酚钠>碳酸氢钠, 故 (C) 项正确.答案为 (C) .

点拨:对于同浓度的酸、碱来说, 酸性越强, pH越小;碱性越强, pH越大.对于盐来说, 阳离子水解程度越大, 酸性越强, pH越小;阴离子水解程度越大, 碱性越强, pH越大.

四、酸碱中和滴定

例6 (2008年全国) 实验室现有3种酸碱指示剂, 其pH的变色范围如下:

甲基橙:3.1～4.4石蕊:5.0～8.0酚酞:8.2～10.0

用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定未知浓度的CH3COOH溶液, 反应恰好完全时, 下列叙述正确的是 ()

(A) 溶液呈中性, 可选用甲基橙或酚酞作指示剂

(B) 溶液呈中性, 只能选用石蕊作指示剂

(D) 溶液呈碱性, 只能选用酚酞作指示剂

解析:NaOH与CH3COOH恰好完全反应生成CH3COONa, CH3COONa为强酸弱碱盐, 水解后溶液呈碱性, 为了减少滴定误差, 应选择指示剂的pH范围与CH3COONa溶液的pH接进, 所以指示剂选择酚酞.答案为 (D) .

点拨:

(1) 酸碱中和的实质:H++OH-=H2O.

(2) 选择指示剂的原则是: (1) 终点时, 指示剂的颜色变化明显; (2) 变色范围越窄越好, 对溶液的酸碱性变化较灵敏.一般酸滴碱用甲基橙, 碱滴酸用酚酞.

(3) 滴定操作的顺序一般为:洗涤→检漏→润洗→装液→调液→读数→放液→滴加指示剂→滴定.操作时应注意左手握持滴定管, 右手摇动锥形瓶, 眼睛注视锥形瓶中溶液颜色的变化.

五、盐类的水解

例7 (2008年海南) 下列离子方程式中, 属于水解反应的是 ()

(A) HCOOH+H2O⇌HCOO-+H3O+

(B) CO2+H2O⇌HCO-3+H+

(D) HS-+H2O⇌S2-+H3O+

解析:选项 (A) 、 (B) 、 (D) 表示的都是电离.答案为 (C) .

例8 (2009年福建) 在一定条件下, Na2CO3溶液中存在水解平衡:CO 32-+H2O HCO 3-+OH-.下列说法正确的是 ()

(A) 稀释溶液, 水解平衡常数增大

(B) 通入CO2, 平衡朝正反应方向移动

(D) 加入NaOH固体, 溶液pH减小

解析:稀释溶液, 平衡正向移动, 但水解平衡常数只与温度有关, (A) 错误.CO2水溶液呈酸性, 中和OH-, 将促使水解平衡正向移动, (B) 正确.水解反应为吸热反应, 升高温度, 平衡正向移动, 增大, (C) 错误.加入NaOH固体, 虽然使水解平衡逆向移动, 但由于加入的NaOH为强碱, 导致溶液pH反而增大, (D) 错误.答案为 (B) .

点拨:盐类水解的实质是促进水的电离.规律是:无弱不水解, 有弱就水解, 越弱越水解, 都弱都水解, 谁强显谁性, 同强显中性.盐类水解程度一般很小, 书写时用“⇌”号, 但当一种阳离子与一种阴离子发生强烈双水解有明显沉淀和气体时用“↑”和“←”, 水解方程式用“=”表示.多元弱酸阴离子水解分步进行, 以第一步为主.

盐类的水解是吸热反应, 升高温度会使盐的水解程度增大;而溶液浓度越小, 盐的水解程度增大;另外酸可抑制阳离子的水解, 碱可抑制阴离子的水解.

六、离子浓度大小比较

例9 (2009年江苏13) 下列溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是 ()

(A) 室温下, 向0.01mol·L-1NH4HSO4溶液中滴加NaOH溶液至中性:c (Na+) >c (SO 2-4) >c (NH+4) >c (OH-) =c (H+)

(B) 0.1mol·L-1NaHCO3溶液:c (Na+) >c (OH-) >c ( (HCO-) >c (H+)

(D) 25℃时, pH=4.75、浓度均为0.1mo·L-1的CH3COOH、CH3COONa混合溶液:c (CH3COO-) +c (OH-)

解析: (A) 中两者若以1∶1反应时, 则生成Na2SO4和 (NH4) 2SO4, 溶液呈酸性, 若要呈中性, 必须再加NaOH溶液, NH 4+部分转变为NH3·H2O, 故 (A) 正确. (B) 中HCO 3-既电离又水解, 但都很微弱, 因此c (OH-) 不可能大于c ( (HCO 3-) , (B) 错误. (C) 中为质子守恒, 正确. (D) 中的关系应是:c (CH3COO-) +c (OH-) =c (CH3COOH) +c (H+) , 所以 (D) 错误.答案为 (A) 、 (C) .

例10 (2009年安徽省) 向体积为Va的0.05mol·L-1CH3COOH溶液中加入体积为Vb的0.05mol·L-1KOH溶液, 下列关系错误的是 ()

(A) Va>Vb时:c (CH3COOH) +-+

(B) Va=Vb时:c (CH3COOH) +c (H+) =-

(D) Va与Vb任意比时:c (K+) +c (H+) =c (OH-) +c (CH3COO-)

解析:当Va>Vb时, CH3COOH过量, 则反应后c (CH3COOH) +c (CH3COO-) >c (K+) , (A) 正确.当Va=Vb时, 两者恰好完全反应生成CH3COOK, 根据质子守恒知 (B) 正确.当Va

点拨:在比较离子浓度大小时, 对于单一溶液, 需要考虑溶液中的哪些离子发生水解或电离, 同时还要注意到水的电离对c (H+) 与c (OH-) 的影响.对于两种混合溶液, 需要两者的量的多少两者是否发生反应反应后各种离子的量的关系等, 然后才能比较大小.

七、离子共存

例11 (2008年江苏省) 在下列溶液中, 各组离子一定能够大量共存的是 ()

(A) 使酚酞试液变红的溶液:Na+、Cl-、SO 2-4、Fe3+

(B) 使紫色石蕊试液变红的溶液:Fe2+、Mg2+、NO-3、Cl-

(D) 碳酸氢钠溶液:K+、SO 42-、Cl-、H+

解析: (A) 中使酚酞试液变红的溶液显碱性, Fe3+不能存在; (B) 中使紫色石蕊试液变红的溶液呈酸性, NO 3-在强酸性条件下能将Fe2+氧化; (C) 中c (H+) =10-12mol·L-1, 溶液呈碱性, 没有离子发生反应; (D) 中HCO 3-与H+不能大量共存.答案为 (C) .

例12 (2008年海南12) 在pH=13的无色溶液中, 可以大量共存的一组离子是 ()

(A) NH+、NO-、K+、SO 2-

(B) SiO 2-、NO-、HCO-、Na+

(D) CrO 2-4、K+、Na+、SO 2-4

解析:pH=13的溶液呈碱性, 故NH 4+、HCO 3-在其中不能大量存在, (A) 、 (B) 不符合题意. (D) 中CrO 42-为黄色, 与题目中无色溶液不相符合.故答案为 (C) .

点拨:Al3+与HCO 3-、CO 32-、AlO 2-、SiO 32-、S2-、HS-等;Fe3+与HCO 3-、CO 32-、AlO 2-、SiI32-等;NH 4+与AlO 2-、SiO 32-等因发生强烈双水解反应而不能大量共存.水解能力弱的弱碱阳离子与酸式弱酸根离子, 如Mg2+与HCO 3-、HSO 3-等, 可以不考虑它们之间的双水解共存于同一溶液.

八、沉淀的溶解平衡

例 (年浙江) 已知:℃时, Ksp[Mg (OH) 2]=5.61×10-12, Ksp[MgF2]=7.42×10-11.下列说法正确的是 ()

(A) 25℃时, 饱和Mg (OH) 2溶液与饱和MgF2溶液相比, 前者的c (Mg2+) 大

(B) 25℃时, 在Mg (OH) 2的悬浊液中加入少量的NH4Cl固体, c (Mg2+) 增大

(D) 25℃时, 在Mg (OH) 2悬浊液中加入NaF溶液后, Mg (OH) 2不可能转化为MgF2

解析: (A) 中两种物质类型相同, 氢氧化镁溶度积小, 所以其Mg2+少; (B) 中NH 4+结合OH―使氢氧化镁溶解平衡右移, Mg2+增大; (C) 中Ksp不随浓度变化, 只与温度有关; (D) 中二者Ksp接近, 使用浓NaF溶液可以使氢氧化镁转化.答案为 (B) .

例14 (2009年广东省) 硫酸锶 (SrSO4) 在水中的沉淀溶解平衡曲线如图2所示, 下列说法正确的是 ()

(A) 温度一定时, Ksp (SrSO4) 随c (SO 42-) 的增大而减小

(B) 三个不同温度中, 313K时Ksp (SrSO4) 最大

(D) 283K下的SrSO4饱和溶液升温到后变为不饱和溶液

解析平衡常数只与温度有关与物质的浓度无关, (A) 错误;温度一定时Ksp=c (Sr2+) ·c (SO 42-) , 由图可知313K时, 相同SO 42-浓度下, Sr2+的浓度最大, 所以平衡常数最大, (B) 正确;283K时, Sr2+的浓度比平衡时要小, Qc小于Ksp (283K) , 对应为不饱和溶液, (C) 正确;283K下的饱和溶液, 突然升温至363K, Ksp减少, 析出沉淀, 仍然为饱和溶液, (D) 错误.答案为 (B) 、 (C) .

点拨:沉淀的溶解平衡是指在一定条件下, 当沉淀溶解的速率和沉淀生成的速率相等时, 得到该沉淀的饱和溶液的一种动态平衡状态.它主要受浓度、温度、同离子效应以及其它一些因素影响.

当沉淀在溶液中达到沉淀溶解平衡状态时, 离子浓度保持不变 (或一定) , 其离子浓度的方次的乘积为一个常数, 这个常数称之为溶度积常数, 简称为溶度积, 用Ksp表示.

(1) 表达式为:.

(2) Ksp只与温度有关, 而与沉淀的量和溶液中的离子的浓度无关.

(3) 一般来说, 对同种类型难溶电解质, Ksp越小, 其溶解度越小, 越易转化为沉淀.不同类型难溶电解质, 不能根据Ksp比较溶解度的大小.

(4) 可通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度幂的乘积—离子积 (Qc) 的相对大小判断难溶电解质在给定条件下的沉淀生成或溶解情况:

Qc>Ksp, 向生成沉淀的方向进行, 有沉淀析出;

Qc=Ksp, 达溶解平衡, 溶液为饱和溶液;

水溶性离子第7篇

传统的电渗析、离子交换、电化学方法、反渗透等处理方法, 因其成本高、能耗高、二次污染严重等缺点在应用中受到限制。而吸附法因其去除效率高、可回收利用, 且循环废水中的重金属离子具有潜在的经济效益, 因此在废水处理方面受到广泛关注。然而, 当前工业上普遍使用的吸附剂价格昂贵、处理效果不佳, 因此选择分布广、成本低、吸附性能强的吸附剂成为研究的一个重要方向[4]。近年来, 用微生物吸附重金属的研究取得了很大的进展, 一些微生物如细菌、真菌和藻类对重金属具有选择性, 节能、处理效率高, 吸附剂易再生利用等优点, 因此选择微生物菌体作为新型吸附剂材料已成为研究热点[5,6,7,8,9]。用微生物处理废水中的金属离子没有二次污染, 不会对环境及人类的生存造成危害。本文主要研究溶液p H、温度、离子强度等因素对金黄色葡萄球菌, 枯草杆菌和少动鞘氨醇单胞菌休眠体吸附镍 (Ⅱ) 离子的去除效果的影响。

1 实验材料与方法

含镍试液:称取4.954 8 g硝酸镍, 溶于水并定容于1 000 m L容量瓶中, 配成1 000 mg/L的镍标准贮备液。

0.05 mol/L碘溶液:称取12.7 g碘加到含有25 g KI的适量水中, 用水稀释至1 000 m L。并于棕色瓶中保存。

0.5% (m/v) 丁二酮肟溶液:称取2.5 g丁二酮肟粉末溶解于250 m L氨水中, 用水稀释至500 m L。

THZ-82水浴恒温振荡器、KQ-B玻璃仪器气流烘干器、UV-754紫外可见分光光度计、p HS-3C精密p H计、BS224S电子天平、电热恒温干燥箱、容量瓶、锥形瓶、比色管、比色皿、烧杯。

配制牛肉膏蛋白胨培养基:一是液体培养基, 加入500 m L蒸馏水于烧杯, 依次加入牛肉膏2.5 g, 蛋白胨5.0 g, 氯化钠2.5 g, 并溶解, p H调至7.2~7.4, 即为。二是固体培养基, 向液体培养基中加入7 g琼脂, 加热, 搅拌后倒入培养皿内约1/3~1/2高度处, 平放好, 冷却凝固制成平板。液体培养基高温高压 (121~125℃) 灭菌20 min[10]。

菌种活化:细菌菌种的活化, 从冰箱里取出保藏菌种, 接到斜面 (两支斜面) 活化一次, 37℃培养箱过夜长出菌落, 再转接斜面, 以需要做种子的斜面数量为依据转接;第二次活化, 同样培养条件37℃, 24 h培养, 保证斜面菌处于对数期。

种子液的制备:取培养好的斜面用无菌水或灭过菌的液体培养基约3 m L冲入斜面, 用接种环刮下, 都转入灭菌的液体培养基, 每50 m L液体培养基约接一支斜面, 本实验用1 000 m L的三角瓶装300 m L液体培养基培养, 温度为37℃时, 在摇床上150 r/min培养24 h, 瓶口用四层纱布蒙上绑好。

上发酵罐培养:按照10%的接种量, 每罐用300 m L培养基接种。培养三种细菌, 包括枯草芽孢杆菌, 少动鞘氨醇单胞菌和金黄色葡萄球菌, 每样各准备3 L液体培养基, 把液体培养基先上罐灭菌, 再把种子装上。

休眠体的制备:取1×104g上述培养液用离心机离心10 min左右得到菌体, 把上清液另放保存备用, 菌体留在离心管中, 再倒入混合培养物再离心, 直到菌体足够多 (不影响离心效果就可以) , 然后把菌体用蒸馏水洗涤三次, 离心三次, 再把菌体放到-40℃的冰箱里冷冻, 最后把菌体放在冻干机里冻干, 再保存倒干燥器内备用吸附。

2 结果与讨论

2.1 温度对吸附性能的影响

温度对吸附性能的影响见图1。不同温度下, 镍溶液的质量浓度为40 mg/L时吸附量最大, 分别为9.786 mg/L, 12.143 mg/L, 11.599 mg/L。随温度升高, 三种菌吸附能力也随之上升, 但随后出现降低的趋势, 造成这种现象的原因可能是在低浓度条件下, 溶液中几乎所有的Ni2+都能够与吸附剂的吸附点位相接触, 但浓度高时, 吸附量明显降低, 这是因为对于固定量的吸附剂而言, 其上吸附点位是一定的, 浓度高时吸附点位已基本饱和, 所以在应用中需选择合适的浓度。30℃时金黄色葡萄球菌休眠体吸附量最大, 造成这种现象的原因可能是温度过高和过低会影响酶的活性, 所以在应用中需选择合适的温度[10]。

2.2 p H值对吸附性能的影响

用镍标准贮备液配质量浓度为40 mg/L的溶液, 备用。分别取40 mg/L的镍标准溶液50 m L于6个100 m L锥形瓶中, 将其p H值分别调为2, 3, 4, 5, 6, 7, 分别加入0.025 g吸附剂于20℃下振荡2 h, 取出离心并测定吸光度。

溶液的p H值是影响菌体吸附重金属离子的一个重要因素。只有在适宜的p H值范围内, 菌体的吸附作用才是行之有效的。p H值过低或者过高都将对吸附产生不利影响。作三种休眠体吸附量、吸附效率与吸附剂量的双坐标见图2、图3、图4。

从图1、图2、图3中可以看出, 在p H为5时三种菌体的吸附率达到最大, 分别为15.405%, 18.578%, 16.312%, 所以p H为5时吸附效果最佳。随着p H值的增大和减小, 吸附量都呈现下降的趋势。革兰氏阳性菌的等电点为p H为2~3, 革兰氏阴性菌的等电点为p H为4~5。当p H值很低时, 大量存在的氢离子会使微生物质子化, 质子化程度越高, 微生物对重金属离子的斥力越大;同时溶液p H值也影响微生物细胞表面重金属吸附位点和重金属离子的化学状态。p H值低时, 细胞壁的连接基团会被水合氢离子所占据, 由于斥力作用而阻碍重金属离子对细胞的靠近, p H值越低阻力越大。当溶液中氢离子浓度减小时, 会暴露出更多的吸附基团, 则有利于重金属离子的接近并吸附在细胞表面上。另一方面, p H值过高对微生物吸附重金属离子亦存在不利影响, 原因是当很多金属离子会生成氢氧化物沉淀, 从而使生物吸附无法顺利进行。细菌对Ni2+离子的吸附量与p H值之间并不呈简单的线性关系。

3.3 离子强度对吸附性能的影响

用镍标准贮备液配成p H值为5、质量浓度为40 mg/L的溶液, 备用。分别取40 mg/L的Ni2+溶液50 m L于5个100 m L的锥形瓶中, 再分别加入0, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5 mol/L Na Cl, 加入0.025 g吸附剂于20℃下振荡90 min, 取出离心并测定吸光度, 见图5。

从图5可以看出, 随着Na Cl浓度的增大, 单位吸附量明显降低, 20℃时40 mg/L镍溶液未加Na Cl时三种菌体的吸附量分别为8.517 mg/g, 11.962 mg/g, 11.962 mg/g, 加入0.01 mol/L的Na Cl后, 吸附量减少为7.7921 mg/g, 1.236 mg/g, 11.418mg/g。镍离子吸附量降低可能是由于Na Cl的存在使得其中的Na+与Ni2+产生竞争吸附, 或由于加入Na Cl后大量的Na+会涌入菌体的扩散层甚至吸附层[11], 使得扩散层增厚静电斥力能力增加, 导致微生物休眠体的单位吸附量下降;此外, 也可能是由于溶液中大量的Cl-包裹在Ni2+周围, 形成离子氛, 从而导致微生物休眠体的单位吸附量下降。

4 结论

通过金黄色葡萄球菌、枯草杆菌和少动鞘氨醇单胞菌3种微生物休眠体对水溶液中Ni2+的吸附实验, 讨论了温度、p H值和加入不同离子强度后3种微生物休眠体对Ni2+的吸附情况, 得到结论下:一是金黄色葡萄球菌休眠体对水溶液中Ni2+的吸附效率受溶液的物理化学状态影响, 其中, 温度是一个较主要的因素, 在应用中需选择合适的温度。二是p H值同样也是一个影响因素, p H为5时吸附效果最佳。三是增大溶液离子强度会导致镍离子的单位吸附量降低。

参考文献

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[10]沈萍, 范秀容, 李广武.微生物学实验[M].2版.北京:高等教育出版社1999.

水溶性离子第8篇

水是人类生活和生产活动中必不可少的重要自然资源。近年来,随着工农业的迅猛发展以及人口数量的快速增加,我国不仅面临着水资源日益短缺的问题,而且水质污染日益严重。其中加工工程、催化剂生产、电气设备、涂料油漆、农业材料等领域的废物废水中含有大量的金属离子,这些金属离子,一方面会对自然界的生态平衡及人类的身体健康造成极大的危害;另一方面,随着金属离子在许多领域的广泛应用,金属变得越来越稀少,所以价格也越来越昂贵。因此,从废水中分离出这些金属离子,无论是从经济的角度还是从人类健康的角度来讲都是十分重要的[1,2,3]。

吸附法被认为是一种简单、快捷、有效的水处理方法,在吸附过程中起主要作用的吸附剂在很大程度上决定了该技术能否被成功应用。而磁性微/纳米材料作为一种新型的功能材料,具有吸附性能好、化学稳定性好、易再生和易于固液分离等特点,在水处理工程中已成为研究的热点[4,5,6,7]。本文综述了近几年来国内外对磁性微/纳米材料的制备及对水溶液中金属离子去除方面的研究。

1 铁氧化微/纳米材料

1.1 铁氧化物微/纳米材料

Uheida等[8]研究了纳米Fe3O4和γ-Fe2O3对钴的吸附,结果表明,这两种吸附剂对钴都具有较快的吸附速率,在5.0min后吸附达到平衡,且吸附过程为吸热过程,高温有利于吸附过程的进行。Wei等[9]研究了纳米磁铁矿对水溶液中Se的处理,发现与自然磁铁矿(<5μm)和纳米铁(~10nm)相比,在酸性水溶液中纳米磁铁矿对SeO32-具有更高的去除效率。吸附SeO32-的过程也是自发吸热的过程,所以高温有利于Se的去除。另外,普通阴离子的出现不会显著地影响纳米磁铁矿对SeO32-吸附,这说明小颗粒(<10nm)的纳米磁铁矿对金属离子具有更好的吸附性能。T.Tuutijrvi等[10]比较了商用磁赤铁矿、机械化学法和溶胶-凝胶法制备的磁赤铁矿纳米粒子(γ-Fe2O3)对As(Ⅴ)的吸附性能。研究表明,这3种粒子都能成功地吸附As(Ⅴ),其中机械化学法制备的γ-Fe2O3对As(Ⅴ)的吸附量最大,达到了50.0mg/g。

由此可见,不同方法制备的磁性微/纳米铁氧化物的比表面积和分散能力不同,从而对金属离子的去除效果不同,其中纳米级的磁性铁氧化物对金属离子表现出较好的吸附性能,这为低成本的磁性纳米铁氧化物在处理污水中金属离子方面的应用研究提供了帮助。

1.2 铁酸盐类微/纳米材料

Jia等[11]通过两步成孔法制备了磁性介孔NiFe2O4,研究了其对Cr(Ⅵ)的吸附性能。结果表明,在pH值为2时去除效果最好,最大吸附量达到43.68mg/g,吸附主要是库伦力作用的物理吸附。Ren等[12]通过溶胶-凝胶法制备了磁性多孔针尖晶石MnFe2O4,研究了其对水溶液中的Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附。结果表明,由于磁性多孔MnFe2O4表面的羟基和羧基中的氧与金属离子络合形成络合物,从而使其具有良好的吸附性能,在pH值为6.0时,对这两种金属离子的最大吸附量分别达到333.3μmol/g和952.4μmol/g。另外,用HCl对该吸附剂进行洗脱再生,吸附剂可重复使用5次,具有重复使用性能。可见,表面带有的配位官能团使磁性多孔铁酸盐类吸附材料具有更好的吸附性能。

1.3 功能化铁氧化物

Lin等[13]合成了氨基功能化的二氧化硅磁铁矿复合物(NH2/SiO2/Fe3O4),研究了其对Cu(Ⅱ)的吸附性能,发现在pH值为5.5时吸附量最大,达到了10.41mg/g。Karl Mandel等[14]以硅酸钠为基体原料制备了一种可重复使用、磁性能可变的磁性二氧化硅纳米复合物,并用硫醇和Cu(Ⅱ)为交换剂进行改性后将其用于有选择性的去除水溶液中的Hg(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)。结果表明,这种纳米磁铁矿包覆的二氧化硅微粒对Hg(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的去除率分别达到99%和88%。可见这种成本低、合成过程简单快捷、再生容易的吸附剂,有望成为一种能有效去除Hg(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附材料。Pan等[15]研究了表面带有巯基官能团的纳米Fe3O4颗粒(SH-Fe3O4-NMPs)对Hg(Ⅱ)的吸附。研究发现,吸附效率随着pH值的增大而增大,最大吸附量达到522.9mg/g,在Cl-存在时SH-Fe3O4-NMPs对Hg2+的吸附量减少,可见巯基改性的吸附剂对Hg(Ⅱ)具有较好的吸附效果。这是由于除了物理吸附外,吸附剂表面的巯基易于与Hg(Ⅱ)形成络合物,从而提高了吸附剂的吸附性能。Bahrami等[16]研究了用十二烷基硫酸钠(SDS)改性的Fe3O4对水中Cd(Ⅱ)的去除,在pH值为6时得到的最大吸附量为7.466mg/g。

由此可见,虽然铁氧化物纳米粒子对水溶液中的金属离子具有一定的吸附效果,但是因其表面能高、分散性差,限制了其作为一种稳定的吸附剂用于对水中金属离子的去除。而对铁氧化物纳米粒子进行表面修饰后,使其表面能降低、分散性和稳定性得到提高,同时适当的表面修饰使铁氧化物纳米粒子表面带有反应性配位基团,提高了其对水溶液中金属离子的吸附性能。

2 磁性无机材料复合的微米材料

2.1 磁性碳质吸附材料

传统的活性碳材料由于尺寸小,如果采用传统的过滤方法将吸附剂从吸附液中分离就容易造成堵塞和吸附剂流失的现象,从而限制了其进一步应用。而在活性碳中引入磁性纳米粒子可使活性碳在外加磁场的作用下很容易从吸附液中分离,从而提高其重复使用性能。

Emily K等[17]制备了磁性活性炭粉末吸附剂,根据对Hg(Ⅱ)的去除率优化了磁性活性炭粉末的合成条件(主要是C、Fe的质量比)。结果表明,当m(C)∶m(Fe)为3∶1时,吸附剂的比表面积最接近原活性炭的比表面积,吸附剂对Hg(Ⅱ)的去除率可达到96.3%±9%,回收率可达到92.5%±8.3%,这表明大部分的汞离子都能被吸附回收。Gong等[18]制备了具有分层结构的磁性碳质微球(Fe3O4-CMSs),研究了其对水溶液中重金属离子的吸附。结果表明,Fe3O4-CMSs对Pb(Ⅱ)的最大吸附量可达到126mg/g;在外加磁场下吸附剂易于分离。这为Fe3O4-CMSs在水处理方面的应用提供了可能。Wang等[19]制备了包覆有一薄层(11nm)多孔碳的超顺磁性Fe3O4纳米颗粒,研究了其对Pb(Ⅱ)的吸附性能。研究发现,酸性水溶液环境有利于吸附的进行,对Pb(Ⅱ)的去除率可达97%,且在处理弱酸性的高浓度污水时表现出较好的吸附性能,吸附是多孔碳的物理吸附和表面羧基的化学吸附共同作用的结果。Cheng等[20]结合模板牺牲法和溶剂热处理法制备了直径约为120nm(孔洞约50nm)的多孔Fe3O4@C纳米囊。结果表明,吸附剂对多种金属离子表现出优异的亲和性,且去除率大于90%,其中对Pb(Ⅱ)的去除速率最快,1min内去除率达到99.57%。通过调节pH值,实现吸附剂和金属离子的回收再利用。可见,这种吸附剂对水中的金属离子具有优异的去除效果,且吸附剂具有良好的重复使用性能。V.K.Gupta等[21]制备了多层碳纳米管(MWCNTs)和纳米铁氧化物复合的磁性吸附剂,研究了其对Cr(Ⅲ)的吸附性能。结果表明,与活性炭和MWCNTs的吸附性能相比,这种复合材料对铬离子表现出更优异的吸附性能,这说明具有大的比表面积的MWCNTs/纳米铁氧化物磁性复合材料是污水处理中很有前景的吸附材料。可见在吸附碳材料中引入磁性纳米铁氧化物,不仅可以使其易于分离具有重复使用性能,而且,磁性纳米粒子在吸附过程中还起到了协同吸附的作用。

2.2 磁性介孔氧化硅材料

Cao等[22]制备了具有多孔壳层结构的纳米磁性硅酸镁复合物γ-Fe2O3@MgSNTs(7nm),并研究了γ-Fe2O3@MgSNTs对水溶液中Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附。结果表明,γ-Fe2O3@SiO2对Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)都有很好的吸附效果,最大吸附量分别是200mg/g和430mg/g,在吸附过程中吸附剂中的Mg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)或Cd(Ⅱ)发生了交换。在外加磁场下吸附剂易于从水溶液中分离,可有效地实现吸附剂的回收再利用。C.Caparrós等[23]利用Stober方法结合水热处理制备了介孔磁性二氧化硅小球(PMS)。结果表明,纳米γ-Fe2O3均匀地分布在类洞穴结构的二氧化硅基体上,与烧结前热处理制备的PMS相比,烧结后热处理得到的PMS对水溶液中Ni(Ⅱ)的吸附量提高了15%,对Ni(Ⅱ)的最大去除率为85%。

2.3 其他磁性无机微纳米吸附材料

Chen等[24]利用共沉淀方法制备了膨润土/铁氧化物磁性复合物,并研究了这种磁性材料对Ni(Ⅱ)的吸附。他们发现,虽然磁性膨润土对Ni(Ⅱ)的吸附量低于纯膨润土,但是在外加磁场下可快速地实现吸附剂从水溶液中的分离,这使其在处理大量污水时具有一定的优势。Xie等[25]使用生物废弃物鸡蛋壳制备了一种新型的磁性羟基磷灰石复合物(Fe3O4/HAP),并研究了其对水溶液中钴的吸附,在静电吸附、离子交换和表面络合等的共同作用下,对Co(Ⅱ)的去除率超过了92%,最大吸附量达到了6.9×10-4mol/g,且Fe3O4/HAP可实现有效快速吸附及简捷磁分离。Silva等[26]以O2作为氧化剂,通过在磁性粒子中沉淀锰氧化物制备了磁性复合物(Mn3O4/Fe3O4),并研究了这种吸附剂对As(Ⅲ)的吸附性能。研究结果表明,这种载有磁性粒子的锰氧化物具有良好的物理和化学稳定性,对As(Ⅲ)具有好的吸附效果,可作为稳定的吸附剂去除As(Ⅲ)。

磁性无机复合吸附材料结合了磁性材料和无机材料的吸附特性,且具有简捷磁分离的特性,此外,无机材料提高了吸附剂的稳定性,减缓了吸附剂中磁性材料的丢失,使吸附剂能够多次使用。由此可见,磁性无机复合吸附材料可作为一种低成本、易分离回收的磁性吸附剂,有望在去除水溶液中金属离子方面得到广泛的应用。

3 磁性有机材料复合的微纳米材料

磁性螯合树脂近年来因其易再生和对金属离子具有选择性的特点而备受关注。这类具有优良吸附性能、良好再生性能和相应配位体的磁性吸附剂在污水处理领域具有广阔的应用前景[27,28,29]。

3.1 磁性壳聚糖吸附材料

Liu等[30]结合了纤维素和壳聚糖的可再生性能与生物相容性以及Fe3O4的磁性设计了一种磁性混合水凝胶来吸附重金属离子。他们通过对几种不同金属离子的吸附研究发现,其对Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)具有良好的选择吸附性,平衡吸附量分别为(44.7±5)mg/g、(94.1±7)mg/g和(28.1±3)mg/g,其中对Fe(Ⅱ)的吸附量最大,这是因为Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)容易与壳聚糖上的氨基形成金属螯合物,而Fe(Ⅱ)则容易被水解进而氧化生成易被吸附的Fe(OH)3。M.Monier等[31,32]制备了以壳聚糖为基体带有不同官能团的磁性交联树脂,并研究其对水溶液中不同重金属离子的吸附。他们考察了影响吸附的因素和磁性树脂对重金属离子的最大吸附量,通过计算热力学数据ΔG0、ΔH0、ΔS0研究了温度对吸附的影响和吸附过程的吸附机理。Hu等[33]研究了乙二胺改性的交联磁性壳聚糖树脂(EMCMCR)对Cr(Ⅵ)的吸附。结果表明,在较低的pH值和温度下,吸附剂表现出良好的吸附性能。在吸附过程中,金属阳离子和吸附剂之间既有离子交换作用(化学吸附),也有静电作用(物理吸附)。Podzus等[34]制备了磁性壳聚糖微球,对Cu(Ⅱ)进行吸附,最大吸附量约为500mg/g,吸附剂可用乙二胺四乙酸(EDTA)洗脱,实现吸附剂再生,可见这种吸附剂对Cu(Ⅱ)具有良好的吸附效果,且易再生。Zhang等[35]通过在含有壳聚糖和Fe3O4纳米颗粒的水溶液中聚合丙烯酸制备了Fe3O4/壳聚糖/聚丙烯酸复合颗粒(Fe3O4/CS/PAA)。通过改变加入的羧基和氨基的物质的量比和反应物的浓度控制复合颗粒的大小,使Fe3O4/CS/PAA的平均尺寸在100~300nm之间,对Cu(Ⅱ)进行吸附,最大吸附量可达193mg/g,而且吸附剂使用3次后,饱和吸附量仍可达100mg/g,吸附剂具有良好的重复使用性。

可见,以天然高分子壳聚糖为基体的磁性吸附剂,结构易控易功能化,表面带有特定官能团的壳聚糖使其复合材料对金属离子表现出良好的吸附性能,其作为一种低成本的环境友好型磁性有机复合吸附材料在金属离子去除方面具有可观的应用价值。

3.2 具有螯合或络合作用的其他有机基体磁性复合材料

Huang等[36]制备了一种氨基功能化的磁性纳米吸附剂,并研究了其对水溶液中的Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附,最大吸附量分别是12.43mg/g和11.24mg/g。Tseng等[37]合成了带有亚氨基二乙酸的金属螯合配体的磁性聚合物吸附剂(MPA),通过对Cu(Ⅱ)的吸附研究发现,pH=4.5时,吸附效果最佳,在pH=1.0时可实现吸附剂的再生。Chou等[38]制备了表面接有树枝状大分子的磁性纳米颗粒,并研究了其对Zn(Ⅱ)的有效吸附和回收。结果表明,pH值是影响吸附效果的重要因素,吸附量随着pH值的增大而增大,最大吸附量为24.3mg/g,当pH<3时,吸附的Zn(Ⅱ)被解吸,吸附剂在重复吸附-解吸10次后,仍然对Zn(Ⅱ)具有良好的吸附效果,可见吸附剂具有良好的重复使用性。Tao等[39]制备了一种以磁性Fe3O4为核、巯基改性结构为壳的磁性微球(350~400nm),先后对水溶液中的毒性酚类复合物和重金属离子进行吸附,发现这些多功能微球对有毒的酚类化合物和重金属离子(Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ))都具有优异的吸附性能,对Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别达到了185.19mg/g和114.7 mg/g;且在吸附毒性有机物之后,除去吸附剂中的CTAB可再次吸附金属离子,可见,这种易从水溶液中分离的磁性吸附剂可应用于有机污染物和无机污染物共存的污水处理。Zhang等[40]制备出一种磁性弱酸性树脂(NDMC-1),并比较了其与NDMC-0(NDMC-1前驱体无水解)及ND-MO-1(油酸包覆γ-Fe2O3制备的弱酸性树脂)对Cu(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,NDMC-1对Cu(Ⅱ)的吸附性能较好,这是因为吸附剂水解后形成了羧基,羧基易于与Cu(Ⅱ)发生作用形成络合物,从而促进了其对Cu(Ⅱ)的吸附,吸附剂具有抗酸性,在pH=2时,吸附剂可解吸再重复利用。Abu Zayed M等[41]利用羧甲基-β-环糊精(CM-β-CD)对纳米Fe3O4进行改性,制备出能在工业废水中有选择性地吸附Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的吸附剂,其对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的平衡吸附量分别是64.5mg/g、27.7mg/g和13.2mg/g,对这3种离子的吸附顺序为Pb(Ⅱ)≥Cd(Ⅱ)>Ni(Ⅱ),对Pb(Ⅱ)的吸附效果最好,这是因为吸附剂表面的官能团更易与Pb(Ⅱ)发生络合作用。Wang等[42]制备出表面带有氨基的磁性聚甲基丙烯酸-二乙烯基苯微球,并将这种磁性吸附剂应用于水中六价铬离子的吸附研究。结果表明,吸附可在12min内达到平衡,最大吸附量为231.8mg/g;使用Na2SO4溶液对吸附有铬离子的吸附剂解吸,解吸率大于98%。

具有螯合或络合作用的磁性有机复合物具有易再生、易分离和对金属离子选择性的特点,且原料便宜,易实现自动化操作,尤其在处理大量的废水时,具有更多的优势。因此,这类具有优良吸附性能的磁性吸附剂在污水处理领域具有广阔的应用前景。

3.3 金属离子印迹磁性聚合物复合材料

离子印迹聚合物近年来越来越多地吸引了人们的关注,但其在应用中存在分离困难的缺点,而在离子印迹聚合物内包覆磁性物质,进行磁性改性后,不仅使其具有了磁性特性,还保持了对目标金属离子的吸附选择性。

Luo等[43]通过表面分子印迹技术在磁性Fe3O4表面以Cu(Ⅱ)为模板分子制备了磁性Cu(Ⅱ)印迹聚合物,并将其应用于水溶液中微量Cu(Ⅱ)的富集和分离。研究表明,可回收再生的铜离子超过了95%,可有效地应用于水溶液中微量Cu(Ⅱ)的富集和分离。Sadeghi等[44]结合溶胶-凝胶法和表面分子印迹方法合成了UO2(Ⅱ)印迹的氨基功能化二氧化硅包覆Fe3O4磁性纳米颗粒,可作为一种新型吸附剂去除UO2(Ⅱ)离子。与包覆有未印迹分子的聚合物的磁性吸附剂相比,包覆有印迹分子的聚合物表现出更好的吸附性能,这种方法已被成功地应用于水样品中UO2(Ⅱ)的检测。Zhou等[45]以U(Ⅵ)为模板制备了离子印迹磁性壳聚糖树脂(IMCR),比较了其与未离子印迹磁性壳聚糖树脂(NIM-CR)对U(Ⅵ)的吸附效果。结果表明,IMCR和NIMCR最大单层吸附量分别为187.26mg/g和160.77mg/g,可见离子印迹磁性壳聚糖树脂对U(Ⅵ)的吸附量有所提高,吸附后吸附剂可用0.5mol/L HNO3溶液解吸。Sadeghi等[46]合成了UO2(Ⅱ)印迹聚合物(IIPs),其中UO2(Ⅱ)二元复合物制备的印迹聚合物对水中UO2(Ⅱ)的富集率达98%,吸附量达38.58mg/g。Liu等[47]以As(Ⅲ)作为印迹离子成功地合成了生物基α-Fe2O3浸析壳聚糖颗粒(As-IFICB),并研究了其对水溶液中As(Ⅲ)的吸附和去除。结果表明,最大吸附量可达9.355mg/g,吸附剂可有效使用10次左右。因此,以目标金属离子为模板的金属离子印迹磁性吸附剂因其独特的吸附选择性而备受关注。

4 结语

水溶性离子第9篇

“中和”:本质是H＋+OH－=H2O,酸电离的氢离子与碱电离的氢氧根作用生成盐和水。“中性”:溶液中的c(H＋)=c(OH－)。“电中性”:溶液中阳离子带有的正电荷电量之和等于阴离子带有的负电荷电量之和。

1.强酸与强碱反应时,恰好“中和”所得溶液就显“中性”,生成强酸强碱盐不水解,溶液中的c(H＋)=c(OH－),溶液显中性。

2.强酸与弱碱反应,恰好“中和”时,溶液显酸性。因为生成的强酸弱碱盐电离出的弱碱阳离子发生水解,使溶液中c(H＋)>c(OH－), , 溶液显酸性。若要达到“中性”,弱碱要稍过量。

3.强碱与弱酸反应,恰好“中和”时,溶液显碱性。因为生成的强碱弱酸盐电离出的弱酸阴离子发生水解,使溶液中c(OH－)>c(H＋), , 溶液显碱性。若要达到“中性”,弱酸要稍稍过量。

4.“电中性”的应用———电荷守恒。溶液中阳离子浓度乘以其价态之和等于阴离子浓度乘以其价态之和。

例1.pH=7的氨水与(NH4)2SO4的混合溶液中,c(NH＋4)与c (SO2－4)之比________。

【分析】混合溶液中共有四种离子,根据电荷守恒c(NH＋4)+c (H＋)=2c(SO2－4)+c(OH－),而溶液pH=7即c(H＋)=c(OH－),所以c (NH＋4)=2c(SO2－4),即c(NH＋4):c(SO2－4)=2∶1

例2.现有等体积的Ba(OH)2、NaOH和NH3·H2O三种溶液,将它们分别与V1L、V2L、V3L等浓度的盐酸混合,下列说法中正确的是()

A.若混合前三种溶液pH相等,将它们同等倍数稀释后,则NaOH溶液pH最大

B.若混合前三种溶液pH相等,酸碱恰好完全反应,则V1>V2>V3

C.若混合前三种溶液物质的量浓度相等,酸碱恰好完全反应, , 则V1 >V2 >V3

D.若混合前三种溶液物质的量浓度相等,混合后溶液呈中性, , 则V1 >V2 >V3

【分析】A、B略;C:要求达到“中和”,根据酸碱物质的量之比, , 因为三种碱的物质的量相等,所需盐酸的物质的量之比为2∶1∶1, , 即V1>V2=V3,故C错;D:要求达到“中性”,对于Ba(OH)2、NaOH强碱来说,“中和”就是“中性”,即V1∶V2=2∶1,但NH3·H2O是弱碱,如果达到“中和”就生成NH4Cl强酸弱碱盐,水解显酸性,已经超过了 “中性”,则所加盐酸要比C时少,即V1>V2>V3。故D是正确答案。

【总结】任何溶液都符合电荷守恒,即“电中性”;强酸强碱反应时,“中和”=“中性”,酸碱一强一弱反应时,“中和”≠“中性”,要具体分析。

二、“酸”与“酸性”、“碱”与“碱性”

1.“酸”与“酸性”

(1)“酸”是一种化合物:水溶液中电离出的阳离子全都是H＋的化合物。

(2)“酸性”:酸的通性,就是溶液中H＋表现出来的性质。

(3)具有“酸性”的物质:①强酸、弱酸都有酸性;②NaHSO4= Na＋+H＋+SO2－4是强酸的酸式盐,在水溶液中完全电离显酸性,相当于一元强酸;③NaHSO3、NaH2PO4这两种常见的强碱弱酸盐,因为电离程度大于水解程度而显酸性;④NH4Cl、CuCl2、Fe2(SO4)3等强酸弱碱盐在水溶液中水解显酸性。

归纳起来,“酸”都有“酸性”,但有“酸性”的物质不一定都是 ““酸”。

2.“碱”与“碱性”

(1)“碱”是一种化合物:水溶液中电离出的阴离子全都是OH－的化合物。

(2)“碱性”:即碱的通性,是溶液中OH－表现出来的性质。

(3)具有“碱性”的物质:①强碱、弱碱都有碱性;②Na2CO3、 NaHCO3等强碱弱酸盐,弱酸阴离子在水溶液中发生水解:CO2－3+ H2O葑HCO－3+OH－,HCO－3+H2O葑H2CO3+OH－,溶液显碱性;③碱式硫酸铜Cu2(OH)2SO4、碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3等碱式盐,因为电离程度(电离出OH－)大于Cu2＋水解程度而显碱性;④某些有机物, 常见的有氨基酸盐,乙醇钠CH3CH2ONa(碱性比氢氧化钠还强), 有机物的碱性主要是看一些特殊的官能团,如羧酸根-COO－, 氨基-NH2等。

归纳起来,“碱”都有“碱性”,但有“碱性”的物质不一定都是“碱”。

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