水环境化学

第十二章 水环境中的溶解与沉淀

教学一般要求

掌握：难溶氢氧化物溶解性与pH的关系。难溶硫化物、难溶碳酸盐的溶解性与pH及C

T的关系。

初步掌握：开放体系与封闭体系中碳酸钙的溶解平衡，水稳定性的概念与调整。

了解：Fe(OH)

2与FeCO

3溶解平衡图。Fe(OH)

2与FeCO

3的分级沉淀和稳定性区域图的认识。

初步了解：Fe(OH)

2与FeCO

3稳定区域图的绘制。FeS、Fe(OH)

2与FeCO

3的分级沉淀。

第一节

天然水中各类固体的溶解平衡

一、

常见固体的溶解性

（一） 天然水中溶解沉淀平衡的复杂性

溶解―沉淀平衡是固一液两相间的平衡，反应发生在两相的界面上。天然水是个组成复杂的体系，

增加了溶解―沉淀平衡的复杂性。难溶电解质的溶解规律可以用溶度积原理描述，天然水中的溶解

平衡有以下特点：

1，反应的滞后性。即平衡状态不是迅速达到，往往要滞后一段时间。因此，在天然水中常常会

发现沉淀物的过饱和状态。例如大洋表层水中的CaCO

3一般都有一定的过饱和程度。升高温度，有结

晶核及生物作用，均可加速反应的进行。

2，最先生成的沉淀不一定是最稳定的形态，而是反应速度快的形态。这种形态经过一定时间的作

用，可以转化为更稳定的形态。例如，硅酸盐在沉淀析出时首先析出的是蛋白石，而不是更稳定的

石英。

3，吸附沉淀作用和共沉淀作用的存在，这使沉淀反应生成的固相组成复杂，使远未达到溶度积的成

分也可沉淀析出。

天然水在地球化学循环过程中不断侵蚀陆地，使其风化产物转入水体，最后进入海洋。其中80％左

右是悬浮物质，20％左右是溶解物质。在条件变化时，溶解的物质可以发生沉淀，悬浮物质也可溶

解。地面水中的主要离子成份就是径流在汇集过程中对岩石、土壤淋溶而形成的。这些成分主要来

自沉积岩。下面就天然水中较常见的沉淀物作简单介绍。

（二）硝酸盐、氯化物和硫酸盐

在常见化合物中，硝酸盐几乎全部是易溶的，氯化物和硫酸盐绝大多数也是易溶的。较常见的难溶

一、理化性质

1.哪些参数可以反映天然水的含盐量？它们各有什么特点？

2.海水盐度、氯度是怎么定义的？它们之间关系如何？

3.海水实用盐度是用一定质量分数的KCl溶液作电导率标准，用水样电导率与KCl标准溶液的电导率比值来定义的，与盐度的初始定义、氯度都没有关系。为什么在必要时可以从实用盐度来反算氯度？

4.阿列金分类法如何对天然水分类？为什么硫酸盐类、氯化物类的钙组、镁组中没有Ⅰ型水？你能否作个逻辑推断？

5.解释以下概念

冰点下降 渗透压 西门子 离子活度 离子强度

6.影响天然水渗透压的因素有哪些？渗透压和冰点下降有什么关系？

二、主要离子

1，说明总硬度、钙硬度、镁硬度、永久硬度、暂时硬度、碳酸盐硬度、负硬度的概念，表示单位以及这些单位之间的关系。

2，鱼池水硬度、碱度的变化与水中的呼吸作用及光合作用有何关系？

3，简要说明天然水中K+含量一般小于Na+的原因。通常以什么方法求得K+与Na+在自然水域中的含量？它们与鱼类养殖的关系如何？

4，氯离子在天然水中含量情况如何？为什么在低含盐量的水中可以用Cl－含量的异常升高来指示水体可能受到污染？对于盐碱地或沿海地区的水体是否也可以以此来判别水体的污染？

5，什么叫硫酸盐还原作用？硫酸盐还原作用的条件是什么？

6，某鱼池水质分析数据如下，计算离子总量，估算矿化度（取3位有效数字），计算钙硬度与镁硬度，并按阿列金分类法对该鱼池水质加以分类：

离子成分 CO32- HCO3- Cl- SO42- Ca2+ Mg2+ NH4+ NO3-

单 位 mmol/L mmol/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L

含 量 0.13 0.84 1146 190 59.4 99.2 0.01 0.13

（答：离子总量74.5mmol/L,2203mg/L；矿化度约为2.18g/L；）

7，鱼池水中含Ca(HCO3)2200mg/L,Mg(HCO3)2120mg/L。计算水中总硬度及HCO3-含量，以三种单位表示硬度。

绪论：

一、我们生活的环境：大气圈、水圈、岩石圈

水圈的定义：

狭义―水圈‖是指海洋与陆地各种贮水水体，包括海洋、江河、湖泊、冰盖、沉积物中的间隙水等。

广义―水圈‖则还包括其他圈层中存在的水。

世界水资源分布情况

我国的水资源状况：

我国水资源总量约为 2.8124 万亿立方米，约占全球径流总量的 5.8%，居世界第四位。

由于人口众多，目前我国人均水资源占有量仅为 2220 m3，约为世界人均占有量的 1/4，在世界上名列 121位，是全球 13 个人均水资源最贫乏的国家之一。

中国属于季风气候，水资源时空分布不均匀，南北自然环境差异大，其中北方 9 省区，人均水资源不到 500 m3，实属水少地区。

特别是近年来，城市人口剧增，生态环境恶化，工农业用水技术落后，浪费严重，水源污染，更使原本贫乏的水 ―雪上加霜‖，而成为国家经济建设发展的瓶颈。

天然水质系的构成：

水质系、天然水的概念及天然水质系的构成图

天然水系的复杂性：

水中含有的物质种类繁多，含量相差悬殊

水中溶存物质的分散程度复杂：

< 1 nm 真溶液状态存在的各种分子、离子

1~1,000 nm 胶体分散态

>1,000 nm 静置时易沉淀的粗分散态物质（如泥沙颗粒、浮游细菌、微藻等）

水中存在的生物种类繁多

天然水中化学成分的来源：

大气淋溶

从岩石、土壤中淋溶 (地面径流、地下径流)

生物作用 (光合作用、呼吸作用、代谢、尸体腐解) 次级反应与交换吸收作用

工业废水、生活污水与农业退水

二、环境化学与养殖水环境化学

环境化学是环境科学的一个分支。

环境科学是研究人类环境质量及其控制、改善的原理、技术和方法的综合性科学。

环境化学是研究有害化学物质在环境介质中的来源、存在形态、化学特性、行为和效应、控制和治理的化学原理和方法的科学。它又是化学科学的一个重要分支。

环境化学的研究内容:

环境化学是从微观的原子水平上研究宏观的环境现象及防治方法，研究其中的化学机制。

水环境化学

1、水中八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-为常见八种离子

2、溶解气体与Henry定律:溶解于水中的气体与大气中的气体存在平衡关系，气体的大气分压PG与气体的溶解度的比表现为常数关系，称为Henry定律，该常数称为Henry定律常数KH。 [G(aq)] = KH PG KH－气体在一定温度下的亨利定理常数 (mol/L.Pa) PG －

各种气体的分压 (Pa)

3、水体中可能存在的碳酸组分 CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3 ( H2CO3*)

4、天然水中的碱度和酸度：碱度：水中能与强酸发生中和作用的全部物质，即能够接受质子H+的物质总量；酸度：凡在水中离解或水解后生成可与强碱（OH-）反应的物质（包括强酸、弱酸和强酸弱碱盐）总量；即水中能与强碱发生中和作用的物质总量。

5、天然水中的总碱度=HCO3-+2CO32-+ OH- —H+

6、水体中颗粒物的类别(1)矿物微粒和粘土矿物（铝或镁的硅酸盐 ）(2)金属水合氧化物（铝、铁、锰、硅等金属 ）(3)腐殖质 (4)水体悬浮沉积物 (5)其他（藻类、细菌、病毒等）

影响水体中颗粒物吸附作用的因素有：颗粒物浓度、温度、PH。

7、水环境中胶体颗粒物的吸附作用有 表面吸附 、化学吸附、离子交换吸附 和 专属吸附。

8、天然水的PE随水中溶解氧的减少而 降低 ，因而表层水呈 氧化性 环境。

9、吸附等温线：在一定温度，处于平衡状态时被吸附的物质和该物质在溶液中的浓度的关系曲线称为吸附等温线；水环境中常见的吸附等温线主要有L－型、F－型和H－型。

10、无机物在水中的迁移转化过程：分配作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集、生物降解作用。

11、PE:pE 越小，电子活度越高，提供电子的倾向越强，水体呈还原性。pE 越大，电子活度越低，接受电子的倾向越强，水体呈氧化性 。 pe影响因素：1)天然水的pE随水中溶解氧的减少而降低；2)天然水的pE随其pH减少而增大。