【正文】 DF85（ CuZn3）凈化水中 H2S的價(jià)電子結(jié)構(gòu)分析 價(jià)鍵電子理論與化學(xué)反應(yīng)生成焓變的關(guān)系 濾料凈水前各相的最強(qiáng)鍵價(jià)電子數(shù)、鍵能及晶體結(jié)合能等參數(shù) 濾料凈水后各相的最強(qiáng)鍵價(jià)電子數(shù)、鍵能及晶體結(jié)合能等參數(shù) 價(jià)電子結(jié)構(gòu)與材料性能之間的關(guān)系 ? Zn比 Cu要活潑， Zn特別容易與非金屬發(fā)生反應(yīng)，所以在自然界條件下， Zn多以化合物形式存在； ? 化合物的原子間結(jié)合力更強(qiáng)，鍵能更強(qiáng)，在自然界中更穩(wěn)定 ； ? 我們使用銅鋅合金而不用金屬單質(zhì)銅或鋅來凈化水的原因： (1)合金的共價(jià)電子數(shù)（ nA）更高，強(qiáng)度更大 , (2)銅鋅合金的穩(wěn)定性（ σ N）要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的金屬單質(zhì)的穩(wěn)定性 KDF55(CuZn)去除 Cl2的價(jià)電子結(jié)構(gòu)分析 ? 我們可以把 CuZn去除 Cl2的過程看做是 CuZn腐蝕的過程 ， 這種腐蝕以脫 Zn腐蝕為主，因?yàn)榻饘?Cu的電位要比 Zn的電位高，而且在水溶液中游離的 Cl2的還原反應(yīng)使得金屬被鈍化， 所以 Cu做陰極， Zn做陽極，鈍化后的 Cu陰極不溶解，留在濾料表面。 ? CuZn在去除水中的 Cl2后，得到產(chǎn)物 ZnCl2， 反應(yīng)是把化合物中 CuZn共價(jià)鍵能的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為 ZnCl離子鍵能的狀態(tài)， Zn2+比單質(zhì) Zn更加穩(wěn)定，同樣，Cl也比 Cl2更加穩(wěn)定，這也說明了 化學(xué)反應(yīng)都是朝向化學(xué)能更低的狀態(tài)發(fā)生。 ? ZnCl2遇水即溶，都是 以離子的形式存在 ，在水中Cl2是 以離子平衡的方式存在 ，計(jì)算知， ZnCl2的鍵能更低。 (CuZn3)凈化 H2S的價(jià)電子結(jié)構(gòu)分析 ? KDF85(主要成分 CuZn3)去除水中 H2S的化學(xué)方程式為： Cu+H2S=CuS+H2，可以發(fā)現(xiàn)此反應(yīng)中主要是Cu反應(yīng)，而 Zn不參與反應(yīng)，這是因?yàn)?Cu與 H2S反應(yīng)生成的 CuS是一種既不溶于水又不溶于稀酸的沉淀 ，而如果 Zn與 H2S反應(yīng)生成的 ZnS是一種不溶于水，但溶于稀酸的沉淀 ， 因?yàn)楹?H2S的水溶液是呈現(xiàn)弱酸性的，所以兩種金屬同時(shí)存在時(shí)，生成沉淀也就是更穩(wěn)定的化合物的金屬首先反應(yīng)，即 Cu先反應(yīng)， Zn暫時(shí)被鈍化而不反應(yīng)。 ? 焓變就是化學(xué)反應(yīng)過程中反應(yīng)物的化學(xué)鍵斷裂以及生成物的化學(xué)鍵形成之間的能量差值 ? 理論上用鍵能估算生成焓切實(shí)可行，但實(shí)際上，在分子中除了有成鍵的原子之間存在相互作用力之外，有時(shí)非鍵合原子之間的作用力也不能忽略；另外，我們只是單純依靠鍵能數(shù)據(jù)估算，也較難反映其同素異構(gòu)體解體時(shí)的情況差別。但是，在一些情況下，尤其是僅僅涉及到由共價(jià)健所形成的物質(zhì)的氣相反應(yīng)時(shí)，由鍵能數(shù)據(jù)估算，雖粗略，卻簡(jiǎn)便可行。 ? miedema理論 A+B→AmBn △ H=[m/(m+n)]EA+ [n/(m+n)]EBEC ? 注意 :我們所計(jì)算的 Cl2是指固態(tài) Cl2的結(jié)合能，只是為了表中的比較，在計(jì)算 ZnCl2的生成焓時(shí)，需要使用氣體分子中 ClCl原子間的結(jié)合能，所以從理化手冊(cè)查詢到其結(jié)合能值為 第七章 結(jié)論 ? （ 1）在晶體中， 共價(jià)電子數(shù)越大，晶體的成鍵能力越強(qiáng)，結(jié)合能越大，晶體的硬度越高，熔點(diǎn)越高，晶體越穩(wěn)定，越不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 ? （ 2）根據(jù)鍵能計(jì)算結(jié)果，鍵能按照由大到小的順序排列為： CuZn3CuCuSCuZnCl2ZnZnCl2， 金屬間化合物 CuZn和 CuZn3的鍵能相較于其單質(zhì)來說均比較大，說明 化合物的穩(wěn)定性要大于單質(zhì)的穩(wěn)定性 。 離子間化合物 ZnCl2晶體的鍵能要小于其組成元素晶體的鍵能 ，因?yàn)?ZnCl2通常是以離子的形式存在，所以其離解能更小。 ? （ 3）根據(jù)結(jié)合能計(jì)算結(jié)果，結(jié)合能按照由大到小的順序排列為Cl2CuCuZnCuSCuZn3ZnZnCl2 ， Cl2的結(jié)合能最大是因?yàn)槲覀兛紤]的是理想情況，為純分子狀態(tài)，所以很難分解，其余單質(zhì)與化合物的結(jié)合能值與鍵能值略有差別，但總體上有一定聯(lián)系性。 ? （ 4） 我們使用銅鋅合金而不用金屬單質(zhì)銅或鋅來凈化水的原因有二 ，一是合金強(qiáng)度更高，鍵與鍵之間的結(jié)合力更強(qiáng)， Zn原子的溶入更是增強(qiáng)了 Cu基體的強(qiáng)度，起到了很好的固溶強(qiáng)化的作用；二化合物結(jié)構(gòu)的原子價(jià)態(tài)更能適應(yīng)外界條件的變化，化合物相的穩(wěn)定性更強(qiáng)，抵抗外界變形的能力就越強(qiáng)。 ? （ 5） KDF55（ CuZn）去除水中 Cl2的過程可以看做是 CuZn腐蝕的過程， 這種腐蝕以脫 Zn腐蝕為主，在水溶液中游離的 Cl2的還原反應(yīng)使得金屬 Cu被鈍化而不溶解，留在濾料表面。由計(jì)算的鍵能值知，凈水產(chǎn)物 ZnCl2的最強(qiáng)鍵鍵能 EA=9， Cl2的 EA=15，驗(yàn)證了化學(xué)反應(yīng)都是朝向化學(xué)能更低的狀態(tài)進(jìn)行的原理。 ? （ 6） KDF85(CuZn3)去除水中 H2S的反應(yīng)可以看做是因 Cu與 H2S反應(yīng)生成不溶于水與稀酸的沉淀的優(yōu)先反應(yīng)。 另外，之所以 用 CuZn3而不是用 CuZn去除 H2S的原因 可以從結(jié)合能數(shù)據(jù)中得知， CuS的結(jié)合能數(shù)據(jù)大于 CuZn3而小于 CuZn，說明 CuZn是比 CuS更穩(wěn)定的化合物，如果利用 CuZn來去除 H2S則反應(yīng)不會(huì)進(jìn)行，達(dá)不到凈水效果。 ? （ 7）由生成焓值△ H可知， CuZn去除 Cl2的反應(yīng)釋放熱量 ， CuZn3去除 H2S的反應(yīng)需吸收熱量 ，生成化合物 CuZn需放出，而生成化合物 CuZn3則需要吸收 ，但是，查找文獻(xiàn)可知，金屬與酸發(fā)生的置換反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，而計(jì)算出的 CuZn3去除 H2S的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，由此可見，利用 EET理論計(jì)算出的結(jié)合能值來估算化合物的生成焓不是在所有條件下都適用， 還有待于進(jìn)一步的研究。 ? （ 8）鑒于上述所做工作及前人關(guān)于銅鋅合金濾料凈化水工藝的實(shí)驗(yàn)研究，筆者認(rèn)為 可從以下幾個(gè)方面來提高合金濾料的凈水效果：一是添加其他的金屬或非金屬元素如 Ni等， 充當(dāng)催化劑的作用，加快其反應(yīng)速度； 二是把銅鋅合金濾料顆粒粒徑制得更小或直接做成粉末狀， 以增加其比表面積即與待處理水溶液的接觸面，增加反應(yīng)速率； 三是 因?yàn)?KDF的成本較其他凈水介質(zhì)要高， 可以把銅鋅合金濾料和其他的凈水介質(zhì)同時(shí)使用， 互補(bǔ)優(yōu)劣，以節(jié)省成本。 L/O/G/O 謝謝 ！ 深度水 處 理技 術(shù) 活性炭技 術(shù) 1 預(yù)氧 化和 深度 氧 化 技 術(shù) 2 膜技 術(shù) 及 礦 化 3 合金 濾 料 凈 水技 術(shù) 的原理及 研 究 現(xiàn)狀