水环境化学3-1

查阅CH4的溶解热H，可进一步由
ln
c2 c1
ห้องสมุดไป่ตู้
Hm R
1 T2
1 T1
计算其它温度下CH4的溶解度
一、天然水的基本特征
气体在水中的溶解度比较小，符合Henry定律
[G(aq)]=KH·pG
注意：
[G(aq)] ——气体在水中的浓度 KH——气体的亨利定律常数（L mol-1Pa-1） PG——气体的分压
(1) 溶液中气体溶解度饱和气体浓度，气体浓度不考虑气体的水解， 对于CO2， 气体浓度＝[CO2]
溶解度＝ [CO2]+[HCO3-]+ [CO32-] (2) 气体G在空气中的含量xG一般指dry air 中的含量，而大气压101325Pa
解：pG = (pair - pH20)xG pCO2 =(1.0130-0.03167)×105×3.14×10-4 = 30.8(Pa) [CO2]=KH·pCO2 [CO2]=3.34×10-7×30.8 = 1.028×10-5(mol/L)
由CO2＋H2O
=
H+
+
HCO3-，
K1
[HCO3 ][H ] [CO2 ]
k1
[Fe(OH) [Fe
2 ][H 3 ]
]
8.9
10
4
k2
[Fe(OH)2 ][H ]2 [Fe3 ]
4.9107
k3
[Fe2
(OH)
4
2
][H
]2
[Fe3 ]2
1.23103
k4
[H ]3 [Fe 3 ]
1.1 10 4
已知pH值，由k4计算[Fe3+]，进一步可结合[Fe3+][H+]计算其它形态浓度
k1
c2[H ] c1
8.9104
k2
c3[H ]2 c1
4.9107
k3
c4[H ]2 c12
1.23103
k4
[H ]3 c1
1.1104
8.9 10 4 4.9 10 7
[H ]3
( [H ] [H ]2 1) 1.110 4 a
一、天然水的基本特征
（3）气体在水中的溶解性：
碱金属
硬度
酸
阴离子 HCO3-，CO32-，OH- Cl-、SO42- 、NO3-
碱度
酸根
一、天然水的基本特征
1. 天然水的组成
一般含有可溶性物质和悬浮物(悬浮物、颗粒物、水生生物)
水的总含盐量（TDS）：
TDS = [K++Na+ +Mg2+ +Ca2+]+[Cl- +SO42- +HCO3-]
天然水离子平衡：
[K++Na+ +2Mg2+ +2Ca2+]=[Cl- +2SO42- +HCO3-]
一、天然水的基本特征
（2）水中的金属离子：
金属离子在水中可能以多种形态平衡共存 Mn+实际上指 M(H2O)xn+，x，n可能为一系列值
例：三价铁离子在水中的平衡分布，
Fe3+＋H2O ＝ H+ + Fe(OH)2+ Fe3+＋2H2O ＝ 2H+ + Fe(OH)2+ 2Fe3+＋2H2O ＝ 2H+ + Fe2(OH)24+ Fe3+＋3H2O ＝ Fe(OH)3(s) + 3H+
第三章 水环境化学
叶兴南 Tel: 65642526 Email: yexingnan@fudan.edu.cn
水环境化学与环境工程
污染的形成是水环境化学的 研究范畴
水处理是环境工程的研究范畴
水环境化学
针对天然水体中化学物质的存在形态、反应机 制和迁移转化规律研究的水环境化学可以为工 农业布局、污水排放要求的决策提供科学依据， 杜绝先污染后治理的天然水体保护模式
一、天然水的基本特征
计算a mol/L铁盐溶液中各离子浓度和pH值
[FeIII]=[Fe3+]+[Fe(OH)2+]+[Fe(OH)2+] +[Fe2(OH)24+]=c1+c2+c3+c4 = a
Fe3+＋H2O ＝ H+ + Fe(OH)2+ Fe3+＋2H2O ＝ 2H+ + Fe(OH)2+ 2Fe3+＋2H2O ＝ 2H+ + Fe2(OH)24+ Fe3+＋3H2O ＝ Fe(OH)3(s) + 3H+
当它为大气中二氧化碳饱和时，略呈酸性， pH值为5.67.被大气中存在的酸性气体污染， pH值小于5.6的雨叫酸雨；pH值小于5.6的雪 叫酸雪； pH值小于5.6的雾叫酸雾
一、天然水的基本特征
水在不同温度下的蒸气压
思考：空气中CH4的含量为1.65ppm，计算1atm, 25C时CH4在水中的溶解度
天然水的基本特征 水中污染物的分布和存在形态
一、天然水的基本特征
1. 天然水的组成
一般含有可溶性物质和悬浮物(悬浮物、颗粒物、水生生物)
（1）天然水中的八大离子组成： 阳离子： Na+、 K+、 Mg2+、 Ca2+ 阴离子：Cl-、SO42- 、NO3-、 HCO3-
阳离子 Na+
K+
Mg 2+ Ca2+ H+
分析：由 [G(aq)]=KH·pG计算[G]必须已知pG
解： pG = (pair - pH20)xG 得 pCH4 = (1.01325-0.03167)1051.6510-6=0.162(Pa)
由 [G(aq)]=KH·pG得， [CH4]=1.3210-80.162=2.110-9(mol/L)
第三章 水环境化学
本章主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节
天然水的基本特征及污染物的存在形态 水中无机污染物的迁移转化 水中有机污染物的迁移转化 水质模型
重点要求掌握
1. 无机污染物在水中的迁移转化行为以及有关计算 2. 有机污染物在水中的迁移转化过程以及有关计算
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
[HCO3 ]2 [CO2 ]
4.45107
[HCO3-]=（1.028×10-5×4.45×10-7)1/2 =2.14×10-6(mol/L)
CO2水中的溶解度应为[CO2] + [HCO3-]=1.242×10-5(mol/L)
为什么以pH=5.6作为酸雨标准
[H+]=[HCO3-]=2.14×10-6(mol/L) pH=-log[H+]=5.67
实际上是wet air的压力，因此空气中气体G的分压
pG = (pair - pH20)xG
一、天然水的基本特征
已知空气中CO2的含量为314ppm, 计算1atm, 25C下CO2在水中的溶解度
分析：CO2 + H2O = H2CO3 = H+ + HCO3-，忽略二级电离 所以CO2溶解度＝[CO2]+[HCO3-]