环境化学 教学课件 作者 袁加程 主编第三章 水环境化学.ppt

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1、第三章水环境化学天然水的基本特性天然水体中的化学平衡水体污染及水体污染源水体的自净作用与水环境容量第一节水环境化学基础1.天然水的基本特性1.1天然水的组成水溶液中金属离子的表达式通常可以写成Men+，表示简单的水合金属离子Me(H2O)xn+。水中金属离子常常以多种形态存在。例如铁:Fe(OH)2+,Fe(OH)2+,Fe2(OH)24+,Fe3+,……K+,Na+,Ca2+,Mg2+,HCO3-,NO3-,Cl-,SO42-为天然水中常见的八大离子，占天然水离子总量的95-99%。(1)天然水的主要离子组成：(2)水中的金属离子

2、：(3)水生生物生态系统、食物链中的一个重要环节；生产者、消费者、分解者；自养生物、异养生物；生产率、富营养化、C、N、P1.天然水的基本特性1.2水的特性1.天然水的基本特性性质特点意义状态一般为液态提供生命介质、流动性热容非常大良好的传热介质，调节环境和有机体的温度熔解热非常大使水处于稳定的液态，调节水温蒸发热非常大对水蒸气的大气物理性质有意义，调节水温密度4℃时极大水体冰冻始于表面，控制水体中温度分布，保护水生生物表面张力非常大生理学控制因素，控制液滴等表面现象介电常数非常大高度溶解离子性物质并使其电离水合非常广泛对污染物是

3、良好溶剂和载带体，改变溶质生物化学性质离解非常少提供中性介质透明度大透过可见光和长波段紫外线，在水体深处可发生光合作用四面体结构1.3水的结构1.天然水的基本特性2.1气态物质在水中的溶解平衡大气中的气体与溶液中同种气体间的平衡为：[G(aq)]=KH×pG亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应。溶解于水中的实际气体的量，可以大大高于亨利定律表示的量。KH是各种气体在一定温度下的亨利定律常数(mol/L·Pa);2.天然水体中的化学平衡氧在干燥空气中的含量为20.95%，大部分元素氧来自大气。氧在水中的溶解度与水的温度、氧

4、在水中的分压及水中含盐量有关。水在25℃时的蒸汽压为0.03167×105Pa。氧在1.013×105Pa，25℃饱和水中的溶解度：氧在水中的溶解度2.天然水体中的化学平衡不同温度下，气体在水中溶解度的计算：2.天然水体中的化学平衡CO2在干燥空气中的含量为0.033%，水在25℃时的蒸汽压为0.03167×105Pa，CO2的亨利定律常数为3.34×10-7mol/L.Pa。则CO2在水中的浓度为：Pco2=(1.01325-0.03167)×105×0.00033=32.39（Pa）[CO2]=3.34×10-7×32.39=

5、1.082×10-5(mol/L)CO2的溶解度2.天然水体中的化学平衡2.2酸碱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。以下将H2CO3*略写为H2CO32.天然水体中的化学平衡CT=[H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]2.天然水体中的化学平衡以上属封闭的水溶液体系的情况；没有考虑大气交换过程。CO2+H2CO3HCO3-CO32-10080604020024681012pH图3-1碳酸化

6、合态分布图α2.天然水体中的化学平衡对于开放体系，应考虑大气交换过程：2.天然水体中的化学平衡图3-2开放体系的碳酸平衡碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受H+的物质总量。组成水中碱度的物质可以归纳为三类：①强碱；②弱碱；③强碱弱酸盐。AtpHvaluesbelow7,[H+]inwaterdetractssignificantlyfromalkalinity,anditsconcentrationmustbesubtractedincomputingthetotalalkalinity.Thereforethe

7、followingequationisthecompleteequationforalkalinityinamediumwheretheonlycontributorstoitareHCO3-,CO32-,andOH-.总碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]–[H+]2.3天然水中酸度和碱度2.天然水体中的化学平衡酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H+或经水解能产生H+的物质总量。包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐等。例：某水体的pH=8.00,碱度为1.00×10-3mol/L,计算该水体中[H2CO3],

8、[HCO3-],[CO32-],[OH-],[H+]等物质的浓度。解：pH=8.00时，[CO32-]的浓度很低，可认为碱度全部由[HCO3-]贡献，则[HCO3-]=[碱度]=1.00×10-3mol/L；根据pH值，