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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。不能作为科学依据。,杨桔材,13734813450,yangjc_zhao,1/18,第三章水环境化学,第一节天然水基本特征及污染物存在形态,水环境化学是研究化学物质在天然水体中,存在形态,、,反应机制,、,迁移、转化、归趋规律,与化学行为及其对生态环境影响。,一,.,天然水基本特征,1,天然水组成,可溶性物质,胶体,悬浮物,水生生物,指直径小于,1nm,颗粒,指颗粒直径在,1-100nm,之间微粒,指颗粒粒径在,100nm,以上,（,1,）天然水中主要离子组成,自氧生物、异氧生物,阳离子：,K,+,、,Na,+,、,Ca,2+,、,Mg,2+,、,阴离子：,HCO,3,、,Cl,、,SO,4,2,、,NO,3,2/18,K,+,、,Na,+,：钠盐和钾盐直接溶于水中所致。,Ca,2+,、,Mg,2+,：含有,CO,2,水流经石灰石和白云石，并与它们,发生反应，生成溶解度很大重碳酸盐。,HCO,3,：同上。,Cl,：水流经地层时溶解氯化物所致。,陆地水：,HCO,3,SO,4,2,Cl,；,Ca,2+,Na,+,Mg,2+,次要离子,：,Fe,2+,、,CO,3,2,、,HSiO,3,、,NO,2,、,HPO,4,2,、,H,2,PO,4,、,PO,4,3,SO,4,2,：地层中石膏溶于水形成。,NO,3,：同化、氨化、硝化等,i,起源,3/18,总含盐量,(Total Dissolved Solids,TDS),，也称总矿化度：,水中所含各种溶解性矿物盐类总量称为水总含盐量。,ii,表示方法,总含盐量,阳离子,+,阴离子,iii,测定,重量法,这部分逸失量约等于原有,HCO,3,含量二分之一，,(CO,2,+H,2,O)2HCO,3,=(44+18)2,61,0.5,电导率法,4/18,（,2,）溶解气体,主要是,O,2,、,CO,2,、,N,2,，其次还有,H,2,S,、,SO,2,、,NH,3,等,在一定温度和压强下，一个气体在液体里溶解度与该气体平衡压强成正比。,注意，亨利定律并不能说明气体在溶液中深入化学反应，如：,即溶解于水中实际气体量，能够高于亨利定律表示量。,克劳修斯克拉佩龙（,Clausius-Clapeyron,）方程式：,iii,溶解度与温度关系,ii,溶解度,i,溶解气体种类,5/18,iv,计算例题,1,在一个标准大气压下，,25,时氧在水中溶解度。（已知氧在干燥空气中含量为,20.95%,）,首先计算氧气分压,解：,水在,25,时蒸汽压为,0.03167,10,5,Pa,则干燥空气分压为,氧气分压为,0,时含量,14.74mg/L,20,时为,9.227mg/L,关键是对水蒸汽分压进行校正,O,2,在水中亨利常数为,1.26,10,8,mol/LPa,6/18,2,在一个标准大气压下，,25,时,CO,2,在水中溶解度。已知,CO,2,在干空气中含量为,0.0314%,（体积）。,解：,首先计算,CO,2,分压,7/18,（,3,）水生生物,自养生物,：利用太阳能或化学能量，把简单、无生命无机物元素引进至复杂生命分子中即组成生命体。如藻类。,异养生物,：利用自养生物产生有机物作为能源及合成它本身生命原始物质。,生化需氧量（,BOD,）,：在有氧条件下，水中可分解有机物因为好氧微生物,(,主要是好氧细菌）作用被氧化分解而无机化，这个过程需要氧量叫做生化需氧量（,Biochemical Oxygen Demand,BOD,）。,化学需氧量（,COD,）,：在一定严格条件下，水中各种有机物质与外加强氧化剂（如,K,2,Cr,2,O,3,KMnO,4,）作用时所消耗氧化剂量。（,Chemical Oxygen Demand,）。,8/18,2,天然水性质,（,1,）碳酸平衡,在水体中存在着,CO,2,、,H,2,CO,3,、,HCO,3,、,CO,3,2,等四种化合态，常把,CO,2,和,H,2,CO,3,合并为,H,2,CO,3,*,，实际上,H,2,CO,3,极低，主要是溶解气体,CO,2,。所以，水中,H,2,CO,3,*,HCO,3,CO,3,2,体系可用下面反应和平衡常数表示：,用,c,T,表示各种碳酸化合态总量，用,0,、,1,、,2,分别代表化合态,H,2,CO,3,*,、,HCO,3,、,CO,3,2,在总量中所占百分比，则,:,9/18,说明,pH,决定它们含量多少,再来看,K,1,、,K,2,及,H,+,与,0,、,1,、,2,关系：,10/18,即,pH,值对三种化合态浓度起决定性作用，如图,3-1,碳酸化合态分布图所表示：,当,pH,值,4.3,时，,水中各种碳酸化合物,全部是,H,2,CO,3,*,；,当,pH,值,8.3,时，,基本上碳酸化合物,是,HCO,3,；,当,pH,值,12,时，,水中碳酸化合物几乎完全是,CO,3,2,。,以上讨论是封闭体系，即没有考虑,CO,2,与大气交换过程，也就是说封闭体系碳酸化合态总量不变。,11/18,对,开放体系,，也就是说,CO,2,与水是处于平衡状态。当考虑,CO,2,在气相和液相之间平衡时，,H,2,CO,3,*,总保持与大气相平衡固定值，可表示为,P,CO2,和,pH,值函数。此时应用亨利定律：,由这些方程做,lg,c,-pH,图可知：,pH,值,6,时，主要是,H,2,CO,3,*,，,pH,值在,6-10,时，主要是,HCO,3,，,pH,值,10.3,时，主要是,CO,3,2,。,12/18,（,2,）天然水中碱度和酸度,碱度,(Alkalinity),：指水中能与强酸发生中和作用物质。,总碱度,：在测定水样总碱度时，可用一个强酸标准溶液滴定，当用甲基橙做指示剂时，此时所得结果称为总碱度，也称,甲基橙碱度,。,强碱、弱碱,(NH,3,),、强碱弱酸盐（碳酸盐）,其化学反应计量关系以下：,甲基橙作指示剂时，其终点,pH,值约为,4.3,，也就是说,HCO,3,和,CO,3,2,全部转化为,H,2,CO,3,。,依据溶液质子平衡条件，能够得到碱度表示式：,13/18,酚酞碱度,：强酸标准溶液滴定时，用酚酞为指示剂得到碱度称为酚酞碱度。,酚酞为指示剂滴定终点,pH,值约为,8.3,，也就是说,HCO,3,没有接收质子,H,+,成为,H,2,CO,3,，溶液中,CO,3,2,接收一个,H,+,质子成为,HCO,3,，则酚酞碱度表示式为：,苛性碱度,：到达,pH,CO3,2,所需酸量时碱度称为苛性碱度。,苛性碱度在试验室不能快速测得，因为不轻易找到终点。若已知总碱度和酚酞碱度可用计算方法确定：,14/18,酸度,(Acidity),：水中能与强碱发生中和作用物质。,强酸、弱酸、强酸弱碱盐（如,FeCl,3,）,无机酸度,：,游离,CO,2,酸度,：,总酸度：,在测定水样酸度时，可用一个强碱标准溶液滴定，当用甲基橙做指示剂时，此时所得结果称为无机酸度。,强碱标准溶液滴定时，用酚酞为指示剂得到酸度称为游离,CO,2,酸度。,pH,值为,10.8,处得到酸度，但此时滴定无显著终点，普通以游离,CO,2,酸度作为主要指标。,依据质子平衡条件，得到各种酸度表示式：,15/18,计算例题,i,在封闭体系中加入强酸或强碱，总碳酸量,c,T,不受影响,。,ii,加入,CO,2,时，总碱度值并不发生改变。,iii,总碳酸量,c,T,和总碱度在一定条件下含有守恒特征。,1,已知某水体,pH,值为,10.0,，碱度为,1.00,10,3,mol/L,，求,H,2,CO,3,*,、,HCO,3,、,CO,3,2,和,OH,浓度。（,K,1,4.45,10,7,，,K,2,4.69,10,11,）,解：,解题技巧：当,pH,值,5-9,范围内，,碱度,10,-3,或,pH,值在,6-8,，,碱度,10,-4,时，,H,+,、,OH,-,项忽略不计,16/18,2,若一个天然水体在,25,时,pH,值为,7.0,，碱度为,1.4mmol/L,，求需加多少酸才能把水体,pH,值降低至,6.0,？,解：,解题技巧：当,pH,值,5-9,范围内，,碱度,10,-3,或,pH,值在,6-8,，,碱度,10,-4,时，,H,+,、,OH,-,项忽略不计,查表,3,4,（碳酸平衡系数）可知：,pH,值为,7.0,时,1.224,pH,值为,6.0,时,3.247,则：,解题关键点：在碳酸总量不变前提下，碱度降低值即为加入酸量。,步骤,:,1,求碳酸总量；,2,求碱度；,3,求差。,17/18,（,3,）天然水体缓冲能力,天然水体,pH,值普通在,6,9,之间，而且对于某一水体，其,pH,值几乎不变，这表明天然水体含有一定缓冲能力。普通认为，各种碳酸化合物是控制水体,pH,值主要原因，并使水体含有缓冲能力。,对于碳酸水体系，当,pH,值,8.3,时，能够只考虑一级碳酸平衡，故,pH,值可由下式确定：,假如向水体投入,B,量碱性废水时，对应有,B,量,H,2,CO,3,*,转化为,HCO,3,，水体,pH,值升高为,pH,，则：,水体,pH,值改变为,18/18,
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