第三章水化学原理PPT课件

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图3-1 水分子和氢键结构特性示意图
什么是氢键？，氢键是氢原子同时和两个电负性很大而半径 较小的原子（例如O、N等）结合所形成的一种特殊的原子间 作用力。氢键的作用力比通常化学键要小得多。在不同温度 下，水中氢键数不同，见下表数据。表中C0-单分子份额，C1由一个氢键缔合的分子数额，C2-有双氢键的分子份额。
水中各类氢键的比例%
t,℃ C0 C1 C2 t,℃ C0 C1 C2
6 27 42 31 47 36 43 21 21 31 42 27 61 38 43 19 39 33 44 23 72 40 42 18
冰的结 构中氢 键数为 100％。
在水蒸汽状态，水的结构与液态不同。在低压下水分子都处于单体状态。随着压 强增大，单位逐渐缔合成二聚体，三聚体等。在温度633K和压强18Mpa的电站过热蒸 汽中，除二聚体外，还有约30％的三聚体，10％的四聚体和8％的六聚体。 水的物理化学特性。
水温升高到一定值，水开始沸腾，此时的温度称为在该压强下的沸点，水的沸 点与压强关系见表3-3。 水的沸点与外界压强关系
压强（MPa） 0.196 0.392 0.588 0.98
1.96
22.0
沸点（℃） 120 143 158
179
211
374
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从蒸发器或锅炉出来的饱和水蒸汽常含有少量水分，一般称之为湿饱和蒸汽，要 通过过热器再加热，清除其中湿分后，得到干饱和蒸汽。 随着湿度和压强的升高，蒸汽密度增大，当湿度和压强足够高时，蒸汽的密度和 水的密度相同，此时称为临界状态。水的临界压强是22.0Mpa。在此压强下水的 沸点是374℃，称为临界温度。处于临界状态的水体的汽液两相界面已消失。
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（3 ） 水是极性溶剂 由于水分子的不对称结构，水分子是有极性的，这导致了它对各种无机盐有很 高的溶解度，所以原水中含有大量钙、镁及碱金属盐类，给反应堆供水造成很 大负担，为了除去这些盐类要经过复杂的水处理过程。
氧族：？
水反常高的沸点和凝固点
冰的结构，氢键占%
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4 水的热稳定性高 在2000K的高温下，其离解率还不到百分之一。这是水可在反 应堆内高温下运行的原因，否则后果是很难想象的，但这也 给用水制氢增加了困难。
水处理的目的是要除去水中各种杂质，满足核电厂各类设备的用水需要。天然
水中杂质主要分为三大类（见表）：即悬浮体，胶体和溶解物质，溶解物质有 （1）离子状态存在的盐类，溶于水中的气体及非离子态的可液化固体。 表3-4 水中杂质的分类
粒径/mm 分类 特征
常用处理法
10-7~10-6 真溶液 透明
一 水的基本性质
水的分子结构是以氧为核心，两个氢 原子是104°31′的H-O-H夹角。氧原子 的8个电子中有两个电子与氢原子联 系在一起，还有两对电子与临近的水
分子形成氢键。水分子在水汽状态 （气相）O-H的距离是0.9568Å ，在冰 中的距离是0.99Å 。水的性质主要由分 子构造和氢键决定的。右图是水分子 和水分子键的氢键结构。
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（1 ）水具有很大的比热 由于水分子的氢键和水分子的缔合，故将水加热时，还要消耗 热量将缔合分子离解，使水的比热较其它液体要大，其凝固点 和沸点也都比氧族其它元素的氢化物要高得多。使水有很高的 比热。水的比热是4.184×10-3J·Kg·K-1，这在所有固体或液体中几 乎是最大的。核电站利用水作为传热介质，也是利用水具有高 比热的性质 （2 ） 水有反常的凝固点和沸点 在标准状态下（101.3KPa），水的沸点是100℃，凝固点是0℃， 它以液体的形态存在的温度范围很宽，这使水在自然界得以广 泛存在。这一性质与周期表中氧族其它元素氢化物的沸点和凝 固点明显不同。氧族元素包括氧、硫、硒、碲，它们的氢化物 分别为H2O、H2S、H2Se、H2Te。按一般规律，水同摩尔质量最 小，其沸点和凝固点在这四个氢化物中应为最低，但实际上水 却反常地具有高的沸点和凝固点（见图）
5 水解与金属和非金属作用放出氢气 水还可与某些金属和非金属氢化物反应，生成酸和碱：
2Na 2H2O 2NaOH H2
Mg 2H2O MgOH2 H2
C H2O CO H2
CaO H2O CaOH2
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CO2 H 2O H 2CO3
6 水的汽化作用 水的蒸汽压与温度之间的关系
温度（℃ ）
蒸汽压 （Pa）
0 6.1×102
40 7.4×103
80 4.7×104
100 1.0×105
120 2.0×105
140 3.6×105
180 1.0×106来自374 2.2×107
在任何状态下，水的分子都处于不断运动状态，动能大的分子会离开水面进入 空间，而液面上的蒸汽分子也会返回液体中，这就是水的蒸发和凝聚作用，在 一定条件下，这两个过程达到平衡，此时的蒸汽压称为饱和蒸汽压，饱和蒸汽 压与温度有关，
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二 天然水的分类及其中杂质
1 天然水按其含盐量分 低含盐量：含盐量在200mg/L以下； 中等含盐量：含盐量在200~500 mg/L以下； 较高含盐量：含盐量在500~1000 mg/L以下； 高含盐量：含盐量在1000 mg/L以下以上。 若按水的软硬度分：
极软水：硬度在1.0mmol/L以下； 软水：硬度在1.0~3.0 mmol/L； 中等硬度水：硬度在3.0~6.0 mmol/L； 硬水：硬度在6.0~9.0 mmol/L； 高硬水：硬度在9.0 mmol/L以上。 2 天然水中杂质
第三章 水化学 原理
2009
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水化学在核电厂工程中占有很重要的地位，不论是压水堆核电站、沸水堆核电站、 还是高温气冷堆都离不开水及水溶液。也就离不开水化学化工技术。在压水堆核 电站中，堆芯的冷却剂为含有LiOH和硼酸的水溶液，二回路和蒸汽发生器也用水 作为介质。单回路的沸水堆核电站采用水作为堆芯冷却剂及传热介质。高温气冷 堆的二回路也是用经氢氧化铵和联胺处理的水溶液。核电站的能量传递主要依靠 水及水溶液。而核电站日常院校故障中也许多发生在水及其化学方面。为什么水 及水溶液在核电站工程中得到广泛应用，这是由于水及水溶液的基本化学性质决 定的。