第二章 水环境化学(天然水)1知识分享
水化学总复习知识点
第二章 天然水的主要离子
一、基本概念 硬度、暂时硬度、永久硬度、碱度、
海水主要离子组成的恒定性-海水化学的显著特征 二、硬度与养殖生产的关系；养殖水体对硬度的要求 三、淡水、海水碱度的构成； 四、碱度与养殖生产的关系；养殖水体对碱度的要求 五、硫在水中的转化： 六、天然水中K＋的含量一般远比Na+低的原因 七、盐碱地池塘水质特点及调控方法 八、硬度的计算
一、基本概念
溶解度、饱和度、饱和含量、浮头、泛池、氧盈、 氧债、窒息点
二、影响气体在水中溶解度的因素 三、池塘水体溶解氧的来源与消耗（来源排序，夜间耗氧因素） 四、池塘水体溶解氧的变化规律（水平分布、垂直分布的昼夜变化） 五、溶解氧的生态学意义（生物学意义，天然水缺氧状态下的水化学特征） 六、泛池的原因及预防措施 七、改善水体溶解氧状况的措施 八、沿岸养殖区底层水缺氧的原因 九、生产上经常在晴天中午前后开动增氧机的目的
矿化度测定的标准温度 三、含盐量与养殖生产的关系 四、海水的密度、盐度、温度间关系,海水密度测定的标准温度 五、海水冰点、蒸汽压、沸点与盐度关系
海水最大密度时的温度与盐度的关系：
{t最密}℃=3.975-0.2168S+1.282×10-4S 2 海水的冰点与盐度的关系：
{tf}℃=-0.0137-0.05199S - 7.225×10-5S 2
当tf = t最密时
解联立方程可以得到：
tf = t最密 = -1.35 ℃ S = 24.95
冰点、最大密度时的温度随盐度的变化
t最密
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
tf
tf = t最密 = -1.35 ℃ S = 24.95
海水密度测定的标准温度：17.5℃ 在其他温度下测定密度皆需换算成该温度下的密度 σ17.5=αt+K
第二章天然水主要离子化学
第一节 天然水成分的一般组成 第二节 几种离子在天然水中的化学行为 第三节 水环境化学研究方法 第四节 天然水分类 第五节 天然水的pH值、酸度和碱度
第一节 天然水成分的一般组成
• 天然水的化学成分指存在于水中各种元素的 离子、原子、分子、溶解和未溶解的气体成 分、天然和人工的同位素、复杂有机化合物、 活的或死的微生物（细菌）以及不同成分的 机械和胶体物质等。
Ca2 主要来源于石灰岩、铝硅酸盐、石膏；Mg 2 主要来源于白云岩、泥灰岩及基性岩等含镁较高 的岩石。通过淋溶作用进入水体。
二 天然水的一般成分
Na + 、 K + 广泛存在于天然水中， Na+ 与 Cl-相似，表征高矿化 水的主要阳离子，浓度可达几克，K + 很少，其含量一般只有钠 的 4%—10%。 Na + 、 K + 主要来自海相和陆相沉积中的钠盐钾 盐矿床及铝硅酸盐中各种长石这些矿物岩石经风化淋溶使 Na + 、 K + 进入水相并随水迁移。在迁移过程中某些钾化合物 被土壤胶体团粒吸附，并保存起来供植物吸收，土壤中保存的 钾与钠多得多，钾被植物吸收的量远超过钠，故有比较多的 Na+ 输入江河湖海，使水中 Na + 比 K + 含量大得多。
二 天然水的一般成分
生物成因物质主要是氮磷等物质，在天然水中氮
既可呈无机化合物态，又可呈现有机化合物状态，
含氮无机化合物有
NH
4
、
NO2
和
NO3
，这些离子间可
相互转化。氮的有机化合物主要指生物体由于有机氮化合物分解进入水中的。
磷化合物呈溶液状态的主要是
第二节 几种离子在天然水中 的化学行为
水环境化学天然水
水环境化学天然水xx年xx月xx日•天然水的化学特征•天然水中的有机物质•天然水中的无机物质•水环境的生态效应目•水环境的化学处理方法•水环境的保护和管理录01天然水的化学特征天然水中通常含有较高的溶解氧，是水生生物呼吸作用的重要条件。
溶解氧天然水中还含有一定量的二氧化碳，它对水的pH值和碳酸钙含量有重要影响。
二氧化碳溶解气体暂时硬度水中碳酸钙和碳酸镁溶解于水，形成的暂时硬度，当加热时硬度会减少。
永久硬度水中硫酸钙和氯化钙等溶解于水形成的永久硬度，即使加热也不会减少。
硬度电导率天然水的电导率受水中离子浓度、温度、压力等因素影响，是水质检测的重要指标。
电阻率天然水的电阻率与电导率密切相关，反映了水中离子浓度的变化情况。
电导率和电阻率氧化还原电位•氧化还原电位：天然水中存在的氧化剂和还原剂的相对浓度，反映了水的氧化还原状态，对水生生物的生存和污染物的转化有重要影响。
02天然水中的有机物质1腐殖质23腐殖质是指天然有机物质在水中分解后形成的产物，包括腐殖酸、富里酸等。
定义腐殖质的形成主要与水中动植物残体、微生物等有机物的分解有关。
形成腐殖质的存在对水环境中的溶解氧、pH值、水生生物等产生影响。
影响天然水中的生物体包括浮游生物、水生植物、底栖生物等，它们对水生态系统的平衡和稳定起着重要作用。
生物体天然水中的微生物包括细菌、原生动物、真菌等，它们对水中有机物质的分解和水质净化具有重要作用。
微生物生物体和微生物有机污染物是指天然有机物质中那些对人体健康和生态环境有害的物质，如农药、多环芳烃、二噁英等。
有机污染物定义有机污染物的来源包括工业废水、农业用药、城市污水等。
来源有机污染物对水生生物和人体健康产生严重影响，如引发癌症、神经系统损伤等。
影响03影响内分泌干扰物质可能引起人体生殖系统、神经系统、免疫系统等方面的健康问题。
内分泌干扰物质01定义内分泌干扰物质是指那些能够干扰人体内分泌系统正常功能的物质，如双酚A、邻苯二甲酸酯等。
2[1]. 水环境化学
![2[1]. 水环境化学](https://img.taocdn.com/s3/m/470b79d249649b6648d74794.png)
1. 水质物理指标 （1）Temperature （2）Odor and taste （3）Color （4）Suspend solid （5）Turbidity（vs. Transparency）
08:10:29
第二章
天然水的基本特征和水污染
2. 水质化学指标
（1）pH value
（2）Eh value（ORP） （3）Acidity and alkalinity
（pH＝4.4），得到无机酸度；如果滴定
以酚酞作为指示剂，滴到溶液有无色变为
粉红色（pH＝8.3），得到游离CO2酸度；
当滴到无色（pH＝10.8），得到总酸度。
08:10:29
第二章
天然水的基本特征和水污染
OH- + H+ H2O x OH-+H2CO3 HCO3-+ H2O y y OH-+ HCO3- CO32- + H2O z+y
测定碱度时，一般用强酸标准溶液滴定，以甲基橙 为指示剂，滴到溶液由黄色变成橙色为止，此时所 得的结果称为总碱度，也称甲基橙碱度。 H+＋OH- H2O x H+ ＋ CO32- HCO3y y H+＋HCO3- H2CO3 z＋y 总碱度＝ [OH-]＋2[CO32-]＋[HCO3-]－[H+]
08:10:29
第二章
天然水的基本特征和水污染
河水中最常见的阴离子HCO3-，最常见的阳离子 是Na＋、Ca2+。
08:10:29
第二章
天然水的基本特征和水污染
湖水中含有钙、镁、钠、钾、硅、氮、磷、锰、 铁等元素。
08:10:29
第二章
天然水的基本特征和水污染
水环境化学讲义精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版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＝【M Zi】/|Zi| ，摩尔浓度【M Zi】＝|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。
水化学：第二章 天然水的主要理化性质
（四）水具有很强的溶解与反应能力
水是一种溶解能力极强的溶剂 水的介电常数很大，使溶质在水中具有很大的电离度
（五）水具有很大的表面张力
特点：水(除汞)具有最大的表面张力，达72.75 dyn•cm-1 其他液体通常只有20-50 dyn•cm-1。
作用：显著的毛细、润湿和吸附作用 对于陆地和水域中生物的生命活动具有重要的意义
透过可见光和长波段紫外线，使在水
7
体深处可发生光合作用
第二节 天然水的化学组成
按不同组分含量与性质的差异，以及与水生生物的关系 天然水的化学成分分为六类：
常量元素 溶解气体 营养元素 有机物质 微量元素 有毒物质
8
一、常量元素
淡水中的八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、 SO42-、Cl-
10
三、营养元素
主要元素： N、P、Si（与水生生物生长有关的一些元素） 存在形式：多以复杂的离子形式或有机物的形式存在于水体
中，在水中含量通常较低，受生物影响较大，有时 又称为“非保守成分”或“生物制约元素”
11
四、有机物
分类： 颗粒态有机物 溶解态有机物
含量：较低，通常是无机成分的万分之一，一般1L水中仅几mg 成分：复杂，种类繁多，如糖类、脂肪、蛋白质及降解有机物
端为正极）
3
水分子的结构
4
三、水的异常特性
（一）水在通常条件下呈液态
水通常呈三种物理状态，即液态、气态和固态
（二）水的温度－体积效应异常
纯水结冰时体积不是收缩而是膨胀 在0-3.98℃，随着温度的升高，水的体积反而缩小（ 3.98℃时水的体积最小，密度最大）
（三）水的比热容非常大
水环境化学知识点总结
易水解的有机污染物：卤代烷烃 酰胺 胺 羧酸酯 氨基甲酸盐 环氧化物 腈类 有机磷酸酯 尿素类 磺 酸酯 酐
29、简述有机配位体对水体中重金属迁移的影响。
答：水溶液中共存的金属离子和有机配位体经常 生成金属配合物，这种配合物能够改变金属离子 的特征从而对重金属离子的迁移产生影响，起通 过影响颗粒物对重金属的吸附和影响重金属化合 物的溶解度来实现。
19、微生物代谢途径：〔1〕通过酶催化的亲核 水解反响〔2〕利用氧的亲电行为的氧化反响〔3〕 通过氢化物亲核行为或复原金属的复原反响〔4〕 加成反响或自由基H提取和富里酸加成反响
20、降水中主要的阴离子有 硫酸根离子 、氯离 子 、硝酸根离子 、亚硝酸根离子 。
21、pH<pK1 6.35时，溶液中主要以H2CO3*为 主； pH>pK2 10.33时，溶液中主要以CO32-为主； pH介于pK1与pK2之间时，溶液中主要以HCO3为主。
14、沉淀物中重金属重新释放诱发因素：①盐浓 度升高：碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在 固体颗粒上的金属离子交换出来。②氧化复原条 件的变化：有机物增多，产生厌氧环境，铁猛氧 化物复原溶解，使结合在其中的金属释放出来。 ③pH值降低：氢离子的竞争吸附作用、金属在低 pH值条件下致使金属难溶盐类以及配合物的溶解。 ④增加水中配合剂的含量：天然或合成的配合剂 使用量增加，能和重金属形成可溶性配合物，有 时这种配合物稳定性较大，以溶解态形式存在， 使重金属从固体颗粒上解吸下来。
13、腐殖质的组成：由生物体物质在土壤、 水体和沉积物中经腐败作用后的分解产物， 是一种凝胶性有机高分子物质。分为腐殖 酸：溶于稀碱但不溶于酸的局部；富里酸： 即可溶于碱又可溶于酸的局部； 腐黑物：
天然水的组成及性质PPT课件
• 营养方式，可将细菌分为自养菌和异养菌两类。 • 按照有机营养物质在氧化过程（即呼吸作用）中所利用的受氢体种类， 还可
将细菌分为：①好氧细菌 ②厌氧细菌 ③兼氧细菌
第30页/共90页
(2)藻类
• 藻类是在缓慢流动水体中最常见的浮游类植物。
• 按生态观点看，藻类是水体中的生产者，它们能在阳 光辐照条件下，以水、二氧化碳和溶解性氮、磷等营 养物为原料，不断生产出有机物，并放出氧。合成有 机物一部分供其呼吸消耗之用，另一部分供合成藻类 自身细胞物质之需。在无光条件下，藻类消耗自身体 内有机物以营生，同时也消耗着水中的溶解氧，因此 在暗处有大量藻类繁殖的水体是缺氧的。
第15页/共90页
淡水中的主要无机络合物 浓度：-logM
离子 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ H+ 自由离子
Байду номын сангаас
HCO36.3 － 4.9 5.9 － 2.70
CO327.6 － 5.2 5.8 － 4.97
SO426.4 6.9 4.8 5.1 9.6 3.75
自由离子 3.30 4.00 3.17 3.54 8.0 －
第34页/共90页
• 利用太阳能从无机矿物合成有机物的生物体 称为生产者，水体产生生物体的能力称为生 产率，生产率是由化学及物理的因相结合而 决定的。
• 在高生产率的水体中藻类生产旺盛，死藻的 分解引起水中溶解氧水平的降低，这就是水 体的富营养化。
第35页/共90页
2.2.2 天然水体中化学物质的存在形态
• 第一节 水的分子结构与性质 • 第二节 天然水的组成 • 第三节 天然水的演化及其特征
第1页/共90页
水环境化学复习-第一二章
绪论：水质系：水及其中溶存的物质构成的体系构成水质系1、 天然水质系的构成：⑴天然水的主要成分极其复杂性：①物质种类繁多且含量悬殊。
②溶解物质分散程度复杂。
③存在各种生物。
⑵天然水的化学成分的形成：①大气淋溶②从岩石土壤中的淋溶③生物作用④次级反应与交换吸收作用⑤工业废水、生活污水和农业退水2、水环境化学：是研究天然水体化学物质的来源、存在形态、迁移转化、生态效应及污染水体治理的一门科学。
3、水环境化学课程内容：：①水环境化学成分的动态规律②水质控制方法③水质化验技术第一章:天然水的主要理化性质1、哪些可以反应天然水含盐量的参数？特点是？ 常有离子总量、矿化度、盐度、氯度① 离子总量：指天然水的各种离子的含量之和。
常用mg/L 或mmol/L 或g/kg 、mmol/kg 单位表示②矿化度：矿化度是水中所含无机矿物成份的总量。
本书指用过氧化氢氧化后蒸发,在105～110℃干燥剩余的残渣,然后称重,即用蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量.在蒸发过程中往往有损失，所以矿化度〈水中的离子总量.③ 氯度:海水样品的氯度相当于沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯标准银的质量与改海水样品质量之比的0.3285234倍，用10-3作单位,Cl 符号表示。
④ 海水的盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部转化成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含固体质量与海水的质量之比，以10-3作单位，用S ‰（千分号）表示.S ‰=0.030+1。
80655Cl ‰（盐度和氯度的关系)离子总量〉矿化度>盐度 其他如海水的折光率，海水的密度等这些都与海水含盐量密切相关。
离子总量、矿化度概念较多用来反映内陆水的含盐量；盐度、氯度则是反映海水含盐量的参数。
2、天然水的化学分类方法 ⑴按照矿化度的分类方法淡水 矿化度<1g/L （1g/L 是基于人的味觉，当大于1g/L 时,人感觉咸味） 微咸水 1-25g/L （ 25g/L 是微咸水和海水的分界线） 具海水盐度的水 25-50g/L 盐水 〉50g/L⑵按主要离子成分的分类——阿列金分类法（要知道用符号表分类） ① 含阴离子最多的分为三类：P23 搞清类，组,型A 将HCO 3-和1/2CO 32- 才，统称为碳酸盐类,用符号C 表示 ： b 1/2SO 42-为一类，为硫酸盐类，用符号S 表示； c Cl -为一类，称氯化物类,用符号Cl 表示天然水 质系天然溶存物质 人工源污染物 水悬浮物胶态物溶解物质{}{}3310103285234.0--=Ag W Cl②含阳离子最多分为三组:Ca-钙组、Mg-镁组、Na，K-钠组③阴阳离子比例分为四个型：每组仅有三个型的水存在.一单位电荷为基本单元④> 在每一组内一般只能有其中3个型的水存在。
水环境化学-第二章 天然水的主要理化性质(专业知识模板)
第二章天然水的主要理化性质第一节天然水的盐度、密度和化学分类一、天然水的含盐量（一）天然水的含盐量反应天然海水含盐量的参数通常有离子总量、矿化度、盐度和氯度。
1、离子总量：天然水中各种离子成分含量的总和即离子总量。
常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg表示。
电荷平衡理论（Cation-Anion Balance)：天然水中，所有阳离子所带的正电荷与所有阴离子所带的负电荷相等。
依据该理论，可粗略分析化学分析的准确性。
例：某同学分析一未知水样，得到121mg/L 碳酸氢根，28mg/L 硫酸根，17mg/L Cl-, 39 mg/L Ca2+, 8.7 mg/L Mg2+, 8.2 mg/L Na+和1.4mg/L K+。
此分析准确吗？单位换算ppt（part per thousand）相当于g/L 或g/kgppm（part per million ）相当于mg/L或mg/kgppb（part per billion）相当于ug/L 或ug/kg2、矿化度：矿化度也是反映水中含盐量的一个指标，是指“蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量”。
测定时要用过氧化氢氧化水中可能含有的有机物，在105-110℃烘干剩余的残渣至恒重，然后称重。
3、海水的氯度：原始定义：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。
用Cl‰符号表示。
新定义：沉淀0.3285234千克海水中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。
用Cl符号表示，无量纲单位为1x10-3。
4、盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部变成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物质的质量与海水质量之比，以10-3或‰表示。
用S‰表示。
✓根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的公式：S‰ = 0.030 + 1.8050 Cl‰，在六十年代以前得到国际上的广泛应用。
天然水的性质和组成
pK2 = 10.33
K2
=
[CO32 − ][H + ] [HCO3− ]
封闭体系的水溶液
形态分数：
α0
=
⎡⎣ H 2CO3∗ ⎤⎦
⎡⎣ H 2CO3∗ ⎤⎦ + ⎡⎣ HCO3− ⎤⎦
+
⎡⎣CO32− ⎤⎦
=
1
1
+
[
K1 H+
]
+
K1K 2 [H + ]2
α1=⎡⎣ H 2来自O3∗ ⎤⎦⎡⎣ HCO3− ⎤⎦ + ⎡⎣ HCO3− ⎤⎦
无生命的无机物元素引进至复杂的 生命分子中即组成生命体。
异养生物 利用自养生物产生的有机物作为能
源及合成它自身生命的原始物质。 21
如藻类的生成和分解 106CO2+16NO3+HPO42-+122H2O+18H++ (痕量元素)
(respiration) R P (photosynthesis)
开放体系碳酸平衡
考虑到CO2在气液相之间的平衡
[H2CO3*] 不变。根据亨利定律：
[CO2(aq)] = KH Pco2
[ ] CT
=
CO2
α0
=
1
α0
K H PCO2
开放体系碳酸平衡
[HCO3− ] [H 2CO3*]
=
K1 [H + ]
⇒ [HCO3− ]
=
[
K1 H+
]
⋅
[
H
2
CO3
*]
2.3.1 碳酸平衡
¾CO2在水中形成酸，可同岩石中的碱性物 质发生反应，并可通过沉淀反应变为沉积物 而从水中除去。
第二章-环境水化学1
常用来作为表征水体主要化特征性指标。 天然水中常见的主要离子总量可以粗略地作为 水的总含盐量（ＴＤＳ）： ＴＤＳ＝［ K+＋Na+＋Ca2+＋Mg2+］＋ ［HCO3-＋CL-＋SO42-］
（２）水中的金属离子：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。 水中可溶性金属离子可以多种形态存在
第十四课
疑点
影响吸附作用的因素很多，首先是 溶液pH值对吸附作用的影响。其次 是颗粒物的粒度和浓度对重金属吸 附的影响。 3.沉积物中重金属的释放 重金属从悬浮物或沉积物中重新释 放属于二次污染问题，诱发释放的 主要因素有：
（1） 盐浓度升高 （2） 氧化还原条件的变化 （3） 降低pH值 （4） 增加水中配合剂的含量 除上述因素外，一些生物化学迁移过程也能引起 金属的重新释放，从而引起重金属从沉积物中迁 移到动、植物体内—可能沿着食物链进一步富集， 或者直接进入水体，或者通过动植物残体的分解 产物进入水体。
重点
（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．例如鱼需要溶解 氧，在污染水体许多鱼的死亡，不是由于污染物的 直接毒性致死，而是由于在污染的生物降解过程中 大量消耗水体中的溶解氧，导致它们无法生存． 大气中的气体分子与溶液中同中气体分子间的 平衡为： Ｘ（g） Ｘ（ag） 它服从亨利定律，即一种气体在液体中的溶解度正 比于液体所接触的该种气体的分压．
(重点、难点)
如果滴定是以酚酞作为指示剂，当溶液的pH值达 到8.3时，表示OH-被中和，CO32-全部转化为 HCO3-，作为碳酸盐只中和了一半，因此，得到 酚酞碱度的表示式： 酚酞碱度= [ CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+] 达到pHco32-所需酸量时的碱度称为苛性碱度。 苛性碱度= [OH-]-[HCO3-]-2[ H2CO3*]- [H+]
水环境化学最全总结
[CO2]+[HCO3-]=1.24×10-5mol/L
第三章 天然水溶液中化学平衡
第一节 水环境中溶解—沉淀平衡 本节重点：溶解—沉淀、活度计算 一、溶度积与溶解度 二、同离子效应与盐效应 三、活度及活度系数 活度系数计算，一般用德拜—休克尔方程计算：
[HCO3-] = [H2CO3*]·K1 / [H+]
[CO3-2] = [HCO3-]·K2 / [H+] = [H2CO3*]·K1·K2 / [H+]2
设： a0 = a1 = a2 =
[ H2CO3* ] / CT [ HCO3- ] / CT [ CO3-2 ] / CT
CT =
[H2CO3*]（1+
“ΔHf”表示。注（ 元素和稳定单质标准生成焓为零。 ） 反应标准焓：标准状态下，某一反应的焓变化。用“ΔHr”表示。
二、自由能
ΔHr = ΣΔHf（生成物） - ΣΔHf（反应物）
标准生成自由能：标准状态下，最稳定的单质生成 1mol 纯物质时自由能的
变化 。用“ΔGf”表示。 注（ 元素和稳定单质标准生成自由能为零。 ） 反应标准生成自由能：标准状态下，某一反应的自由能变化。用“ΔGr”
1、水中碳酸存在形式
[碱度]=[ HCO3-]+2[CO3-2]+[OH-]-[H+]
水中的碳酸以三种化合态形式存在：
①游离碳酸： c(H2CO3*)=c[CO2(aq)]+[H2CO3]=c(CO2(aq)) ②重碳酸： HCO-
③碳酸：
CO3-2
2、封闭碳酸体系
CO2(g)
+
02水环境化学(天然水)解析
• 浅层地下水（ -6.90‰ ～ -7.48‰ ）
• 地下热水δD与城市雨水值非常接近 • 北京东南部地下热水由大气降水所补给。
表达稳定同位素的分馏的参数--- δ值（常用）
• 国际原子能机构于1968年决定采用维也纳标
准平均海水（Vienna standard mean ocean water, V-SMOW）为标准，来定义天然水稳 定同位素的比率相对于V-SMOW的千分差δ 。
采用平均摩尔质量25g/mol。
海 水
（1）重碳酸根（ HCO3- ）、碳酸根（ CO32- ）
• HCO3-是天然淡水中所含的主要无机阴
离子。
• 来源：碳酸盐矿物与含有CO2的水作用
而形成的
• 缓冲能力、天然水的pH调节、总碱度、
水的肥力
（2）氯（
• 来源：
Cl
）
• 各种岩石中氯化物的溶解 • 在天然水中分布广泛 • 含量差别大
水的总溶解性固体含量 （TDS，total dissolved solids）
• TDS=[Cl-+SO42-+HCO3-]+[Na++K++Ca2++Mg2+]
• 根据世界主要河流河水的元素组成，迄今
对全球河水的平均化学组成已有数次估计。 最新的估计是，全球河水总溶解盐（TDS） 的中位数为127.6mg/L，流量加权平均为 93.8mg/L；其中Ca2+为主要阳离子， HCO3-为主要阴离子。
=1.0×10-10时, μ＝4.8D
HI HBr
0.79
HCl
1.03
NH3
1.66
H2O
1.84
2.水环境化学第2章
Shanghai Normal University
第2章 天然水的组成与性质
• 生产率：利用太阳能从无机矿物合成有机物的生 物体称为生产者，水体产生生物体的能力称为生 产率，生产率是由化学及物理的因素相结合而决 定的。
• 水体的富营养化：在高生产率的水体中藻类生产 异常旺盛，水中溶解氧水平的降低，这就是水体 的富营养化。
溶解氧的浓度 (DO)：决定水体中生物的范围
和种类的关键物质是氧，氧的缺乏使水生生物死 亡，氧的存在杀死许多厌氧细菌， 因此水中溶 解氧的浓度 (DO) 是天然水体的重要参数。
Shanghai Normal University
第2章 天然水的组成与性质
4．有机物
腐殖质：在动植物参体腐败的过程中，还有 相当一部分难以降解的物质，如油类、蜡、 树脂、木质素等，这些残物与微生物的分泌 物相结合，常形成一种褐色的或黑色的无定 型胶态复合物，通称称为腐殖质。
+ + Al(H 2O) 3 6 ， H 3O 也比较普遍。
第2章 天然水的组成与性质
水的生物效应
• • • • • 因其高沸点、高熔点——使它以液体氢化物的状态存在； 蒸汽热高——不易大量气化； 比热大，温度体积效应异常——生物才能在水中过冬； 体积小而极性大——可以溶解绝大多数生物分子和无机盐； 有自电离趋势——可调节水溶液酸碱度，维持生物化学反应的 合适条件。
Shanghai Normal University
第2章 天然水的组成与性质
水受热温度升高
分子热运动使分子间 距离增大，导致水的 体积膨胀，密度减小
Shanghai Normal University
若干氢键解体使单体 水分子有可能填充 到原来空隙中去，水 分子间空隙减小 密度增大
水环境化学天然水
扩散和对流是水中物质传 输的重要机制。
03
天然水中的主要离子成分
天然水中的阴离子成分
01
碳酸根离子（CO32）
来自碳酸盐岩类的溶解和有机质的分 解。
02
硫酸根离子（SO42）
主要来自岩石风化和含硫有机质的分 解。
03
硝酸根离子（NO3）
来自含氮有机质的分解和工业废水。
天然水中的阳离子成分
钠离子（Na+）
有机物质
天然水中还含有各种有机物质，如 腐殖质、氨基酸、蛋白质等。
天然水的化学特性
PH值
天然水的PH值通常在6.5~8.5之 间，呈中性或弱碱性。
电导率
天然水的电导率反映了水中溶 解离子浓度，影响水的导电性
。
氧化还原电位
天然水的氧化还原电位可以反 映水中的氧化性和还原性，影 响水中化学反应的方向和速率
水环境的监测与分析
通过对水体和水源进行定 期监测，了解水质状况， 及时发现和解决水环境问 题。
水质监测
污染源监测
对污染源进行监测，了解 污染物的排放情况，为采 取有效的污染控制措施提 供依据。
水环境的污染治理与修复
采取工程技术、政策法规 、行政管理和公众参与等 多种手段，减少或消除水 体中的污染物。
有机氯
主要包括氯代烷烃和氯代苯等 ，主要来源于农药、化学品的
生产和使用。
有机磷
主要包括磷酸盐、有机磷农药等 ，主要来源于化肥、洗涤剂、农 药等生产和使用。
有机硫
主要包括硫化物、亚硫酸盐等，主 要来源于化工、造纸等生产过程。
水环境中无机污染物质
硝酸盐
主要来源于食品、医药等行业 的生产和使用，可导致人体健
主要来自岩石风化，其次是工业废水。
- 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)。
例如，我国学者在研究北京地区地下热水 时发现，北京城区东南部地下热水中
氘同位素的浓度（δD）值（以海水为 基准所
作的比较）为-6.33‰ ～ -7.78‰ ，与
城区雨水（ -6.33‰ ～ -7.48‰ ）、
河水（ -6.90‰ ～ -7.48‰ ）及
浅层地下水（ -6.90‰ ～ -7.48‰ ）中的氘同 位素的浓度（δD）值非常接近。因此该学 者认为，北京东南部地下热水由大气降水所 补给。
和化学性质上的差异，称为同位素效应。
• 例如D2O的蒸发热、沸点、表面张力、密度等都比 H2O高。
• 同位素效应 •
• 同位素分馏
• 同位素分馏是指在一系统中，某元素的同位素 以不同的比值分配到两种物质或物相中的现象。
一般认为，蒸发作用是促成水的同位素分馏 的主要过程。 • • 由于重水的蒸汽压比普通水的蒸汽压略低，所以 在蒸发区（如大洋水）重水的成分稍高。 • 由水蒸汽凝结生成的雨水中重水的成分较低。 • 南极的冰是地球上最轻的水。
表达稳定同位素的分馏的参数--- δ值（常用）
国际原子能机构于1968年决定采用维也纳标 准平均海水（Vienna standard mean ocean water, V-SMOW）为标准，来定义天然水稳 定同位素的比率相对于V-SMOW的千分差δ 。
维也纳标准平均海水（V-SMOW）是一个假想的标准，其 “绝对”同位素比值被定义为
• 物质的介电常数是指两个带电体在真空中与在该物质中静电作用 力大小之比。例如水的介电常数为78.5，表明一对阴、阳离子在 真空中的离子间引力是它们在水中的78.5倍。
•• 库仑定律应用于溶液中的离子时，可表示为：
f
q1q2
r 2
• 式中：f为正负离子间的静电引力；q1,q2为两种离 子的电荷；r为离子间距；ε为溶剂的介电常数。
D D
D H 样品 H V SMOW 1000
D H V SMOW
反映待测物质中某元素的两种稳定同位素的比值与一标准物质 中同一元素的两种同位素的比值之间的差异。
若一个样品的δO18值为-5.0‰ ，即表示该样品的 n(18O)/ n(16O)值较标准样品的比值低5/1000.
范德华力：通常小于5kJ/mol 氢键：18.8kJ/mol H-O键：460kJ/mol
每个水分子可以同邻近的 4 个水分子 形成 4 个氢键。
因为每个水分子在正极一方有两 个裸露的氢核，在负极一方有两对 孤对电子，每个水分子可以把两个 氢核交出，同时又可以由两对孤对 电子接收氢核。
在固体水（冰） 分子的结构中，氢 键的数目达最高饱 和值，使分子排列 成为六方晶系晶格， 与液体水分子的结 构相比，固体水 （冰）的结构较为 疏松，其密度由 1.0g·cm-3降至 0.92g·cm-3 。
•
（7）水的同位素组成(P16)
自然界中， 氢有2种稳定同位素，H1、H2（称为氘，D） 氧有3种稳定同位素，O16、O17、O18
自然界的水实际上是 HO16H HO18H HO17H HO16D HO18D HO17D DO16D DO18D DO17D
9 种水的混合物。
其中， HO16H是常说的普通水分子，含量为 99.745%(摩尔分数），其余为重水。
2H/1H=(155.76± 0.10) × 10-6 18O/16O=(2005.20± 0.43) × 10-6 17O/16O=(373± 15) × 10-6
O /O 的千分差： 18 16
O18
O18 O16
样品Biblioteka O18 O16V SMOW
1000
O18 O16
V SMOW
D/H的千分差：
•【 蒸汽压：一定温度下，液体和它的蒸汽处于平衡状态时蒸汽所具有的 压力称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。】
• 自然界中哪个元素 的同位素分馏最大？？ •• 分馏的大小与同位素相对质量差成正比。
• H和D的相对质量差是所有元素的同位素中最大 的，因此自然界中氢同位素分馏也最大，一般 比其它元素的同位素分馏大一个数量级。
• 第二章 天然水的组成 和性质
• 2.1 水的分子结构与性质 • 2.2 天然水体的组成和分类 • 2.3 各类天然水的水质特点
• 2.1 水的分子结构与性质
一、水分子的结构(两个重要特点） 1、水分子有很强的极性：
（1）键角104.5° （2）电负性：
O：3.5；H：2.1 （3）水分子的偶极矩
• 6）水具有很高的介电常数，比任何其他纯液体 高。绝大部分离子化合物可以在水中电离。
• 介•电常数是度量物质极性大小的一个有用的参数。在化学中,介
电常数是溶剂的一个重要性质,它表征溶剂对溶质分子溶剂化以 及隔开离子的能力。
• 水分子的强极性使它能与带电荷的离子和分子发生相互结合的作 用。水化作用是一种强烈的放热过程，释放的能量足以克服离子 间彼此的作用力。
很大，为1.84D (德 拜）。
偶极矩
若正电(或负电)重心上的电荷的电量为 q , 正负电重心之间的距离为 d (称偶极矩长),
则偶极矩为: μ＝ qd
μ以德拜(D)为单位, 当 q = 1.62 库仑 ( 电子所带电 量 ), d = 1.0 时, μ ＝ 4.8 D
2. 水分子之间有很强的氢键。
二 水的特性及其意义
•• 1、水的物理性质 1）高沸点、高熔点 2）蒸发热高 3）水在4℃时密度最大； 4）水具有突出的界面特性，水的表面张力大。
• •5）除极少数液体和固体（如液氨、液氢）外， 水的比热容比任何其他液体和固体都高。
比热容(specific heat capacity)又称比热容量(specific heat)， 简称比热容，是单位质量物质的热容量，即是单位质量物体改 变单位温度时吸收或释放的热能。
我们该喝什么？-------- 重水 OR 轻水？
• 英研究称喝重水可以延 长人10年寿命（图片来自
英国《每日邮报》网站）
信息来源：科学网（2008）
Super light water 105 500ml,¥1,250 （日元）
• 由不同的同位素组成的分子之间存在相对质 • 量差。这种质量差异所引起的该分子在物理