水环境化学1.pptx
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酚酞碱度=[OH-]+[CO32-]-[H2CO3*] – [H+] （由 HCO3-的质子条件PBE导出
[H+] = [OH-] + [CO32-] - [H2CO3*] ）
用碳酸平衡系数来表示： 总碱度 = CT (α1+ 2α2) + KW /[H+] – [H+] 酚酞碱度 = CT (α2 - α0) + KW /[H+] – [H+]
▪ 注意这里“溶解度”概念和基础化学有所 区别。
▪ 在实际应用中，人们常常控制水体的pH， 使其中的重金属离子生成氢氧化物沉淀， 以除去废水中的重金属。
碳酸各组分的分布情况？
水体中的碳酸平衡： CO2 H2O H2CO3* pK 1.46 H 2CO3* H HCO3 pK 6.35 HCO3 H CO32 pK 10.33
（1）封闭体系
CO2在气液界面的平衡 时间需要数日，若所考
虑到的溶液反应在数小
时之内完成，则视为封
闭体系。封闭体系内的
pH
1
7.0 74
1.49
0.5
2
7.0 277
5.56
1.92
▪ 地面水的缓冲容量是有限的，当实测 pH<4.5或者>10.8时，表明水体已经受到 强酸和强碱的污染。
3.3.3 沉淀与溶解（教材90页+戴树桂教材）
▪ 涉及污染物：重金属污染物 ▪ 涉及环境要素：水、碳酸组分、H2S
溶解和沉淀是污染物在环境中迁移的重要途径，一 般金属化合物在水中的迁移能力可以直观的用溶 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。
可溶性铅物种 [Pb(II )T ] * Ks0[H ]2 * Ks1[H ] Ks2 8Ks3[H ]1
图 PbO的溶解度 （图的推导）
说明
▪ 氧化物和氢氧化物具有两性特性，能与质 子或者氢氧根离子反应，存在一个pH，在 此pH值下溶解度最小。在碱性或者酸性更 小的pH区域，溶解度都变得更大。
3.3 水体中污染物的迁移和转化
主要内容
▪ 本节主要介绍污染物在水体中迁移和转化 的基本作用方式。
▪ 3.4节是研究典型污染物（重金属、营养元 素和难降解有机污染物等）在水体中的具 体行为，可能涉及本节中介绍的多种迁移 和转化方式。
பைடு நூலகம்化
化学与物理化 学作用
生物与生物化 学作用
污染物
无机污染物
有机污染物
（酸度及酸度的推导，教材89页，由于同样的原因 总酸度也不能测定）
除pH<4.5的水样外，一般用碱度表示水样的酸 碱性！！
例题
▪ 例1：某水体 pH=8.00,碱度=1.00×10-3 mol.L-1，计算该水体中各碱度成分的浓度。
▪ 例2：天然水pH=7.0,碱度为1.4 m mol.L-1, 为使pH=6.加入酸多少？
天然水体的缓冲能力
大多数天然水体的pH值在6-9之间，HCO3占优势，是一个很好的缓冲体系，假如仅考 虑碳酸体系控制水体pH值，在pH < 8.3时 （仅考虑碳酸的第一级离解）：
pH
pK1
lg
[H 2CO3 ] [HCO3 ]
若向水中投入ΔB量的碱性废水
pH
pK1
lg
[ H 2CO3 [HCO3
色，CO32-转变为HCO3-。两 色变为红色， HCO3-
次滴定耗用的标准酸量之和 转变为H2CO3*。三次
叫做酚酞碱度。
滴定的标准酸量之和
叫做总碱度。
总碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [ OH-] – [H+] （ 由H2CO3的质子条件PBE导出 [H+] = [OH-] + [ HCO3-] + 2[CO32-]）
有机污染物和无机污染物在水环境中的迁移转 化行为差别很大！！
表 有机物在水环境中的迁移和转化方式
无机污染物
有机污染物
沉淀与溶解
水解
氧化还原
配位 吸附与解吸
吸附与解吸
分配 挥发
光解
生物降解
3.3.1 碳酸平衡（教材80、88页）
水体中可能存在的碳酸组分： CO2、 H2CO3 、 HCO3-、 CO32- ，常把CO2和 H2CO3 合并为 H2CO3*，实际上H2CO3 、 含 量较低，主要是溶解性气体CO2。
pH=6
pH=10 pH=10.3
图 开放体系的碳酸平衡
3.3.2 天然水的碱度和酸度及缓冲能力
（教材88页）
▪ 碱度（alkalinity）：接受质子的总物质的 量，包括强碱、弱碱及强碱弱酸盐。
▪ 酸度 Acidity：给出质子的总物质的量，包 括强酸、弱酸及强酸弱碱盐。
▪ 酸度和碱度的测量方法：酸碱滴定，双指 示剂法。
一、金属氧化物和氢氧化物
▪ 在研究氧化物和氢氧化物的溶解度问题的 时候，应该考虑这些固体与羟基金属离子 配合物的平衡。
金属离子
氧化物 氢氧化物
羟基 配合物
氧化物
PbO(s) 2H Pb2 H2O lg* Ks0 12.7 PbO(s) H PbOH lg* Ks1 5.0 PbO(s) H2O Pb(OH )20 lg Ks2 4.4 PbO(s) 2H2O Pb(OH )3 H lg*Ks3 -15.4
10.8
8.3 4.5
图 含碳酸水的中和曲线
用酸滴定pH>10.8的碱性水样
e点，pH=10.8，水中强碱部分全 部被酸溶液中和，所耗用的标准 酸量叫做苛性碱度。但是由于中 和曲线突跃不明显，也没有合适 的酸碱指示剂确定终点，苛性碱 度不能测定。
加入酚酞。c点，pH=8.3, 加入甲基橙。a点，
酚酞指示剂由红色变为无 pH=4.5，甲基橙由黄
B] B]
pH
pH
pH
lg
[H2CO3] [HCO3 ]
B B
lg
[H2CO3 ] [HCO3 ]
缓冲容量 cB cA
pH pH 使水溶液体系的pH值上升一个单位所需加入的 强碱的量。
表 水样缓冲容量与碳酸浓度的关系
水样号
pH
[HCO3-] mg.L-1
总无机碳cT
cA
(10-3 mol.L-1)
碳酸各组分总量守恒。
图 碳酸化合态分布图
(代表三种化合态在总量中所占的比例)
表 25 ℃碳酸平衡系数
（续表）
（2）开放体系
CO2在气相和液相之间 达到平衡，当研究过程 是长期的，例如一年期 间的水质组成，则作为 开放体系处理。开放体 系内[H2CO3*]不变。在 天然条件下，开放体系 是实际存在的，而封闭 体系是开放体系趋向平 衡过程中的一个微小阶 段。
[H+] = [OH-] + [CO32-] - [H2CO3*] ）
用碳酸平衡系数来表示： 总碱度 = CT (α1+ 2α2) + KW /[H+] – [H+] 酚酞碱度 = CT (α2 - α0) + KW /[H+] – [H+]
▪ 注意这里“溶解度”概念和基础化学有所 区别。
▪ 在实际应用中，人们常常控制水体的pH， 使其中的重金属离子生成氢氧化物沉淀， 以除去废水中的重金属。
碳酸各组分的分布情况？
水体中的碳酸平衡： CO2 H2O H2CO3* pK 1.46 H 2CO3* H HCO3 pK 6.35 HCO3 H CO32 pK 10.33
（1）封闭体系
CO2在气液界面的平衡 时间需要数日，若所考
虑到的溶液反应在数小
时之内完成，则视为封
闭体系。封闭体系内的
pH
1
7.0 74
1.49
0.5
2
7.0 277
5.56
1.92
▪ 地面水的缓冲容量是有限的，当实测 pH<4.5或者>10.8时，表明水体已经受到 强酸和强碱的污染。
3.3.3 沉淀与溶解（教材90页+戴树桂教材）
▪ 涉及污染物：重金属污染物 ▪ 涉及环境要素：水、碳酸组分、H2S
溶解和沉淀是污染物在环境中迁移的重要途径，一 般金属化合物在水中的迁移能力可以直观的用溶 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。
可溶性铅物种 [Pb(II )T ] * Ks0[H ]2 * Ks1[H ] Ks2 8Ks3[H ]1
图 PbO的溶解度 （图的推导）
说明
▪ 氧化物和氢氧化物具有两性特性，能与质 子或者氢氧根离子反应，存在一个pH，在 此pH值下溶解度最小。在碱性或者酸性更 小的pH区域，溶解度都变得更大。
3.3 水体中污染物的迁移和转化
主要内容
▪ 本节主要介绍污染物在水体中迁移和转化 的基本作用方式。
▪ 3.4节是研究典型污染物（重金属、营养元 素和难降解有机污染物等）在水体中的具 体行为，可能涉及本节中介绍的多种迁移 和转化方式。
பைடு நூலகம்化
化学与物理化 学作用
生物与生物化 学作用
污染物
无机污染物
有机污染物
（酸度及酸度的推导，教材89页，由于同样的原因 总酸度也不能测定）
除pH<4.5的水样外，一般用碱度表示水样的酸 碱性！！
例题
▪ 例1：某水体 pH=8.00,碱度=1.00×10-3 mol.L-1，计算该水体中各碱度成分的浓度。
▪ 例2：天然水pH=7.0,碱度为1.4 m mol.L-1, 为使pH=6.加入酸多少？
天然水体的缓冲能力
大多数天然水体的pH值在6-9之间，HCO3占优势，是一个很好的缓冲体系，假如仅考 虑碳酸体系控制水体pH值，在pH < 8.3时 （仅考虑碳酸的第一级离解）：
pH
pK1
lg
[H 2CO3 ] [HCO3 ]
若向水中投入ΔB量的碱性废水
pH
pK1
lg
[ H 2CO3 [HCO3
色，CO32-转变为HCO3-。两 色变为红色， HCO3-
次滴定耗用的标准酸量之和 转变为H2CO3*。三次
叫做酚酞碱度。
滴定的标准酸量之和
叫做总碱度。
总碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [ OH-] – [H+] （ 由H2CO3的质子条件PBE导出 [H+] = [OH-] + [ HCO3-] + 2[CO32-]）
有机污染物和无机污染物在水环境中的迁移转 化行为差别很大！！
表 有机物在水环境中的迁移和转化方式
无机污染物
有机污染物
沉淀与溶解
水解
氧化还原
配位 吸附与解吸
吸附与解吸
分配 挥发
光解
生物降解
3.3.1 碳酸平衡（教材80、88页）
水体中可能存在的碳酸组分： CO2、 H2CO3 、 HCO3-、 CO32- ，常把CO2和 H2CO3 合并为 H2CO3*，实际上H2CO3 、 含 量较低，主要是溶解性气体CO2。
pH=6
pH=10 pH=10.3
图 开放体系的碳酸平衡
3.3.2 天然水的碱度和酸度及缓冲能力
（教材88页）
▪ 碱度（alkalinity）：接受质子的总物质的 量，包括强碱、弱碱及强碱弱酸盐。
▪ 酸度 Acidity：给出质子的总物质的量，包 括强酸、弱酸及强酸弱碱盐。
▪ 酸度和碱度的测量方法：酸碱滴定，双指 示剂法。
一、金属氧化物和氢氧化物
▪ 在研究氧化物和氢氧化物的溶解度问题的 时候，应该考虑这些固体与羟基金属离子 配合物的平衡。
金属离子
氧化物 氢氧化物
羟基 配合物
氧化物
PbO(s) 2H Pb2 H2O lg* Ks0 12.7 PbO(s) H PbOH lg* Ks1 5.0 PbO(s) H2O Pb(OH )20 lg Ks2 4.4 PbO(s) 2H2O Pb(OH )3 H lg*Ks3 -15.4
10.8
8.3 4.5
图 含碳酸水的中和曲线
用酸滴定pH>10.8的碱性水样
e点，pH=10.8，水中强碱部分全 部被酸溶液中和，所耗用的标准 酸量叫做苛性碱度。但是由于中 和曲线突跃不明显，也没有合适 的酸碱指示剂确定终点，苛性碱 度不能测定。
加入酚酞。c点，pH=8.3, 加入甲基橙。a点，
酚酞指示剂由红色变为无 pH=4.5，甲基橙由黄
B] B]
pH
pH
pH
lg
[H2CO3] [HCO3 ]
B B
lg
[H2CO3 ] [HCO3 ]
缓冲容量 cB cA
pH pH 使水溶液体系的pH值上升一个单位所需加入的 强碱的量。
表 水样缓冲容量与碳酸浓度的关系
水样号
pH
[HCO3-] mg.L-1
总无机碳cT
cA
(10-3 mol.L-1)
碳酸各组分总量守恒。
图 碳酸化合态分布图
(代表三种化合态在总量中所占的比例)
表 25 ℃碳酸平衡系数
（续表）
（2）开放体系
CO2在气相和液相之间 达到平衡，当研究过程 是长期的，例如一年期 间的水质组成，则作为 开放体系处理。开放体 系内[H2CO3*]不变。在 天然条件下，开放体系 是实际存在的，而封闭 体系是开放体系趋向平 衡过程中的一个微小阶 段。