天然水的碳酸平衡原理水的酸度和碱度的概念及计算
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天然水体的碱度
碱度根据指示剂种类和所需酸量不同分为：
总碱度= [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] - [H+] 酚酞碱度=[CO32-] + [OH-] - [H2CO3*] - [H+] 苛性碱度= [OH-] - [HCO3-] - 2[H2CO3*] - [H+]
总碱度= [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] - [H+] 当pH=8.0时，溶液中CO32-浓度远小于HCO3- 浓度 [HCO3-]=碱度=2.00 ×10Hale Waihona Puke 3 mol/LPage 21
天然水体的碱度
根据：
[H2CO3*] = [HCO3-] [H+] / K1 = 4.49 ×10-9 mol/L [CO32-] = K2 [HCO3-] / [H+] = 9.38 ×10-6 mol/L
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目录
碳酸平衡 天然水体的酸度 天然水体的碱度 天然水体的缓冲性能
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天然水体的碱度
碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质， 即能接受H+的物质总量。
构成天然水中碱度的物质可以归纳为三类：
1）强碱，如：NaOH、Ca(OH)2等； 2）弱碱，如：NH3等； 3）强碱弱酸盐，如：Na2CO3、NaHCO3等。
构成天然水中酸度的物质可以归纳为三类：
1）强酸，如：HCl、HNO3等； 2）弱酸，如：CO2 、H2CO3和各种有机酸类； 3）强酸弱碱盐，如：FeCl3、Al2(SO4)3等。
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天然水体的酸度
酸度根据指示剂种类和所需碱量不同分为：
总酸度=[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3*]-[OH-] CO2酸度=[H+]+[H2CO3*]-[CO32-]-[OH-] 无机酸度=[H+]-[HCO3-]-2[CO32-]-[OH-]
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天然水体的碱度
例题：已知碱度为2.00×10-3 mol/L的水，pH为8.0,
H2CO3*的解离常数K1=4.45×10-7 ，K2=4.69×10-11 ，请
计算该水体中溶解态的H2CO3*、HCO3- 、CO32- 、OH- 、H+ 等物质的浓度。
解：当pH=8.0时，[OH-]=1.00×10-6 mol/L [H+]=1.00×10-8 mol/L
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
1
0. 80.6 0.4 H2CO3*
HCO3-
CO32-
α
0.2
0
4
6
8
10
12
pH
碳酸化合物分布图
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碳酸平衡
水中CO2、H2CO3、 HCO3-、 CO32-各占多大的比例？ 根据是否考虑CO2与大气交换过程： 封闭体系 开放体系
开放体系中， [HCO3-]、[CO32-]和CT均随着 pH的变化而变化，但[H2CO3*]总保持与大气相 平衡的固定数值。
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目录
碳酸平衡 天然水体的酸度 天然水体的碱度 天然水体的缓冲性能
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天然水体的酸度
酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质， 即放出H+或经过水解能产生H+的物质总量。
天然水的碳酸平衡原理 水的酸度和碱度的概念及计算
汇报人：张鑫 PPT制作：孙鸿玮 材料整理：其他小组成员
目录
碳酸平衡 天然水体的酸度 天然水体的碱度 天然水体的缓冲性能
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碳酸平衡 天然水体的酸度 天然水体的碱度 天然水体的缓冲性能
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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。
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课堂小结
掌握碳酸平衡体系原理及其计算 理解酸度、碱度的概念 重点掌握总碱度、酚酞碱度、苛性碱度以及总酸 度、CO2酸度、无机酸度表达形式，并能够运用计算 了解天然水体的缓冲性能
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碳酸平衡
若用CT表示三种碳酸形态的总量，则有：
若将的K1、K2表达式带入上页三式中，可得作 为酸解离常数和氢离子浓度的函数的形态分数：
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碳酸平衡
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碳酸平衡
同理可得：
若溶液反应在数小时内完成，就可应用封闭 体系碳酸形态总量的模式加以计算。
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目录
碳酸平衡 天然水体的酸度 天然水体的碱度 天然水体的缓冲性能
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天然水体的缓冲性能
天然水体的pH一般在6~9。
天然水溶解的许多物质使得天然水具有一定的缓 冲性能，对外来酸碱类物质的影响有一定的抵御 能力，从而使水的pH维持稳定，不发生显著的变 化。
碳酸化合物是水体缓冲作用的重要因素。因而， 人们通常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能 力。
因此，水中体系可用以下的反应和平衡常数表示：
CO2 H2O H2CO3,( pK 0 1.46) H2CO3 HCO3 H,( pK1 6.35) HCO3- CO32- H,( pK 2 10.33)
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碳酸平衡
碳酸平衡
开放体系
开放碳酸体系是指与大气相通的碳酸水溶液体系。 据亨利定律：
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碳酸平衡
溶液中，碳酸形态的总量为：
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碳酸平衡
两种体系的比较
封闭体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]和 [CO32-] 等随着pH的变化而变化，但碳酸形态的总量CT 始终保持不变。
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碳酸平衡
封闭体系
假定水中溶解的H2CO3*是不挥发性酸，由此组成的 是封闭碳酸体系。
e.g. 海底深处、地下水、锅炉水以及实验室水样。
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碳酸平衡
在封闭的平衡体系中，用α0、α1和α2分别表示 H2CO3*、HCO3-、CO32-在总量中所占的比例，可 以得到下面三个表达式：
天然水体的碱度
碱度根据指示剂种类和所需酸量不同分为：
总碱度= [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] - [H+] 酚酞碱度=[CO32-] + [OH-] - [H2CO3*] - [H+] 苛性碱度= [OH-] - [HCO3-] - 2[H2CO3*] - [H+]
总碱度= [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] - [H+] 当pH=8.0时，溶液中CO32-浓度远小于HCO3- 浓度 [HCO3-]=碱度=2.00 ×10Hale Waihona Puke 3 mol/LPage 21
天然水体的碱度
根据：
[H2CO3*] = [HCO3-] [H+] / K1 = 4.49 ×10-9 mol/L [CO32-] = K2 [HCO3-] / [H+] = 9.38 ×10-6 mol/L
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碳酸平衡 天然水体的酸度 天然水体的碱度 天然水体的缓冲性能
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天然水体的碱度
碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质， 即能接受H+的物质总量。
构成天然水中碱度的物质可以归纳为三类：
1）强碱，如：NaOH、Ca(OH)2等； 2）弱碱，如：NH3等； 3）强碱弱酸盐，如：Na2CO3、NaHCO3等。
构成天然水中酸度的物质可以归纳为三类：
1）强酸，如：HCl、HNO3等； 2）弱酸，如：CO2 、H2CO3和各种有机酸类； 3）强酸弱碱盐，如：FeCl3、Al2(SO4)3等。
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天然水体的酸度
酸度根据指示剂种类和所需碱量不同分为：
总酸度=[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3*]-[OH-] CO2酸度=[H+]+[H2CO3*]-[CO32-]-[OH-] 无机酸度=[H+]-[HCO3-]-2[CO32-]-[OH-]
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天然水体的碱度
例题：已知碱度为2.00×10-3 mol/L的水，pH为8.0,
H2CO3*的解离常数K1=4.45×10-7 ，K2=4.69×10-11 ，请
计算该水体中溶解态的H2CO3*、HCO3- 、CO32- 、OH- 、H+ 等物质的浓度。
解：当pH=8.0时，[OH-]=1.00×10-6 mol/L [H+]=1.00×10-8 mol/L
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
1
0. 80.6 0.4 H2CO3*
HCO3-
CO32-
α
0.2
0
4
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pH
碳酸化合物分布图
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碳酸平衡
水中CO2、H2CO3、 HCO3-、 CO32-各占多大的比例？ 根据是否考虑CO2与大气交换过程： 封闭体系 开放体系
开放体系中， [HCO3-]、[CO32-]和CT均随着 pH的变化而变化，但[H2CO3*]总保持与大气相 平衡的固定数值。
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碳酸平衡 天然水体的酸度 天然水体的碱度 天然水体的缓冲性能
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天然水体的酸度
酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质， 即放出H+或经过水解能产生H+的物质总量。
天然水的碳酸平衡原理 水的酸度和碱度的概念及计算
汇报人：张鑫 PPT制作：孙鸿玮 材料整理：其他小组成员
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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。
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课堂小结
掌握碳酸平衡体系原理及其计算 理解酸度、碱度的概念 重点掌握总碱度、酚酞碱度、苛性碱度以及总酸 度、CO2酸度、无机酸度表达形式，并能够运用计算 了解天然水体的缓冲性能
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碳酸平衡
若用CT表示三种碳酸形态的总量，则有：
若将的K1、K2表达式带入上页三式中，可得作 为酸解离常数和氢离子浓度的函数的形态分数：
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碳酸平衡
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碳酸平衡
同理可得：
若溶液反应在数小时内完成，就可应用封闭 体系碳酸形态总量的模式加以计算。
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碳酸平衡 天然水体的酸度 天然水体的碱度 天然水体的缓冲性能
Page 23
天然水体的缓冲性能
天然水体的pH一般在6~9。
天然水溶解的许多物质使得天然水具有一定的缓 冲性能，对外来酸碱类物质的影响有一定的抵御 能力，从而使水的pH维持稳定，不发生显著的变 化。
碳酸化合物是水体缓冲作用的重要因素。因而， 人们通常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能 力。
因此，水中体系可用以下的反应和平衡常数表示：
CO2 H2O H2CO3,( pK 0 1.46) H2CO3 HCO3 H,( pK1 6.35) HCO3- CO32- H,( pK 2 10.33)
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碳酸平衡
碳酸平衡
开放体系
开放碳酸体系是指与大气相通的碳酸水溶液体系。 据亨利定律：
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碳酸平衡
溶液中，碳酸形态的总量为：
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碳酸平衡
两种体系的比较
封闭体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]和 [CO32-] 等随着pH的变化而变化，但碳酸形态的总量CT 始终保持不变。
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碳酸平衡
封闭体系
假定水中溶解的H2CO3*是不挥发性酸，由此组成的 是封闭碳酸体系。
e.g. 海底深处、地下水、锅炉水以及实验室水样。
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碳酸平衡
在封闭的平衡体系中，用α0、α1和α2分别表示 H2CO3*、HCO3-、CO32-在总量中所占的比例，可 以得到下面三个表达式：