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环境化学课件第三章 水环境化学

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环境化学第3.2章水环境化学水中无机污染物的溶解和沉淀课件

环境化学第3.2章水环境化学水中无机污染物的溶解和沉淀课件
纯水封闭体系中金属碳酸盐的溶解度
20
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐 四、碳酸盐在开放体系的溶解度（二价金属）
[H2CO3*] = KHpCO2 [CO32-] = K1K2KHpCO2/[H+]2
pH＞pK2（10.33） pK1＜pH＜pK2 （6.35~10.33） [Me2+] ≈ Ksp[H+]2/K1K2KHpCO2 pH＜pK1（6.35）
第三章/第二节 水中无机污染物的迁移转化
2.3 溶解和沉淀
溶解/沉淀对迁移过程的影响
溶解/沉淀影响金属化合物溶解度，溶解度决定随水迁移能力 溶解度大，迁移能力大；溶解度小，迁移能力小
溶解/沉淀理论
溶解/沉淀受反应平衡和反应速率控制(化学热力学和动力学控制) 固－液平衡体系中，用溶度积来表征溶解度
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.3 硫化物
二、金属硫化物的溶解度（以二价金属为例）
1. 金属硫化物的沉淀－溶解平衡
MeS (s) ⇌ Me2+ + S2-
[Me2+] = Ksp/[S2-]
2. H2S的电离平衡
H2S ⇌ H+ + HS- K1 = 8.9×10-8
HS- ⇌ H+ + S2-
= 2.532×10-3 mol/L
15
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐
一、碳酸盐的沉淀－溶解平衡（以二价金属为例）
MeCO3 ⇌ Me2+ + CO32[Me2+] = Ksp/[CO32-] = Ksp/(CTα2)
H2CO3* ⇌ HCO3- + H+

《环境化学》课件第三章

《环境化学》课件第三章
《环境化学》 第三章 水环境化学
水环境化学 Aquatic Environmental Chemistry
2008-5-12
1
《环境化学》 第三章 水环境化学
第一节 水的基本特征及污染物存在 形态
2008-5-12
2
《环境化学》 第三章 水环境化学
一、水的特征与分布 1、水分子特性
H O H H H H H
infiltration
Lake reservoir
Precipitation 1055
ocean groundwater
2008-5-12
每天的水循环（1012升）
6
《环境化学》 第三章 水环境化学
二、海水的特征
1、化学成分
(1) (2) (3) (4) (5)
常量元素(>1mmol/L) 营养元素(N、P、Si、Fe、Mn、Cu) 微量元素(<1μmol/L) 溶存气体：来源于大气、火山爆发、海洋生物和化学反 应，有CO2、CH4、H2S、O2(0~8.5mg/L)、N2和Ar。 有机质(substance)：来源于陆地输入、海洋生物分泌和 尸体破裂。
2008-5-12 18
《环境化学》 第三章 水环境化学
（4）水生生物 水生生物可直接影响许多物质的浓度,其作用有代谢、 摄取、存储和释放等。 ¾ 自养生物：利用太阳能量和化学能量，把无机物引入 生命分子中组成生命体。 ¾ 异养生物：利用自养生物产生的有机物作为能源及合成自 身生命的原始物质。 ¾ 藻类生成和分解是水体中进行光合作用（P）和呼吸作用 （R）的一典型过程，可用简单化学计量关系来表征：
2008-5-12
17
《环境化学》 第三章 水环境化学

《水环境化学》课件

《水环境化学》课件

水环境化学的重要性 和应用
水环境化学对于保护水资 源、维护环境、促进可持 续发展具有重要的意义。
水的物理化学性质
溶解度溶解度是指单位体Fra bibliotek溶液中 最多能溶解多少物质，它是 表征物质在水中溶解程度的 重要参数。
离子强度
水中的离子强度是所有阴离 子和阳离子的浓度之和和它 们的电荷平方和之比的平方 根。
pH值
水环境监测方法
通过水质监测，及时发现水体 污染的情况，采取有效的技术 措施来防治和修复水体污染。
水环境化学的未来
1 水环境化学的发展趋势
未来水环境化学将逐渐转向绿色、可持续和低碳化发展。
2 水环境化学的应用前景
水环境化学需求将继续增长，未来将更多地应用于水资源保护、净化和开发领域。
3 水环境化学的挑战与机遇
水环境化学
水是地球上最珍贵的资源之一，水环境化学是研究水体的化学性质、污染及 其净化和水质监测的学科。
水环境化学简介
什么是水环境化学？
水环境化学是研究水及其 体系在自然界和生产生活 中的各种过程所涉及到的 化学现象的学科。
水环境化学的研究对 象和内容
研究水环境中各种物质的 迁移、转化和去除，以及 不同水环境对生态环境的 影响。
3
物理污染物
有些物理污染物如悬浮物、浮游生物、颗粒物或沉积物都会影响水的质量和可用性。
水的净化与处理
常见水污染物的去除方法
颗粒物、悬浮物主要通过过滤 和沉淀去除，生物污染物主要 通过消毒去除，化学污染物主 要依靠氧化、还原、沉淀和离 子交换等方法除去。
常见水处理技术及其原理
如生物处理、深度处理、反渗 透等技术，利用技术手段将水 中的污染物清除或降低到符合 生产和生活需求的标准。

环境化学第三章ppt课件

环境化学第三章ppt课件

土壤水0.05% 沼泽水0.03% 大气水0.04%
河水0.006% 生物水0.003%
永冻土底冰0.86% 湖泊淡水0.26%
精选 其他淡水（占世界淡水总储量5%）
精选
6
世界七个水资源总量丰富国家比较
人均径流量（立方米/人）
径流总量（亿立方米）
巴西
俄罗斯
加拿大
美国 印度尼西亚
中国
印度 世界
468700
有机质 海水 <2mg/L 淡水 >2mg/L
精选
22
2、天然水的组成
（1）化学成分 A、溶解态 ：盐、有机物和溶解的气体
非溶解态：颗粒物、气泡
水生生物
B、主要离子（八大离子）：
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-, 占天然水总离子的95－99％。
水中的主要离子组成图(P148) 总含盐量： TDS=[Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+ ] + [Cl- + SO42- + HCO3- + NO3-]
精选
27
CO2 的溶解度（P150）
pCO2 =(1.0130-0.03167)×105×3.14×10-4 = 30.8 (Pa) [CO2(aq)] = KH ·pCO2 = 3.34×10-7×30.8 = 1.028×10-5 mol·L-1
CO2在水中离解，则： [H+] = [HCO3-] [H+]2/[CO2] = K1 = 4.45×10-7 [H+] =(1.028×10-5× 4.45×10-7)1/2 = 2.14×10-6 mol·L-1 [HCO3-] =[H+] =(1.028×10-5×4.45×10-7)1/2= 2.14×10-6mol·L-1 pH = 5.67

中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》课件_环境化学第三章

中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》课件_环境化学第三章

第一节
水环境中的沉淀溶解反应
3、相互结合的离子半径差别愈小，其离子化合物愈牢固， 即难溶解。 溶解度小于0.01克/100克水的物质叫做“难溶物” 地表水和沉积物的孔隙水中主要阴离子Cl-、SO2-4、HCO-3
还原条件下有H2S衍生的HS-与S2-，碳酸盐、氢氧化物、硫 化物难溶。
第一节
水环境中的沉淀溶解反应
一、氧化物和氢氧化物
金属氢氧化物沉淀有多种形态，它们在水环境中的行为差
别很大。氧化物可看成是氢氧化物脱水而成。金属氢氧化 物的沉淀溶解平衡可以用化学反应的通式表述：
Me (OH)n(s) ==== Me n+ + nOH¯ Ksp = [Me n+][OH–]n [Me n+]= Ksp/[OH–]n = Ksp[H+]n / Knw
pc = ( pKsp – npKw ) + npH （3-1）
第一节
水环境中的沉淀溶解反应
1、pc 与pH成直线关系，即在一定的pH的范围内， pH 越高，金属离子的浓度越低；
2、金属离子的价数就是浓度随pH变化的斜率，其中
lg[Men+] 与pH的关系，斜率分别为 -1、-2、-3。 Ag+、Hg+ 的斜率为 1； Ca2+ 、 Mg2+ 、 Fe2+ 、 Mn2+ 、 Zn2+ 、 Pb2+ 、 Cu2+ 、 Hg2+ 、 Ni2+ 、 Cd2+ 、 Co2+ 的斜率为 2； Al3+、Fe3+、Cr3+ 的斜率为 3； 3、当pc = 0时（-lg[Men+] = 0 即 [Men+] = 1 mol/L）， 直线在横轴上的pH值为截距 ， 用下式计算：

水环境化学PPT课件

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H型（ Henry）等温式（直线型）
GkC 式中：K——分配系数
F型（Freundlich）等温式
1
G kCn
用对数表示：
lgGlgk1lgC n
-
20
L型（Langmuir）等温式
GG0C/(AC)
1 /G 1 /G 0 (A /G 0 )1 ( /C )
G0—单位表面上达到饱和时的最大吸附量 A—常数
(Acidity and Alkalinity in Natural Waters)
碱度（Alkalinity）
指水中能与强酸发生中和作用 的全部物质，即接受质子的物质总 量，包括强碱、弱碱及强碱弱酸盐。
-
7
测定方法：
酸碱滴定，双指示剂法
H+ + OH- = H2O H+ + CO32- = HCO3H+ + HCO3- = H2CO3
-
52
腐殖质的配合作用
(Complexation of Humic Substances)
分类
腐殖酸（Humic acid）溶于稀碱不溶于酸 富里酸（Fulvic acid） 溶于酸碱， 腐黑物（Humin） 不被酸碱提取。
-
53
结构：含大量苯环，还含大量羧基、醇基
和酚基，随亲水性基团含量的不同，腐殖 质的水溶性不同，并且具有高分子电解质 的特性，表现为酸性。
-
28
-
29
-
30
2、硫化物 (Sulfide)
金属硫化物是比氢氧化物溶度剂更小的 一类难溶沉淀物。
在硫化氢和硫化物均达到饱和的溶液 中，可算出溶液中金属离子的饱和浓度为：
[Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp[H+]2/(0.1K1K2)

第三章-水环境化学(第一次课)

次要离子：Fe2+、CO32－、HSiO3－、NO2－、 HPO42－、H2PO4－、PO43－
ii 表示方法
总含盐量(Total Dissolved Solids－TDS)，也称总矿化度： 水中所含各种溶解性矿物盐类的总量称为水的总含盐量。
总含盐量＝Σ阳离子+Σ阴离子
iii 测定
重量法
总含盐量＝溶解固形物
cT
[H
2 CO
* 3
](1
K1 [H
]
K1K 2 [H ]2
)
0
[H2CO*3
]
1
cT
(1
K1 [H ]
K1K 2 [H ]2
) 1
说明pH决定它们的 含量多少
1
[HCO
3
]
cT
[H ] (
K1
1
K2 [H
) ]
1
2
[CO32 ] cT
([H ]2 K1K 2
[H ] 1)1 K2
lg c2 H • ( 1 1 ) 15.59103 ( 1 1 ) c1 2.303R T1 T2 2.3038.314 298.15 273.15
c2 8.289 1.778 14.74mg / L
0 ℃时的含量14.74mg/L 20 ℃时为9.227mg/L
2．在一个标准大气压下，25℃时CO2在水中的溶解度。已知 CO2在干空气中的含量为0.0314%（体积）。
氧气的分压为
0.9813105 20.95% 0.2056105 Pa
[G(O2) ] KH PG 1.26108 0.2056105 2.590104 mol / L
[G(O2) ] 2.590104 32 8.289mg / L

环境化学课件第三章 水环境化学


水危机产生的原因 The causes of water crisis
1.自然条件的影响：
●淡水在地球上分布不均 ●气候变化的影响
2.城市与工业区集中发展
●世界人口趋向于集中在地球较小部分 的城镇和城市：
41.6%人口集中于占0.3的土地面积的城镇
●城市及其周围大量建设工业区，集中 用水量很大，超过当地水资源的供水能力
电离度：很小。是真正的中性物质，并能同时提供微量的H+
和OH-，有利于维持生物体的酸碱平衡。
透明度：相当地大。对红外和紫外的辐射能吸收大，对可见
光的选择吸收比较小，既是无色的又透明度大，这种特征 性的吸收，能保护浮游生物不受紫外线的伤害。
热传导：所有液体中最高（汞除外）。在活细胞里小尺度范
围内有重要作用，其分子热传导过程远不如涡动热传导过 程剧烈。
③破坏了水中固有的生态系统； ④破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的 作用
地球上水的总储量约为1.38×109km3，海洋占97.41%，覆盖了地 球表面积的71%，地球因而表现为漂亮的蔚蓝色星球。淡水占总水 量的2.59%，而其中大约70%以上以固态储存在极地和高山上，只 有不到30%的淡水资源存在于地下、湖泊、土壤、河流、大气等之 中。水圈的上限算到对流层顶，下限为深层地下水所及的深度。
生成热 （千焦/摩）
6.02 -286.26
H2O (-95) (推测)
H2S -85.2
(-80) (2.58） (12.55) (2.09) (-8.56)
-60.3 1.10
18.66
2.38 -22.02
H2Se -65.7
-41.3 0.40
19.33
2.51 -66.14

环境化学：第三章 水环境化学 1

pressure
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
②
CO2的溶解度
已知： 干空气中CO2的含量为0.0314%（体积），水
在25℃时蒸气压为0.03167×105 Pa， CO2的亨利定律
常数是3.34×10-7mol/(L·Pa) (25℃), CO2溶于水后发生
的化学反应是：
CO2+H2O = H++HCO3-
CO32-
60
α 40
20
0
2
4
6
8
10
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
12
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO 2 (aq)] K H pCO 2
CT [CO 2 (aq)] / 0
1
0
K H pCO 2
1
K1
[HCO ] CT 1
人均水资源量相当于世界人均量的1/4。已经被联合
国列为13个贫水国家之一。
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水的基本特征
1.天然水的组成
天然水体——包括水、水中的溶解物、悬浮物
以及底泥和水生生物。
天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物质。
悬浮物质包括：
悬浮物、颗粒物、水生生物等。
一般情况下，天然水中存在的气体有O2、CO2、
H2S、N2和CH4等。
表3-2 海水中主要溶解气体的含量范围
气体
含量范围
/mg·L-1
O2
0~8.5
N2
CO2
H2S
Ar
8.4~14.5

环境化学第三章__水环境化学(PPT)

氧的分压为(1.0130-0.03167)×105×0.2095 =0.2056×105 Pa
第十二页，共九十页。
代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔(mó ěr)浓度为：
[O2(aq)]= KH·PO2=1.26×10-8×0.2056×105 =2.6×10-4 mol/L
氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32 mg/L。
第三章 水环境 化学 (huánjìng)
第一节 天然水的根本特征及污染物的存在形态(xíngtài)
第二节 水中无机污染物的迁移转化 第三节 水中有机污染物的迁移转化
第一页，共九十页。
内容提要： 本章主要介绍天然水的根本特征，水中重要污染物存在形态及分布， 污染物在水环境中的迁移转化(zhuǎnhuà)的根本原理。
第二十三页，共九十页。
❖❖[图CO中3的2p-]H可=以8.3忽可略以不作计为，一水个分中界只点有，[CpOH2<〔8.a3q，〕很]、小[，H22CO3]、
❖[HCO3-]，可以只考虑一级电离平衡(pínghéng)，即此时：
❖
❖❖❖当溶所液以的ppHH>=8p[.3KH时1-]，lg[[KHH122[CC[HHOO23C3C**]OO3]+3可*]l]g以[H忽C略O不3-计]。，水中只存在
P↑↓R
C 1 0 6H 2 6 3 O 1 1 0N 1 6P 1 3 8 O 2
第十七页，共九十页。
〔二〕天然水的性质(xìngzhì)
1、碳酸平衡〔重点〕
对于CO2-H2O系统，水体中存在着CO2〔aq〕、H2CO3、HCO3-和CO32-等 四种化合态，常把CO2(aq)和H2CO3合并为H2CO3*，实际上H2CO3含量 (hánliàng)极低，主要是溶解性气体CO2(aq)。
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水环境可根据其范围的大小分为区域水环境（如流域水环境、城市 水环境等）、全球水环境。对某个特定的地区而言，该区域内的各 种水体如湖泊、水库、河流和地下水等是该水环境的重要组成部分 ，因此，水环境又可分为地表水环境和地下水环境。地表水环境包 括河流、湖泊、水库、池塘、沼泽等；地下水环境包括泉水、浅层 地下水和深层地下水等。
图 水环境体系（水体）
<返回>
水环境化学是研究化学物质在天然水体中的存在形态、反应机制 、迁移转化和归趋的规律及其化学行为对生态环境的影响。水环 境化学是环境化学的重要组成部分，为水污染控制和水资源的保 护提供了科学依据。
水环境化学研究的领域包括河口、海洋、河流、湖泊等。
研究的特点是： （1）体系非常复杂 离子、分子、胶体微粒 （2）界面现象突出、重要 重金属、有机物附着在胶体微粒面
海湾 海
大洋 海洋沉积物间隙水
DP Dg K
P 0
水循环 Water cycle
1.水的自然循环： 特点：①由降雨量自然循环的大致尺度
②水的性质基本不变 2.水的社会循环 特点：①工业与生活污水的产生与排放是主
要的污染源 ②水的性质不断变化
水资源的主要问题
●我国水资源人均和亩均水量少； ●水资源在地区分布上很不均匀，水土资源 组合不平衡 ●水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁 ●水土流失严重，许多河流含沙量大； ●我国水资源开发利用各地很不均衡
第三章 水环境化学 Aquatic chemistry
知识点：认识天然水的基本特征和污染物的分布形 态，掌握水中污染物的迁移转化规律，学 会建立水质模型
重 点：水中污染物的迁移和转化规律 难 点：水质模型的建立
水圈：Hydrosphere 1978年.R.A.Horne
狭义水圈
陆地水
海洋
泉水.沼泽水 溪流.河流.冰川 池塘水.湖水 冰盖和雪盖
一、水的特性 二、水分子结构 三、水的异常性质 四、水的常见性质
水是氧的氢化物，它与氧族元素的其他氢化物相比， 有其不寻常的特点。
水的几种特性参数
化合物 凝固点
沸点
偶极矩
（摄氏度） （摄氏度） （德拜）
H2O 0
100 1.84
汽化热 （千焦/摩）
40.67
（千D融P 焦化 D/热g摩K ）P0
中国水资源27210亿m3，世界第六位，人均占世界 人均水量的1∕4；
分布不均，占全国土地面积63.7%的北方诸流域， 其水资源仅占全国水资源的20%，36.3%的南方流域 ，水资源却占80%；
目前用水量4776亿m3∕年，仅次于美国； 地下水93.2%被污染； 地表水100%被污染。
第1节 水的特性、环境效应 Environmental Effects及结构
在自然界中水的积聚体称为水体，包括河流、湖泊、水库、池塘、 沼泽、海洋、冰川、地下水等。水体是一个完整的生态系统，其中 包括水、水中的悬浮物、溶解物、底质和水生生物等。
水环境的概念出现于20世纪70年代，尚有争议。《环境科学大辞典 》的解释：“水环境是地球上分布的各种水体以及与其密切相连的诸 环境要素如河床、海岸、植被、土壤等”。
水体的污染 Water pollution
●水体的概念：系指河流、湖泊、沼泽、水库、 地下水、冰川和海洋等“储水体”的总称。
水体不仅包括水，而且也包括水中的悬浮物。
●水体污染：
①指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体 中的本底含量和水体的环境容量；
②从而导致水体的物理特征、化学特征和生物特征发 生不良变化；
由于“微扰”作用，氧原子的1个2s轨道和3个2p轨道杂化形成4个不等性sp3
杂化轨道。其中有2个sp3轨道被未成键的孤对电子占有，所以键角是
生成热 （千焦/摩）
6.02 -286.26
H2O (-95) (推测)
H2S -85.2
(-80) (2.58） (12.55) (2.09) (-8.56)
-60.3 1.10
18.66
2.38 -22.02
H2Se -65.7
-41.3 0.40
19.33
2.51 -66.14
H2Te -51
上，化学、生物等变化也在界面发生
水环境化学的发展趋势： “三微” 微量、微观、微粒——研究对象 “三模” 模型、模式、模拟实验——研究手段
Please pay attention!!!
地球表面71%被海洋所覆盖，淡水只占2.8%。海 洋水占地球总水量的97.2%；
可供人类使用的淡水资源850万km3。仅占地球总水 量的0.64%；
理论：价层电子对间的斥力大小与价层电子对的类
型有关：
孤对电子间的斥力＞孤对电子与成键电子对间的斥 力 ＞成键电子对间的斥力
因为存在两对孤对电子对，使H2O的构型为V型。
水的特性与它的结构有关，现代结构理论认为，H2O分子是由4个sp3杂化轨 道形成的四面体结构。氧原子外层的电子分布为2s2sp4，在与氢原子成键时
-2.2 ＜0.20 23.22
4.18 -142.03
二、水分子结构Molecular structure of water
H2O：氧原子受到四个电子对包围，其中包括两个 与氢原子共享，形成两个共价键的成对电子对和由
氧原子持有的两个孤对电子对。
DP Dg K
Hale Waihona Puke P 0N.V. Sidgwick 与 H.M.Powell提出的价层电子对互斥
水危机产生的原因 The causes of water crisis
1.自然条件的影响：
●淡水在地球上分布不均 ●气候变化的影响
2.城市与工业区集中发展
●世界人口趋向于集中在地球较小部分 的城镇和城市：
41.6%人口集中于占0.3的土地面积的城镇
●城市及其周围大量建设工业区，集中 用水量很大，超过当地水资源的供水能力
③破坏了水中固有的生态系统； ④破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的 作用
地球上水的总储量约为1.38×109km3，海洋占97.41%，覆盖了地 球表面积的71%，地球因而表现为漂亮的蔚蓝色星球。淡水占总水 量的2.59%，而其中大约70%以上以固态储存在极地和高山上，只 有不到30%的淡水资源存在于地下、湖泊、土壤、河流、大气等之 中。水圈的上限算到对流层顶，下限为深层地下水所及的深度。