资源与环境化学 第三章 第一部分(天然水组成与化学平衡)

绘制铁体系的pe-pH图的先决条件： （1）假设水中铁的总浓度为1.0
10-5 mol/L时； （2）水体的氧化限度是O2，还原
限度是H2； （3）Fe3+/Fe2+的变化也不能超出
这两个限度，即Fe3+/Fe2+ 的变化总的 边界是这两个限度。
（1）Fe3+- Fe2+的边界
Fe3+ + e
Fe2+ pe0 = 13.05
则 [H+] = ([Fe3+]/K)1/3
= (1.010-5/9.1103)1/3
= 1.0310-3
pH = 2.99
这又是一条与pe无关，在pe-pH图上为 一条平行于pe轴的直线，当pH > 2.99时， Fe(OH)3(s)将陆续析出。
（5）Fe(OH)2(s) - Fe(OH)3(s)的边界
的边界。
（1）水的氧化限度： 1/4O2(g) + H+ + e E0 = 1.224V
在标准状态 (25℃)下
1/2H2O
pe0 E0 1.2242.075 0.0590.059
pe = pe0 + lg{pO1/24[H]}= 20.75 – pH
（2）水的还原限度
H+ + e
1/2H2(g)
2. 天然水体的氧化还原限度 pe与pH是表征水体氧化还原反应的两个
重要性质（可用pe-pH图反映）。 在了解水体pe-pH关系时，首先应考虑的
是水的氧化还原限度的区域边界。
（1）水氧化反应的边界条件（氧化限度）： 1.0130×105Pa的氧气分压
（2）水还原反应的边界条件（还原限度）： 1.0130×105Pa的氢气分压 通过这些边界条件可获得水氧化还原稳定

已 知 干 空 气 中 CO2 的 含 量 为 0.0314% （ 体 积 分 数），水在25 ℃时蒸汽压为0.03167×105 Pa，CO2的 Henry定律常数是3.34×10-7 mol/(L·Pa)(25℃)，CO2 在水中的溶解度？
37
1.2 天然水的基本特征
计算25 ℃饱和水中CO2的溶解度。
25℃时 [O2(aq)]= 8.32 mg/L
30
1.2 天然水的基本特征
溶解的气体成分
¾ 主要气体有：N2、O2、CO2、H2S 等
气体 mg/L
海水中主要溶解气体的含量范围
O2
N2
CO2 H2S
Ar
0-8.5 8.4-14.5 34-56 0-12 0.2-0.4
31
1.2 天然水的基本特征
链接2：东湖水污染严7重
水环境化学
研究化学物质在天然水体中的分布、 形态、反应机理、迁移转化、归趋的规律 与化学行为及其对生态环境的影响。
存在、运动、效应
8
全球水循环示意图
9
本章要点
¾水的结构与性质、天然水的基本特征； ¾水中重要污染物存在形态及分布； ¾污染物在水环境中的迁移转化原理及水质模型。
[H+]=[HCO3-] [H+]2/([CO2]CӨ)=K1=4.45×10-7
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1.2 天然水的基本特征
计算25 ℃饱和水中CO2的溶解度。 [H+]=（1.028×10-5×4.45×10-7）0.5 mol/L
= 2.14×10-6 mol/L pH= 5.67 CO2在水中的溶解度为:
¾ 自养生物利用太阳能或化学能，把简单的无机元素 引至复杂的生物分子中组成生命体。

海 水——Ca2+ + Mg2+ = 126，HCO3- = 2.4，
HCO3- + SO42- = 55.8 Ca2+ + Mg2+> HCO3- + SO42-——III型
20
天
然
水
碳酸盐类（C）
硫酸盐类（S）
氯化物类（Cl）
Ca
Mg
Na
Ca
Mg
Na
Ca
Mg
Na
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
Ca2+ HCO3SO42Cl-
Mg2+ Na+ + K+
保安湖——
S
Ca II
型
Ca
Ca
22
丹江口水库—— C III 型～ C II 型
第三节 天然水的pH值和总酸度
一、天然水的pH值及总酸度 （一）pH值 pH值:指水中H+浓度的负对数 pH=-lgaH aH 为水溶液中氢离子的浓度（活度） 天然水pH的划分:
强酸性 弱酸性 中 性 弱碱性 强碱性 pH<5.0 pH5.0-6.5 pH6.5-8.0 pH8.0-10.0 pH>10.0
23
（二）总酸度
定义:水中能与强碱反应的物质的总量，用1L水中能 与OH-结合的物质的量来表示 离子种类: H+ 、H2CO3* HCO3- 、Fe3+ 、Fe2+ 、Al3+ 某些强酸性矿水、富铁地层的地下水可能 含有较多的Fe3＋（含氧、强酸）或Fe2＋ （酸性、缺铁） 总酸度=[H+ ]+[H2CO3* ]-[CO32-]-[OH-]

2010-12-7 第三章水环境化学 第一节天然水基本化学特征 15
25摄氏度下，一些气体的亨利常数 摄氏度下， 摄氏度下
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第三章水环境化学 第一节天然水基本化学特征
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氧在水中的溶解(Dissolved Oxygen① 氧在水中的溶解(Dissolved Oxyge 水中饱和溶解度？ 氧在1.0130×105Pa、25℃，水中饱和溶解度？ 水在25℃ 干空气中氧含量为20 水在25℃时,蒸汽压0.03167×105Pa,干空气中氧含量为20.95%， 25 蒸汽压0 03167× Pa,干空气中氧含量为20.95% =(1 0130- 03167) 2095= 2056× PO2=(1.0130-0.03167)×105×0.2095=0.2056×105Pa 亨利定律： 亨利定律：[O2(aq)]= KH·PO2 P =1.26×10-8×0.2056×105=2.6×10-4 mol/L 0.2056× =2.6× 1.26× 氧分子量为32g/mol，因此其溶解度为8 32mg/L。 氧分子量为32g/mol，因此其溶解度为8.32mg/L。 32g/mol mg/L 气体溶解度随温度变化，克拉帕龙（Clausius-Clapeyron） 气体溶解度随温度变化，克拉帕龙（Clausius-Clapeyron）方程
地下水 （groundwater） ） 3、碳酸盐系统 、 （重点） 封闭体系 开放体系 应用
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4、酸度碱度 、 （重点） 重点）
碱度(alkinility) 碱度 酸度(acidinity) 酸度 应用
3
本次课主要内容
第三章水环境化学 第一节天然水基本化学特征
一、水的特异性质
1、水分子的结构