水环境化学
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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知识交流
之，pE越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。
(2)氧化还原电位E和pE的关系
Ox ＋ne→Red
(1)
根据Nernst方程
E＝E0-(2.303RT/nF)lg[Red]/[Ox] (2) 当反应达平衡时，定义
E0＝(2.303RT/nF) lgK
(3)
从上述化学方程式(1)，可写出
K= [Red]/{[Ox][e]n }
如果考虑到羟基配合作用，那么金属氧化物或氢氧化物的 溶解度（MeT）表征为：
MeT = [ Mez+ ] +∑[ Me(OH)nz-n ]
固体的氧化物和氢氧化物具有两性的特征，它们和质子或 羟基离子都发生反应，存在一个pH值，在该值下溶解度为最 小值。在碱性或酸性更强的pH值区域内，溶解度都会变得更 大。
因此，在 H2S 和硫化物均达到饱和的溶液中，溶液重金属离子 的饱和浓度为： [Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp [H+]2/Ksp´ =Ksp [H+]2/（0.1K1K2）
3、碳酸盐
——多相平衡，pH通过控制碳酸根浓度影响沉淀平衡
封闭体系： 只考虑固相和液相，把 H2CO3* 当作不挥发酸类处理。
吸附量随粒度增大而减少，并且当溶质浓度范围固定 时，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。
温度变化、几种离子共存（竞争作用）等。
3、沉积物中重金属的释放——属于二次污染问题
诱发释放的主要因素有： （1）盐浓度升高：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）氧化还原条件的变化：有机物增多，产生厌氧环境、铁锰氧 化物还原溶解，使结合在其中的金属释放出来。
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。
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
纯水封闭体系中金属碳酸盐的溶解度
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+
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.
下，颗粒产生不同的速度而发生碰撞和絮凝。 此时絮凝速度为：
• 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
• 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
水环境化学
1.水温的垂直分布有明显的季节特点1）冬季的逆分层期2）春季的全同温期3）夏季的正分层期（停滞期）4）秋季的全同温期2.硬度硬度是指水中的二价及多价金属离子含量的总和。
3.水硬度单位的换算关系1mmol/L=2.804O H C=50.05mg/(CaCO3)4.天然水硬度的分类德国度（O H C）极软水0~4软水4~8中等软水8~16硬水16~30极硬水30以上5.养殖用水碱度的适宜量以1~3mmol/L较好。
除天然浓度较低者外，为了保护淡水生物，以CaCO3表示的碱度应不小于20mg/L。
四大家鱼养殖用水的碱度的危险指标值是10mmol/L。
6.海水主要离子组成的恒定性海水中的主要成分的含量比例几乎是恒定的，只是盐分含量总值不同。
原因：大洋海水通过潮汐、环流、垂直流及风浪长期不断的混合作用，是主要成分混合均匀，且因水体体积大，分钟欧诺个变化因素都很难明显改变各组分的比例关系。
7.影响气体在水中溶解度的因素1）温度：一般温度升高气体在水中的溶解度降低。
2）含盐量：当温度、压力一定时，水含盐量增加，会使气体在水中的溶解度降低。
3）气体分压力：在温度与含盐量一定时，气体在水中的溶解度随气体的分压增加而增加。
8.影响气体溶解速率的因素1）气体的不饱和程度2）水的单位体积表面积3）扰动状况9.日较差：溶解日变化中，最高值与最低值之差称为昼夜变化幅度，简称“日较差”。
日较差的大小可反映水体产氧与耗氧的相对强度.10.必需元素是直接参与生物的营养、其功能不能被别的元素替代、生物生命活动不可缺少的元素。
11.藻类对营养盐的吸收特点通常把天然水中的溶性氮、磷、硅的无机化合物称为水生植物营养盐。
12.天然水中氮的来源和转化1）氮化作用含氮有机物在微生物作用下分解释放氨态氮的过程。
2）同化作用水生植物通过吸收利用天然水中的NH+4(NH3)、NO-2、NO-3等合成自身的物质。
3）硝化作用在通气良好的天然水中，经硝化细菌的作用，氨可进一步被氧化为NO3。
第三章-水环境化学(第一次课)
次要离子：Fe2+、CO32－、HSiO3－、NO2－、 HPO42－、H2PO4－、PO43－
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
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
总含盐量(TDS)：
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)
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
水环境可根据其范围的大小分为区域水环境（如流域水环境、城市 水环境等）、全球水环境。对某个特定的地区而言，该区域内的各 种水体如湖泊、水库、河流和地下水等是该水环境的重要组成部分 ，因此，水环境又可分为地表水环境和地下水环境。地表水环境包 括河流、湖泊、水库、池塘、沼泽等；地下水环境包括泉水、浅层 地下水和深层地下水等。
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
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)
水环境中污染物种类繁多，一般分为两大类：
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。
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
pressure
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
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
水环境化学
一、名词解释 1、水环境化学：研究化学物质在水环境中的存在(包括浓度、形态和分布)、行为(包括迁移、 转化和归宿)、效应(环境效应和生态效应)及其控制原理和方法的学科。 2、介电常数：是物质相对于真空来说增加电容器电容能力的度量。 3、水分循环：地球上的水连续不断地变换地理位置和物理形态的运动过程。 4、岩石的化学风化：岩石圈深部高温、高压、缺氧、缺水、缺 CO2 条件形成的火成岩， 进入地表在低温、低压、有氧、水, CO2 、生物有机体条件下失去平衡被破坏分解的过程。 5、水合作用：水分子通过渗透等作用结合到矿物质晶格中，形成不同数量水分子的晶体。 6、氧化作用：含有还原性元素的岩石、矿物，在与空气接触过程中，被氧化形成可溶性盐。 7、水解作用：岩石中矿物质在水和 CO2 共同作用下，发生水解反应形成可溶性盐。 8、同成分溶解反应：比较典型的同成分溶解反应有 CaCO3 在碳酸体系中的溶解反应。 9、复氧作用：空气中氧溶入天然水进行补充或水中氧逸出。 10、生化需氧量 BOD：在水温为 20℃的条件下，由于微生物(主要是细菌)的生活活动，将 有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量，称为生物化学需氧量或生化需氧量。 11、总需氧量 TOD:Total Oxygen Demand 在 900℃高温下，以铂作催化剂，使水样氧化燃 烧， 用吸收剂吸收测定气体载体氧的减少量， 作为有机物完全氧化所需的氧量称为总需氧量。 12、总有机碳 TOC:Total Oxygen Carbon：在 900℃高温下，以铂作催化剂，使水样氧化燃 烧，测定气体中 CO2 的增量，从而确定水样中总的含碳量，表示水样中有机物总量的综合 指标。 13、溶解氧（Dissolved Oxygen ） ：是指溶解在水中的分子氧。主要来源于大气复氧及水生 藻类等的光合作用。 14、水体污染：由于人类活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，使水和 水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种现 象称为水体污染。 15、水体自净：指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降 低，经一段时间后恢复到受污染前状态的过程。 16、物理自净：污染物进入水体后，可沉性固体逐渐沉至水底形成污泥，悬浮物、胶体和溶 解性污染物则因混合稀释而逐渐降低浓度。 17、化学自净：污染物进入水体后经络合、氧化还原、沉淀反应等而得到净化。 18、生物自净：在生物的作用下，污染物的数量减少，浓度下降，毒性减轻或消失. 19、富营养化：是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、 河 口、海湾等缓流水体，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化， 鱼类及其它生物大量死亡的现象。 20、 有毒污染物质： 是指进入生物体后累积到一定数量能使体液和组织发生生化和生理功能 的变化，引起暂时或特久的病理状态，甚至危及生命的物质。 21、 优先污染物： 指在众多的污染物中筛选出的潜在危险大的作为优先研究和控制对象的污 染物，亦称优先控制污染物。 22、控制断面：是为了解特定河段水质污染状况而设置的采样断面。一般设在污水与河水充 分混合后的下游。 23、 自净断面： 指河水与污水混合流经一定距离, 由于河流自净作用使污染物浓度逐渐降低, 水质状况达到基本稳定的断面。自净断面应设在某河段最后一个排污口以下相当距离处。 24、综合模拟方法：将水环境当作多组分多相体系进行热力学平衡计算。这种计算会涉及大 量的同时达到化学平衡的关系式，需要考虑的联立方程很多，有时甚至数化学反应动力学：是研究反应进行的条件 ---温度、压力、浓度、介质以及催化剂等对 化学反应过程的影响， 以揭示化学反应的历程和所研究物质的结构与它们反应能力之间的关 系。 26、化学迁移动力学：主要研究化合物通过水 /气、水 /固、水 /生物、气 / 土、气 /生物、水 / 生物界面的运动，其运动的过程和速度受控于化合物自身的性质（蒸汽压、溶解度、辛醇水分配系数等） 。根据化合物的性质，可以预测化合物在环境各相之间的迁移。 27、酸碱电离理论（阿氏水离子论） ：在水溶液中解离时所生成的正离子全部是 H+的化合 物是酸；所生成的负离子全部是 OHˉ的化合物是碱。 28、Lewis 酸碱电子理论： 凡是可以接受电子对的物质称为酸， 凡是可以给出电子对的物质称为碱。 29、酸碱质子理论：凡是能给出质子任何的分子或离子都称为布郎斯特酸. 30、共轭酸碱对：酸与对应的碱的通过质子传递而相互依存、相互转化的关系称为酸碱共轭 关系。 酸失去质子后形成的碱被称为该酸的共轭碱； 碱结合质子后形成的酸被称为该碱的共 轭酸。共轭酸与它的共轭碱一起称为共轭酸碱对。 31、拉平效应：溶剂使物质的相对酸碱性区分不出来的作用，称为溶剂的拉平效应。该溶剂 称为拉平溶剂。 32、区分效应：溶剂能使物质的相对酸碱性区分出来的作用，称为溶剂的区分效应。该溶剂 称为区分溶剂。 33、酸度和碱度：酸度：给出质子物质的总量 碱度：接受质子物质的总量 34、水的碱度：指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受 H+的物质总量。 苛性碱度：当滴定到 CT= [CO32-], 这时, 所有的 OH - 被 H+中和, 称为苛性碱度。 酚酞碱度： 当继续滴定到 CT = [HCO3-], 这时, 所有的 CO32-也都被 H+中和, 因此称为 碳酸盐碱度。 总碱度（甲基橙碱度） ： 当继续滴定到 CT,CO3 = [H2CO3*], 这时, 所有的 HCO3-也都 被 H+中和，至此，所有对碱度有贡献的物种都被 H+中和，因此称为总碱度。 35、酸度：能与强碱发生中和作用的全部物质，包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐。 无机酸度：以甲基橙做指示剂，消耗的碱量。 酚酞酸度：以酚酞做指示剂，消耗的碱量。 CO2 酸度：酚酞酸度减去无机酸度。 总酸度：当用标准碱溶液进行中和滴定到 pH=10.8 时，所消耗的酸量。 36、缓冲溶液：能够抵抗外加少量酸、碱或稀释，而本身 pH 值不发生显著变化的作用称缓 冲作用。具有缓冲作用的溶液叫缓冲溶液。 37、氧化还原反应 ： 一种物质被氧化，另一种物质被还原的反应。 失去电子的反应就是氧化反应 得到电子的反应就是还原反应 38、标准电极电位：指在 25 ℃、有关物种活度都为 1 时的电极电位。 39、电子活度 40、决定电位：若某个单体系的含量比其它体系高得多，则此时该单体系电位几乎等于混合 复杂体系的 pE，该电位称之为“决定电位” 。 41、折点氯化：把加氯量超过折点的氯化称为“折点氯化” 。 42、固氮：分子氮被固定为有机氮。 硝化：氨被氧化为硝酸盐； 硝酸盐的还原：硝酸盐被还原为氧化价态较低的氮化合物； 反硝化：硝酸盐或亚硝酸盐被还原为 N2。
(完整版)第三章水环境化学
化学反应平衡：
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
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
工业废水：废水中污染物浓度大；废水成分复杂且不易净化； 很多工业废水带有颜色或异味，或呈现出令人生厌的外观，易 产生泡沫，含有油类污染物等；废水水量和水质变化大；某些 工业废水的水温高，甚至有高达40℃以上。
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
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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K1=[HCO3-][H+] / [H2CO3 *] ； K2=[CO32-][H+] / [HCO3-]
在封闭体系中用a0 a1 a2分别代表上述三种 化合态在总量中所占比例，则：
若用CT表示各种碳酸化合态的总量,在封闭体系中 ，CT恒定 0 =[H2CO3*]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ 1 =[HCO3-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ 2 =[CO32-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ 则有[H2CO3*]=CTa0，[HCO3-]=CTa1和[CO32-]=CTa2
pCO2 =(1.0130-0.03167)×105×3.14×10-4 = 30.8 (Pa) [CO2(aq)] = KH · pCO2 = 3.34×10-7×30.8 = 1.028×10-5 mol· L-1 CO2在水中解离部分可产生等浓度的H+和HCO3- ， H+和 HCO3-的浓度可已从CO2的酸度解离常数K计算出
第三章
水环境化学
数量特点: 总量大、人均少 空间分布:南多北少、东多西少；北方、西 北干旱地区严重缺水； 时间分配:夏秋多、冬春少；年际变化大
世界上可供人类利用的水资源仅 占地球水资源的0.64%但是人类 各种水体所占比例： 活动还使大量污染物排入水体， 造成水体污染，水质下降，因此 96.53 % 水资源的保护非常重要。
(1)、天然水中的主要离子有 Ca2+、Mg2+、Na+、K+、 Cl-、SO42-、HCO3CO32-为天然水中常见八大离子，占天然水中离子 总量的95%--99%。
优势离子 海水 淡水 Na+ >Mg2+ >Ca2+ ； Cl- >SO42- >HCO3Ca2+ >Mg2+ >Na+； HCO3- >SO42- > Cl海水 淡水 有机质 <2mg/L >2mg/L
水资源状况
0.94%
2.53%
1.74%
0.76%
永冻土底冰 湖泊淡水 土壤水
0.03%
海洋水 湖泊咸水和地下咸水 淡水 冰川 地下淡水 其他淡水
大气水 沼泽水 河水 生物水
合理利用和保护水资源
水循环
1：构成水循环的主要过程： 蒸发、蒸腾、凝结、降水、渗透、径流 2：水循环的驱动力： 水汽输送 太阳能
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。 酸度的主要形态为： H+ 、 H2CO3*、 HCO3-
组成水中酸度的物质可归纳为三类：
强酸：盐酸、硫酸硝酸等
弱酸：二氧化碳及碳酸、硫化氢、蛋白质及各种有
机酸等
强酸弱碱盐：FeCl3、Al2（SO）4
即得：
α0=(1+K1/[H+]+ K1K2/[H+]2)-1 α1=(1+ [H+]/ K1+K2/ [H+] )-1 α2=(1+ [H+]2/ K1K2+ [H+]/ K2 )-1
a%
100 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12 14
pH
CO2 + H2CO3
HCO3-
天然水的分布
储存地 海 洋 冰 地下水 湖 泊 存水量(kg) 1.391021 2.921019 8.301018 2.301017 6.2 水的停留时间(year) 37600 15000
大 气
江 河
1.301016
1.251015
0.028
0.0337(=12天)
天然水的储量约为1428 1018 千克，江河水约占千万分之 九，储量最小，海洋水占97.3%。
当温度从0 ℃升到35 ℃时，氧在水中的溶解度将从 14.74mg/L降低到7.03mg/L。
CO2 的溶解度（P150）
CO2在干燥空气中的含量为 0.0314% ，水 在25℃时的蒸汽压为0.03167×105 Pa，CO2的 亨利定律常数为3.34×10-7 mol/L.Pa。则CO2 在水中的浓度为：
pK1
pK2
H2CO3
H+
cT
H2CO3＊ HCO3P
CO32-
OH-
真实H2CO3 pH 开放体系的碳酸平衡
• 比较开放体系和封闭体系的区别。 封闭体系
CT不变； 但是[H2CO3*]、 [HCO3-]、 [CO32-]随着pH的改变 而改变，
开放体系
[H2CO3*] 不变； 但是CT、[HCO3-]、 [CO32-]随着pH的改变 而改变，
天然水中溶解的气体有氧气、二氧化碳、氮气、甲 烷等。 亨利定律：X(g) X(aq) 表示：大气中的气体分子与溶液中的同种分子
间的平衡 气体在大气和水之间的分配达到平衡时，符合： [G(aq)]=KH×pG KH –各种气体在一定温度下的henry定律常数
pG--各种气体的分压
P149 列出了一些气体的亨利定律常数。
水中可溶性金属离子可以可以多种形式存在。 例如：Fe3+可以Fe(HO)2+、 Fe(HO)2+ Fe2(HO)24+和Fe3+等形式存在。
（3）、气体在水中的溶解性
溶解在水中的气体对于水中生物生存 非常重要，例如鱼类在水体中生活时，要从 周围水中摄取溶解氧，经体内呼吸作用后， 又向水中放出二氧化碳。 在污染水体中许多鱼的死亡，不是由于 污染物的直接毒性致死，而是由于在污染物 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。
二、水中污染物的分布和存在状态
水体污染：主要是由于人类活动排放的污染物 进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，使水 和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成 发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种 现象称为水体污染
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。
氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含
盐量有关。在1.0130×105Pa、25℃饱和水中溶解度为 8.32mg/L。
水在25℃时的蒸气压为0.03167×105Pa。而空气中氧的含量 为20.95%，氧的分压为： pO2=(1.10310 – 0.03167) ×105×0.2095 = 0.2065×105（Pa） 代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为： [O2(aq)]=KH · pO2=1.26×10-8×0.02065×105=2.6×10-4(mol/l) 氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32mg/L(2.64×10-4×32×10-3)
CO32-
碳酸化合态分布图
• 一般封闭体系的pH范围为4.3---10.8， •水样中含强酸时， pH<4.3,此时水样一 般仅有[H2CO3*] •水样中含有强碱时， pH>10.8,此时水样 中一般仅有[CO32-]； •图中pH=8.3可以作为一个分界点， •pH<8.3，a2很小[CO32-]可忽略不计，水 中只有[CO2(aq)]、 [H2CO3]、[HCO3-]; •当溶液的pH>8.3时[H2CO3*]可以忽略不计， 水中只存在[HCO3-] [CO32-]。
开放体系
封闭体系没有考虑溶解性CO2与大气交换 过程，实际上，根据气体交换动力学，CO2在 气液界面的平衡时间需数日。因此若需考虑 的溶液反应在数小时之内完成，就看成封闭 体系。反之，如果所研究的过程是长期的， 例如一年期间的水质组成，则认为CO2与水是 处于平衡状态，可以更近似于真实情况。
pK
（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。水生生态系统中生存的生 物体可分为自养生物和异养生物 自养生物：利用太阳能量和化学能量，把无机物 引入 复杂生命分子中组成生命体(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 P C106H263O110N16P + 138O2
氧气溶解度随着温度的变化：
Lg(C2/C1) = △H / (2.303R) ( 1/T1 - 1/T2 )
C2 H 1 1 lg ( ) C1 2.303R T1 T2 C1 , C2 热力学温度为T1 , T2时气体在水中的溶解度 ； H 溶解热，J/mol R 气体常数,8.314J/mol K
HCO3--CO32-体系可用下面的反应和平衡常数表示：
封闭体系的碳酸平衡 根据碳酸平衡的一般反应方程，假如将水中 溶解的H2CO3*作为不会发的酸，由此构成了封 闭体系，在海底深处，地下水（一些封闭的岩 溶洞）、锅炉水和实验实水样中可能遇见这样 的体系。
溶解性CO2 与大气没有交换
封闭体系(溶解性CO2 与大气没有交换) CO2 + H2O H2CO3* HCO3H2CO3* HCO3- + H+ CO32- + H+ pK0=1.46 pK1=6.35 pK2=10.33
10%
地表蒸发
降水
蒸发
地表径流 地下径流
降水 90%
第一节 水的基本特征及污染物存在 形态
一、天然水的基本特征
水分子特性
（1）高熔点(melting point)和高沸点(boiling point)