水化学成分组成
2 第三章 地下水的无机化学成分
第三章地下水中的无机化学成分地下水是一种复杂的溶液，地下水中含有70多种元素，地下水中的无机化学成分，按其存在形式和数量可分为四组：（1）大量组分一般含量大于100mg/L，主要是常规的离子形式，Cl－、SO2－4、HCO－3、CO3－、Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋等，另外H+、、NH4+、NO2－、NO3－、H3SiO4－Fe3+、Fe2+等也列入大量组分。
大量组分决定水化学类型。
（2）微量组分一般含量小于10mg/L，常见的是Br、I、F、B 、Mo 、Li 、Cu、Pb 、Zn、P、As、Sr、Ba 、Ni 、Co等数十种。
微量组分不决定水化学类型。
（3）放射性组分U 、Th、Ra、Rn等。
（4）气体组分N2、O2、CO2、CH4、H2S、H2等。
第一节地下水中的大量组分一、氯离子（Cl－）1、迁移性能Cl－具有很强的迁移性能，其原因有三个方面：（1）不形成难溶化合物，Cl－离子与水中大量组分的阳离子（K、Na、Ca、Mg）所形成的化合物溶解很大，例如，30o C时，CaCl2=1020mg/L，NaCl=361.5mg/L，MgCl2=553mg/L。
（2）不被胶体所吸附。
（3）不被生物所吸附。
2、分布规律地下水中的Cl－含量从几mg/L至100mg/L以上均有。
地下水中的Cl－含量随地下水矿化度的增高而增高。
在高矿化度水中，占阴离子首位，形成氯化物水。
3、来源主要有三个方面：（1）有机来源：三废水、化肥、农药、动物及人类的排泄物。
（2）无机来源：盐矿、含盐的沉积物、岩浆岩中含Cl矿物、火山喷出物等。
（3）大气降水：二、硫酸根（SO42－）1、迁移性能迁移性能较强，仅次于Cl －。
SO 42－的迁移性能受下列四个因素控制： （1）水中SO 42－易与Ca 2＋、Ba 2＋、Sr 2＋等离子形成难溶盐。
（2）热带潮湿地区土壤中的Fe(OH)2－、Al(OH)22＋胶体可以吸附SO 42－。
水化学第二章_天然水的主要理化性质
透明度与水的光学分层
人们把光照充足，光合作用速率大于呼吸作用速率 的水层，称为真光层。在这水层中植物光合作用合 成的有机物多于呼吸作用消耗的有机物，有机物的 净合成大于零，这一水层又称为营养生成层。而光 照不足，光合作用速率小于呼吸作用速率的水层， 称为营养分解层，这一水层的植物不能正常生活， 有机物的分解速率大于合成速率。而有机物的分解 速率等于合成速率的水层深度称为补偿深度。不同 光照条件下，补偿深度不同。同时，补偿深度还与 水温、藻类种类组成等因素有关。北方冬季冰下浮 游植物多由适低温、弱光照的种类组成，水温又很 低，因而补偿深度较大，有时可达1.52m（雷衍之， 1985）。
水是最常见的物质，但它有许多异常特性。 见表1。水的特性与 水的分子结构相关。水分子有呈四面体结构的倾向， 是具有很大偶极 矩的极性分子。这样的一个水分子就有可能通过正、负电间静电引力 与邻近的四个水分子以氢键相联系见图1。分子间氢键力大小为 18.81kJ/mol，约为O—H共价键的1/20，冰溶化成水或水挥发成水汽， 都首先需要外界供能破坏这些氢键。当冰开始熔化成水时，冰的疏松 的三维氢键结构中约有15％氢键断裂，晶体结构崩溃，体积缩小而密 度增大。如果有更多热能输入体系，将引起下述两方面的作用： 1.更多氢键破裂，结构进一步分崩离析，密度进一步增大； 2.体系温度升高，分子动能增加，由于分子振动加剧，而每一分 子占据更大体积空间，所以这一因素又使密度趋于减小。 上述两因素随温度升高而相互消长的结果，使淡水在3.98℃时有 最大密度。这种情况对水生生物越冬生活具有特别重要意义。
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
地球上水的化学性质
地球上水的化学性质人所共知，养鱼（虾）就是养水。
现连载一些关于水的文章，希望对大家有帮助。
地球上水的化学性质一、天然水的化学成分天然水经常与大气、土壤，岩石及生物体接触，在运动过程中，把大气、土壤、岩石中的许多物质溶解或挟持，使其共同参与了水分循环，成为一个极其复杂的体系。
目前各种水体里已发现80多种元素。
天然水中各种物质按性质通常分为三大类：1）悬浮物质粒径大于100纳米（10-7米）的物质颗粒，在水中呈悬浮状态，例如泥沙、粘土、藻类、细菌等不溶物质。
悬浮物的存在使天然水有颜色、变浑浊或产生异味。
有的细菌可致病。
2）胶体物质粒径为100—1纳米的多分子聚合体，为水中的胶体物质。
其中无机胶体主要是次生粘土矿物和各种含水氧化物。
有机胶体主要是腐殖酸。
3）溶解物质粒径小于1纳米的物质，在水中成分子或离子的溶解状态，包括各种盐类、气体和某些有机化合物。
天然水中形成各种盐类的主要离子是K+、Na+、Ca2+、Mg2+四种阳离子还有Fe、Mn、Cu、F、Ni、P、I等重金属、稀有金属、卤素和放射性元素等微量元素；水中溶解的气体有O2、CO2、N2，特殊条件下也有H2S、CH4等。
总之，无论哪种天然水，八种主要离子的含量都占溶解质总量的95—99％以上。
天然水中各种元素的离子、分子与化合物的总量称为矿化度。
各种溶解质在天然水中的累积和转化，是天然水的矿化过程。
二、天然水的矿化过程地壳中含有87种化学元素，目前在天然水中基本都已发现。
这些元素在天然水中的含量与岩石圈的平均组成相差很大。
多种化合物溶于水，又随着水文循环一起迁移，经历着不同环境，其数量、组成及存在形态都在不断变化。
这个过程受到两方面因素的制约：一是元素和化合物的物理化学性质；二是各种环境因素，如天然水的酸碱性质、氧化还原状况、有机质的数量与组成，以及各种自然环境条件等。
天然水的主要矿化作用如下：1）溶滤作用土壤和岩石中某些成分进入水中的过程称溶滤作用。
水资源与水环境,第四章(天然水化学)
☆大气降水中所含溶解气体十分稳定，浓度几乎不变，但CO2成分不稳定。
☆大气降水中二氧化硅含量很小，一般不超过0.5mg/L。
大气降水的pH值一般为5.5－7.0左右。
☆目前，酸雨已成为全球性的重大环境问题之一。
海水占地球总水量的97.2%，世界各地海洋水质基本相似和稳定。
各种天然存在的元素，在海水中几乎都能发现，它们以单离子、络合离子、分子等各种形式存在。
海水占地球总水量的97.2%，世界各地海洋水质基本相似和稳定。
各种天然存在的元素，在海水中几乎都能发现，它们以单离子、络合离子、分子等各种形式存在。
34g 3☆宏量组分海水中宏量组分的含量按其顺序为Cl、Na、SO4、Mg、Ca、K、HCO3、Br，它们的总量占海水溶解物质的绝大部分，即99.94%。
☆中量组分它们是指含量为0.1-10mg/L的组分，这些组分是：Sr、SiO2、B、F、NO3、Li、Rb、C（有机）。
☆微量组分它们是指其含量小于0.1mg/L的组分。
它们包括P、I、Ba、Zn、Ni、As等30多种。
☆海水的含盐度大到在34‰－36‰范围内，只有含量范围变化很大，Na和Cl比也有些变化。
☆海水中含有溶解的和悬浮的有机物，一般有机碳含量在0.1-2.7mg/L范围。
2、海水的成分特征2、海、海水的成分特征3、河水的成分特征☆不同地区的岩石、土壤组成决定着该地区河水的基本化学成分。
在结晶岩地区，河流水中溶解离子含量较少；在石灰岩地区，河水中富含Ca2+及HCO3；若河流流经白云岩及燧石层时，水中Mg、Si含量增高；河流流经石膏层时，使水中富含SO4，且总含盐量有所增加；富含吸附阳离子的页岩及泥岩地区则向河水提供大量溶解物质，如Na、K、Ca、Mg。
☆河水中总含盐量在100-200mg/L间，一般不超过500mg/L，有些内陆河流可以有较高的含盐量。
河水中主要离子关系与海水相反，即其次序为Ca>Na，HCO3> SO4>Cl。
水化学基础知识
2、课程教学的基本要求 基本概念（主要离子、溶解气体、营养盐类、 有机物质、有毒物质），物质转化关系和水 质变化规律 天然水中固相溶解与沉淀、气体溶解与逸出、 吸附与解吸、氧化与还原、配合与解离过程 的基本理论，并具初步运用的能力 污染物在水环境中动态（迁移和转化）的一 般规律。初步掌握毒物毒性的研究方法。
一、天然水水质复杂多变性
The atomic structure of a water molecule consists of two hydrogen (H) atoms joined to one oxygen (O) atom.
CONTENTS
• Part 1 养殖水环境化学（Aquatic Environmental Chemistry in Aquaculture）——理论讲授 28学时 • Part 2 水质化学分析(Chemical Analyses of Water Quality) ——实验 20学时 • 总学时：48学时
——研究水体 环境中主要化学 物质存在形态、 迁移转化规律、 化学反应机理及 这些物质对生态 环境影响
水环境化学 大气环境化学 土壤环境化学 ……
2. 水环境化学的研究领域
研究对象—水质系 天然水质系的复杂性 研究内容—研究天然水体化学物质的 来源、存在形态、迁移转化、生态效 应及防治方法等 重点研究的污染物：重金属（包括类 金属） 耗氧有机物 持久性有机物
二、养殖水环境化学
• 1. 定义：水化学、水环境化学的分 支，研究天然和养殖水体内各水化因 子（水化学成分）的来源、转化、迁 移及其与水产养殖/水生生物的相互关 系。
——研究化 学物质在环境中 的存在、转化、 行为及其控制的 原理和方法，是 化学科学的一个 新的分支
6_天然水化学
海水成分除来自岩石风化产物外，还来自海底火山喷发物质
31
（三）、影响陆地水溶质成分的因素
水流地区岩石类型与河水溶质成分关系密切
地区岩性 花岗岩 水质类型 重碳酸盐钙质水 硬度 软 Ca2+占阳离子比例 最少
石英岩
重碳酸盐钙质水
软
中等
砂岩
重碳酸盐钙质水
中等
最多
32
（三）、影响陆地水溶质成分的因素
1、天然水中离子相互作用
（1）硅酸盐与CO2的反应，使SiO2从水中析出，水中增 加Na2CO3或NaHCO3 Na2CO3 ＋ CO2 ＋H2O → Na2CO3 ＋SiO2 ● H2O （2）水中的碱金属碳酸盐与CaSO3反应，水中减少 Na2CO3，沉淀CaCO3 Na2CO3 ＋ CaSO3→ CaCO3＋ NaSO4 水变为以NaSO4 为主的成分
15
天然水的组成 (6)水生生物—赤潮成因
1 海域水体高营养化,导致水体被污染 2 某些特殊物质参与作为诱发因素，已知的 有维生素B1、B12、铁、锰、脱氧核糖核 酸； 3 环境条件
气候原因 春夏温暖季节，水温较高，海流缓慢，利于赤潮生物生长和繁殖 环境原因 由于环境污染日益加剧Ｎ和Ｐ过剩，
化学反应平衡： CO2 ＋H2O↔H2CO3* H2CO3* ↔HCO3-＋H+ HCO3-↔CO32-＋H+
pK0=1.46 pK1=6.35 pK2=10.33
19
天然水性质---天然水碱度
碱度
水中与强酸发生中和作用的物质，即能接受质子H+的物质总量。
组成水中碱度的物质
（1）强碱在溶液中全部电离生成OH-离子；如 NaOH、Ca(OH)2 （2）弱碱在水中发生反应生成OH-离子；如 NH3、C6H5NH2 （3）强碱弱酸盐（碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等， 水 解生成OH-或者直接接受质子H+）。如 NaCO3、Na3PO4等
第二章水化学成分组成
第二章 水化学成分组成
主讲：杨军耀
太原理工大学水利科学与工程学院
第一节 天然水的化学特征
1、大气降水的成分特征 2、海水的成分特征 3、河水的成分特征 4、湖泊与水库水的成分特征 5、地下水的成分特征
第二节 元素的水化学特征
一、硅、铝、铁、锰
硅、铝，铁，锰在地壳中属于丰度较高的元素，其重量百 分数分别为： Si，28.15％，Al，8.23％，Fe，4.65％，Mn， 0.10％，但它们在水中的含量并不高，一般属于中量元素。
这些岩石矿物溶解于水中的量取决于其溶解度及水解作 用程度。 2、水中存在形态与控制因素
Ca2+，Mg2+在水中行为受CO2影响极大，碳酸平衡控制了 它们的溶解，沉淀或过饱和状态。它们在水中的简单络合离 子形式为： Ca2+ 、CaHCO3+、CaSO40、CaCO30、 CaCl+、CaOH+， Mg2+ 、MgHCO3+、MgSO40、MgCO30、 MgCl+、MgOH+、 MgF+ 、 MgCl20 。
水中铝的浓度主要受铝的氢氧化物(三水铝石)溶度积的控制。 据文献资料，当pH接近于6时，三水铝矿最小溶解度的计算值 小于10mg/L，实测值约27mg/L。
在大多的天然水中(pH=6～9)，水中铝浓度常小于1mg/L，有 时可达几mg/L。但是，在pH小于4.0的强酸性水中，每升水中 铝可能几十mg/L，甚至几百mg/L，这种水多为矿坑排水或泉水 或严重酸性污染水。
所以NH4+、NO3-、NO2- 的伴生可以作为污染的指标，在未污 染的天然水中， NO3- 一般都小于30mg/L，但在受污染的水中， 其含量从几十mg/L到几千mg/L。我国的陕西、河南一些“肥 水”NO3-可达4000mg/L以上。
水产品类的分类及化学成分
掌握水产平原料的化学成分并了解各成分的营养价值
掌握几种典型的水产品的营养价值
通过练习，加深学生对所学知识的巩固同时检查学生的掌握程度
板书设计
第五章，水产品类原料
第一节，水产品类原料的基础知识
一，水产品类原料的分类及化学成分
（一）水产品类原料的分类
海洋鱼类，淡水鱼类，虾，蟹，贝类，软体类，爬行类等
【布置作业】鱼类产生腥味的原因，？如何去腥？
检查学生的笔记，进行引导性提问
教师提出问题,学生小组讨论描述
根据日常接触,说出常见的海产品的名称,小组为单位进行抢答
描述水产品的成
对照课本,找出描述中不下恰当的地方
根据讲解,更正错误信息,做好课堂笔记
学生练习，教师检查
对出现的问题进行讲解纠正
拓展：常见海产品的食用方法及营养价值。
2.水产品中含有哪些化学成分？
（一）水产品类原料的分类及化学成分
（1）分类
水产品大致可分为海洋鱼类，淡水鱼类，虾、蟹、贝类，软体类，爬行类等。
（二）水产品类原料的化学成分
1,蛋白质
2,脂肪
3,无机盐
4,维生素
5.水
6.氧化三甲胺
（三）水产品类原料的营养特点
具有美容作用的水产品-----带鱼
海中牛奶---牡蛎
海中鸡蛋---貽贝(益智海味)
鲫鱼的营养价值
[练习]
1.一般讲,水产品的营养丰富是指其_____.______的含量高
2.由于鱼类中含有------蛋白和-------蛋白，所以在加水炖煮后易胶化，冷却后形成----------
3.鱼类含的---------较多，在常温下呈液态，易被人体吸收
[小结]本节课我们学习了水产品原料的基础知识及在烹调中的应用培养学生的辨别能力，增强他们的技能。
水的结构
c n u第一章 地球上水的性质与分布第一节地球上水的物理性质一、水的结构1．气态水的结构z以单水分子（H2O）、双水分子（[H2O]2）和三水分子（[H2O]3）存在。
z水分子具有极性结构。
z单水分子（H2O）的键角是104º31¹，O-H键的键长是0.96Å。
2．固态水的结构（冰）z水分子通过氢键与另外四个水分子连结，具有较为完整的正四面体结构形态。
z键角增为109º28¹，键长增为1.01Å，故其密度较低。
3．液态水的结构液态水的结构较复杂，目前广泛接受的是“闪动簇团”模型。
把液态水看成以氢键结合的水分子的闪动簇团，在略为“自由”的水中游泳的一种液态体系，这些簇团的尺寸较小，且处于不断转化成“闪动”的状态，因而整个液体是均匀的，稳定流动的。
液态水的结构既包含有水分子的缔合体（簇团），又包含着水分子的微粒，此二者在液态温度0—100℃的条件下共居共存，且处于连续的转化“闪动”中。
二、水的三态1．水的状态图2．水的三态与水温表1-1 不同水温下水分子聚合体的分布冰水分子式0℃0℃4℃ 38℃ 98℃H2O 0 19 20 29 36 [H2O]241 58 59 50 51 [H2O]359 23 21 21 13 特点：z随水温升高，水分子聚合体减少，单水分子增多，大于100℃呈气态时，水主要以单水分子组成。
z随水温降低，水分子聚合体增多，单水分子减少，在0℃结冰时，单水分子为0，[H2O]3增多，使体积膨胀10%。
z水温在3.98℃（一个大气压）时，结合紧密的[H2O]2最多，此时水的密度最大，1克/厘米3。
三、水的热学性质1．热容量2．潜热z水是所有固体和液体中热容量较大的物质之一；z水的三态转化要吸收或放出热量；z冰的融解和水的蒸发，其潜热都较其它液体大，这与水分子的结构有关。
四、水温（一）海水的水温1．海水的热量收支z太阳辐射是海水最重要的热量来源c n uz海面蒸发、海面辐射是海水最重要的热量消耗z每年热量的收支平衡，海水年均温度几乎相同，但不同季节、不同海区的热量收支并不平衡。
第一章地下水的化学成分
摩尔浓度：常见的摩尔浓度表示方法有两种， 一种是以每升溶液中所含溶质的摩尔数来表 示，另一种是以每千克溶液中所含物质的摩 尔数来表示。
当量浓度：离子的摩尔浓度(mol/L)与其离子 价的乘积。1eq/L=1000meq/L。
按水中所含成分的分布和含量：
分类
主要组分
含量
>5 mg/ L
主要成分
Cl-、SO42-、 HCO3-、 Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、SiO2 B、NO3-、CO32-、F-、Sr、Fe Br 、I 、As 、Li、Sn等
特性
钠的所有盐类都具有较高的溶解度， 因此钠的迁移性是很强的，仅次于氯。 交换吸附反应使之从溶液中析出，所 以在水的矿化度增长过程中，Na＋的 增长有时会落后于Cl－。高矿化度时 钠成为主要阳离子
钾离子
钙离子
铝硅酸盐矿物的风 化；钾盐矿床
一般只有钠含量的4～10％，动植 物有机质可以从水中吸收钾
石灰岩、白云岩 ， 硫酸钙和碳酸钙的溶解度低，天然 水中Ca2＋的含量一般很低。只有在 石膏的溶解和含钙 深层氯化钙卤水中，Ca2＋的含量才 硅酸岩的风化，阳 可以达到n*10g/L。低矿化度的水中， 离子交换 钙离子经常占优势 。 主要是白云岩、泥 灰岩和其他岩石的 溶解。 镁盐溶解度比钙盐大，但镁盐在地 壳中分布不广，易被植物吸收，所以 很少见到镁占主要成分的水。
高TDS水中主要的阳离子，含量最高可达数十g/L。
• 来源：
沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解；
海水； 岩浆岩和变质岩区含钠矿物的风化溶解。
钾离子（K+）： • 钾离子的来源： 含钾盐类沉积岩的溶解； 岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解。 • 低TDS水中含量甚微，高TDS水中较多。
水化学分类水化学数据处理
Ca 3 C 4 0 C O 0C aC O 2 O
H3 N H O 2 N N O O N 2
放射性和核反应来源的气体：He、Rn
研究地下水中溶解气体的意义
A、实际意义
❖ 水中CO2、H2S或Rn含量超过一定值后，水即成为矿 水，可用来治病。
➢ H2S水(ΣH2S > 2mg/L)可治疗外伤溃疡、皮肤病、降血压、治 疗某些心血管疾病
➢ 碳酸水（水中游离CO2 ）可作为矿泉水，能增进食欲、消除 疲劳，对高血压，外伤溃疡等均有疗效
❖ 在水工泥程、建混设凝中土， 的必侵须蚀查。明因水此中，侵研蚀究性水中CO气2是体否十构分成必对要。
B、理论意义
指示地下水的成因（来源不同），更重要的是，它们在很 大程度上决定了地下水的氧化-还原条件。
• 毫克当量量纲：以 Meq/L表示
– 毫克当量表示某物质和1mg氢的化学活性或化合力相当的量 – 1 mg氢、23 mg钠、39 mg钾、20 mg钙和35.5 mg氯都是1 Meq，其换算公式
如下： • meq /L＝(mg / L) ×化合价/化学结构式量 • mg / L＝(meq / L) ×化学结构式量/化合价
❖ 任一水样的阴阳离子的相对含量分别在两个三角形中以圆圈或圆点表 示，其引线在菱形中的交点以圆圈或圆点表示，有时，圆圈大小按一 定比例尺画出，表示水样矿化度的高低。
三线图的优点：
❖ 能把大量的水分析资料点绘在同一张图上，依据其分布情况可解释许 多水文地质问题。
❖ Piper认为该法能判断某种水是否是另外两种水简单混合的结果。
H 2 S3 i0 .0 O H 72 S 0 .0C 21 2 0 .0 O M 33 1 .2C 7 N 8.7 7 4 .S 6 l1 6 a C 3 4 7 1 O .7 .3 4 a 8 t4 。 5D 0 2 .8
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硫在水中的行为受Eh-pH平衡控制。在天然水稳定场内， 主要是两个体系起作用，即H2SSO42-及HSSO42-，可写出 各种硫的平衡方程式：
由图2.5可知，硫的氧化态主要 是SO42-及HSO4-。天然水中硫的 主要类型是SO42-，酸性条件下 HSO4- ，在还原环境下出现H2S， 在还原的碱性环境下才可出现
Na+及Cl-为高矿化水中的主要成分，钠在地壳中占2.36％， 而在海水中，Na+占总含盐量30％左右；钾在地壳中含量与钠 类似，为2.09％，但在天然水中K+<<Na+，只有Na+ 含量的4％～10％，这是因为K+为营养元素易被植物吸收，但 K+在海水中含量增高，可达390mg/L。
(二)碳 1、水中的来源与特征
(三)铁 1、水中铁的来源与水化学作用 铁在地壳中重量百分数仅次于氧、硅、铝而居于第四位。
与前述三者不同，铁不仅大量分散存在于地壳的岩石、土壤、
水体中，而且在某些矿体中富集形成有用矿床(Fe3O4、Fe2O3， FeCO3，Fe2SiO4)。
水中铁的水化学特性受pH值及氧化还原反应影响很大，这 已在第一章作过详细介绍。
所以NH4+、NO3-、NO2- 的伴生可以作为污染的指标，在未污 染的天然水中， NO3- 一般都小于30mg/L，但在受污染的水中， 其含量从几十mg/L到几千mg/L。我国的陕西、河南一些“肥 水”NO3-可达4000mg/L以上。
水中除NH4+、NO3-、NO2- 外，还有以NH3，N2，N20等溶 解气体形式存在于水中。
此外，从Fe—H2O—CO2系统稳 定场内可见，在氧化带内，Fe3+的活 度没有达到Fe(OH)3的溶度积时，铁 的可能最大稳定形式是Fe(OH)30，在 pH<5时， Fe(OH)2+及Fe(OH)2+ 占优势。在还原环境内，pH<8时， 只有Fe2+存在，pH>8时才会出现 FeCO3沉淀，之后是Fe(OH)20占优势。 而一般水中Fe(OH)4-及HFeO3-是不 存在的。
二价锰在氧化条件的水中可形成软锰矿(MnO2)及黑锰矿 (Mn3O4)。黑锰矿在酸性条件可形成Mn2+及MnO2。反应式如 下：
Mn的较高含量是在酸性水中，它们可以在不同pH值，不同矿 化度、不同的水化学类型中出现。
二、宏量元素
(一)钙、镁、钠、钾
1、水中钙、镁、钠、钾来源与化学作用
钙、镁、钠、钾广泛分布于地壳中，主要存在于硅 酸盐，碳酸盐及易溶盐类地层。
天然水中可溶性SiO2含量一般不超过100mg/L。通常为10 ～30mg/L，平均值为17mg/L。
(二)铝
1、水中铝的来源与水化学作用 铝在地壳中所占重量百分数为8.23％，仅次于氧和硅，占 第三位。 铝硅酸盐的不全等溶解的主要产物是高岭石。高岭石在酸性 条件下可溶出AI3+：
高岭石强烈风化可形成三水铝石(Al2O3·H2O)
Al2O3在水中溶解度受 pH值控制。它溶于强酸性
溶液中，pH=4.1～10时它
几乎不溶，而此时SiO2却 有部分溶解(见图2.4)。所
以，pH=4～5时， Al2O3 /SiO2=1：2，此时有利于 高岭石族矿物形成，当
pH=8～9时， Al2O3 /SiO2=1 ：4，则有利于胶 岭石族矿物形成。
据Morey等人(1962)资料，SiO2溶解度，在25℃时为 6.0mg/L，在84℃时为26mg/L。Fournier和Rowe(1962)获得方 石英的溶解度，在25℃时，27mg/L和84 ℃时为94mg/L。 Morey等人获得无定形硅的溶解度为25℃时115mg/L。
硅酸盐和铝硅酸盐的不全等溶解均可使水中出现H4SiO4。
水化学成分组成
第二节 元素的水化学特征
一、硅、铝、铁、锰
硅、铝，铁，锰在地壳中属于丰度较高的元素，其重量百 分数分别为： Si，28.15％，Al，8.23％，Fe，4.65％，Mn， 0.10％，但它们在水中的含量并不高，一般属于中量元素。
(一)硅
1、水中元素的来源与水化学作用 SiO2广泛存在于地壳上的各种岩石和矿物里，它们是石英、 铝硅酸盐、粘土矿物等。 一般环境条件下，石英的溶解进行得十分缓慢。石英在水 中的溶解按下式进行：
按照上述原则，当氧化环境的水进入富有机质的还原性水 系统时，水中氧化组分被还原的次序是O2>NO3->Fe3+>SO42-> CO2。从还原环境进入氧化环境的水，水中还原组分被氧化的 次序为CH2O>HS-及H2S>Fe2+>FeCO3>NH4+。
所以当水中还存在较多CH2O时，该水中有可能同时存在 Fe2+及NH4+等组分。当水中SO42- =0或很少时，说明脱硫还原 作用强烈，此时水中溶解氧、NO3-和Fe3+则已大部被还原。
水中溶解的CO2气体，在水化学环境中起重要作用，它控 制了水的酸碱性，直接影响水中许多化学平衡，碳酸盐体系在 研究大气圈、水圈、岩石圈的演变史上有特别重要的意义。
（三）硫
1、水中的来源与特征 SO42-是天然水中重要成分之一，它广泛分布于地表水、浅
层地下水及承压水中。它来源于石膏等硫酸盐的溶解、硫化矿 床氧化带氧化产物的溶解及地热温泉水中。 2、存在形态与控制因素
碳主要来源于石灰岩，白云岩，泥灰岩等，其溶解度小， 故在水中绝对含量低，但含量的变化范围小。自然界中也广 泛存在着有机碳成分，它们积极参与生物化学作用及碳的循 环。 2、存在形态与控制因素
由于碳的离子电位高，在水中易形成酸性络阴离子及络阴 离子。
碳是水的主要化学成分，受pH值影响很大。
在天然水中，当pH<5时，碳主要以H2CO3形态出现；当 pH=5～8时，主要以HCO3-形态出现；pH>8时，则主要以CO32形态出现。
Ca2(PO4)3Cl、3NaAISiO4·NaCl)，它们有很高的溶解度，常 常是总溶解固体（TDS）含量高的氯化物水或硫酸盐水中的 主要成分。Cl在水中含量与TDS增长一致。
水中氯主要以Cl-形式出现。据戈莱娃Г.A.(1977)资料， 在还原环境的高TDS氯化物卤水中，Cl可与重金属元素形成 络合物，CuCl+，CuCl20，CdCl20，ZnCl20，ZnCl42-等。在微 酸性、低硫、高氯化物卤水中以氯化物络合物形式可以转移 较多的Pb和Zn。
2、铝在水中的存在形态与控制因素
铝在水的存在形式受pH控制，在强酸性水中(pH<4.0)，水 中铝的主要形式为Al3+，在碱性水中，可形成AIO2-、 AIO33- 。 在含F-的水中，铝和氟很容易形成络合离子，如AIF2+、AIF2+， 在SO42-含量很高的酸性水中，AISO4+可能是铝的主要存在形式。
2、氮的转化与控制因素 水中NO2-、NO3-及NH4+之间可以互相转换，且受Eh-pH条件控 制。它们的转换方程为：
从NH4+—NO3-之间转换方程可以分析，当pH=7， NH4++NO3- 浓度为10-3mol/L时，pE>53.54， NO3占优势，pE<53.54，则NH4+ 占优势。
当NO3- 、HS-、CH2O共存一个体系时，相互间能 量差别愈大，其氧化能力愈强。 NO3- 首先去氧化 有机质，只有当有机质被完全氧化后才会去氧化 HS-。
2、铁在水中的存在形态与控制因素 铁在水中也发生水解。Fe3+在pH=1的水中，可水解成 FeOH2+、Fe(OH)2+，高浓度下可聚合成Fe2(OH)24+。Fe2+在 pH=4的水中，开始水解生成FeOH+，在pH>14时则形成 Fe(OH)42-。它们的部分反应式如下:
所以，天然水中铁可以有许多形式，如Fe3+、Fe2+、 Fe(OH)+、Fe(OH)2+、Fe(OH)30、Fe(OH)20、HFeO2-、 FeCO30、FeS20，FeS0，FeSO40，Fe2(OH)24+。
锰的氧化态很多，有2、3、4、6、7价。主要氧化态为 Mn2+。二价锰的特性与Fe2+近似。锰在自然界中的性状受EhpH控制。在天然水稳定场系统简单水溶液中，锰的存在形 式有： Mn2+、 MnO2 、MnOOH、 Mn3O4 、MnCO3、 Mn(OH)2、Mn(OH)3-、MnS。
在简单的水溶液中， Mn2+ 在pH=8时开始水解并形成 MnOH3+，高浓度时聚合成Mn2OH3+、Mn2(OH)3+。Mn 3+不稳 定但可形成某些络合物。当pH大于13.5时，Mn4+可以MnO42-形 式存在，而在酸性介质中呈其它价态。七价锰MnO4-在各种pH 值的溶液中均十分稳定，但在强酸中易分解。
(四)锰 1、水中锰的来源
在自然界中，锰可以呈分散状态或形成有用矿物。含锰矿
物有蔷薇辉石(MnSiO3)，锰橄榄石(Mn2SiO4)、菱锰矿(MnCO3)， 软锰矿(MnO2)、黑锰矿(Mn3O4)、硫锰矿(MnS)、方锰矿(MnO) 及氢氧化物沉淀Mn(OH)3，Mn(OH)2等。 2、锰在水中的存在形态与控制因素
HS- 。 腐植质土壤及富含有机质的油
田水，由于脱硫作用，几乎可不
含或含少量SO42- 。 C6H12O6+3Na2SO43CO2
+3Na2CO3+3H2S +3H2O+热能 当水中Ca2+含量高时，由于易
生成CaSO4沉淀，也可使水中 SO42-含量减少。
(三)氯 主要来源于岩盐的溶解(NaCl、MgCl2，CaCl2、