水环境化学
环境化学第3.2章水环境化学水中无机污染物的溶解和沉淀课件
20
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐 四、碳酸盐在开放体系的溶解度（二价金属）
[H2CO3*] = KHpCO2 [CO32-] = K1K2KHpCO2/[H+]2
pH＞pK2（10.33） pK1＜pH＜pK2 （6.35~10.33） [Me2+] ≈ Ksp[H+]2/K1K2KHpCO2 pH＜pK1（6.35）
第三章/第二节 水中无机污染物的迁移转化
2.3 溶解和沉淀
溶解/沉淀对迁移过程的影响
溶解/沉淀影响金属化合物溶解度，溶解度决定随水迁移能力 溶解度大，迁移能力大；溶解度小，迁移能力小
溶解/沉淀理论
溶解/沉淀受反应平衡和反应速率控制(化学热力学和动力学控制) 固－液平衡体系中，用溶度积来表征溶解度
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.3 硫化物
二、金属硫化物的溶解度（以二价金属为例）
1. 金属硫化物的沉淀－溶解平衡
MeS (s) ⇌ Me2+ + S2-
[Me2+] = Ksp/[S2-]
2. H2S的电离平衡
H2S ⇌ H+ + HS- K1 = 8.9×10-8
HS- ⇌ H+ + S2-
= 2.532×10-3 mol/L
15
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐
一、碳酸盐的沉淀－溶解平衡（以二价金属为例）
MeCO3 ⇌ Me2+ + CO32[Me2+] = Ksp/[CO32-] = Ksp/(CTα2)
H2CO3* ⇌ HCO3- + H+
环境化学第三章水
二节 气体在水中的溶解性
水的质量特征：
• 酸度和碱度
第一节 概述
• 盐度和氯度:1千克水中碳酸盐转变为氧化物、溴化物 和碘化物转变为氯化物、有机物完全氧化后所含固体 的总克数。
• 硬度 • 溶氧量：25℃时的饱和浓度
[O2 (aq)] = 2.6×10-3 mol/L = 8.32 mg/L
• 清度和色度
化合物直接与 pH值有关，实际涉及到水解和羟基配合物的平
衡过程，该过程往往复杂多变，这里用强电解质的最简单关 系式表述： Me(OH)n(s) → Men+ + nOH根据溶度积表达式 可导出金属离子浓度 等号两边取负对数： Ksp = [Men+][OH-]n [Men+] = Ksp/[OH-]n = Ksp[H+]n/Kwn -lg[Men+] =－lgKsp－nlg[H+] + nlgKw (3-21)
HS- → H+ + S2则总反应： H2S →2 H+ + S2-
K2= 1.3×10-15
K1,2=K1K2=1.16×10-22
三、溶解沉淀平衡
在饱和水溶液中，H2S浓度总是保持在0.1mol/L，则 [H+]2[S2-] = K1,2×[H2S] = 1.16×10-22×0.1 = 1.16×10-23 由于在水溶液中 H 2 S 的二级电离甚微，故可近似认为 [H+] = [HS-]，因此可求得溶液中[S2-]浓度：
三、溶解沉淀平衡
第二节 天然水中的平衡
溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径，一般金
属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡量。
溶解度小者，迁移能力小； 溶解度大者，迁移能力大。 在固—液平衡体系中，需用溶度积来表征溶解度。
《水环境化学》课件
水环境化学的重要性 和应用
水环境化学对于保护水资 源、维护环境、促进可持 续发展具有重要的意义。
水的物理化学性质
溶解度溶解度是指单位体Fra bibliotek溶液中 最多能溶解多少物质，它是 表征物质在水中溶解程度的 重要参数。
离子强度
水中的离子强度是所有阴离 子和阳离子的浓度之和和它 们的电荷平方和之比的平方 根。
pH值
水环境监测方法
通过水质监测，及时发现水体 污染的情况，采取有效的技术 措施来防治和修复水体污染。
水环境化学的未来
1 水环境化学的发展趋势
未来水环境化学将逐渐转向绿色、可持续和低碳化发展。
2 水环境化学的应用前景
水环境化学需求将继续增长，未来将更多地应用于水资源保护、净化和开发领域。
3 水环境化学的挑战与机遇
水环境化学
水是地球上最珍贵的资源之一，水环境化学是研究水体的化学性质、污染及 其净化和水质监测的学科。
水环境化学简介
什么是水环境化学？
水环境化学是研究水及其 体系在自然界和生产生活 中的各种过程所涉及到的 化学现象的学科。
水环境化学的研究对 象和内容
研究水环境中各种物质的 迁移、转化和去除，以及 不同水环境对生态环境的 影响。
3
物理污染物
有些物理污染物如悬浮物、浮游生物、颗粒物或沉积物都会影响水的质量和可用性。
水的净化与处理
常见水污染物的去除方法
颗粒物、悬浮物主要通过过滤 和沉淀去除，生物污染物主要 通过消毒去除，化学污染物主 要依靠氧化、还原、沉淀和离 子交换等方法除去。
常见水处理技术及其原理
如生物处理、深度处理、反渗 透等技术，利用技术手段将水 中的污染物清除或降低到符合 生产和生活需求的标准。
水环境化学3.
• 当水中同时存在异向和同向絮凝过程时，絮凝 速度为二者之和。即
当颗粒直径d＞1μ m时，异向聚凝可忽略；当d ＜ 1μ m时，异向絮凝占有重要地位，若d＝1μ m 而G ＝10s-1，则两种速度相等。
• (3)差速沉降絮凝：在重力作用下，沉降速度不
三、溶解和沉淀
• 溶解度、溶度积原则
• 平衡关系、反应速率
• 平衡关系可预测污染物溶解或沉淀作用的方向， 并可以计算平衡时溶解或沉淀的量。 • 实际中，用平衡计算所得结果与实际观测值相差 甚远。主要由于自然环境中非均相沉淀溶解过程 影响因素较为复杂。
1．氧化物和氢氧化物
• 氧化物可看作氢氧化物脱水而成。这类化合物 的溶解与pH值有关，涉及到水解和羟基配合物 的平衡过程。 强电解质简单关系式:
动电位的形成
• 双电层内层附着在固体颗 粒表面，外层位于液相中； 内外两层的界面在AB； AB为胶体粒子在溶液中 移动时的剪切面，胶粒表 面和AB面形成ξ
异体凝聚理论
• • 适用于处理物理本性不同，粒径不等，电
荷符号不同，电位高低不等的分散体系。
主要论点：
① 如果两个电荷相异的胶体微粒接近时，吸引力 总占优势；
溶度积：
可转化为：
• 根据上式，可绘制溶液中金属离子饱和浓度对数
值与pH值的关系图，直线斜率等于n，即金属离 子价。 • 直线横轴截距是-lg[Men+]＝0或[Men+]=1.0mol/L 时的pH值： pH＝14－1/n· pKsp
•
由对数浓度图可看出．
① 同价金属离子的各线均有相同的斜率，
2．胶体颗粒絮凝动力学
• 胶体颗粒通过扩散层压缩、表面电位降低、排斥
第三章-水环境化学(第一次课)
ii 表示方法
总含盐量(Total Dissolved Solids－TDS)，也称总矿化度： 水中所含各种溶解性矿物盐类的总量称为水的总含盐量。
总含盐量＝Σ阳离子+Σ阴离子
iii 测定
重量法
总含盐量＝溶解固形物
cT
[H
2 CO
* 3
](1
K1 [H
]
K1K 2 [H ]2
)
0
[H2CO*3
]
1
cT
(1
K1 [H ]
K1K 2 [H ]2
) 1
说明pH决定它们的 含量多少
1
[HCO
3
]
cT
[H ] (
K1
1
K2 [H
) ]
1
2
[CO32 ] cT
([H ]2 K1K 2
[H ] 1)1 K2
lg c2 H • ( 1 1 ) 15.59103 ( 1 1 ) c1 2.303R T1 T2 2.3038.314 298.15 273.15
c2 8.289 1.778 14.74mg / L
0 ℃时的含量14.74mg/L 20 ℃时为9.227mg/L
2．在一个标准大气压下，25℃时CO2在水中的溶解度。已知 CO2在干空气中的含量为0.0314%（体积）。
氧气的分压为
0.9813105 20.95% 0.2056105 Pa
[G(O2) ] KH PG 1.26108 0.2056105 2.590104 mol / L
[G(O2) ] 2.590104 32 8.289mg / L
第三章水环境化学
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
本章重点
1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、 挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法。
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第二节 水中无机污染物的迁移转化
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
环境化学课件第三章 水环境化学
图 水环境体系（水体）
<返回>
水环境化学是研究化学物质在天然水体中的存在形态、反应机制 、迁移转化和归趋的规律及其化学行为对生态环境的影响。水环 境化学是环境化学的重要组成部分，为水污染控制和水资源的保 护提供了科学依据。
水环境化学研究的领域包括河口、海洋、河流、湖泊等。
研究的特点是： （1）体系非常复杂 离子、分子、胶体微粒 （2）界面现象突出、重要 重金属、有机物附着在胶体微粒面
海湾 海
大洋 海洋沉积物间隙水
DP Dg K
P 0
水循环 Water cycle
1.水的自然循环： 特点：①由降雨量自然循环的大致尺度
②水的性质基本不变 2.水的社会循环 特点：①工业与生活污水的产生与排放是主
要的污染源 ②水的性质不断变化
水资源的主要问题
●我国水资源人均和亩均水量少； ●水资源在地区分布上很不均匀，水土资源 组合不平衡 ●水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁 ●水土流失严重，许多河流含沙量大； ●我国水资源开发利用各地很不均衡
第三章 水环境化学 Aquatic chemistry
知识点：认识天然水的基本特征和污染物的分布形 态，掌握水中污染物的迁移转化规律，学 会建立水质模型
重 点：水中污染物的迁移和转化规律 难 点：水质模型的建立
水圈：Hydrosphere 1978年.R.A.Horne
第水环境化学(共10张PPT)
cp—单位溶液理体积论上颗，粒物即的浓非度k离g／L子； 性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤
有机质中，并经一定时间达到分配平衡，此时有机化合物
在土壤有机质和水中含量的比值称分配系数。
第5页，共10页。
▪实际上，有机化合物在土壤(沉积物)中的吸着存在着二种主要机
作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降 解作用等过程进行迁移转化。
第4页，共10页。
二、分配作用
1．分配理论
▪近20年来，国际上对有机化合物的吸附分配理论开展了
使得pH降低，一般伴随E降低，pH会降低，酸性增强，金属溶解，酸性增强情况下，金属Hg容易甲基化；
②靠吸范附 德作华用力，，广即后在者泛非则研极是性各究有种机化。溶学剂键结中力果，如土氢均壤键矿、表物离明质子对偶，有极机键颗化、合配粒物位物的键表及(面π沉键吸作积附用作物的用结或或果于。土土壤壤矿物)从质对水有机中化合吸物的表面吸附作用，前者主要
cT = cs·cp+cw 式中：cT—单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物质量的总和ug / L；
cs—有机毒物在颗粒物上的平衡浓度，ug／kg；
cp—单位溶液体积上颗粒物的浓度kg／L；
cw—有机毒物在水中的平衡浓度，ug／L。
此时水中有机物的浓度(cw)为：cw =cT / (Kp cp十1)
第7页，共10页。
▪一般吸附固相中含有有机碳（有机碳多，则Kp大），为了在类型各异组分复 杂的沉积物或土壤之间找到表征吸着的常数，引入标化分配系数(Koc)：
➢ 使得pH降低，一般伴随E降低，pH会降低，酸性增强，金属溶解， 酸性增强情况下，金属Hg容易甲基化； ➢ 静止水体的富营养化。
环境化学：第三章 水环境化学 1
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
②
CO2的溶解度
已知： 干空气中CO2的含量为0.0314%（体积），水
在25℃时蒸气压为0.03167×105 Pa， CO2的亨利定律
常数是3.34×10-7mol/(L·Pa) (25℃), CO2溶于水后发生
的化学反应是：
CO2+H2O = H++HCO3-
CO32-
60
α 40
20
0
2
4
6
8
10
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
12
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO 2 (aq)] K H pCO 2
CT [CO 2 (aq)] / 0
1
0
K H pCO 2
1
K1
[HCO ] CT 1
人均水资源量相当于世界人均量的1/4。已经被联合
国列为13个贫水国家之一。
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水的基本特征
1.天然水的组成
天然水体——包括水、水中的溶解物、悬浮物
以及底泥和水生生物。
天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物质。
悬浮物质包括：
悬浮物、颗粒物、水生生物等。
一般情况下，天然水中存在的气体有O2、CO2、
H2S、N2和CH4等。
表3-2 海水中主要溶解气体的含量范围
气体
含量范围
/mg·L-1
O2
0~8.5
N2
CO2
H2S
Ar
8.4~14.5
环境化学第三章__水环境化学(PPT)
第十二页，共九十页。
代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔(mó ěr)浓度为：
[O2(aq)]= KH·PO2=1.26×10-8×0.2056×105 =2.6×10-4 mol/L
氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32 mg/L。
第三章 水环境 化学 (huánjìng)
第一节 天然水的根本特征及污染物的存在形态(xíngtài)
第二节 水中无机污染物的迁移转化 第三节 水中有机污染物的迁移转化
第一页，共九十页。
内容提要： 本章主要介绍天然水的根本特征，水中重要污染物存在形态及分布， 污染物在水环境中的迁移转化(zhuǎnhuà)的根本原理。
第二十三页，共九十页。
❖❖[图CO中3的2p-]H可=以8.3忽可略以不作计为，一水个分中界只点有，[CpOH2<〔8.a3q，〕很]、小[，H22CO3]、
❖[HCO3-]，可以只考虑一级电离平衡(pínghéng)，即此时：
❖
❖❖❖当溶所液以的ppHH>=8p[.3KH时1-]，lg[[KHH122[CC[HHOO23C3C**]OO3]+3可*]l]g以[H忽C略O不3-计]。，水中只存在
P↑↓R
C 1 0 6H 2 6 3 O 1 1 0N 1 6P 1 3 8 O 2
第十七页，共九十页。
〔二〕天然水的性质(xìngzhì)
1、碳酸平衡〔重点〕
对于CO2-H2O系统，水体中存在着CO2〔aq〕、H2CO3、HCO3-和CO32-等 四种化合态，常把CO2(aq)和H2CO3合并为H2CO3*，实际上H2CO3含量 (hánliàng)极低，主要是溶解性气体CO2(aq)。
水环境化学
环境化学-第三章-水环境化学-第二节-水中无机污染物的迁移转化
（c）之间的关系可用吸附等温线表达。
Henry 型等温线为直线型
G = k ·c
k：分配系数
Freundlich 型等温线
G = k ·c ·exp(1/n) lgG = lgk + 1/n lgc
Langmuir 型等温线
G = G0·c /(A+c)
1/G = 1/G0 + (A/ G0)(1/c)
①不同离子强度有不同VR曲线，呈指数下降； ②VA与粒子强度无关，只随颗粒间的距离变化； ③不同离子强度有不同的VT曲线；离子强度较小时，综合位能曲 线上出现较大位能峰，排斥力占优势，体系保持分散稳定状态；
离子强度较大时，双电层被压缩，Vmax 降低，一部分颗粒可能超 越该位能峰。
2、异体凝聚理论
②范德化引力和静电排斥力是仅有的作用因素 ③没有化学专属吸附作用 颗粒在水溶液中进行热运动，其平均动能为3/2 kT （2）理论描述 总的综合作用位能：VT = VR + VA VA——由范德华力产生的位能 VR——由静电排斥力所产生的位能
VHale Waihona Puke VRVTVmax
VA
d 两个离子靠得 很近时，要考 虑水化膜阻力
专属吸附：指在吸附过程中，除了化学键作用外，尚有加 强的憎水键和范德华力或氢键作用。该作用不单可以使表 面点荷改变符号，还可以使离子化合物吸附在同号电荷的 表面上。
项目 作用
离子交换吸附 离子交换作用
电性 表面电荷 动力学
同种电性不发生 不变
快速可逆
专属吸附
范德化力、化学键、氢键、 增水键
同种电性发生 可变
G0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量；
A——常数。
(完整版)第三章水环境化学
分布分数：α0 、α1、α2分别表示化合物在总量中的比 例则：
α0=[H2CO3*]/{[H2CO3*]+[HCO3]+[CO32-] } α1 =[HCO3-]/{[H2CO3*]+[HCO]+[CO32-] } α2=[CO32-]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-] }
2003年我国万元GDP用水量为465m3，是世界平均水平的4 倍；农业灌溉用水有效利用系数为0.4～0.5，是发达国家 的1/2；水的重复利用率为50％，发达国家已达到了85％； 全国城市供水管网漏损率达20％左右。
水危机的出现
根据水利部《21世纪中国水供求》分析，2010年 我国工业、农业、生活及生态环境总需水量在中 等干旱年为6988亿立方米，供水总量6670亿立方 米，缺水318亿立方米。这表明，2010年后我国 将开始进入严重的缺水期。
CT=[H2CO3*]+[HCO3- ]+[CO32- ]
试计算封闭体系和开放体系中各碳酸形态的表示式？ （1）封闭体系
总碳酸量不变 （2）开放体系
[H2CO3*]保持不变
封闭体系：
0
H]
k1k2 [H ]2
)1
1
HCO3 CT
(1
[H k1
]
k2 [H
)1 ]
溶解于水中气体的量可能高于亨利定律表示的量。
氧在25℃ ，1.013X105Pa下溶解度计算：
由亨利定律[G(aq)]=KH*pG
不同温度下，气体在水中溶解度的计算：
CO2在25℃ ，1.013X105Pa下溶解度计算
（4）水体富营养化(eutrophication) 由于水体中氮磷营养物质的富集，引起
003.3水环境化学-水中污染物的形态及迁移2
⑨Fe(OH)3(S) 和Fe(OH)2＋的边界 Fe(OH)3(S) ＋ 2H＋ Fe(OH)2＋ + 2H2O
lgK = 2.4 K=[FeOH2+]/[H+]2 将 [FeOH2+]=1.0×10-7mol/L 代 入，则：pH = 4.7 得出一条平行于pE的直线⑨，表 明 与 pE 无 关 。 当 pH> 4.7 时 ， Fe(OH)3(S) 将陆续析出。
4. 无机铁的氧化还原转化
天然水中的铁主要以Fe(OH)3(S)或Fe2+形式存在。 以Fe3+-Fe2+-H2O体系为例，讨论pE对铁形态、浓度的影响。 设铁的总浓度为1.0×10-3mol/l： Fe3+ + e = Fe2+ pE0 = 13.05 pE = 13.05 + 1/n lg[Fe3+]/[Fe2+] 当pE ＜＜pE0时，则[Fe3+ ] ＜＜ [Fe2+] [Fe2+] = 1.0×10-3 mol/l lg [Fe2+ ] =－3.0 lg [Fe3+ ] = pE - 16.05
pE = 24.9 – 3pH 得到一条斜率为-3的斜线③，斜线上 方为Fe(OH)3(S)稳定区，下方为Fe2+稳 定区。
④Fe(OH)3(S) 和Fe(OH)＋的边界。 Fe(OH)3(S) ＋ 2H＋ ＋ e Fe(OH)＋ + 2H2O
lgK = 9.25
pE = 16.25– 2pH 得到一条斜率为-2的斜线④，斜线上 方为Fe(OH)3(S)稳定区，下方为 FeOH+稳定区。
§3.2.4 氧化-还原
水体的氧化还原条件，对在水相及底泥中发生 的化学反应和生化反应起着重要作用，对金属离 子在水体中的存在形态及迁移转化也有重要的影 响。环境化学中常用水体电位(pE)来描述水环境 的氧化还原性质。它取决于水体中氧化剂、还原 剂的电极电位浓度及pH值。
环境化学(袁加程)第三章-水环境化学
3. 水体污染及水体污染源
主要的水环境污染物
悬浮物 植物性营养物 酸碱污染 难降解有机物 热污染
总碱度 = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] – [H+]
2. 天然水体中的化学平衡
酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放 出H+或经水解能产生H+的物质总量。包括强酸、弱酸、强酸弱 碱盐等。
总酸度 = [H+] + [HCO3-] + 2[H2CO3] – [OH-]
第三章 水环境化学
第一节 水环境化学基础
天然水的基本特性 天然水体中的化学平衡 水体污染及水体污染源 水体的自净作用与水环境容量
1. 天然水的基本特性
1.1 天然水的组成
(1) 天然水的主要离子组成： K+, Na+, Ca2+, Mg2+, HCO3-, NO3-, Cl-, SO42- 为天然水中常 见的八大离子，占天然水离子总量的95-99%。
[HCO
3
]
K1[H2CO3 ] [H ]
[CO32- ]
K1K2[H2CO3 ] [H ]2
0
[H2CO3 ]
[H2CO3 ]
K1[H 2 CO 3 [H ]
]
K1K2[H2CO3 ] [H ]2
(1
K1 [H
]
K1 K 2 [H ]2
) 1
2. 天然水体中的化学平衡
第三章 水环境化学
pKc1
pKc2
结论：
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ pH<<pKc1 pH=pKc1 pH=pKc2 pH>>pKc2 pH=1/2(pKc1+pkc2) H2CO3* αH2CO3*=αHCO3αHCO3-=αCO32CO32HCO3-
3：开放碳酸体系
= -21.6 + 2pH
由以上方程式作lgc—pH图可看出
3. 碱度的测定：
（原理: 中和滴定法，根据消耗的酸量求出）
c V 1000 碱度（mmol/L ） Vs 单位：mmol[H ]/L
式中：Vs——水样体积）(mL) c——HCl浓度（mol/L) V——HCl体积（mL）
思考：碱度和碱性的区别
例如:若一个天然水的pH为7.0，碱度为1.4mmo1/l， 求需加多少酸才能把水体的pH降低到6.0。
二、水体中的污染物
病原体污染物
耗氧污染物 植物营养物 石油类污染物 放射性物质
酸、碱、盐无机污染物
热污染
有毒污染物
(1)重金属
(2)无机阴离子 (3)有机农药、多氯联苯 (4)致癌物质 (5)一般有机物质
三、水体中的污染物的运动过程
大气降落物 污水排入
1.稀释、扩散过程
3.转化过程
溶解在天然水中的物质
1、主要离子 主要阳离子有: Ca2+、Mg2+、Na+、K+。 主要阴离子有： Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-。 这八种离子可占水中溶解固体总量的95%～99%以上。 陆地水中下列成分的含量顺序一般为： HCO3- ＞SO42- ＞Cl-，Ca2+ ＞Na+ ＞Mg2+ 海水中相应的含量顺序为： Cl- ＞SO42- ＞HCO3-，Na+ ＞Mg2+ ＞Ca2+。
第三章 水环境化学
6
1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物） 天然水是含有可溶性物质和悬浮物的一种天 然溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化 过程中，经过水溶解迁移、搬运到水中的地壳矿 物质。
7
（1）天然水中的主要离子组成
天然水中常见的八大离子： K+ 、 Na+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 、 HCO3- 、 NO3- 、 Cl- 、 SO42-。 常见的八大离子占天然水中离子总量的95%-99%。 水中这些主要离子，常用来作为表征水体主要化学特征性指标。 硬 Ca2+ HCO3度 Mg2+ CO32碱 度 酸 H+ OH碱 金 属
1 =0.3086 2.24 1 2.24 =0.6914 2.24 1
[ H 2 CO3 ] [ HCO3 ]
*
所以此时[H2CO3*]=α0CT=0.3086×3×10-3molL-1=0.9258×10-3molL-1 [HCO3-]=α1CT=0.6914×3×10-3molL-1=2.0742×10-3molL-1 加酸性废水到pH=6.7，有0.9258×10-3molL-1的H2CO3*生成，故每升河水中要加入 0.9258×10-3mol的H+才能满足上述要求，这相当于每升河水中加入浓度为1×10-2 molL-1的硫酸废水的量V为： V=0.9258×10-3mol/(2×1×10-2molL-1)=0.0463L=46.3mL。因此相当于每升河水中
100 CO2+H2CO3 HCO3CO32-
80 60 40 20 0
2 4 6 pH 8 10 12
28
碳酸化合态分布图的理解： a、总体分布态势：
养殖水环境化学
养殖水环境化学一、养殖水环境化学的概念养殖水环境化学是研究养殖水体中各种化学物质的含量、种类、性质及其对养殖生物和人类健康的影响，以及污染防治和生态修复的学科。
它是水产养殖学、环境科学和化学等多个学科的交叉领域。
二、养殖水环境化学的研究内容1、养殖水体中各种化学物质的种类和含量养殖水体中包含大量的化学物质，如溶解氧、pH值、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐等，这些物质对养殖生物的生长和生存都有着重要的影响。
因此，了解这些物质的种类和含量是非常重要的。
2、养殖水体中化学物质的性质及其对养殖生物和人类健康的影响不同的化学物质对养殖生物和人类健康的影响是不同的。
例如，高浓度的氨氮和亚硝酸盐会对养殖生物产生毒害作用，而低浓度的溶解氧则会对养殖生物的生长和生存产生负面影响。
因此，了解这些化学物质的性质及其对养殖生物和人类健康的影响是非常重要的。
3、养殖水体中化学物质的污染防治和生态修复随着养殖业的不断发展，养殖水体中的化学物质污染问题也越来越严重。
因此，如何进行污染防治和生态修复是养殖水环境化学研究的重要内容之一。
例如，通过改善水体中的溶解氧含量、降低氨氮和亚硝酸盐的浓度等措施可以有效地防治养殖水体的污染。
三、养殖水环境化学的意义1、有利于保护水资源和生态环境随着养殖业的不断发展，养殖水体的污染问题也越来越严重。
通过研究养殖水环境化学，可以了解养殖水体中各种化学物质的性质及其对生态环境的影响，从而采取有效的措施进行污染防治和生态修复，保护水资源和生态环境。
2、有利于提高养殖生产效益和质量通过研究养殖水环境化学，可以了解各种化学物质对养殖生物生长和生存的影响，从而采取有效的措施调节水体中的化学物质含量，提高养殖生产效益和质量。
3、有利于保障人类健康和食品安全养殖水体中的化学物质不仅会对养殖生物产生影响，而且还会对人类健康和食品安全产生影响。
因此，通过研究养殖水环境化学，可以了解这些化学物质的性质及其对人类健康和食品安全的影响，从而采取有效的措施保障人类健康和食品安全。
水环境化学2000字介绍
水环境化学2000字介绍水环境化学是研究水圈中的化学物质在水中迁移、转化和积累的学科，涉及到水圈中的大气降水、地表水和地下水等各个领域。
随着人类活动对水环境的破坏日益严重，水环境化学的研究越来越重要。
本文将介绍水环境化学的基本概念、研究内容和应用价值，以及当前水环境化学研究的热点和挑战。
一、水环境化学的基本概念水环境化学是研究水圈中的化学物质在水中迁移、转化和积累的学科。
水圈中的化学物质包括自然因素和人类活动所排放的化学物质，如氮、磷、重金属、有机污染物等。
这些物质在水中会通过各种途径进行迁移和转化，例如通过地表水的流淌、地下水的渗透等方式进入水环境，也可以通过生物、化学等过程进行转化和降解。
水环境化学研究的主要目的是了解这些物质在水中的分布、迁移和转化规律，从而为环境保护和治理提供科学依据。
二、水环境化学的研究内容水环境化学的研究内容涵盖了水圈中的各个方面。
以下是一些主要的研究内容:1. 大气降水和地表水的化学组成及变化规律大气降水和地表水是水环境中最为重要的组成部分。
水环境化学研究大气降水和地表水的化学组成及变化规律，可以了解水圈中化学物质的分布和变化趋势，为环境保护和治理提供科学依据。
2. 地下水的化学组成及地下水污染修复地下水是许多城市和农村的重要水源，但是人类活动所排放的化学物质也可能导致地下水的污染。
水环境化学研究地下水的化学组成及地下水污染修复，可以帮助人们了解地下水的水质状况，制定有效的地下水污染防治措施，以及地下水的修复和治理方案。
3. 水环境中的生物群落和代谢过程水环境中的生物群落和代谢过程对水环境的化学稳定性具有重要影响。
水环境化学研究水环境中的生物群落和代谢过程，可以揭示人类活动对水环境中生物群落和代谢过程的影响，以及水环境中生物群落和代谢过程对化学物质的转化和降解作用。
三、水环境化学的应用价值水环境化学的研究可以为环境保护和治理提供科学依据，同时也具有广泛的应用价值。
以下是一些主要的应用价值:1. 水质监测水质监测是水环境化学研究中最基本的应用之一。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章水环境化学水是世界上分布最广的资源之一，也是人类与生物体赖以生存和发展必不可少的物质，但世界上可供人类利用的水资源很少，仅占地球水资源的0.64%。
水环境化学：是研究化学物质在天然水体中的存在形态、反应机制、迁移转化、归趋的规律与化学行为及其对生态环境的影响。
它是环境化学的重要组成部分，这些研究将为水污染控制和水资源的保护提供科学的依据。
第一节水的分布、基本特征及污染物存在形态一、水的特征与分布天然水中一般含有可溶性物质和悬浮物质（包括悬浮物、颗粒物、水生生物等）。
可溶性物质的组成十分复杂，主要是岩石在风化过程中，经水溶解迁移的地壳矿物质。
天然水中常见的八大离子占天然水中离子总量的95%－99%.总含盐量：TDS=[Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+ ] + [Cl- + SO42- + HCO3- + NO3-]（２）水中的金属离子水中金属离子的表示式常写成Ｍｎ＋，其水合离子的分子式一般写作Ｍ（Ｈ２Ｏ）ｘｎ＋。
金属离子在水中可以以多种形态存在，一般为Ｆｅ（ＯＨ）２＋，Ｆｅ２（ＯＨ）２４＋和Fe3+等形态存在。
水溶液中金属离子的表示式常写成Mn+，预示着是简单的水合金属阳离子M(H2O)xn+。
它可通过化学反应达到最稳定的状态，酸－碱、沉淀、配合及氧化－还原等反应是它们在水中达到最稳定状态的过程。
各种形态的浓度可以通过平衡常数加以计算，见书P148页。
（3）气体在水中的溶解性气体溶解在水中，对于生物种类的生存是非常重要的。
一般来说大气中的气体分子与溶液中同种气体分子存在一种平衡，浓度关系服从Henny定律。
X（g）X（aq）（4）水生生物水生生物可直接影响许多物质的浓度,其作用有代谢、摄取、存储和释放等。
自养生物：利用太阳能量和化学能量，把简单、无生命的无机一无机元素引进至复杂的生命分子中组成生命体，如藻类。
异养生物：利用自养生物产生的有机物作为能源及合成自身生命的原始物质。
藻类生成和分解是水体中进行光合作用（P）和呼吸作用（R）的一典型过程，可用简单化学计量关系来表征：106CO2 + 16NO3-+ HPO42-+122H2O +18H+（+痕量元素和能量）R PC106H263O110N16P + 138O2水体富营养化天然水的性质碳的地球化学循环：岩石圈↔水圈↔大气圈↔生物圈（1）碳酸平衡在水和生物体之间的生物化学交换中，CO2占有独特地位，对于调节天然水的pH值和组成起着重要作用。
在水体中存在CO2、H2CO3、HCO3-和CO32-几种化合形态。
封闭体系(溶解性CO2与大气没有交换)CO2 + H2O H2CO3*pK0=1.46H2CO3*HCO3- + H+pK1=6.35HCO3-CO32- + H+pK2=10.33K1=[HCO3-][H+]/ [H2CO3 *] ；K2=[CO32-][H+]/ [HCO3-]因为在封闭体系中，C T恒定，用α0、α1和α3分别上述三种化合物在总量中所占比例，可以给出以下三个表示式：α0= [H2CO3 *]/{[H2CO3 *] + [HCO3-] + [CO32- ]}α1= [HCO3-]/{[H2CO3 *] + [HCO3-] + [CO32- ]}α2= [CO32- ]/{[H2CO3 *] + [HCO3-] + [CO32- ]}即得：α0=(1+K1/[H+]+ K1K2/[H+]2)-1α1=(1+ [H+]/ K1+K2/ [H+] )-1α2=(1+ [H+]2/ K1K2+ [H+]/ K2 )-1开放体系CO2 在气相和液相处于平衡状态，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可表示为p CO2和pH的函数。
[CO2(aq)] = K H · p CO2C T = [CO2] / α0 = K H · p CO2/α0[HCO3-] = (α1/α0) K H · p CO2= K1 · K H · p CO2/ [H+][CO32-] = (α2 / α0 ) K H · p CO2 = K1 · K2 ·K H · p CO2/ [H+]2lg [CO2]= Log[1. 028×10－5]= -4.988 (p106)lg [HCO3-]= -11.338 + pHlg [CO32- ]= -21.668 + 2 pH推导过程作业比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]等可随pH 值变化，但总的碳酸量C T 始终不变。
而对于开放体系C T、[HCO3-]、[CO32-]均随pH值改变而变化，但[H2CO3*]总保持与大气相平衡的固定数值。
（p106）（2）天然水中的碱度和酸度A、碱度(Alkalinity)是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子的物质的总量。
组成水中碱度的物质可归纳为三类：强碱、弱减、强碱弱酸盐。
总碱度：用一个强酸标准溶液滴定，用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变成橙红色(pH约4.3)，停止滴定，此时所得的结果，也称为甲基橙碱度。
其化学反应计量关系式如下：H+ + OH-H2OH+ + CO32-HCO3-H+ + HCO3-H2CO3总碱度= [HCO3-] + 2 [CO32-] + [OH-] - [H+]酚酞碱度：滴定以酚酞为指示剂，当溶液pH 值降到8.3 时，表示OH- 被中和，CO32-全部转化为HCO3-，得到酚酞碱度表达式：酚酞碱度= [CO32-] + [OH-] - [H2CO3*] - [H+]苛性碱度：达到pH CO32-所需酸量时碱度，但不易测得。
苛性碱度= [OH-]- [HCO3-]-2 [H2CO3*] -[H+]= 2 酚酞碱度–总碱度B、酸度（Acidity)：指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H+ 或经过水解能产生H+ 的物质总量。
组成水中酸度的物质可归纳为三类：强酸弱酸和强酸弱碱盐。
无机酸度：以甲基橙为指示剂滴定到pH = 4.3无机酸度= [H+] - [HCO3-] - 2 [CO32-] - [OH-]游离CO2 酸度：以酚酞为指示剂滴定到pH = 8.3游离CO2 酸度= [H+] + [HCO3-] - [CO32-] - [OH-]总酸度：在pH=10.8 处得到，但此时滴定曲线无明显突越，难以选择合适的指示剂，故一般以游离CO2作为酸度主要指标。
总酸度= [H+]+ [HCO3-]+2 [H2CO3*] -[OH-]作业108 页应用总碳酸量（c T）和相应的分布系数（α）来表示：总碱度＝c T(α1+ 2α2) + K w/[H+] - [H+]酚酞碱度＝c T(α2- α0) + K w/[H+] - [H+]苛性碱度＝-c T(α1+ 2α0) + K w/[H+] - [H+]总酸度＝c T(α1+ 2α0) + [H+] - K w/[H+]CO2酸度＝c T(α0 - α2) + [H+] - K w/[H+]无机酸度＝-c T(α1+ 2α2) + [H+] - K w/[H+]•这里需要特别注意的是，在封闭体系中加入强酸或强碱，总碳酸量c T不受影响，•而加入[CO2]时，总碱度值并不发生变化。
这里溶液pH值和各碳酸化合态浓度虽然发生变化，但它们的代数综合值仍保持不变。
•因此总碳酸量c T和总碱度在一定条件下具有守恒特性。
天然水pH=7.0,碱度为1.4m mol/L, 为使pH=6.加入酸多少？总碱度= C T (α1+2α2) + K W /[H+] – [H+]C T=1/（α1+2α2）{[总碱度] + [H+] – [OH-]}令1/（α1+ 2α2）= α(表3－3）则C T = α[碱度]查表3-3（p110）α1 、α2，α= 1.22C T = 1.22×1. 4 = 1.71 m mol/L当加强酸使pH = 6.0，而C T不变时α= 3.25碱度= 1.71 / 3.25 = 0.526m mol/LΔA = 1.4-0.526 = 0.874m mol/L二、水中污染物的分布和存在形态P159（自学）P168 我国水中优先控制污染物的黑名单由于金属不可被微生物降解，所以一旦进入土壤环境，则很难去除。
在环境污染角度，重金属指对生物具有显著毒性的元素，如汞、镉、铅、锌、铜、钴、镊、钡、锡、锑等，从毒性角度通常将砷、铍、锂、硒、硼、铝等也包括在内。
所以重金属污染所指的范围较广。
重金属污染的特点：重金属大多为过渡元素，它们多有变价，有较高的化学活性，能参与多种反应和过程。
随环境的E h、pH、配位体的不同，常有不同的价态、化合态和结合态，形态不同重金属的稳定性和毒性也不同。
一、水-颗粒物间迁移1、水中颗粒物类别（p170）（1）金属水合氧化物Al 在水中的主要形态是Al3+、Al(OH)2+、Al2(OH)24+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等无机高分子。
Fe 在水中的主要形态是Fe3+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+、Al(OH)2+、Fe(OH)3、FeOOH等无机高分子。
H 4SiO4 聚合成无机高分子：Si n O2n－m(OH)2m。
（2）矿物微粒和粘土矿物：主要为石英（SiO2）、长石（KAlSi3O8）、云母及粘土矿物等硅酸盐矿物。
粘土矿物：具有胶体性质、片层结构（3）腐殖质：带负电的高分子弱电介质，富里酸、腐殖酸和腐黑物。
在不同pH 下，展现不同立体结构。
(P171也有介绍)（4）水体悬浮沉积物：粘土为核心骨架，金属氧化物及有机质结合在表面。
（5）其他：藻类、细菌、病毒和表面活性剂、油滴等。
2、水环境中颗粒物的吸附作用（1）几种吸附作用概念表面吸附：胶体表面具有巨大的比表面和表面能，胶体表面积越大，吸附作用越强。
离子交换吸附：环境中大部分胶体带负电荷，容易吸附各种阳离子。
胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子，这种作用称为离子交换吸附作用，属于物理化学吸附。
该反应是可逆反应，不受温度影响，交换能力与溶质的性质、浓度和吸附剂的性质有关。
•专属吸附：指在吸附过程中，除了化学键作用外，尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用。
该作用不单可以使表面点荷改变符号，还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。
专属吸附特点1、这种吸附作用发生在胶体双电层的stern层中，被吸附的金属离子进入Stern层后，不能被通常提取交换性阳离子的提取剂提取，只能被亲和力更强的金属离子取代，或是在强酸性条件下解吸。
2、它在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面也能进行吸附作用。