第二章水化学成分组成

水文地球化学基础Hydrogeochemistry第二部分：水化学基础第二部分水化学基础—地下水的化学组成地下水的化学组成1水的结构与性质2地下水的化学成分3水质指标4水化学数据处理构1水的结构与性质水的体积变化与压强的关系学2地下水的化学成分0 课前回顾0课前回顾水的结构O（16O、17O、18O）水分子的种类：H（H、D、T）16O占绝对优势，即：H2O共9 种类型，H几种重要的水分子16O，重水，核反应堆的中子减速剂D18O，重氧水，水解反应示踪剂HO，氚水，示踪剂、测定地下水年龄T极性V型结构，H-O键夹角104.5度，电子分布不均匀水分子间通过静电引力（氢键）相互缔合，巨大分子团液态水处于结晶态-液态的过渡态水的某些异常性质及意义温度、压力对水的性质的影响-物理性质、溶解性质、pH、……0 课前回顾0课前回顾水的组成复杂的溶液，80/93元素，无机/有机/气体/重金属/微生物颗粒大小真溶液，分子-离子，D<10-9m胶体，D=10-9——10-7m悬浮液，D<10-7m无机组分宏量组分，C>5mg/L微量组分, C=0.01-1mg/L痕量组分，C<0.01mg/L0课前回顾0 课前回顾水的组成有机物，ppb、ppt级20025/1200种类多，多万，万个配方年，饮水中已发现种地下水中，发现175种，总化学物质200多种C、H、O组成的98.5%，主要是卤代烃，疏水性有机物气体大气来源，O2、N2、CO2及惰性气体CO岩层生物化学作用, CO2、H2S、H2、CH4、CO、N2、NH3等岩层变质作用，还包括HCl、HF、SO2等放射性衰变：Rn、He、Ne、Ar等微生物细菌、真菌、藻类0≥1000m,-n-90℃，黑暗环境C、N、S等生物转化、有机物降解、重金属的催化3水质指标3-1水化学成分的浓度单位3 水化学成分的浓度单位质量浓度mg/L(ppm)，μg/L （ppb ），ng/L （ppt ）mg/kg(ppm)，μg/kg （ppb ），ng/kg （ppt ）摩尔浓度，mol/L （M ），mol/kg(m)摩尔浓度=单位溶液中溶质的摩尔数溶质的摩尔数=质量/摩尔质量摩尔质量=溶质的原子量或分子量Mole Fraction 摩尔分数（Mole Fraction ）适用于固溶体、非水溶相液体（NAPL ）的混合物中摩尔数（若A 和B 的混合物中，A 的摩尔分数=A 摩尔数：（A 摩尔数+B 摩尔数）1LH2O=55.56mol/L3-1水化学成分的浓度单位3 水化学成分的浓度单位当量浓度（Equivalents or Normality），NEquivalents or Normality）克当量浓度=单位体积溶液中溶质的克当量数=eq or meq克当量数质量/克当量，eq or meq克当量离子：原子量或分子量/离子的价态酸：分子量/酸分子中被金属置换的氢原子数碱：分子量/碱分子中所含氢氧根数碱分碱分所含氢氧数盐：分子量/结合为酸或碱所要的H+或OH-数量CO3的就是2，NaHCO3是1如：Na金属氧化物：分子量/参加氧化还原的金属得失的电子数Cr2O7应该是6N如：1mol/L的K转换N=M×离子的价态练习题水中计算其摩尔浓度和当浓度1、水中SO42-的浓度为96.0mg/L, 计算其摩尔浓度和当量浓度5压力下密度为1020g/mL200gCaCl 2、在25、10Pa压力下，密度为1.020g/mL含2.00gCaCl2/L的溶液，计算体积摩尔浓度、当量浓度和质量浓度3、在Ca-MgCO3固溶体中，含有质量分数为5%的Mg，计算MgCO3在该固溶体中的摩尔分数Assume the background concentration of dissolved oxygen (DO) is 5 ppb in the above aquifer. Further assume the aquifer is 10,000 m long, 1000 m wide and 100 m thick.1) What’s is the total amount of DO in the aquifer?2) What is the mass flux of DO across the right face?3-2 地下水环境特征的主要参数☐1 pH值⏹它表示水中氢离子摩尔浓度（活度）的负对数值⏹衡量地下水酸碱环境强弱的指标pH=6.0--8.5⏹一般地下水pH=6.0☐2 氧化还原电位(Eh，mv)2⏹它表示水中电子摩尔浓度（活度）的负对数值还原环境强弱的指标氧化⏹衡量地下水氧化-还原环境强弱的指标，+氧化，-还原⏹需现场测定17g☐ 3 总溶解固体（TDS，mg/L）⏹水中所含离子、分子、络合物的总量，不包括悬浮物和溶解气体105--110℃，使水全部蒸发剩下的残渣重量⏹1L水加热到105--⏹∑溶解组分（溶解气体除外）(HCO3)/2⏹分类☐淡水，TDS<1000mg/L淡水☐微咸水，1000mg/L<TDS<2000mg/L☐咸水，2000mg/L<TDS<3500mg/L咸水☐卤水，TDS>3500mg/L4S li it/L☐ 4 含盐量（Salinity，mg/L）⏹地下水中各种溶解组分的总量⏹S-TDS= (HCO3-)/2☐ 6 硬度（Hardness ）地下水中碱土金属的总和般以C M ⏹地下水中碱土金属的总和，一般以Ca 2+、Mg 2+的总和来计⏹硬度（CaCO 3mg/L ）=50×毫克当量数（Ca 2++ Mg 2+）=2.5C (mg/L)+4.1M ⏹硬度（CaCO 3mg/L ） 2.5 ×C Ca (mg/L)+4.1 ×C Mg (mg/L)☐1德国度=17.8mg/L （CaCO 3）☐1法国度=10mg/L （CaCO 3）☐1英国度=14.3mg/L （CaCO 3）⏹碳酸盐硬度，暂时硬度222☐Ca 2+、Mg 2+与HCO 3-、CO 32-结合的硬度☐50×毫克当量数（HCO 3-+ CO 32-）☐煮沸可消除⏹非碳酸盐硬度，永久硬度☐与SO 42-、Cl -、NO 3-结合的多价金属阳离子综合☐非碳酸盐硬度（永久硬度）=总硬度-碳酸盐硬度（暂时硬度）⏹负硬度钠盐硬度钠钾的碳酸盐重碳酸盐氢氧化物☐钠盐硬度，钠、钾的碳酸盐、重碳酸盐、氢氧化物☐负硬度=碳酸盐硬度-总硬度≥0硬度CaCO3m g/L 极软水软水微硬水硬水极硬水<757575--150150150--300300300--450>450☐7 酸度（Acidity）⏹表征水中可中和强碱能力的指标。

第二章天然水的主要理化性质第一节天然水的盐度、密度和化学分类一、天然水的含盐量（一）天然水的含盐量反应天然海水含盐量的参数通常有离子总量、矿化度、盐度和氯度。

1、离子总量：天然水中各种离子成分含量的总和即离子总量。

常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg表示。

电荷平衡理论（Cation-Anion Balance)：天然水中，所有阳离子所带的正电荷与所有阴离子所带的负电荷相等。

依据该理论，可粗略分析化学分析的准确性。

例：某同学分析一未知水样，得到121mg/L 碳酸氢根，28mg/L 硫酸根，17mg/L Cl-, 39 mg/L Ca2+, 8.7 mg/L Mg2+, 8.2 mg/L Na+和1.4mg/L K+。

此分析准确吗？单位换算ppt（part per thousand）相当于g/L 或g/kgppm（part per million ）相当于mg/L或mg/kgppb（part per billion）相当于ug/L 或ug/kg2、矿化度：矿化度也是反映水中含盐量的一个指标，是指“蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量”。

测定时要用过氧化氢氧化水中可能含有的有机物，在105-110℃烘干剩余的残渣至恒重，然后称重。

3、海水的氯度：原始定义：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。

用Cl‰符号表示。

新定义：沉淀0.3285234千克海水中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。

用Cl符号表示，无量纲单位为1x10-3。

4、盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部变成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物质的质量与海水质量之比，以10-3或‰表示。

用S‰表示。

✓根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的公式：S‰ = 0.030 + 1.8050 Cl‰，在六十年代以前得到国际上的广泛应用。