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第五章天然水的pH和酸碱平衡体系第一节天然水的pH一、天然水中常见的弱酸、弱碱(一)酸碱的质子理论能给出质子的物质是酸，能结合质子的物质是碱。
H2CO3 = H+ + HCO3-HCO3- = H+ + CO32-NH4+ = NH3 + H+酸、碱概念是相对而言。
（二）天然水中常见的酸碱物质常见能解离出质子及与质子结合的物质有：CO2·H2O、CO32-、HCO3-、NH4+、NH3、H2PO4-、PO43-、H2SiO3-、H3BO3-、H4BO4-等。
一般天然水中所含酸碱物质主要是碳酸盐的几种存在形态。
其他平衡居于次要地位。
注意：Fe2+和Fe3+水解可产生酸，他们也是天然水对pH有重要影响的物质。
（三）天然水的酸度及碱度酸度(acidity): reserve capacity of water to generate additional hydrogen ions through various processes.水中能与强碱反应（表现为给出质子）的物质的总量，用1L水中能与OH-结合的物质的量来表示。
常见构成酸度物质: H+、H2CO3、HCO3-、Fe3+、Fe2+、Al3+。
后3种对构成水酸度贡献少。
根据测定时使用指示剂的不同，分为总酸度(用酚酞作指示剂, pH 8.3)和无机酸度(又称强酸酸度，用甲基橙作指示剂，pH 3.7)。
无机酸度只包含了水中的强酸物质，H2CO3未参加反应。
总酸度包括强酸物质和H2CO3的含量。
二、天然水的pH及缓冲性（一）天然水的pHpH negative logarithm of the hydrogen ion activity and it is an index of the intensity of hydrogen ions.pH 是“intensity” factor and acidity 是“capacity ”factor.天然水按pH值的不同可以划分为如下五类：强酸性pH <5.0弱酸性pH 5.0-6.5弱碱性pH 8.0-10.0强碱性pH >10.0中性pH 6.5-8.0大多数天然水为中性到弱碱性，pH在6.0-9.0之间。
第三章：水环境化学——天然水的性质第三章：水环境化学——天然水的基本特征以及污染物存在形态一、水和水分子结构的特异性二、天然水的基本特征1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物）2、天然水的化学特征3、天然水的性质（1）碳酸盐系统（2）酸度和碱度（3）天然水的缓冲能力● 缓冲溶液能够抵御外界的影响，使其组分保持一定的稳定性，pH 缓冲溶液能够在一定程度上保持pH 不变化。
● 天然水体的pH 值一般在6-9之间，而且对于某一水体，其pH 几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。
● 一般认为各种碳酸盐化合物是控制水体pH 值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。
但最近研究表明，水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应，对水体的pH 值也有着重要作用。
● 但无论如何，碳酸化合物仍是水体缓冲作用的重要因素。
因而，人们时常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。
对于碳酸水体系，当pH<8.3时，可以只考虑一级碳酸平衡，故其pH 值可由下式确定：][][lg 3*321--=HCO CO H pK pH如果向水体投入△B 量的碱性废水时，相应由△B 量H 2CO 3*转化为HCO 3-，水体pH 升高为pH ＇,则：B HCO BCO H pK pH ∆+∆--=-][][lg 3*321＇水体中pH 变化为△pH=pH ＇-pH ，即：][][lg ][][lg 3*323*32--+∆+∆--=∆HCO CO H B HCO BCO H pH由于通常情况下，在天然水体中，pH=7左右，对碱度贡献的主要物质就是[HCO 3-]，因此经常情况下，可以把[HCO 3-]作为碱度。
若把[HCO 3-]作为水的碱度，[H 2CO 3*]作为水中游离碳酸[CO 2]，就可推出：△B=[碱度][10△pH -1]/(1+K 1×10pH+△pH )△pH 即为相应改变的pH 值。
酸度和碱度酸度和碱度（一）酸度酸度是指水中所含能与强碱发生中和作用的物质的总量。
这类物质包括无机酸、有机酸、强酸弱碱盐等。
地面水中，由于溶入二氧化碳或被机械、选矿、电镀、农药、印染、化工等行业排放的含酸废水污染，使水体pH值降低，破坏了水生生物和农作物的正常生活及生长条件，造成鱼类死亡，作物受害。
所以，酸度是衡量水体水质的一项紧要指标。
测定酸度的方法有酸碱指示剂滴定法和电位滴定法。
1.酸碱指示剂滴定法用标准氢氧化钠溶液滴定水样至肯定pH值，依据其所消耗的量计算酸度。
随所用指示剂不同，通常分为两种酸度：一是用酚酞作指示剂（其变色pH为8.3）测得的酸度称为总酸度（酚酞酸度），包括强酸和弱酸；二是用甲基橙作指示剂（变色pH约3.7）测得的酸度称强酸酸度或甲基橙酸度。
酸度的单位在《水和废水监测分析方法》中规定用CaCO3mg/L 表示。
2.电位滴定法以pH玻璃电极为指示电极，甘汞电极为参比电极，与被测水样构成原电池并接入pH计，用氢氧化钠标准溶液滴定至pH计指示4.5和8.3，据其相应消耗的氢氧化钠溶液量分别计算两种酸度。
本方法适用于各种水体酸度的测定，不受水样有色、浑浊的限制。
测定时应注意温度、搅拌状态、响应时间等因素的影响。
（二）碱度水的碱度是指水中所含能与强酸发生中和作用的物质总量，包括强碱、弱碱、强碱弱酸盐等。
天然水中的碱度重要是由重碳酸盐、碳酸盐和氢氧化物引起的，其中重碳酸盐是水中碱度的重要形式。
引起碱度的污染源重要是造纸、印染、化工、电镀等行业排放的废水及洗涤剂、化肥和农药在使用过程中的流失。
碱度和酸度是判定水质和废水处理掌控的紧要指标。
碱度也常用于评价水体的缓冲本领及金属在其中的溶解性和毒性等。
测定水中碱度的方法和测定酸度一样，有酸碱指示剂滴定法和电位滴定法。
前者是用酸碱指示剂指示滴定尽头，后者是用pH计指示滴定尽头。
水样用标准酸溶液滴定至酚酞指示剂由红色变为无色（pH8.3）时，所测得的碱度称为酚酞碱度，此时OH—已被中和，CO32—被中和为HCO3—；当连续滴定至甲基橙指示剂由桔黄色变为桔红色时（pH约4.4），所测得的碱度称为甲基橙碱度，此时水中的HCO3—也已被中和完，即全部致碱物质都已被强酸中和完，故又称其为总碱度。
天然水的酸碱性
大多数含有矿物质的天然水，其pH一般都在6～9这个狭窄的范围内，并且对于任一水体，其pH几乎保持恒定。
在与沉积物的生成、转化及溶解等过程有关的化学反应中，天然水的pH具有很大意义，它往往能决定转化过程的方向。
生物活动，如光合作用和呼吸作用，以及物理现象，如自然的或外界引起的扰动伴随着曝气作用，都会或增或减地使水中溶解性二氧化碳浓度发生变化，从而影响水体pH。
此外，其他一些借助于生物进行的反应也会影响天然水的pH，如黄铁矿被氧化的反应会导致pH降低；反硝化或反硫化等过程则趋向于使pH 升高。
在大多数天然水中都有HCO3-和CO32-作为碱存在。
有时还可存在别的低浓度碱，如B4O72-、PO43-、AsO43-、NH3、SiO32-等。
火山和温泉向水中加入HCl和SO2之类气体，可强烈地产生酸性水。
工业废水中含有的游离酸或多价金属离子经排放而进入天然水系，也可使水具酸性。
另外一些酸性成分是硼酸、硅酸和铵离子。
总的说来，天然水体中最重要的酸性成分还是CO2，它与水形成相对平衡的碳酸体系。
