水环境化学讲义

水圈包括海洋水、大气水、陆地水。 陆地水包括： 地下水：潜水，承压水，冻土水，岩石、土壤分子水。 地表水：冰帽水、径流水、湖泊水、沼泽水。 生物水。 从分子与溶液的角度看水与天然水 作为分子的水的组成、结构、特性： 易作溶剂：氢键、异性相吸、六边形、较大分子间隙。 作为溶液的天然水的物理化学性质 粘度：流体运动过程中，分子之间形成的剪切应力的物理量，水的粘度相对较大且随温度升高而急剧减少。 离子活度（ɑ）及离子强度（L） 离子活度系数：反映溶液体系中某离子表现活性的物理量。 当量数：相当于1摩尔氢离子所含电子量的物理化学量。当量浓度：1L溶液中所有某种物质的当量数的量。当量＝【MZi】/|Zi| ，摩尔浓度【MZi】＝|Zi|*当量。一切化学反应都是当量平衡。 离子缔合体。范德华力包括静电力、诱导力、色散力。溶液体系中因分子与分子间碰撞作用形成的离子束称为离子缔合体。 第二章 天然水化学成分最早形成于大气层（凝结核），成分的直接影响因素包括生物、土壤、岩石。生物是最大来源；成分的间接影响因素包括气候、地貌（接触时间）、水文要素（容量、流速等） 天然水主要离子化学 水化学反应回顾： （1）中和反应 （2）沉淀－溶解反应：CaCO3<==>Ca2++CO32- （3）氧化还原反应 （4）水解反应 Fe3++3OH－<==>Fe(OH)3↓ Fe(OH)3+3OH－<==>Fe(OH)63－ 未脱水而先形成配位体（配位反应特例） （5）配位反应 Fe3++CN－<==>Fe(CN)63－ 氰化物处理 （6）置换反应 （7）吸附－解吸反应：2Na++Mg(胶体)2+<==>(Na胶体Na)2++Mg2+ 2Na++Cd(胶体)2+<==>(Na胶体Na)2++Cd2+骨痛病 （8）缔和反应：在离子强度很高的条件下发生。 AgCl+Cl－<==>AgCl2－ 标准海水矿化度35.5g/L ，碱金属一般不发生配位反应。 天然水中的主要离子：构成天然水中离子总量95％以上的无机离子（8大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO32－、CO32－、Cl－、SO42－） Si （A）沉淀－溶解反应：（B）置换反应；（C）配位反应 4H4SiO4<==>Si4O6(OH)62-+2H++4H2O A、B、C为直接反应。 （2）Ca2+、Mg2+、HCO32－、CO32－ （A）亨利定律 KH＝x1/PH （B）沉淀－溶解反应 （C）氧化还原反应 （D）吸附－解吸反应 2Na++Ca(胶体)2+<==>(Na胶体Na)2++Ca2+ （E）置换反应

第四章 主要类型陆地水与大气降水化学 一、河水化学 1.特性：是交换最为频密、水化学行为最为活跃的自然水体；水化学成分复杂多变；水中气体含量丰富、充沛；水中矿化度往往很低。 2.流域溶质平衡方程： 基本概念： 固体径流：单位时间内从上游向下游输送通过特定断面的无机固定总量，包括推移质、跃移质、悬移质中的无机成分以及离子径流。 离子径流：单位时间从上游向下游输送通过特定断面的溶解态无机物总量，是反映河流流域化学侵蚀强度的重要参数。 基流：河流中经常保有的最小径流量。 我国的河水化学特征： 水化学成分 南方河流 北方河流 成因 八大离子 枯水期>丰水期 枯水期>丰水期 地下水补给 有机物 枯水期丰水期 面源补给带入 地面物质/稀释 扩散能力 溶解气体 枯水期丰水期 水文因素、 微生物 活性/冰封 生物生成物 （营养元素 N、P等） 枯水期>丰水期 枯水期

四、大气降水化学 1.来源：来源于海面，最主要来源；火山喷发；森林火灾；扬尘；植物，如植物分泌纤维；人类活动，包括烟尘、工业粉尘。 2.气溶胶含量的影响因素： 降雨量越大，含量越小；降水状态，雪气候条件：风云雨前天气，降雨高度。 五、海水化学 1.特征：矿化度很高且恒定，盐度（海水中所有无机离子总含量）与氯度（海水中氯离子总含量）比稳定；主要离子占总矿化度的98.27％；水化学成分的时空变化不大；气体含量分层现象明显。 2.水化学成分： A主要离子Cl－。B碱性系数：海水中HCO3－、CO32－含量之和与无机离子含量的比值，是海水受径流影响程度及对碱性物质缓冲能力的特征性水化学指标。C溶解性气体。

第五章 重金属在水环境中的迁移转化 一、沉淀－溶解作用 1.氢氧化物 2.硫化物 3.碳酸盐 二、水解作用 1.氢氧化物的水解； 2.生成多核羟基的水解――缩聚现象。 三、配位作用 中心体：一切可以接受电子的元素或阳离子。 第三章内容回顾： 基本概念（10个） 环境：影响人类生存和发展的各种天然的和人工改造的自然因素总体、包括大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、自然古迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜、城市乡村等 亨利定律：水中气体（溶解性）的含量与该气体的分压成正比。在一定温度压力条件下的比例常数成亨利系数。 亲和特性：分子与分子间存在使相互作用的特征能量（ε）尽可能小的、相互间形成的位能（εp）尽可能低的趋势。这种趋势即分子的亲和特性。 盐效应：因离子强度增加，离子与离子之间的间距大幅度减少而产生“挤压”碰撞，导致产生离子缔合体，大大增加物质溶解度的效应。 离子活度：反应溶液体系中能够参与反应的离子浓度的标量。 水的硬度： （P51水的总硬度：水中所含钙、镁离子总量） 水的矿化度：水中无机离子浓度。 水的pH：指水中[H+]摩尔浓度的负对数值。 水的酸度：（P65 水的酸度是指水中所能与强碱发生中和作用的物质的总量，亦即能放出质子H+或 经过水解能产生H+的物质总量。） 水的碱度：（P65 水的碱度是指水中所能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子H+的物质总量。） 二、知识要点 1.水中主要离子的来源与影响因素： 最早起源于大气，主要来自生物、土壤、岩石（直接影响因素）；气候、地貌、水文条件（间接影响因素）。 2.水中主要离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+——主要来源于沉淀－溶解反应；HCO32－、CO32－——主要源于沉淀－溶解反应，水－气界面交换反应和氧化－还原反应；Cl－——水环境化学行为简单；SO42－主要源于氧化－还原反应。 3.核心反应：CaCO3+CO2+H2O<==>Ca2++2HCO3－ CO2+H2O<==>H2CO3 H2CO3<==>H++HCO3－ CaCO3<==>Ca2++CO32－ 4.天然水中[HCO3-]－[Ca2+]的关系：平衡前同步，平衡后成反比。 P49 ： 当天然水中含有较多的H+ 时，如在硫化矿床氧化地段，强酸性谁对CaCO3的溶解，使水中的Ca2+大大超过与HCO3－的等当量浓度。 5.矿化度及水的分类： P59 ： （1）天然水按离子总量（即矿化度）的分类： A．苏联阿列金提出的按离子总量的分类方案： 淡水——离子总量<1克/千克 {基于人的感觉}；微咸水——1-25克/千克 {这种离子总量时，水的冻结与最大密度时的温度相一致}；具海水盐度的咸水——25-50克/千克 {该下限只有盐湖水和强化盐的地下水才有}；盐水（卤水）—— >50克/千克。 B．美国采用的按离子总量分类的数值界限： 淡水——0-1克/千克；微咸水——1-10克/千克；具海水盐度的咸水——10-100克/千克；盐水（卤水）—— >100克/千克。 （2）天然水按主要离子成分的分类 先按优势阴离子将天然水划分为：重碳酸盐类、硫酸盐类、氯化盐类。然后每一类中再按优势阳离子分为钙质、镁质、钠质三个组。每一组内再按离子间的毫克当量比例关系分为四类：I型水弱矿化水，II型水混合起源水，III型水高矿化度的混合起源水，IV型水酸性水。 6.受沼泽及草甸土及森林影响的地表水pH：有机酸含量极高，

第四章回顾： 一、基本概念10组： 1.离子径流：单位时间从上游向下游输送通过特定断面的溶解态无机物总量，是反映河流流域化学侵蚀强度的重要参数。 2.固体径流：单位时间内从上游向下游输送通过特定断面的无机固定总量，包括推移质、跃移质、悬移质中的无机成分以及离子径流。 3.地下径流：指单位时间内，通过特定观测剖面的地下水量。 4.承压水：有特定补给区域而没有自由水面的地下水。 5.潜水：具有自由水面的水。（P83，潜水是分布在第一个隔水层以上的近地表的沉积物空隙、风化带岩石裂隙和碳酸盐岩石的溶洞里的水。） 6.饱和带：指潜水水位线以下的含水地层。 7.非饱和带（包气带）：指潜水水位线以上的湿润地层。 8.酸雨：P92雨水的pH值小于5.6时称为酸雨（雪）。 9.碱性系数：海水中HCO3－、CO32－含量之和与无机离子含量的比值，是海水受径流影响程度及对碱性物质缓冲能力的特征性水化学指标。 10.基流：河流经常保有的最小流量。 二、知识要点5组： ①河水化学、②湖水化学、③地下水化学、④大气降水化学、⑤海水化学 1.以上各个的水化学特性； ①河水化学的.特性：是交换最为频密、水化学行为最为活跃的自然水体；水化学成分复杂多变；水中气体含量丰富、充沛；水中矿化度往往很低。②湖水化学的特性：交换缓慢，矿化度往往高于同区域河水；水化学成分在水平空间上分布不均匀，在垂直分布上具有明显的分层特性；受生物影响明显；水文因素对水化学等影响明显，湖水矿化度空间差异很大。③地下水化学基本特点：水化学成分差别剧烈；水化学成分稳定；矿化度变化范围很大；水化学类型具有多样性；生物作用对地下水成分影响不大，应分空间来判断是否受到生物的影响。⑤海水化学的特征：矿化度很高且恒定，盐度（海水中所有无机离子总含量）与氯度（海水中氯离子总含量）比稳定；主要离子占总矿化度的98.27％；水化学成分的时空变化不大；气体含量分层现象明显。 2.各自的直接影响因素；