天然水的碳酸平衡原理水的酸度和碱度的概念及计算

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1、天然水的碳酸平衡原理水的酸度和碱度的概念及计算汇报人：张鑫PPT制作：孙鸿玮材料整理：其他小组成员目录碳酸平衡天然水体的酸度天然水体的碱度天然水体的缓冲性能目录碳酸平衡天然水体的酸度天然水体的碱度天然水体的缓冲性能碳酸平衡在水体中存在着CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-等4种物质;常把CO2和H2CO3合并为H2CO3*;实际上H2CO3的含量极低，主要是溶解性的气体CO2。因此，水中体系可用以下的反应和平衡常数表示：碳酸平衡根据K1及K2值，就可以制作以pH为主要变量的H2CO3*—HCO3

2、-—CO32-体系的形态分布图H2CO3*HCO3-CO32-14681012pH碳酸化合物分布图α0.80.60.40.20碳酸平衡水中CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-各占多大的比例？根据是否考虑CO2与大气交换过程：封闭体系开放体系碳酸平衡封闭体系假定水中溶解的H2CO3*是不挥发性酸，由此组成的是封闭碳酸体系。e.g.海底深处、地下水、锅炉水以及实验室水样。碳酸平衡在封闭的平衡体系中，用α0、α1和α2分别表示H2CO3*、HCO3-、CO32-在总量中所占的比例，可以得到下面三个表达

3、式：碳酸平衡若用CT表示三种碳酸形态的总量，则有：若将的K1、K2表达式带入上页三式中，可得作为酸解离常数和氢离子浓度的函数的形态分数：碳酸平衡碳酸平衡同理可得：若溶液反应在数小时内完成，就可应用封闭体系碳酸形态总量的模式加以计算。碳酸平衡开放体系开放碳酸体系是指与大气相通的碳酸水溶液体系。据亨利定律：碳酸平衡溶液中，碳酸形态的总量为：碳酸平衡两种体系的比较封闭体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]和[CO32-]等随着pH的变化而变化，但碳酸形态的总量CT始终保持不变。开放体系中，[HCO3-]、

4、[CO32-]和CT均随着pH的变化而变化，但[H2CO3*]总保持与大气相平衡的固定数值。目录碳酸平衡天然水体的酸度天然水体的碱度天然水体的缓冲性能天然水体的酸度酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，即放出H+或经过水解能产生H+的物质总量。构成天然水中酸度的物质可以归纳为三类：1）强酸，如：HCl、HNO3等；2）弱酸，如：CO2、H2CO3和各种有机酸类；3）强酸弱碱盐，如：FeCl3、Al2(SO4)3等。天然水体的酸度酸度根据指示剂种类和所需碱量不同分为：总酸度=[H+]+[HCO3-

5、]+2[H2CO3*]-[OH-]CO2酸度=[H+]+[H2CO3*]-[CO32-]-[OH-]无机酸度=[H+]-[HCO3-]-2[CO32-]-[OH-]目录碳酸平衡天然水体的酸度天然水体的碱度天然水体的缓冲性能天然水体的碱度碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，即能接受H+的物质总量。构成天然水中碱度的物质可以归纳为三类：1）强碱，如：NaOH、Ca(OH)2等；2）弱碱，如：NH3等；3）强碱弱酸盐，如：Na2CO3、NaHCO3等。天然水体的碱度碱度根据指示剂种类和所需酸量不同分

6、为：总碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]-[H+]酚酞碱度=[CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+]苛性碱度=[OH-]-[HCO3-]-2[H2CO3*]-[H+]天然水体的碱度例题：已知碱度为2.00×10-3mol/L的水，pH为8.0,H2CO3*的解离常数K1=4.45×10-7，K2=4.69×10-11，请计算该水体中溶解态的H2CO3*、HCO3-、CO32-、OH-、H+等物质的浓度。解：当pH=8.0时，[OH-]=1.00×10-6mol/L[H+

7、]=1.00×10-8mol/L总碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]-[H+]当pH=8.0时，溶液中CO32-浓度远小于HCO3-浓度[HCO3-]=碱度=2.00×10-3mol/L天然水体的碱度根据：[H2CO3*]=[HCO3-][H+]/K1=4.49×10-9mol/L[CO32-]=K2[HCO3-]/[H+]=9.38×10-6mol/L目录碳酸平衡天然水体的酸度天然水体的碱度天然水体的缓冲性能天然水体的缓冲性能天然水体的pH一般在6~9。天然水溶解的许多物质使得天然水

8、具有一定的缓冲性能，对外来酸碱类物质的影响有一定的抵御能力，从而使水的pH维持稳定，不发生显著的变化。碳酸化合物是水体缓冲作用的重要因素。因而，人们通常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。课堂小结掌握碳酸平衡体系原理及其计算理解酸度、碱度的概念重点掌握总碱度、酚酞碱度、苛性碱度以及总酸度、CO2酸度、无机酸度表达形式，并能够运用计算了解天然水体的缓冲性能