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。
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水环境化学Page 1 of 14第十二章 水环境中的溶解与沉淀教学一般要求 掌握：难溶氢氧化物溶解性与pH的关系。
难溶硫化物、难溶碳酸盐的溶解性与pH及CT的关系。
初步掌握：开放体系与封闭体系中碳酸钙的溶解平衡，水稳定性的概念与调整。
了解：Fe(OH)2与FeCO3溶解平衡图。
Fe(OH)2与FeCO3的分级沉淀和稳定性区域图的认识。
初步了解：Fe(OH)2与FeCO3稳定区域图的绘制。
FeS、Fe(OH)2与FeCO3的分级沉淀。
第一节 天然水中各类固体的溶解平衡 一、常见固体的溶解性（一） 天然水中溶解沉淀平衡的复杂性溶解―沉淀平衡是固一液两相间的平衡，反应发生在两相的界面上。
天然水是个组成复杂的体系， 增加了溶解―沉淀平衡的复杂性。
难溶电解质的溶解规律可以用溶度积原理描述，天然水中的溶解 平衡有以下特点： 1，反应的滞后性。
即平衡状态不是迅速达到，往往要滞后一段时间。
因此，在天然水中常常会 发现沉淀物的过饱和状态。
例如大洋表层水中的CaCO3一般都有一定的过饱和程度。
升高温度，有结 晶核及生物作用，均可加速反应的进行。
2，最先生成的沉淀不一定是最稳定的形态，而是反应速度快的形态。
这种形态经过一定时间的作 用，可以转化为更稳定的形态。
例如，硅酸盐在沉淀析出时首先析出的是蛋白石，而不是更稳定的 石英。
3，吸附沉淀作用和共沉淀作用的存在，这使沉淀反应生成的固相组成复杂，使远未达到溶度积的成 分也可沉淀析出。
天然水在地球化学循环过程中不断侵蚀陆地，使其风化产物转入水体，最后进入海洋。
其中80％左 右是悬浮物质，20％左右是溶解物质。
在条件变化时，溶解的物质可以发生沉淀，悬浮物质也可溶 解。
地面水中的主要离子成份就是径流在汇集过程中对岩石、土壤淋溶而形成的。
这些成分主要来 自沉积岩。
下面就天然水中较常见的沉淀物作简单介绍。
（二）硝酸盐、氯化物和硫酸盐在常见化合物中，硝酸盐几乎全部是易溶的，氯化物和硫酸盐绝大多数也是易溶的。
较常见的难溶 化合物有氯化银、氯化铅、硫酸铅、硫酸钡等。
它们的溶度积常数见表12－1。
另外，硫酸钙在水中 的溶解度也比较小（1.9g/L）。
铅虽然是比较常见的污染重金属，但它在海水中，大部分被转移到http://210.30.64.60/etc/jpk/huaxue/kejian/dishierz.htm2010-03-11水环境化学Page 2 of 14沉淀中，使毒性大大降低。
（三）氧化物和氢氧化物金属氧化物可以与水结合为氢氧化物。
难溶金属氢氧化物在水中的平衡和溶度积可用如下通式表 示：（为使讨论简化，以后均用浓度代替活度）Me(OH)nMen++nOH－ KSp＝[Men+][OH－]n （12－1）或者写成与H＋的平衡形式：Me(OH)n＋nH+Men++nH2O表12－1 常见难溶化合物溶度积 化合物 pKsp Ag2S AgCl AgOH 49.20 （方解石） 9.75 CaCO3（文石） 8.22 7.80 CaF2 CaSO4 CaCO3MgCO3 BaCO3 BaSO4 8.29 (白云石) 9.96 Cd(OH)2 CdCO3 CdS Cu(OH)2 13.66 11.20 FePO4 FeS 21.89 MnS（晶体） 12.60 ZnS 23.80 17.20MnS（无定形） 9.60 Pb(OH)2 PbCl2 14.93 4.79 Ca(OH)2 5.26 Ca3(PO4)228.70 CaCO3 8.54 16.7 FeCO3 10.50 MnCO3 10.74 ZnCO3 10.84 10.57 5.04 CuS Fe(OH)2 Fe(OH)3 35.20 MgCO3 7.46 PbS 27.89 15.10 MgCO33H2O 4.76 PbSO4 7.79 37.40 MgCO3H2O 4.54 Zn(OH)216.92 化合物 CaCO3 8.35 CuCO3 9.86 Mg(OH)2 10.74 PbCO3 13.13 pKsp 化合物 pKsp 化合物 pKsp 化合物 pKspAl(OH)3 32.8926.10HgS（黑色）52.40 19.30HgS（红色）51.80 （12－2）由式（12－2）得到，与氢氧化物平衡的金属浓度为 （12－3）http://210.30.64.60/etc/jpk/huaxue/kejian/dishierz.htm2010-03-11水环境化学Page 3 of 14图12－1 难溶金属氢氧化s物的溶解度 图12－2 氢氧化亚铁溶解区域图 式（12－3）表明达到溶解平衡时，水中[Men+]浓度的负对数与pH值呈直线关系。
这种关系可用pC－ pH图来表示，例如图12－1。
从图中可以看出，金属离子的价数相同，所得直线的斜率也相同。
图12—1绘制时没有考虑溶液中可能还有金属的羟基络合物生成。
如果有金属羟基络合物生成，则不 是直线关系，而是如图12－2的曲线关系。
在溶液中亚铁有三种离子（Fe2+、FeOH+ 和Fe(OH)3－）与 氢氧化亚铁平衡。
此图的绘制方法将在后面介绍。
（四）硫化物和碳酸盐1.硫化物 金属硫化物大部分是难溶的，溶度积很小。
FeS、MnS及CdS在盐酸中可以溶解，放出 H2S。
CuS、PbS及HgS在盐酸中难溶解，只在具有氧化性的强酸（例如硝酸）中溶解。
下面以2价金属硫化物为例，介绍硫化物的溶解平衡：MeSMe2++S2- ，[Me2+][S2-]＝Ksp常见金属硫化物的溶度积见表12－1。
硫化氢在水中的电离很微弱，在水中分二级电离，电离平衡常数分别为：Ka,1＝6.3×10－8 pKa,1＝7.2 ； Ka,2＝8.9×10－15 pKa,2＝14.0下面以硫化亚铁在水中的溶解性为例，讨论pH值对难溶硫化物溶解度的影响：FeSFe2++S2- [S2-][ Fe2+]＝Ksp＝10-17.2[S2-]＝CT,S(Ⅱ)×f2 （12－4）http://210.30.64.60/etc/jpk/huaxue/kejian/dishierz.htm2010-03-11水环境化学Page 4 of 14式中CT,S(Ⅱ)为硫化物各形态的总量，f2为S2-的分布系数 （12－5）式中Ka1，Ka2为H2S的一级二级电离平衡常数。
如果假定硫化物总量CT,S(Ⅱ)＝1.00×10－5mol/L则 （12－6）lg[Fe2+]＝9.0+lg([H+]2+10-7.2[H+]+10-21.2) （12—7） 作lg[Fe2+]―pH图，可得图12－3。
图中的曲线可近似看作由两条直线组成：左面的直线相当于式 （12—7）中括号内保留[H+]2项，其余两项忽略的情形。
右面的直线则是保留10-7.2[H+]项,忽略 [H+]和10-21.2两项的情形。
图12-3 硫化亚铁溶解度与pH的关系（不考虑生成FeOH+ 和Fe(OH)3-时 ）如果考虑到水中还有FeOH+ 和Fe(OH)3-生成，图形就比较复杂，这将在下面碳酸亚铁的平衡中介 绍。
2.碳酸盐 几乎所有的天然水中都含有碳酸盐。
能与碳酸根离子生成难溶沉淀物的金属很多，常见 难溶碳酸盐及其溶度积常数列于表12－1。
http://210.30.64.60/etc/jpk/huaxue/kejian/dishierz.htm2010-03-11水环境化学Page 5 of 14与硫化物类似，碳酸盐在水中的溶解度与pH有密切关系。
现以FeCO3为例，说明pH的影响。
此处先只 考虑与Fe2 +的平衡，暂时忽略生成FeOH+及Fe(OH)3-对平衡的影响：FeCO3Fe2++CO32-[Fe2+][CO32-]==10-10. 7 （12－8）式中f2为 CO32- 的分布系数，CTCO2为碳酸总量，将f2与碳酸的电离常数及pH的关系代入式(12— 8)，并假定CTCO2＝1.00×10－3mol/L,则有： （12－9） （12－10）依据式12－10，可以绘出lg[Fe2+]－pH图，例如图12－4中之Fe2+线。
水中碳酸总量CTCO2不同，曲线 的具体位置会上下移动。
浓度在此线之上，就会发生碳酸亚铁的沉淀；浓度在此线之下，就发生碳 酸亚铁的溶解。
图中还示出了CaCO3、ZnCO3的溶解曲线，曲线的形态与碳酸亚铁相同，因为方程的 形式完全一样，只是溶度积常数值不同。
曲线表明pH升高，发生碳酸盐沉淀的金属浓度降低。
三条 曲线在高pH区段都变成了水平直线，这是因为此时碳酸根离子的浓度已经都等于CT,CO2。
FeCO3和 ZnCO3的曲线有一段用的是虚线，表示曲线的实际走向与此有所不同。
因为此时铁和锌都有羟基络离 子生成，实际上曲线走向发生了变化。
有羟基络离子生成的碳酸亚铁的溶解度曲线将在分级沉淀中 讨论。
二、天然水中碳酸钙的溶解和沉淀碳酸钙的溶解和沉淀是在天然水中不断自然发生的过程，在天然水中有重要的作用。
了解这个平衡 规律，可以帮助我们理解水环境中的许多变化。
参与碳酸钙溶解平衡的，除了水中的Ca2+及CO32-外，还有游离CO2、HCO3－及H＋，均会间接影响平 衡。
对于开放体系，水中的溶解CO2，既与空气中的CO2有溶解－逸出平衡。
又参与水中CaCO3的溶解 －沉淀平衡，这形成了包括气－液－固三相的平衡体系。
对于封闭体系，不存在与气相的气体交 换，只需考虑固－液平衡。
两种平衡情况的规律不同，现分别加以讨论。
http://210.30.64.60/etc/jpk/huaxue/kejian/dishierz.htm2010-03-11水环境化学Page 6 of 14（一）封闭体系的碳酸钙溶解平衡封闭体系的特点是碳酸总量不变，在给定了CT,CO2值以后就与绘制FeCO3（未考虑存在铁的羟基离 子）的平衡图一样可以绘出CaCO3的平衡图，只是常数不同，这里不再赘述，只列出有关方程：Ca2++CO32-CaCO3[Ca2+][ CO32-]=Ksp(CaCO3)=10- 8.35 （12-11）将有关常数代入，整理可得： （12-11’）CT,CO2一定时，[Ca2+]与pH的关系如图12－4的Ca2+曲线。
CTCO2值的不同，可引起曲线上下移动。
从式12－11’可以看出，如果pH一定，则[Ca2+]与CTCO2的浓度成反比关系—碳酸总量越高，与其平衡 的Ca2+含量就越低。
体系在短时间发生的过程可近似用封闭体系中的过程来处理，因为CO2来不及逸 出或溶解。
图12－4 封闭体系碳酸盐的溶解平衡http://210.30.64.60/etc/jpk/huaxue/kejian/dishierz.htm2010-03-11水环境化学Page 7 of 14（二）开放体系中的碳酸钙溶解平衡开放体系中CTCO2不是恒量，由于与气相有CO2交换, CTCO2在不断变化。