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第三篇 水环境化学(1)天然水的组成和性质

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环境化学第三章水

环境化学第三章水

二节 气体在水中的溶解性
水的质量特征：
• 酸度和碱度
第一节 概述
• 盐度和氯度:1千克水中碳酸盐转变为氧化物、溴化物 和碘化物转变为氯化物、有机物完全氧化后所含固体 的总克数。
• 硬度 • 溶氧量：25℃时的饱和浓度
[O2 (aq)] = 2.6×10-3 mol/L = 8.32 mg/L
• 清度和色度
化合物直接与 pH值有关，实际涉及到水解和羟基配合物的平
衡过程，该过程往往复杂多变，这里用强电解质的最简单关 系式表述： Me(OH)n(s) → Men+ + nOH根据溶度积表达式 可导出金属离子浓度 等号两边取负对数： Ksp = [Men+][OH-]n [Men+] = Ksp/[OH-]n = Ksp[H+]n/Kwn -lg[Men+] =－lgKsp－nlg[H+] + nlgKw (3-21)
HS- → H+ + S2则总反应： H2S →2 H+ + S2-
K2= 1.3×10-15
K1,2=K1K2=1.16×10-22
三、溶解沉淀平衡
在饱和水溶液中，H2S浓度总是保持在0.1mol/L，则 [H+]2[S2-] = K1,2×[H2S] = 1.16×10-22×0.1 = 1.16×10-23 由于在水溶液中 H 2 S 的二级电离甚微，故可近似认为 [H+] = [HS-]，因此可求得溶液中[S2-]浓度：
三、溶解沉淀平衡
第二节 天然水中的平衡
溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径，一般金
属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡量。
溶解度小者，迁移能力小； 溶解度大者，迁移能力大。 在固—液平衡体系中，需用溶度积来表征溶解度。

水环境化学天然水1省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

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二 水特征及其意义
•• 1、水物理性质 1）高沸点、高熔点 2）蒸发烧高 3）水在4℃时密度最大； 4）水含有突出界面特征，水表面张力大。
9/73
• •5）除极少数液体和固体（如液氨、液氢）外， 水比热容比任何其它液体和固体都高。
比热容(specific heat capacity)又称比热容量(specific heat)， 简称比热容，是单位质量物质热容量，即是单位质量物体改变 单位温度时吸收或释放热能。
18/73
普通认为，蒸发作用是促成水同位素分馏主 要过程。 • • 因为重水蒸汽压比普通水蒸汽压略低，所以在蒸 发区（如大洋水）重水成份稍高。 • 由水蒸汽凝结生成雨水中重水成份较低。 • 南极冰是地球上最轻水。
•【 蒸汽压：一定温度下，液体和它蒸汽处于平衡状态时蒸汽所含有压力 称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。】
10/73
• 6）水含有很高介电常数，比任何其它纯液体高。 绝大部分离子化合物能够在水中电离。
• 介•电常数是度量物质极性大小一个有用参数。在化学中,介电常
数是溶剂一个主要性质,它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开 离子能力。
• 水分子强极性使它能与带电荷离子和分子发生相互结合作用。水 化作用是一个强烈放热过程，释放能量足以克服离子间彼此作用 力。
• 镁起源主要为白云岩、泥灰岩等风化产物溶解。
镁存在于全部天然水中，而且其含量仅次于Na+，Ca2+，常 居阳离子第二位。
39/73
• 天然水中Ca2+与Mg2+含量百分比关系有一个大致规律：在 溶解性固体总量低于500mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔比值改 变范围较大，从4:1到2:1。
• 当水中溶解性固体总量大于1000mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔 比值在2:1到1:1；

水环境化学1

水环境化学1

α0 ， α1 ， α2为分布系数，与pH 有关。
因此封闭碳酸体系各主要形态与pH有关,而CT与pH无关
④开放碳酸体系特点及各主要形态计算 特点： * CT ≠常数 * [H CO *]总保持与大气相平衡的固定数值 2 3 即：[CO 2 （aq)] = KH p CO 2

CT = [H2CO 3 *] /α0 =[CO 2 （aq)] /α0 = KH p CO 2 /α0 [HCO 3 － ] = α1KH p CO 2 /α0 = K1 KH p CO 2 / [H+ ]
(3)水生生物
自养 异养

几个问题 天然水中主要离子总量可以粗略地作为TDS
A.名词—总含盐量（TDS）(≡总溶解固体量)
TDS=[Ca 2 + +Mg 2 + + Na+ +K+ ]+ [HCO3 － + SO4 2 － +Cl － ]
总含盐量 （总溶解固体量）为1000~10000 mg/L
的天然水称为咸水(淡水的总含盐量< 1000mg/L)
[CO32-] = K2[HCO3-] / [H+]
（2）
= 4.69×10-11×1.00×10-3 /1.00×10-8
= 4.69 ×10-6mol.L-1
例2
若 水 体 pH 升 高 到 10.00, 碱 度 仍 保 持
1.00×10-3 mol•L-1 ，再计算该水体中各碱度 成分的浓度。 碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [ OH-]( mol.L-1) [OH-] = 1.00×10-4 mol.L-1
查表3-1（教材P102），氧气在25℃水中的亨利常数 KO2=1.28×10-8moL/(L· Pa) 则根据亨利定律，氧气在水中的溶解度为： [O2(aq)]=KO2· 2=1.28×10-8×0.2029×1.013×105 PO =２.63×10-4moL/L 由于氧的分子量为32，所以其溶解度为8.4mg/L或8.4PPm. 结论：25℃时 [O2(aq)]=８.4mg/L 问：若已知25℃湖水中溶解氧浓度为0.32 mg/L，大气中氧的分压 为多少？

第三篇水环境化学(1)天然水的组成和性质

第三篇水环境化学(1)天然水的组成和性质
▪ 当然H2O 是最 普通 的 水分 子 （ 包 括H216O（ 99.73%） 、H217O（ 0.18%）、H218O（0.037%）、），总量占99.937%。其余的水是 重水（包括D216O、D217O、D218O）和超重水（包括T216O、T217O 、T218O）。
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趋势线 实际水
20
▪热容量最大
▪溶解和反应能力强 ▪具有很大的表面张力
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21
3 、水的同位素组成
▪ 水分子的结构式是H2O，实际上H有三种同位素1H（氕H）、2H（ 氘D）、3H（氚T）、氧有三种同位素16O、17O、18O，所以水实际上 是18种水分子的混合物C32C31=18。
2、质量物质的量浓度(或质量摩尔浓度) (1)、定义(用m或b表示) (2)、公式
mnB100 W 0B1000
W A
M B W A
其中：
nB—物质的量，单位：mol； WB—溶质的质量，单位：g ； MB—摩尔质量，单位：g·mol－1 ； WA—溶剂的质量，单位：g .
3、物质的量分数浓度(或摩尔分数浓度)
气体在水中的溶解度可用以下平衡式表示：
[G(aq)]=KH·PG
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33
① 氧在水中的溶解
例子：氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含盐 量有关。氧在1.0130×105Pa、25℃（标准状态）饱和水中的溶解度， 可按下面步骤计算。 水 在 25℃ 时 的 蒸 汽 压 为 0.03167×105Pa ， 由 于 干 空 气 中 氧 的 含 量 为 20.95%， 所以氧的分压为：=(1.0130-0.03167)×105×0.2095=0.2056×105Pa

3.1.2天然水的基本特征(1)

3.1.2天然水的基本特征(1)

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。

第三章-水环境化学(第一次课)

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

第三章水环境化学

第三章水环境化学
总含盐量(TDS)：
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
本章重点
1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、 挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法。
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第二节 水中无机污染物的迁移转化
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)

环境化学：第三章 水环境化学 1

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

第三章-环境水化学1

第三章-环境水化学1

ＴＤＳ＝［ K+＋Na+＋Ca2+＋Mg2+］
＋［HCO3-＋Cl-＋SO42-］
（２）水中的金属离子：可通过酸-碱、沉淀、配 合及氧化-还原等化学反应达到最稳定的状态。 水中可溶性金属离子可以多种形态存在。这些 形态在中性水体中的浓度可通过平衡常数加以计 算： Kc Θ =
[G]g ·[D]d [A]a · b [B]
无机酸度
酸度
总酸度 苛性碱度
碱度
cT ,CO3 CO32
pH 10 11
碳酸盐碱度 总碱度
cT ,CO3 CO32 pH=10 11 cT ,CO3 HCO3 pH=8.3 cT ,CO3 H 2 CO pH=4.5

1929年美国合成，我国70年代开始生产 主要用途： 用作润滑材料、增塑剂、杀菌剂、 热载体及变压器油等。 危害：可燃、高毒 辛醇-水分配系数（Kow） ：有机化合物在水 和N-辛醇两相平衡浓度之比。辛醇对有机物的 分配与有机物在土壤有质的分配极为相似，分配 系数的数值越大，有机物在有机相中溶解度也越 大，即在水中的溶解度越小。
aA + bB
Kc Θ =
gG + dD
[G]g ·[D]d [A]a · b [B]
本章内容：
1、天然水的基本特征及污染物的存在形式 2、水中无机污染物的迁移转化 3、水中有机污染物的迁移转化
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 天然水中一般含有可溶性物质和悬浮物质 （包括悬浮物、颗粒物、水生生物等）。 可溶性物质主要是地壳矿物质。

如果滴定是以酚酞作为指示剂，当溶液的pH值达 到8.3时，表示OH-被中和，CO32-全部转化为 HCO3-，作为碳酸盐只中和了一半，因此，得到 酚酞碱度的表示式： 酚酞碱度= [ CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+] 达到pH CO32- 所需酸量时的碱度称为苛性碱度。

天然水的组成及性质PPT课件

天然水的组成及性质PPT课件
第29页/共90页
• 营养方式，可将细菌分为自养菌和异养菌两类。 • 按照有机营养物质在氧化过程（即呼吸作用）中所利用的受氢体种类， 还可
将细菌分为：①好氧细菌 ②厌氧细菌 ③兼氧细菌
第30页/共90页
(2)藻类
• 藻类是在缓慢流动水体中最常见的浮游类植物。
• 按生态观点看，藻类是水体中的生产者，它们能在阳 光辐照条件下，以水、二氧化碳和溶解性氮、磷等营 养物为原料，不断生产出有机物，并放出氧。合成有 机物一部分供其呼吸消耗之用，另一部分供合成藻类 自身细胞物质之需。在无光条件下，藻类消耗自身体 内有机物以营生，同时也消耗着水中的溶解氧，因此 在暗处有大量藻类繁殖的水体是缺氧的。
第15页/共90页
淡水中的主要无机络合物 浓度：-logM
离子 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ H+ 自由离子
Байду номын сангаас
HCO36.3 － 4.9 5.9 － 2.70
CO327.6 － 5.2 5.8 － 4.97
SO426.4 6.9 4.8 5.1 9.6 3.75
自由离子 3.30 4.00 3.17 3.54 8.0 －
第34页/共90页
• 利用太阳能从无机矿物合成有机物的生物体 称为生产者，水体产生生物体的能力称为生 产率，生产率是由化学及物理的因相结合而 决定的。
• 在高生产率的水体中藻类生产旺盛，死藻的 分解引起水中溶解氧水平的降低，这就是水 体的富营养化。
第35页/共90页
2.2.2 天然水体中化学物质的存在形态
• 第一节 水的分子结构与性质 • 第二节 天然水的组成 • 第三节 天然水的演化及其特征
第1页/共90页

环境化学第三章__水环境化学(PPT)

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)。

第三章 第一节天然水的基本特征及污染物的存在形态.

第三章 第一节天然水的基本特征及污染物的存在形态.
水体的组成，不仅包括水，而且还包括其中的 悬浮物质、胶体物质、溶解物质、底泥和水生 生物。
水体，是个完整的生态系统，或是被水覆盖地 段的无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
莱茵河水污染事故
1986年11月1日瑞士巴塞尔的桑多兹化学公司的 化学品仓库发生火灾，装有约1250吨剧毒农药 的钢罐爆炸，硫、磷、汞等有毒物质随着大量 的灭火用水流入下水道，排入莱茵河。
巴塞尔
紫金矿业“7·3”污 染事件
2010 年7 月3 日15时50 分，紫金矿业旗下紫金 山铜矿湿法厂污水外渗 引发汀江流域污染，据 测算，约有9100立方米 含铜酸性污水进入汀江,
注意： 富营养化问题中，多数情况，P是限制因素，有些情况 下CO2也是一个限制因素。
2. 天然水的性质 2.1 碳酸平衡
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。
水污染事件
2006年1月6日：中国重庆化肥公司600吨紫红色硫 酸废水泄漏入长江支流綦江，在河面形成了一条长 达300米的污染带。
2006年1月4日：中国湖南株洲镉废水污染湘江。
2005年12月21日：韶关冶炼厂镉废水排入北江。
水体定义？水环境
水体指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰 川、海洋等贮水体的总称。
1. 天然水的组成
(3) 气体在水中的溶解性
大气中的气体与溶液中 同种气体间的平衡为：
KH 是亨利定律常数 (mol/L·Pa); 表3-2

环境化学(袁加程)第三章-水环境化学

环境化学(袁加程)第三章-水环境化学
工业废水：废水中污染物浓度大；废水成分复杂且不易净化； 很多工业废水带有颜色或异味，或呈现出令人生厌的外观，易 产生泡沫，含有油类污染物等；废水水量和水质变化大；某些 工业废水的水温高，甚至有高达40℃以上。
3. 水体污染及水体污染源
主要的水环境污染物
悬浮物 植物性营养物 酸碱污染 难降解有机物 热污染
总碱度 = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] – [H+]
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。
总酸度 = [H+] + [HCO3-] + 2[H2CO3] – [OH-]
第三章 水环境化学
第一节 水环境化学基础
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
1. 天然水的基本特性
1.1 天然水的组成
(1) 天然水的主要离子组成： 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%。
[HCO
3
]
K1[H2CO3 ] [H ]
[CO32- ]
K1K2[H2CO3 ] [H ]2
0
[H2CO3 ]
[H2CO3 ]
K1[H 2 CO 3 [H ]
]
K1K2[H2CO3 ] [H ]2
(1
K1 [H
]
K1 K 2 [H ]2
) 1
2. 天然水体中的化学平衡

第三章 水环境化学

第三章 水环境化学

pKc1
pKc2
结论：
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ pH<<pKc1 pH=pKc1 pH=pKc2 pH>>pKc2 pH=1/2(pKc1+pkc2) H2CO3* αH2CO3*=αHCO3αHCO3-=αCO32CO32HCO3-
3：开放碳酸体系
= -21.6 + 2pH
由以上方程式作lgc—pH图可看出
3. 碱度的测定：
（原理: 中和滴定法，根据消耗的酸量求出）
c V 1000 碱度（mmol/L ） Vs 单位：mmol[H ]/L
式中：Vs——水样体积）(mL) c——HCl浓度（mol/L) V——HCl体积（mL）
思考：碱度和碱性的区别
例如:若一个天然水的pH为7.0，碱度为1.4mmo1/l， 求需加多少酸才能把水体的pH降低到6.0。
二、水体中的污染物
病原体污染物
耗氧污染物 植物营养物 石油类污染物 放射性物质
酸、碱、盐无机污染物
热污染
有毒污染物
(1)重金属
(2)无机阴离子 (3)有机农药、多氯联苯 (4)致癌物质 (5)一般有机物质
三、水体中的污染物的运动过程
大气降落物 污水排入
1.稀释、扩散过程
3.转化过程
溶解在天然水中的物质
1、主要离子 主要阳离子有: Ca2+、Mg2+、Na+、K+。 主要阴离子有： Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-。 这八种离子可占水中溶解固体总量的95%～99%以上。 陆地水中下列成分的含量顺序一般为： HCO3- ＞SO42- ＞Cl-，Ca2+ ＞Na+ ＞Mg2+ 海水中相应的含量顺序为： Cl- ＞SO42- ＞HCO3-，Na+ ＞Mg2+ ＞Ca2+。

第三章 水环境化学

第三章 水环境化学

6
1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物） 天然水是含有可溶性物质和悬浮物的一种天 然溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化 过程中，经过水溶解迁移、搬运到水中的地壳矿 物质。
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（1）天然水中的主要离子组成
天然水中常见的八大离子： K+ 、 Na+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 、 HCO3- 、 NO3- 、 Cl- 、 SO42-。 常见的八大离子占天然水中离子总量的95%-99%。 水中这些主要离子，常用来作为表征水体主要化学特征性指标。 硬 Ca2+ HCO3度 Mg2+ CO32碱 度 酸 H+ OH碱 金 属


1 =0.3086 2.24 1 2.24 =0.6914 2.24 1
[ H 2 CO3 ] [ HCO3 ]
*


所以此时[H2CO3*]=α0CT=0.3086×3×10-3molL-1=0.9258×10-3molL-1 [HCO3-]=α1CT=0.6914×3×10-3molL-1=2.0742×10-3molL-1 加酸性废水到pH=6.7，有0.9258×10-3molL-1的H2CO3*生成，故每升河水中要加入 0.9258×10-3mol的H+才能满足上述要求，这相当于每升河水中加入浓度为1×10-2 molL-1的硫酸废水的量V为： V=0.9258×10-3mol/(2×1×10-2molL-1)=0.0463L=46.3mL。因此相当于每升河水中
100 CO2+H2CO3 HCO3CO32-
80 60 40 20 0
2 4 6 pH 8 10 12
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碳酸化合态分布图的理解： a、总体分布态势：

天然水的性质和组成PDF

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在水环境化学中，水体指河流、湖泊、沼泽、水库、 地下水、冰川、海洋等贮水体的总称
第二章 天然水的基本特征
2. 水体的分布
图2-1 全球水资源分布图
§2.1 天然水的分布及水循环
表2-1 全世界淡水储量
水的类型 地下水 冰雪水 湖泊水 沼泽水 河水 大气水 生物水 总计
水量km3 10,846,500 24,064,100 91,000 11,470 2,210 12,900 1,120 35,029,210
第二章 天然水的基本特征
§2.2 天然水的组成
1. 金属离子Mn+
Mn+ + xH2O ⇌ M(OH)xn−x + xH+
K
=
[M(OH)x ]n−x i[H+ ]x [Mn+ ]
严格来说，水体中金属离子大多以水合离子形态存在 M(H2O)n+
第二章 天然水的基本特征
2. 溶解气体
§2.2 天然水的组成
生物残骸的发酵腐烂作用
第二章 天然水的基本特征
§2.2 天然水的组成
例：已知温度0℃下水蒸气分压为0.00611×105Pa， 温度为25℃水蒸气在空气中含量为0.0313摩尔分数， 干空气中含20.95％的O2。 且已知KH,0℃ = 2.18×10-8 mol·L-1·Pa-1 KH,25℃ = 1.28×10-8 mol·L-1·Pa-1 求0℃和25℃下溶解氧的浓度。
cT
=
[H 2C O 3∗ ] = α H 2C O 3∗
K H ip CO2 α H 2C O 3∗
[H C O 3− ] = c T iα H CO 3−
=
[H

环境化学复习总结全部(戴树桂)

环境化学复习总结全部(戴树桂)

第三章：水环境化学第一节：天然水的基本特征及污染物的存在形式1.水中八大离子：K+，Ca+，Na+，Mg+，HCO3-，NO3-，Cl-，SO4(2-)2.气体在水中的溶解度服从Henry定律：一种气体在液体中的溶解度正比于液体所接触的该种气体的分压。

溶解度【X（aq）】=K H×p G K H为气体一定温度下Henry定律常数，p G分压3.氧在水中的溶解度CO2的溶解度P150页4.：BOD（生化需氧量）：在一定体积水中有机物降解所需消耗的氧的量。

BOD5=DO1-DO55.碳酸平衡P152-P157计算题重点区域★★★6.水中污染物的分布和存在形态：A.有机污染物：农药（有机氯、磷，氨基甲酸醇），多氯联苯PCBs，卤代脂肪烃，醚类，单环芳香族化合物，苯酚类和甲酚类，钛酸酯类，多环芳烃PAH，亚硝胺和其他化合物B.金属污染物：镉，汞，铅，砷，铬，铜，锌，铊等7.优先污染物：有毒物质品种繁多，在众多的污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象。

8.水中的营养元素：N,P,C,O和微量元素9.水体富营养化：生物所需的N,P等营养物质大量进入湖泊，河口等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，鱼类及其他生物大量死亡的现象。

10.N/P>100,贫营养化；N/P<10，富营养化；第二节：水中无机污染物的迁移转化一，颗粒物与水之间的迁移：1水中颗粒物类别：矿物微粒和黏土矿物，金属水合氧化物，腐殖质，水体悬浮沉积物2.水环境中胶体颗粒物的吸附作用类别：表面吸附，离子交换吸附，专属吸附。

3.表面吸附：胶体具有巨大的比表面积和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用，属于物理吸附。

4.离子交换吸附：环境中大部分胶体带负电荷，容易吸附阳离子，在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子。

5.专属吸附：除了化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起作用。

资源与环境化学 第三章 第一部分(天然水组成与化学平衡)

资源与环境化学 第三章 第一部分(天然水组成与化学平衡)

不同温度下气体在水中的溶解度：Clausius-Clapeyron方程
C2 H 1 1 lg ( ) C1 2.303 R T1 T2 C1 , C2 为绝对温度为T1 , T2时气体在水中的溶解度 H 溶解热， J/mol R 气体常数,8.314 J/mol K
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
第三章 水环境化学
Chapter 3. Aquatic Environmental Chemistry
第一部分 天然水的组成与化学平衡
主讲：刘耀驰
中南大学化学化工学院
第1页
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
本章重点
无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化还原、配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基 本原理； 计算水体中金属存在形态;
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
(3) 气体在水中的溶解性
亨利定律：大气中的气体与溶液中同种气体间的平衡为：
kH 是各种气体在一定温度 下的亨利定律常数 (mol/L· Pa)，pg为分压
[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量，可以大大高于亨利定律表示的量
K2
2 ] [H ][CO 3 -] [HCO 3
K1[H 2CO3 ] [HCO 3 ] [H ] 2 ] K 2 K1[H 2CO3 ] [CO3 [H ]
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《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
(4) 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
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环境化学天然水的性质-----碱度和酸度..

环境化学天然水的性质-----碱度和酸度..

苛性碱度＝ -cT(α1+ 2α0) + Kw/[H+] - [H+]
总酸度＝ cT(α1+ 2α0) + [H+] - Kw/[H+]
CO2酸度＝cT(α0 - α2) + [H+] - Kw/[H+]
无机酸度＝-cT(α1+ 2α2) + [H+] - Kw/[H+]
例1
某水体 pH=8.00, 碱度 =1.00×10-3 mol.L-1 ， 计算该水体中各碱度成分的浓度。
[HCO3-] = 4.64×10-4 mol.L-1 [CO32-] = 2.18×10-4 mol.L-1 对总碱度的贡献仍为1.00×10-3 mol.L-1
例3
天然水pH=7.0,碱度为1.4 m mol.L-1, 为使 pH=6.0加入酸多少？ 解：总碱度 = CT (α1+2α2) + KW /[H+] – [H+]
开放体系和封闭体系中碳酸平衡的对照表
开放体系 与大气之间碳的交换 系统中无机碳的总量 [H2CO3*] 无机碳各形态 与pH的关系 [HCO3-] [CO32-] [H2CO3*] 无机碳各形态 主要存在区间 [HCO3-] [CO32-] 有 变化 ① 随pH升高而升高 ② 随大气中CO2分压升高而升高 不变 变化，随pH升高而线性升高 变化，随pH升高而线性升高 pH ＜ 6.3 pH = 6-10 pH ＞ 10.3 封闭体系 无 不变 变化，有最大值 变化，有最大值 变化，有最大值 pH ＜ 6.3 pH = 6-10 pH ＞ 10.3
游离 CO2 酸度 = [H+] + [HCO3-] - [CO32-] - [OH-]
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CO2+H2O CO2·2O H
亨利常数
KH
CO2 H 2O
pco2
=3.34×10-7molL-1Pa-1
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CO2·2O HCO3-+H+ 一级电离 H
[ H ][ HCO3 ] K1 [CO2 H 2 O ]

=4.45×10-7molL-1
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一般水体中的特征离子
海水中：一般Na+、Cl-占优势；
湖水中：Na+、Cl-、SO42-占优势；
地下水硬度高，就是其中Ca2+ 、Mg2+ 含量高，苦水或咸
水地区，地下水中Na+、HCO3-含量较高；
河水中所含有的部分Na+和大部分的Ca2+。
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[ HCO3 ][ H ] [ H 2 CO3 ]
*

,
2 [ H 2 CO3 ] [CO3 ][ H ] K1= , K2= PCO2 [ HCO3 ]
根 据 K1 及 K2 值 ， 就 可 以 制 作 以 pH 为 主 要 变 量 的
H2CO3*- HCO3-- CO32-体系的形态分布图。
第VI主族元素氢化物沸点比较 y轴温度k）
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热容量最大
溶解和反应能力强
具有很大的表面张力
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3 、水的同位素组成
水分子的结构式是H2O，实际上H有三种同位素1H（氕H）、2H
（氘D）、3H（氚T）、氧有三种同位素16O、17O、18O，所以水实
质、溶解物质（气体、离子）、水生生物等。
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（1）天然水中的主要离子组成 天然水中常见的八大离子：K+ 、Na+ 、Ca2+ 、 Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-。 八大离子占天然水中离子总量的95%-99%。
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除上述的八大离子之外，还有H+ 、OH- 、NH4+ 、 HS-、S2- 、NO2-、NO3-、HPO4- 、PO43- 、Fe2+、Fe3+ 等。
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③水中溶解H2S
（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、 转化、存储和释放等。

水生生态系统生存的生物体，可以分为自养生物和异养生物。
自养生物利用太阳能或化学能量，把简单、无生命的无机物元素引 进至复杂的生命分子中即组成生命体。异养生物利用自养生物产生 的有机物作为能源及合成它自身生命的原始物质。
际上是18种水分子的混合物C32C31=18。 当 然 H2O 是 最 普 通 的 水 分 子 （ 包 括 H216O （ 99.73% ） 、 H217O （0.18%）、H218O（0.037%）、），总量占99.937%。其余的水 是重水（包括D216O、D217O、D218O）和超重水（包括T216O、T217O、 T218O）。
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（二）、天然水的基本特征
天然水系的类别
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1 、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物）
天然水是含有可溶性物质和悬浮物的一种天然
溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化过程
中，经过水文地球化学和生物地球化学的迁移、搬
运到水中的地壳矿物质。包括：悬浮物质、胶体物
硬 度 Ca2+ HCO3Mg2+ CO32碱 度
酸 H+ OH-
碱 金 属
阳 离 子
Na+ SO42 Cl- NO3酸 根
阴 离 子
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矿化过程：天然水中主要离子成分的形成过程，称为矿化过程； 矿化度：矿化过程中进入天然水体中的离子成分的总量，以溶解 总固体（TDS）表示 一般天然水中的TDS可以表示为： TDS=[Ca2++Mg2++Na++K++Fe2++Al3+]+[HCO3-+SO42-+Cl-+CO32-+NO3-+PO43-]
HCO3- CO32-+H+ 二级电离
K2
[ H ][CO3 ] [ HCO3 ]

2
=4.68×10-11molL-1
由于k2特别小，所以只考虑前面两个方程，可得： [H+]=[HCO3-] [H+]2/[CO2]= K1=4.45×10-7 [H+]=(1.028×10-5×4.45×10-7)1/2=2.14×10-6mol/L pH=5.67（酸雨判别标准的由来） 故CO2在水中的溶解度为[CO2]+[HCO3-]=1.24×10-5mol/L。 绥化学院食品与制药工程学院
氮 、 氨、 硝 酸、 亚 硝酸 等 （闪 电 、生 物 释放 ） ；降 水 pH=5-7;
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（2）海水
矿化度很高，35g/L，海洋蒸发浓缩，大陆带来盐分化学组成
比较恒定，海水太多，离子变化影响不大；海水pH=8-8.3; （3）河水 HCO3->SO42->Cl-；河水化学成分易变，随着时间和空间变化，例如 汛期和非汛期，流经不同的地区等河水溶解氧一般夏季6-8mg/L， 冬季8-10mg/L；河水二氧化碳夏季1-5mg/L，冬季20-30mg/L（光 合作用减弱，补给源地下水含二氧化碳多）；
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Cs
468 31.6 t
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②
CO2的溶解
Pco2 (1.0130 0.03167 ) 10 5 3.14 10 4 30.8Pa
所以：[co2 ] 3.34 10 7 30.8 1.028 10 5 CO2的酸离解常数（K1）计算出： mol/L
将这个数值代入上面的方程式中，即可得出其他各形态的浓度： [Fe(OH)2+]=8.1×10-14 mol/L
[Fe(OH)2+]=4.5×10-10 mol/L
[Fe2(OH)24+]=1.02×10-23mol/L （3）、天然水中溶解的重要气体 天然水中溶解的气体有氧气、二氧化碳、氮气、甲烷、氮气等
下水作用影响不大，地下水一般溶解氧含量低，水温不受大气影响。
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3、天然水的性质
（1）碳酸盐系统
① 碳酸平衡的一般方程
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
[Fe2(OH)24+][H+]2/[Fe3+]2=1.23×10-3 假如存在固体Fe(OH)3(s)，则Fe(OH)3(s)+3H+= Fe3++3H2O [Fe3+]/[H+]3=9.1×103 在pH=7时：[Fe3+]=9.1×103×（1.0×10-7）3=9.1×10-18mol/L
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模式的基本原理。
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一、
水分子结构
天然水基本特征
(一）、水和水分子结构的特异性 （二）、天然水的基本特征
（三）、水体污染和自净
（四）、水中污染物的分布和存在形态 （五）、典型水污染的特征
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（一）、水和水分子结构的特异性
1 、水分子的结构
+ H + + H _ O + — + +
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亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应，
如：
CO2 + H2O=H+ + HCO3-
SO2 + H2O=H+ + HSO3气体在水中的溶解度可用以下平衡式表示：
[G(aq)]=KH·G P
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① 氧在水中的溶解
例子：氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含 盐量有关。氧在1.0130×105Pa、25℃（标准状态）饱和水中的溶 解度，可按下面步骤计算。 水在25℃时的蒸汽压为0.03167×105Pa，由于干空气中氧的含量为
死藻的分解引起水中溶解氧水平降低，这种情况常被称为富营养化。
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细菌等其他微生物
细菌的特点是形体十分微小，内部组织结构简单，大多是单细胞；
水环境中主要微生物：原生动物、藻类、真菌、放线菌、细菌；
细菌等微生物关系到水环境自然净化和废水生物处理过程的重要的微生
物群体；
因此，水中H2CO3*-HCO3--CO32- 体系可用下面的反应和平衡 常数表示： CO2(g)+ H2O ===H2CO3*
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H2CO3*，实际上H2CO3含量极低，主要是溶解性气体CO2(aq)。
pK0=1.47
29
[CO2 ( aq)] 其中KH= , PCO2
*
K0=
绥化）:
TDS≈[ Ca2+ + Mg2+ + Na+ + K+ ]+[ HCO3- + SO42- + Cl- ]
（2）、天然水中溶解的金属离子