高中实验室蒸馏水简图

『肆』 用树状图梳理初中化学教材各章内容知识点

教材各章（节）总结（10）
（一）第一章 大家都来学化学
1.1 社会生活与化学 1.2 化学实验室之旅 1.3 物质的变化
1.4 物质性质的探究
学习 组成 不需要发生化学变化就能表现出来的性质
内容 结构 物理 如色、态、味、熔沸点、硬度、密度等
性质 发生化学变化（反应）时表现出来的性质
物质 化学 如可燃性、稳定性、氧化性、还原性等
现象是放热、发光、变色、生成气体和沉淀
化学 物理变化 区别：是否生成新物质
研究 变化规律 化学变化 化学变化的过程中一定伴有物理变化
对象 （化学反应） 联系 物理变化的过程中不一定发生化学变化

化学变化实质：反应物分子 ——→ 原子 ——→ 生成物分子（新物质）
直接加热：试管、蒸发皿、燃烧匙、坩埚
反应器 间接加热：烧杯、烧瓶、锥形瓶
固体：镊子（块状）、钥匙（粉末）、托盘天枰（定量）
常用 取用 液体：滴管（滴加）、试管（倾倒）、量筒（定量）
仪器 存放：广口瓶（固体）、细口瓶（液体）、集气瓶（气体）
化学 夹持：试管夹、铁架台（铁夹，铁圈）、坩埚钳
研究 基本 其他：酒精灯（加热）、漏斗（过滤）、长颈漏斗（分液）、
方法 操作 石棉网（受热均匀）、玻璃棒（搅拌）、水槽（储水）
仪器洗涤：内壁上既不聚成水滴，也不成股流下
化学 要领 药品取用：不（触、闻、尝、弃、拿走）等
实验 加热：酒精灯（酒精量2／3、外焰、禁吹灭、禁对口），
试管（1／3、45°原则、先预热后加热）

探究步骤：

（二）第二章 识空气 保护空气
2.1 空气的成分 2.2 保护空气的洁净清新 2.3 构成物质的微粒
瑞典化学家舍勒和英国化学家普里斯特里
早年的 法国化学家拉瓦锡（N2和O2）做的实验
研究 集气瓶中有大量的白烟产生，并放出
现象 热量，打开弹簧夹，烧杯中的水倒
演示实验到集气瓶中，并上升至约1／5的地方
方程式：2P + 5O2 ======= 2P2O5
性质：无色无味难溶于水的气体
成分 氮气（N2）―78％化学性质不活泼
用途：制取氮肥，制炸药化工原料
氧气（O2）―21％
体积 性质：无色无味难溶于水的气体
分数 稀有气体－0.94％化学性质很不活泼
用途：保护气，激光、低温麻醉
二氧化碳（CO2）－0.03％
空 其他气体和杂质－0.03％（H2O、SO2、CO等）
气 含硫的：SO2、 H2S等
含碳的：CO2 、CO等
工业的 气体 含氮的：NO2等
污染源交通的 产生污染物含氯的：氟利昂等
生活的 颗粒：烟、粉尘、氧化铅等
损害人体健康和地面设施、导致地球的生态平衡失调
污染 危害 酸雨 ——→ 二氧化硫（SO2）
防治 三大环境问题 臭氧空洞 ——→ 氟利昂等
温室效应 ——→ 二氧化碳（CO2）
减少使用化石燃料开发新能源（太阳能、氢能、风能、地热等）
防治 减少有害气体的排放，废气进行回收净化再利用等
大力植树造林严禁乱砍滥伐
混合物 （空气、溶液 、合金)
金属（K Ga Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au）
分类 单质 非金属 （H B C N O F Si P S Cl）
稀有气体（He Ne Ar Kr Xe Rn）
纯净物 氧化物（H2O CO CO2 CuO2 Fe2O3）
无机物 酸（HCl HNO3 H2SO4）
化合物 碱（NaOH KOH Ca(OH)2）
盐（NaCl Na2CO3 (NH)2HPO4）
有机物（CH4 CH3OH C2H5OH CH3COOH）
概念：保持物质化学性质的最小微粒
物 分 子 质量小、体积小、不断运动、之间有间隙
质 特征 同种分子的物质化学性质相同
（分子决定物质的化学性质）
概念：化学变化中的的最小微粒
结 分 质量小、体积小、不断运动、之间有间隙
合 解 特征 同种分子的物质化学性质相同
质子
结构 原子核 中子 核电荷数=质子数=核外电子数
核外电子
构成 原 子 会画：结构简图、核外电子排布
相对原子质量 ==

得 得 ≈质子数 + 中子数
失 失 与分子 区别：在化学变化中分子可分，原子不可分
电 电 的关系 联系：分子是由原子构成的
子 子
概念：带电荷的原子或原子团
离 子 阳离子：带正电荷的离子 形成新物质
阴离子：带负电荷的离子
（三）第三章 维持生命之气——氧气
3.1 认识氧气3.2 制取氧气3.3 燃烧条件与灭火原理3.4 辨别物质的元素组成

无色、无味的气体，不易溶于水，密度比空气略大
物理性质 液态氧、固态氧均为淡蓝色

C + O2 —→ CO2
S + O2 —→ SO2
化学性质：比较活泼 P + O2 —→ P2O5 氧化反应（燃烧）、化合反应
Al + O2 —→ Al2O3
Fe + O2 —→ Fe3O4
氧气 富氧膜分离氧气
工业 分离液态氧气 物理变化

H2O2 —→ H2O + O2
反应 KMnO4 —→ K2MnO4 + MnO2 + O2 分解反应
制取 KClO3 —→ KCl + O2
（1）固体和液体反应，不加热
装置（据状态和条件） 制取气体的装置
（2）固体加热制取气体的装置
实验室 收集：排水法、向上排空气法
步骤：查、装、定、点、收、离、熄（茶庄定点利息）
验满：将带火星的木条放在瓶口
验纯：将带火星的木条伸进瓶里
化合反应：A + B + … ===== C（多变一）
分解反应：A ===== B + C + … （一变多）

可燃物
燃烧条件 温度达到着火点
与空气或氧气充分接触
平静燃烧
隔离或清除可燃物
剧烈氧化 灭火原理 降温到着火点以下
氧化 隔绝空气或氧气
反应 急速燃烧 无限空间
有限空间——→ 爆炸 ————→
缓慢氧化——————→ 自然

定义：具有相同核电荷数（即核内质子数）的一类原子的总称
分类：金属元素和非金属元素
元素 定义：用来表示元素的特定符号
符号 写法：“一大二小”原则
含义 表示一种元素、表示该元素的一个一种原子
有的还能表示一种物质
分子、原子、离子、元素与物质的关系

微观世界

宏观世界

（四）第四章 生命之源——水
4.1 我们的水资源 4.2 饮用水 4.3 探究水的组成
4.4 表示物质组成的化学式 4.5 化学方程式

地球上：97﹪海水，2﹪冰川，1﹪淡水
储存 生物体内：人体的65﹪，某些动植物的达90﹪
污染：工业“三废”和生活污水的任意排放等

吸附：明矾吸附杂质、活性炭吸附色素和异味
原理：不溶于水的固体和液体分离
净化 过滤 仪器：铁架台、漏斗、滤纸、玻璃棒、烧杯（2个）
备注：过滤之前要静置，滤纸漏斗角一样，一贴二低三靠
蒸馏：除去水中可溶性杂质的方法

硬水：有害的。含较多钙离子（Ca2+）、镁离子（Mg2+）的水
水 软硬水 软水：无害的。含较少（或不含）钙离子（Ca2+）、镁离子（Mg2+）
鉴别方法：肥皂水（搅拌后无气泡则硬水，有气泡则软水）
硬水变软水（水的软化）：煮沸或蒸馏

现象：两级上有气泡产生（氧正氢负），V负:V正 = 2:1
电解水 解释：化学变化中，分子——→原子——→新分子——→新物质
结论（水的组成）：氢（H）、氧（O）元素

构成：每一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成

性质 化学：通电分解 H2O ——→ H2 ↑+ O2 ↑
物理：无色无味的液体，冰点0℃，沸点℃，密度为1g∕cm3

元素符号：略（见第三章）
定义：用元素符号表示物质组成的式子
表 金属：Fe Al Cu Zn等
示 X型（直接用元素符号表示） 非金属（固态）：C S P
单质 稀有气体：He Ne Ar 等
书写 Xn（元素符号加角标）：H2 O2 N2 Cl2 O3等
化学式 化合物：金非氧顺次写，个数序位不能乱
宏观：表示一种物质及元素组成
意义 微观：表示物质的一个分子及一个分子中的原子构成
相对分子质量
计算 物质中元素的质量比
表 元素的质量分数：物质质量×某元素质量分数=该元素质量

示 定义：用化学式来表示化学反应（变化）式子
内容：化学反应中，各反应物的质量总和，
理论依据：质量守恒定律 等于各生成物的质量总和

原因：反应前后，原子的 没有改变
“量”的：表示各物质间的质量关系
化学 意义 “质”的：表示反应物、生成物和反应条件
方程式 书写原则：以客观事实为基础、遵守质量守恒定律；

定义：化学方程式中在各物质化学式前填适当计量数使反应物
配平 和生成物的每一种原子个数都相等
方法：最小公倍数法；奇数配偶法；观察法；
设（设未知数）； 写（写方程式）； 量（找关系量）；
计算 比（列比例式）； 求（球结果）； 答（简明答案）；

概念：不同元素形成化合物时一种个数比是固定的数值，这时显示了
元素的某种特性
规定（规律）：单质中元素化合价为零；化合物中正负化合价代数为零；
化合价 速记：一价氢氯纳钾银，二价氧钙钡镁锌，三铝四硅五氮磷，
二三铁、二四碳，二四六硫都齐全，铜汞二价最常见；
应用：求化合价；判断化学式正误；书写化学式；

原子结构（最外层电子数）、化合价、化学式以及化学式计算的关系
相对分子质量
原子结构 化合价 化学式 元素的质量比
（最外层电子数） 元素的质量分数

化学反应过程中，“五个不变” 、“两个一定变” 、“一个可能变”的总结
反应物和生成物的总质量不变
宏观 元素种类不变
五个不变 原子种类不变
微观 原子数目不变
原子质量不变

化学反应 宏观：物质质量一定变
两个一定变 微观：构成物质的粒子一定变
（变为构成生成物的粒子）

一个可能变：分子总数可能变

（五）第五章 燃 料
5.1 洁净的燃料----氢气 5.2 组成燃料的主要元素-----碳
5.3 古生物的“遗产”-----化石燃料
最清洁的燃料————氢气（H2）
燃料 组成燃料的主要元素————碳(C)
古生物的遗产————化石燃料(煤、石油、天然气)
燃料燃烧对环境的影响（CO2、SO2等）
物理：无色无味、密度最小的气体，极难溶于水
性质 稳定性：常温下性质稳定
化学 纯的氢气安静地燃烧
活泼性（可燃性） 不纯的氢气发生爆炸
氢气 方程式：2H2 + O2 ======= 2H2O
实验室制备：Zn + H2SO4 === ZnSO4 + H2↑或Zn + 2HCl === ZnCl2 + H2↑
收集：向下排空气法（密度与空气大）或排水法（极难溶于水）
爆炸极限：氢气的纯度（空气里混入的氢气体积）4.0﹪——74.2﹪
验证：在火焰上方罩一干冷的烧杯，烧杯壁上有水珠
用途：充灌探空气球（物理性质），清洁高能燃料（可燃性：化学性质）

组成：混合物，主要含碳元素，含少量的氮、硫元素等
煤 焦炉煤气
综合利用：隔绝空气高温加热 焦炭
（化学变化） 煤焦油
组成：混合物，主要含碳、氢元素，含少量的氮、硫元素等
化石燃料 石油 石油气、汽油、煤油
综合利用：————→ 柴油、润滑油
（蒸馏） （物理变化） 重油、石蜡、沥青
物理性质：无色无味 、极难溶于水的气体密度比空气小 天然气 化学性质：可燃性CH4 + 2O2 ======= CO2 + 2H2O
（甲烷） 用途:燃料和化工原理
种类：金刚石、石墨、C60、无定性碳（炭黑、木炭、活性炭、焦炭）
碳 物理：各不相同（如金刚石是最硬的物质、活性炭有吸附性）
单 性质 常温：性质稳定
质 化学 C + O2 (充足) ======= CO2
点燃 2C + O2 (不足)======= 2CO
用途：钻头、切割玻璃、电极、吸附剂、燃料、冶炼金属等

物理：无色无味 、难溶于水的气体，密度与空气略小
性质 可燃性：2CO + O2 ======= 2CO2
CO 化学 还原性：CO + CuO ======= Cu + CO2
碳 毒性：与血红蛋白结合
用途：燃料、冶炼金属
物理：无色无味 、能溶于水的气体，密度与空气大
通常：不能燃烧、不支持燃烧，不供给呼吸
碳 性质 水：CO2 + H2O = H2CO3, H2CO3 = H2O +CO2↑
的 化学 石灰水：Ca(OH)2 + CO2 == CaCO↓(白)+ H2O
氧 碳：C + CO2 ====== 2CO
化
物 CO2 原理：CaCO3 + 2HCl == CaCl2 + CO2↑+ H2O
装置：固体和液体反应，不需加热制气装置
实验室制法 收集：向上排空气法（密度与空气大）
验满：燃着的木条放在集气瓶口
检验：澄清石灰水变浑浊（白色）
Ca(OH)2 + CO2 == CaCO↓(白)+ H2O
用途：灭火、制冷剂、人工降雨、光合作用的原理、汽水等

酸雨（排放的SO2 、SO3等）
燃料燃烧对环境的影响 温室效应（排放的CO2）
一氧化碳及其他气体、粉尘的排放
（六）第六章 金 属
6.1 奇妙的金属性质 6.2 金属矿物与冶炼 6.3 珍惜和保护金属资源

相似性：金属光泽、延展性、导电性、导热性等
物理 导电性：银＞铜＞金＞铝＞锌＞铁＞铅
差异性 密度：金＞铅＞银＞铜＞铁＞锌＞铝
熔点：钨＞铁＞铜＞金＞银＞铝＞锡
硬度：铬＞铁＞银＞铜＞金＞铝＞铅

金属 + 氧气 ——→ 金属氧化物
金属 3Fe + 2O2 ======= Fe3O4
性质 4Al + 3O2 ======= 2Al2O3
2Cu + O2 ====== 2CuO
较活泼金属 + 酸 ——→ 金属化合物 + 氢气
2Al + 6HCl ===== 2AlCl3 + 3H2↑
Fe + 2HCl ===== FeCl2 + H2↑ 置换反应
Zn + H2SO4(稀) ===== ZnSO4 + H2↑
化学
+ → +

Fe + CuSO4 ===== FeSO4 + Cu（湿法炼铜、镀铜）
2Al + 3CuSO4 ===== Al2(SO4)3 + 3Cu
Mg + FeSO4 ===== Fe + MgSO4
置换反应：A + BC ===== B + AC（一单换一单）
活动性：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au
（钾 钙 钠 镁 铝 锌 铁 锡 铅 (氢) 铜 汞 银 铂 金）

金属冶炼法
定义：一种金属与其他金属或非金属熔合而成（有金属特性）的
熔点：低（比各组分的熔点低）
合金 特点 强度：高（比各组分的强度高）
生铁：含碳量2﹪—4.3﹪
铁合金 钢：含碳量0.03﹪—2﹪

赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿(Fe3O4)、黄铁矿( FeS3)
矿物 钛铁矿( FeTiO3)、孔雀石（Cu(OH)2CO3）、赤铜矿（Cu2O）
方铅矿（PbS）、铝土矿（Al2O3）
C CO2
热还原法：金属氧化物 + H2 ——→金属单质+ H2O
CO2 CO2
方法
电解法：金属氧化物 ———→ 金属单质 + 氧气
直接加热法：金属氧化物 ———→ 金属单质 + 氧气
冶炼 反应：C + O2 ==== CO2 、C + CO2 ==== 2CO
炼铁 Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2(主要反应)
金属 铁的冶炼 原料：铁矿石（赤铁矿）焦炭 石灰石 空气
(热还原法) 炼钢：加入氧气，除去生铁中过量的碳及杂质

形成：铁 + 氧气 + 水 ——→ 铁锈（红褐色）
锈蚀（铁锈） 主要成分：Fe2O3·X H2O（红褐色）
除锈：Fe2O3 + 6HCl(适量) ===== 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4(适量) ===== Fe2(SO4)3 + 3H2O
防锈原理：隔绝空气和水
保护 防锈方法：刷油漆；涂机油；电镀（锌）；氧化膜；
资源保护：有计划、合理开采；寻找替代品；回收再利用

『伍』 水质评测数据

要的是哪里的数据啊！具体点吧！
鄱阳湖湖口段水质监测报告

前 言

湖口县位于鄱阳湖和长江交汇处 , 三面环水。当地的饮用水及工农用水 , 主要取之于鄱阳湖。鄱阳湖湖口段的水质与当地人民的生活息息相关 , 所以对这一区域水质的监测显得尤其重要。另外 , 湖口是鄱阳湖的出水口 , 这里的水质状况对于鄱阳湖的整体水质具有较强代表性 , 要了解鄱阳湖的生态环境质量 , 对湖口段的水质进行监测就是一个很好的途径。因此 , 我们展开了这次对鄱阳湖湖口段的水质监测。

• 布点前的实地考察

通过上网和查阅有关资料，我们绘制了鄱阳湖和长江交汇处的湖口县形状简图。湖口县居民生活污水和工业区废水是鄱阳湖湖口段的主要污染源。鄱阳湖湖水在湖口与长江交汇，在交汇出形成清浊分明的界线。鄱阳湖水较为清澈，水草丛生，有大量的鱼虾生存，是中国的主要淡水鱼产区，也中国最大的候鸟越冬栖息湿地。

鄱阳湖周边的长期居民抽取鄱阳湖水饮用或打井饮用地下水，到目前为止，尚无不正常反映。

• 设置采样断面和取样点

根据断面设置的原则，结合初步测试和该区的监测量，在鄱阳湖湖口段共置两个取样断面。其中 Aa 断面是地区控制断面 ,Bb 断面是交汇处断面。同时，经过考察水面宽 50~100m ，水深 5~10m, 设两个点，即水面下 0.3~0.5m 出和河底上约 1m 处各

• 取样

按技术要求，每年按春夏秋冬四季取样，每季取样两次，每年取样八次。受监测条件所限，这次监测我们是选在“五一”长假，所得数据仅仅为这个季节的水质调查结果。

取样时，乘一小木船到水域中心，取样人员在船上用小水桶取样。其中现场测定水温和 PH 值二个项目，水流速度用浮标大致测定。水样装塑料容器中，盖紧密封运回实验室。并根据所测量项目从塑料容器中取出水样进行预处理，待测。为了进行比较和了解当地饮用水质量状况，我们还收集了当地的自来水。

• 水样测定

为了保证数据的质量，首先用标准样对仪器设备和药品进行校正，达标后，开始监测。监测人员利用质量控制图控制，质量控制人员对监测人员通过密码样进行监督，个别数据重复多次测定，剔除可疑数据。

由于实验条件限制，鄱阳湖湖水其它有害离子的含量又较少 , 所以我们主要监测项目只有：流量、 PH 值、悬浮物含量、 COD 等。流量和 PH 值的测定方法较为简易，可以直接测定，这里就不详细记录了。我们把精力主要花在悬浮物含量和 COD 的测定上，现在，我们把实验过程记录如下：

• 悬浮物含量的测定

原理：悬浮物含量指每升水中含悬浮物的质量，用 mg/L 表示，在水质分析中，将水样过滤，凡不能通过滤器的固体颗粒物称为悬浮物。

测定方法：量取 100mL 水样，通过一定型号已预先烘干至恒重的滤膜过滤 , 再将该滤膜和膜上的截留物烘干至恒重 , 两者质量之差除以过滤通过水样的体积即为悬浮物含量。本法的关键是掌握适当的烘干温度活烘干时间 , 以免破坏悬浮物组成 , 影响称量的准确性。经过多次测量求平均值 :

100mL 长江水中悬浮物净重： 0.018g ,

100mL 湖水中悬浮物净重： 0.007g ,

100mL 自来水中悬浮物净重： 0.001g ,

则 :

长江水的悬浮物含量为： 0.18g/L,

湖水的悬浮物含量为： 0.07g/L,

自来水中悬浮物含量为： 0.01g/L 。

（二） COD 的测定

原理： HH-6 化学耗氧量测定仪采用密封催化消解法测定 COD 值，在强酸性溶液中，加入一定量重铬钾热消解水样 10min ，重铬酸钾被水中有机物还原为三价铬，在波长 610mm 处测定三件铬离子含量，再根据三价铬离子的量换算出消耗的质量浓度。

仪器： HH-6 化学耗氧量测定仪、 500mL 容量瓶若干个、烧杯若干、玻璃棒。

试剂 : 蒸馏水、邻苯二甲酸氢钾、浓硫酸、重铬酸钾

步骤：本实验采用的是密封催化消解法

• 常用试剂及配制：

（ 1 ）浓硫酸 ( 分析纯 . 比量 1.84)

（ 2 ）邻苯二甲酸氧钾标液 :

• 准确称取在 105~110 ℃ 烘干 2H 的邻苯二甲酸氢钾 0.5101g ，置于 500ML 容量瓶中，以蒸馏水定容至标线，摇均匀备用，该标液的 COD 理论值为 1200mg/L 。• 同上，配置标液的 COD 理论值为 100mg/L 溶液。

• 同上，配置 COD 理论值为 2000mg/L 的溶液。

（ 3 ）专用氧化剂（随机配备）：

取随机配备的整瓶固体试剂，放入清洗干净的 500mL 烧杯，先加入 200mL 蒸馏水，再假如 100mL 浓硫酸，冷却后放置于 500mL 容量瓶中，以蒸馏水定量、摇匀。

（ 4 ）专用催化剂：

取随机配备的整瓶固体试剂，溶于 500mL 浓硫酸中，摇匀放置 1~2 天，使其完全溶解。取上述溶液 100mL ，再加入 400mL 浓硫酸，摇匀备用。

2 、标定曲线

• COD 值小于 100mg/L 时的曲线标定（测定范围： 5~100mg/L ）• 取随机附件反应管 4 只作好标记，清洗干净（用洗涤液清洗后，用自来水冲洗，用稀硫酸浸泡 5~12h 取出后用蒸馏水清洗、烘干）。分别按表 -1 加入浓度为 100mg/L 邻苯二甲酸氧钾。

表 -1

邻苯二甲酸氧钾标液（ mL ）
0
0.6
1.5
3.0

COD 理论值为（ mg/L ）
0
20
50
100

• 用蒸馏水将各反应管依次补足至 3.0mL 。

• 每支试管内加入专用氧化剂 1mL 。

• 每支反应管内加入专用催化剂 5mL ，塞上摇匀。

• 将反应管依次插入炉孔内，待温度降至低于设定值后，按消解键，仪器自动定时消解，消解完毕蜂鸣报警。

• 取出反应管至试管架，自然冷却 2min ，再水冷却至室温。

• 按功能 1 操作方法，用所配标样以最小二乘法标定曲线并存储。

• COD 值大于 100mg/L 时的曲线标定（测量范围： 100~1200mg/L ）

• 取随机附件反应管 6 只作好标记，清洗干净。分别按表 -2 加入浓度为 1200mg/L 邻苯二甲酸氧钾。表 -2

邻苯二甲酸氧钾标液（ mL ）
0
0.25
0.5
1.0
2.0
3.0

COD 理论值为（ mg/L ）
0
100
200
400
800
1200

B~F 同上。

G 、 向每一支反应管内加入 3mL 蒸馏水，塞上摇匀，待测。

H 、 按功能 1 操作方法，用所配标样以最小二乘法标定曲线并存储。

• COD 值大于 1000mg/L 时的曲线标定（测量范围： 1000~2000mg/L ）

• 取随机附件反应管 4 只作好标记，清洗干净。分别按表 -3 加入浓度为 2000mg/L 邻苯二甲酸氧钾。

表 -3

邻苯二甲酸氧钾标液（ mL ）
0
1.5
2.25
3.0

COD 理论值为（ mg/L ）
0
1000
1500
2000

B~F 同上。

G 、 向每一支反应管内加入 8mL 蒸馏水，塞上摇匀，待测。

H 、 按功能 1 操作方法，用所配标样以最小二乘法标定曲线并存储。

3 、实际水样的测定

• 分别吸取 3mL 蒸馏水（作空白）或混合均匀的水样放置于已清洗干净的反应管中。
• 按照标定曲线时的 C~F 的步骤操作。

• 按功能 2 操作方法直接测定出实际水样的吸光度和 COD 值。

4 、实际水样的测定值

长江水 COD 值为 122.8 mg/L鄱阳湖水 COD 值为 82.6 mg/L

自来水 COD 值为 38.3 mg/L

注：此数据是在 5~100mg/L 时的曲线标定的，曲线方程为：

C3=724.5*A-5.4

检测数据列表为：

项目 水样
自来水
鄱阳湖水（ Aa 截面）
长江水（ Bb 截面）

流量（ m3/s ）
0
0.6
1.3

PH
6.80
6.85
6.90

悬浮物（ mg/L ）
10
70
180

COD
38.3
82.6
122.8

• 结论

结合调查掌握的资料，将监测数据与有关标准比较，知道鄱阳湖湖水污染不是很严重，所受污染主要是有机物污染，重金属检不出。通过水体的自净，基本能使水体恢复，不会对长江下游造成污染。

长江水在 COD 值和悬浮物含量上，远远大于鄱阳湖湖水，这就是为什么在湖口水域——鄱阳湖与长江交界处会形成泾渭分明、清浊相交的界线。

湖口县自来水厂把自来水取水点设在鄱阳湖水域是正确的，但是，由于现在鄱阳湖水位并不是处在丰水期，自来水取水点离岸较近，水位较浅。一般有机物密度较小，在波浪的影响下，上层水域和较浅水域有机物含量大，含沙量较高，因此，我们检测出的鄱阳湖自来水 COD 值和悬浮物含量都较大，自来水水质较差。

要改善湖口县自来水水质，最好把取水点设在远离湖岸，水位较深的区域。

『陆』 不饱和水沉积物中水合物生成过程

臧小亚^1,2,3，梁德青^1,2，吴能友^1,2

臧小亚（1983－），女，助理研究员，博士，主要从事沉积物中天然气水合物的研究工作，E-mail:[email protected]。

梁德青，男，研究员，主要从事水合物基础和应用技术研究，E-mail:[email protected]。

1.中国科学院广州能源研究所，广州510640

2.中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室，广州510640

3.中国科学院研究生院，北京100049

摘要：采用甲烷和混合气体（CH₄为91.85％,C₂H。为5.09％,C₃H₈为3.06％）作为气源，研究在不同的温度和压力条件下，纯扩散型水合物在不同粒径沉积物（150～250 μm和250～380 μm）中的生成过程。结果表明：水合物在沉积物中的生成速率与沉积物粒径、气源组分、孔隙水盐度以及温度压力条件都有关系。在沉积物和盐水体系里，混合气生成水合物的诱导时间非常短，反应体系达到水合物生成条件时，沉积物内便开始有水合物生成，而且初始阶段的水合物生成速率比较大。在不同的沉积物体系中，混合气水合物的生成过程可以分为3个阶段，即快速反应阶段、反应平稳阶段和尾声阶段。在不同的温压条件下，水合物具有不同的转化率。

关键词：气体水合物；生成动力学；水合物转化率；多孔介质；热力学

Formation Process of Hydrate in Partially Water-Saturated Sediments

Zang Xiaoya^1,2,3,Liang Deqing^1,2*,Wu Nengyou^1,2

1.Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate,Guangzhou Institute of Energy Conversion,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,China

2.Guangzhou Centerfor Gas Hydrate Research,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou,510640,China

3.Graate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

Abstract:Gas hydrateformation from two types of dissolved gas (methane and mixed gas) in natural porous media were studied in a novel apparatus with two different diameter silica sand particles (150～250μm and 250～380μm) from South China Sea under varying thermodynamic conditions.Hydrate was formed in the salt water,which occupied the interstitial space of the partially water-saturated silica sand bed.The experiments demonstrate that hydrateformation rate was afunction of particle diameter,gas source,water salinity,and thermodynamic condition.The hydrate formation inction time was very short and pressure decreased rapidly in the initial stage.Mixed gas hydrateformation process can be divided into three stages with different type sediments.Conversion rate of water to hydrate was different under vary thermodynamic conditions thoughformation process were similar.Sand particle diameter and water salinity also influence the formation process of hydrate.

Key words:gas hydrate;formation kinetics; water conversion rate; natural porous media ; thermodynamic condition

0 引言

天然气水合物是一种类冰状的、非化学计量的笼形晶体化合物，它一般是由一些低分子量气体（如甲烷、乙烷等）分子被包进水分子氢键形成的笼中所形成^[1]。1天然气水合物生成需要低温和高压的条件，因此在自然界中已发现的主要分布于海洋陆坡区和陆地永久冻土带。地球上已探明的水合物储量超过1.5×10¹⁶m³，可以作为未来的潜在能源^[2-4]。在我国南海北部海域沉积物中发现大量的以扩散型方式存在的水合物样品，若能加以开采利用则能有效缓解我国能源需求与供给之间的矛盾^[5]。如何能够在不危害环境的情况下安全高效地开采和利用水合物资源，需解决的问题核心主要有2点：一是掌握水合物在海底赋存区的生成机制和分布规律^[6]；二是了解开采过程中外界条件的变化对水合物稳定性的影响。

在过去的20年间，许多学者关于沉积物中水合物生成动力学的问题展开了研究。Cha等[7]首先开展了第三界面对水合物生成过程影响的研究，他的研究结果表明第三界面的存在对水合物生成的热力学及动力学特性都有影响。接着，Zatsepina和Buffett^[8-10]系统的开展了多孔介质体系中不同温压条件下甲烷气体在水合物成核以及生成过程中的溶解度变化，他们的结果说明气体溶解度在有无水合物生成时变化很大，同时，在条件适宜的情况下孔隙水中的溶解气体可以直接结晶成核并生成水合物。Tohidi等^[11]证明了Zatsepina和Buffett的结论，得出在无自由气体存在的系统中同样可以生成水合物。他们同时还发现水合物比较容易在孔隙中心生成，在沉积物颗粒较细的情况下，水合物容易将沉积物颗粒固结。Klauda和Sandler^[12]提出了一种模型，该模型以沉积物类型、地温梯度和海底深度作为输入变量，利用大洋钻探计划（ODP）所得的数据预测海底水合物稳定带的最大值。Chuvilin等^[13-14]提出温度和冷冻周期能影响水合物的热力学条件和沉积物中的冰－水分布情况，因此，沉积物中只有很少一部分的水能转化成水合物。Waite等^[15]通过富含甲烷沉积物和孔隙水沉积物的地震波研究，说明了水合物包裹沉积物颗粒并将其固结。Spangenberg等^[16]设计了一套实验装置研究水合物在沉积物孔隙中的生成过程，实验结果证实了一个假设，在充满了孔隙的水合物生成过程中，沉积物中上升流体的运动能运输溶解甲烷气至水合物稳定带，在这个过程中，水合物就可以形成。最近，Maddena等^[17]研究了在不同直径沉积物颗粒体系中的水合物生成过程，结果说明沉积物粒径对水合物生成有一定的影响。Linga等^[18]也证明了沉积物孔隙内部气体的大量聚集可能导致水合物在沉积物中大量生成，同时，也第一次在沉积物孔隙内部的甲烷气泡的气－水界面上发现了薄片状的甲烷水合物。

虽然上述工作取得了一定的进展，但是仍然有许多关键问题需要解决。在以往的多孔介质水合物生成动力学的研究中，往往只考虑1个或2个影响因素，在实际中的情况却要复杂得多，需要系统地考虑总体因素。为了全面地了解水合物在沉积物中的生成过程，表征水合物在不同温度和压力条件下的生成特性，为水合物的开发和利用提供理论数据，本文通过自制的水合物生成装置研究不同的沉积物粒径、不同的孔隙水盐度以及不同温压条件下甲烷以及混合气体在沉积物孔隙水体系中的生成过程。

1 实验部分

1.1 实验装置及材料

图1 实验装置简图

整个实验在如图1所示的自制实验装置上进行。装置主要由管路、气瓶、增压装置、真空泵、恒温水浴和反应釜组成。反应釜为自制不锈钢反应釜，体积为330 m L。其中沉积物放置在不锈钢反应釜内的聚四氟乙烯反应釜内，沉积物体积为78 m L。不锈钢反应釜内剩余气体所占据的体积为200m L。

1.2 实验过程

实验采用的方法是首先将南海北部陆坡钻探所得沉积物进行人工筛分，用筛子筛分为不同的粒径，选取粒径分布介于40～60目和60～100目的沉积物，测得孔隙度分别为42％和36.7％，并配置盐度为3.5％的盐水。将75 g筛分处理好后的沉积物放入小反应釜内，滴入15 g的盐水溶液，并使得盐水均匀分布于沉积物孔隙内。最后将小反应釜置于大反应釜内，密封后往大反应釜内充入反应气体，在常温下保持48 h后，将反应温度和压力设定至实验所需条件，并实时采集反应系统内温度与压力的变化，研究水合物的生成过程。

2 结果与讨论

实验系统的研究了甲烷和混合气等不同气源组分水合物的生成过程，反应结束后沉积物中水合物的含量可以通过实验过程中消耗的气体量计算得到。在扩散型水合物生成过程中，由于水合物生成过程比较缓慢，体系温度不发生变化，压力的降低可以说明水合物的形成。表1给出了实验的条件及实验结果。其中水合物转化率为沉积物孔隙水转化为水合物的量所占的份额。

表1 实验条件以及实验结果总结

如表1中结果所示：在第一组实验中，实验采用的气源为混合气，沉积物粒径介于250～380 μm，不同的温压条件下，水合物的转化率从21.02％到39.49％不等。第二组和第三组实验的结果同样说明了在此类实验条件下，较低的温度能够增加水合物的转化率。这可能是由于实验温度越低，过冷度越大，从而水合物形成驱动力也相应较大。同样的道理，水合物的转化率会随着压力的升高而增加。但是，4、5、6组实验沉积物粒径为150～250μm，颗粒非常细，此种沉积物体系中温度为277 K时水合物的转化率反而小于温度为279 K时的水合物转化率。这也说明了在沉积物颗粒特别细的时候，沉积物可能改变水合物的生成环境，水合物生成速率反而未必与驱动力成正比^[19]。同时，温度比较低时，水合物在反应初始阶段容易在气体和沉积物界面上生成，沉积物孔隙内的水也容易转化成水合物从而堵塞孔隙中气体运移通道。因此，气体扩散速度随着反应的进行慢慢减小，水合物生成速率也随之减小。

续表

图2所示为实验中采用的沉积物＋盐水体系生成水合物前后的对比。图a为经过人工筛分处理并吸水后的沉积物，粒度分布介于60目到100目之间；图b为反应结束后沉积物体系，白色类冰状固体为水合物，由于水合物生成过程最容易发生在气液界面上，因此在沉积物体系表面最容易生成水合物。水合物在沉积物表面生成后，会通过毛细作用将体系内的水分吸到沉积物上部或者表面来继续生成水合物。从图b中可以看出，水合物在表面分布的比较多。但是在自然界中，气源不充分，水合物不会在短时间内大量聚集，气体有充足的时间溶解在沉积物孔隙水内部，而且水合物区域在空间上也足够大，分布相对比较均匀。图c是分解中的水合物在沉积物中的分布，有水合物与水共存。

2.1 孔隙水盐度对水合物生成过程的影响

图2 沉积物体系反应前后对比

反应体系内没有添加剂的情况下，甲烷与纯水生成水合物比较困难，需要比较大的过冷度、更强的反应驱动力或者较长的诱导时间^[20]。因此，许多学者提出了各种各样的方法来解决这些问题^[21-22]。实验采用纯水和盐度为3.5％的盐水作为孔隙水来比较孔隙水盐度的不同对水合物生成过程的影响。图3a中孔隙水为盐水，水合物生成过程没有诱导时间；图3b中，第13组实验中的孔隙水为蒸馏水，水合物生成所需的诱导时间为42 h。在初始的42 h内，压力无任何变化，水合物没有生成。过了诱导时间后，水合物开始形成，压力开始下降。在自然界沉积物中，沉积物孔隙水为盐水，水合物在沉积物孔隙内部生成，沉积物体系的多孔性以及海水的盐度都能促进水合物的生成过程，缩短诱导时间^[23]。水合物在沉积物体系内的生成过程可以划分为2个阶段：第一个阶段是水合物在孔隙内部沉积物的多孔表面生成，此时水合物生成速率由气体到水合物笼的扩散速率决定；第二个阶段是水合物在沉积物中大量生成将沉积物固结的过程，这个过程中水合物生成速率由气体在沉积物体系内部的扩散速率决定。

图3 第11组和13组实验过程中的温度和压力变化

实验采用的粒径介于150～250μm的Ⅱ型沉积物。初始值代表了反应体系内部温度达到设定值并且稳定的点。图3a代表了第11组实验，孔隙水w(Na Cl）为3.5％溶液，图3b为第13组实验，孔隙水为蒸馏水

2.2 沉积物粒径对水合物生成过程的影响

实验中用到了2种粒径的水合物，粒径分布介于250～380μm和150～250μm。图4是第3组和第6组实验过程中水合物转化率随时间的变化图。实验都是采用w (Na Cl）为3.5％溶液作为孔隙水，在7.5 MPa压力下生成水合物，温度有3个温度点，275 K,277 K和279 K。如图4中所示， 2种粒径沉积物体系内所有的反应过程都可以分为3个阶段，在初始的12 h内，水合物转化率增加得很快，这表明水合物反应速率也很快。在反应的中间阶段，即从12～40 h之间，溶解在孔隙水中的气体已经被消耗完，此时水合物转化率开始下降，并且在这个阶段，水合物生成速率取决于气体在沉积物中的扩散速率。由于初始阶段水合物的大量生成，沉积物表面以及沉积物孔隙间大多被水合物占据，因此气体扩散速率下降。在反应结尾阶段，水合物转化率已经没有明显的变化。这个现象说明水合物在反应的前40 h内已经基本反应完全。在整个反应过程中，沉积物的粒径对水合物转化率的变化趋势影响不明显。

图4 不同沉积物粒径对水合物转化率的影响

实线代表Ⅰ型沉积物，虚线代表Ⅱ型沉积物，反应采用的气体为混合气，反应初始压力为7.5 MPa

第三组实验中水合物的转化率分别为53.94％,53.90％和52.30％，反应体系内温度没有明显变化。在第6组实验中，水合物转化率分别为52.30％,49.01％和50.33％，温度为279 K时水合物的转化率反而要大于277 K时的转化率，结果与第3组实验的有所不同。一般来说，大颗粒沉积物体系中的水合物转化率大于小颗粒沉积物体系中水合物的转化率。在Ⅱ型沉积物体系内，可能是由于水合物形成初期阶段，沉积物之间的孔隙以及沉积物与气体的交界面被水合物占据，气体进入沉积物的通道被阻塞，因此，接下来的水合物生成过程也就被延缓了。

图5所示为第7组实验和第10组实验中水合物转化率的变化。2组实验都是在9.5 MPa的初始压力下进行的，孔隙水盐度为3.5％。与图4中结果不同的是沉积物的粒径能影响甲烷水合物的生成过程。实验结束后，第7组实验中水合物的转化率分别为13.82％,12.91％和11.94％，第10组实验中，水合物转化率分别为48.47％,47.39％和35.23％。在相同的实验条件下，Ⅰ型沉积物体系中甲烷水合物的转化率要远远大于Ⅱ型沉积物体系中甲烷水合物的转化率。

图5 2种不同水合物粒径体系内甲烷水合物转化率随时间的变化图

图中实线代表Ⅰ型沉积物体系内水合物转化率，虚线代表Ⅱ型沉积物体系内水合物转化率，实验采用的气源为甲烷气体，反应初始压力为9.5 MPa

2.3 气源组分对水合物生成过程的影响

图6 第3组实验和第9组实验中水合物的转化率变化

虚线代表第3组实验中水合物的转化率变化趋势，反应初始压力为7.5MPa，反应温度为275K,277K和279K；实线代表第9组实验中水合物的转化率变化趋势，反应压力为13.5 MPa，反应温度为275K,277K和279K。两组实验都采用的Ⅰ型沉积物体系

实验中采用了甲烷和混合气（CH₄:91.85％,C₂H₆:5.09％,C₃H₈:3.06%）作为反应气体。实验1-6是采用混合气作为气源，实验7～13是采用甲烷气作为气源。图6所示为第3组实验以及第9组实验过程中水合物的转化率变化趋势。从图中可以看出，第9组实验的反应初始压力为13.9 MPa，第3组实验的反应初始压力为7.5 MPa，但是在反应初始阶段，第3组实验中的水合物转化率要大于第9组实验中水合物的转化率。这是由于混合气内含有乙烷以及丙烷，相对甲烷来说更容易与水反应生成水合物。因此，当实验结束后，第3组实验的水合物转化率可以达到55％，依然要远远大于第9组实验中水合物的转化率。

3 结束语

通过自制的实验装置研究了沉积物孔隙水体系里水合物的生成过程，实验采用甲烷和混合气（CH₄:91.85%,C₂H₆:5.09%,C₃H₈:3.06%）作为反应气体。水合物的生成实验分别在275 K,277 K，和279 K 3个温度点下进行。实验结果表明沉积物颗粒粒径、气源组分、孔隙水盐度和热力学条件等因素共同影响水合物的生成过程。与水合物在纯水中的生成过程不同，当孔隙水w (Na Cl）为3.5％溶液时，水合物的诱导时间非常短，反应体系压力在初始阶段就很快降低，水合物很容易生成。2种沉积物粒径体系里，水合物的生成过程都可以划分为3个阶段：第一个阶段水合物转化率增加很快；第二个阶段，水合物生成速率开始下降，气体的扩散和溶解速率决定了这个阶段水合物生成速率；第三个阶段水合物转化率不再有明显的增加，水合物生成过程基本结束。不同的温度和压力条件下，水合物生成过程趋势基本一致，但水合物转化率会有不同。同样的温压条件下，甲烷水合物的转化率要小于混合气水合物的转化率。沉积物粒径的不同能影响甲烷水合物的转化率，但是混合气水合物的转化率受沉积物粒径的影响比较小。从实验整体来看，在气体和沉积物以及孔隙水的界面上最容易生成水合物。

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