第二章水化学成分组成

2、铁在水中的存在形态与控制因素 铁在水中也发生水解。Fe3+在pH=1的水中，可水解成 FeOH2+、Fe(OH)2+，高浓度下可聚合成Fe2(OH)24+。Fe2+在 pH=4的水中，开始水解生成FeOH+，在pH>14时则形成 Fe(OH)42-。它们的部分反应式如下:
所以，天然水中铁可以有许多形式，如Fe3+、Fe2+、 Fe(OH)+、Fe(OH)2+、Fe(OH)30、Fe(OH)20、HFeO2-、 FeCO30、FeS20，FeS0，FeSO40，Fe2(OH)24+。
此外，从Fe—H2O—CO2系统稳 定场内可见，在氧化带内，Fe3+的活 度没有达到Fe(OH)3的溶度积时，铁 的可能最大稳定形式是Fe(OH)30，在 pH<5时， Fe(OH)2+及Fe(OH)2+ 占优势。在还原环境内，pH<8时， 只有Fe2+存在，pH>8时才会出现 FeCO3沉淀，之后是Fe(OH)20占优势。 而一般水中Fe(OH)4-及HFeO3-是不 存在的。
(一)硅
1、水中元素的来源与水化学作用 SiO2广泛存在于地壳上的各种岩石和矿物里，它们是石英、 铝硅酸盐、粘土矿物等。 一般环境条件下，石英的溶解进行得十分缓慢。石英在水 中的溶解按下式进行：
据Morey等人(1962)资料，SiO2溶解度，在25℃时为 6.0mg/L，在84℃时为26mg/L。Fournier和Rowe(1962)获得方 石英的溶解度，在25℃时，27mg/L和84 ℃时为94mg/L。 Morey等人获得无定形硅的溶解度为25℃时115mg/L。
第一节ຫໍສະໝຸດ Baidu天然水的化学特征
1、大气降水的成分特征 2、海水的成分特征 3、河水的成分特征 4、湖泊与水库水的成分特征 5、地下水的成分特征
第二节 元素的水化学特征
一、硅、铝、铁、锰
硅、铝，铁，锰在地壳中属于丰度较高的元素，其重量百 分数分别为： Si，28.15％，Al，8.23％，Fe，4.65％，Mn， 0.10％，但它们在水中的含量并不高，一般属于中量元素。
硅酸盐和铝硅酸盐的不全等溶解均可使水中出现H4SiO4。
从上可知，不论是石英或铝硅酸盐的不全等溶解，水中溶 解的SiO2几乎全部以正硅酸H4SiO4形式存在。它在水中解 离方程为：
2、Si在水中的存在形态与控制因素
在天然水中(pH=6～9)占优势的是H4SiO4。在碱性条件下 (pH增高到9.0～9.5时)，由于单链节和多链节硅酸盐的形成，
锰的氧化态很多，有2、3、4、6、7价。主要氧化态为 Mn2+。二价锰的特性与Fe2+近似。锰在自然界中的性状受EhpH控制。在天然水稳定场系统简单水溶液中，锰的存在形 式有： Mn2+、 MnO2 、MnOOH、 Mn3O4 、MnCO3、 Mn(OH)2、Mn(OH)3-、MnS。
在简单的水溶液中， Mn2+ 在pH=8时开始水解并形成 MnOH3+，高浓度时聚合成Mn2OH3+、Mn2(OH)3+。Mn 3+不稳 定但可形成某些络合物。当pH大于13.5时，Mn4+可以MnO42-形 式存在，而在酸性介质中呈其它价态。七价锰MnO4-在各种pH 值的溶液中均十分稳定，但在强酸中易分解。
水中铝的浓度主要受铝的氢氧化物(三水铝石)溶度积的控制。 据文献资料，当pH接近于6时，三水铝矿最小溶解度的计算值 小于10mg/L，实测值约27mg/L。
在大多的天然水中(pH=6～9)，水中铝浓度常小于1mg/L，有 时可达几mg/L。但是，在pH小于4.0的强酸性水中，每升水中 铝可能几十mg/L，甚至几百mg/L，这种水多为矿坑排水或泉水 或严重酸性污染水。
(三)铁 1、水中铁的来源与水化学作用 铁在地壳中重量百分数仅次于氧、硅、铝而居于第四位。
与前述三者不同，铁不仅大量分散存在于地壳的岩石、土壤、
水体中，而且在某些矿体中富集形成有用矿床(Fe3O4、Fe2O3， FeCO3，Fe2SiO4)。
水中铁的水化学特性受pH值及氧化还原反应影响很大，这 已在第一章作过详细介绍。
(四)锰 1、水中锰的来源
在自然界中，锰可以呈分散状态或形成有用矿物。含锰矿
物有蔷薇辉石(MnSiO3)，锰橄榄石(Mn2SiO4)、菱锰矿(MnCO3)， 软锰矿(MnO2)、黑锰矿(Mn3O4)、硫锰矿(MnS)、方锰矿(MnO) 及氢氧化物沉淀Mn(OH)3，Mn(OH)2等。 2、锰在水中的存在形态与控制因素
在pH=6的水溶液中，Fe3+的浓度为1.5×10-12mg/L，在 pH=7的水溶液中， Fe3+的浓度为1.5×10-15mg/L，pH=8时， Fe3+的浓度为1.5×10-18mg/L 。也即pH值从6增加到8，铁在水 中的溶解度减少106倍。所以，当陆地上含铁的弱酸性水进入弱 碱性的海水中会发生Fe(OH)3沉淀。如河水中铁含量为1mg／L， 则海水中仅0.008mg／L。
2、铝在水中的存在形态与控制因素
铝在水的存在形式受pH控制，在强酸性水中(pH<4.0)，水 中铝的主要形式为Al3+，在碱性水中，可形成AIO2-、 AIO33- 。 在含F-的水中，铝和氟很容易形成络合离子，如AIF2+、AIF2+， 在SO42-含量很高的酸性水中，AISO4+可能是铝的主要存在形式。
高岭石强烈风化可形成三水铝石(Al2O3·H2O)
Al2O3在水中溶解度受 pH值控制。它溶于强酸性
溶液中，pH=4.1～10时它
几乎不溶，而此时SiO2却 有部分溶解(见图2.4)。所
以，pH=4～5时， Al2O3 /SiO2=1：2，此时有利于 高岭石族矿物形成，当
pH=8～9时， Al2O3 /SiO2=1 ：4，则有利于胶 岭石族矿物形成。
SiO2的溶解度有所增加。几乎所有天然水环境下，H2SiO42-是 次要的。
天然水中可溶性SiO2含量一般不超过100mg/L。通常为10 ～30mg/L，平均值为17mg/L。
(二)铝
1、水中铝的来源与水化学作用 铝在地壳中所占重量百分数为8.23％，仅次于氧和硅，占 第三位。 铝硅酸盐的不全等溶解的主要产物是高岭石。高岭石在酸性 条件下可溶出AI3+：