第三章 水环境化学天然水的基本特征
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天然水的基本特征-
①气体分子在气液相两间的平衡--亨利定律
O 2 ( g ) ⇔ O 2 ( aq ) X ( g ) ⇔ X ( aq ) [ X ( aq )] = K H PG
KH—气体X在一定温度下的亨利(定律)常数； pG—气体X的分压； [X(aq)] —气体X在液相中的溶解度。
(4) 水生生物对溶解氧的影响
②水是一种极好的溶剂 • 水的介电常数在所有的液体中是最高的， 使得大多数离子化合物能够在其中溶解并 发生最大程度的电离。 • 水为生命过程中营养物和废弃物的传输提 供了最基本的媒介。
水的特性及其意义
③水的比热大、蒸发热极高 • 水的比热为4.18 J／(g·℃), 仅次于液氨。 • 水的蒸发热也极高，在20℃下为2.4 kJ/g。 • 水体白天吸收到达地表的太阳光的热量，夜 晚又将热量释放到大气中，避免了剧烈的温 度变化。
C106H263O110N16P+138O2
(4) 水生生物对溶解氧的影响--富营养化
水体产生生物体的能力称为生产率。 生产率通常由水中的营氧物(C,N,P)水平 决定 在高生产率的水中藻类生产旺盛，死藻 的分解引起水中溶解氧水平降低，这种 情况称为富营养化。
2. 天然水的性质 (1) 碳酸体系的平衡关系
• 溶解在水中气体，对水生生物的生存是非常 重要的。
– 鱼类需要O2，排出CO2 – 藻类的光合作用需要CO2 ，排出O2 CO O – 过饱和的N2在血液中形成气泡，可使鱼类死亡 (1978年，杜鲁门坝的修建使下游40万条鱼死 亡)。
• 溶解氧对水处理也具有重要意义
– 生活污水的生化处理 – 水体的自净作用
c) 酸度
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+的物质的总 量。 强酸，如HCl、H2SO4、HNO3； 弱酸，如H2CO3，H2S； 强酸弱碱盐，如FeCl3，Al2(SO4)3。
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。
第三章天然水基本水化学特征
海 水——Ca2+ + Mg2+ = 126，HCO3- = 2.4，
HCO3- + SO42- = 55.8 Ca2+ + Mg2+> HCO3- + SO42-——III型
20
天
然
水
碳酸盐类（C）
硫酸盐类（S）
氯化物类（Cl）
Ca
Mg
Na
Ca
Mg
Na
Ca
Mg
Na
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
Ca2+ HCO3SO42Cl-
Mg2+ Na+ + K+
保安湖——
S
Ca II
型
Ca
Ca
22
丹江口水库—— C III 型～ C II 型
第三节 天然水的pH值和总酸度
一、天然水的pH值及总酸度 （一）pH值 pH值:指水中H+浓度的负对数 pH=-lgaH aH 为水溶液中氢离子的浓度（活度） 天然水pH的划分:
强酸性 弱酸性 中 性 弱碱性 强碱性 pH<5.0 pH5.0-6.5 pH6.5-8.0 pH8.0-10.0 pH>10.0
23
（二）总酸度
定义:水中能与强碱反应的物质的总量，用1L水中能 与OH-结合的物质的量来表示 离子种类: H+ 、H2CO3* HCO3- 、Fe3+ 、Fe2+ 、Al3+ 某些强酸性矿水、富铁地层的地下水可能 含有较多的Fe3＋（含氧、强酸）或Fe2＋ （酸性、缺铁） 总酸度=[H+ ]+[H2CO3* ]-[CO32-]-[OH-]
3水中污染物的分布和存在形态
第三章：水环境化学——污染物存在形态一、水和水分子结构的特异性二、天然水的基本特征1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物）2、天然水的化学特征3、天然水的性质4、天然水指标三、水中污染物的分布和存在形态1、20世纪60年代美国学者曾把水中污染物大体划分为八类：>①耗氧污染物（一些能够较快被微生物降解成为二氧化碳和水的有机物）;>②致病污染物（一些可使人类和动物患病的病原微生物与细菌）；>③合成有机物；>④植物营养物；>⑤无机物及矿物质；>⑥由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物；>⑦放射性物质；>⑧热污染。
2、污染物毒性取决于形态•这些污染物进入水体后通常以可溶态或悬浮态存在，其在水体中的迁移转化及生物可利用性均直接与污染物存在形态相关。
例如，水俣病就是食用了含有甲基汞的鱼所致。
重金属对鱼类和其他水生生物的毒性，不是与溶液中重金属总浓度相关，主要取决于游离（水合）的金属离子，对镉则主要取决于游离Cd2+浓度，对铜则取决于游离CU2+及其氢氧化物。
而大部分稳定配合物及其与胶体颗粒结合的形态则是低毒的，不过脂溶性金属配合物是例外，因为它们能迅速透过生物膜，并对细胞产生很大的破坏作用。
•近年来的研究表明，通过各种途径进入水体中的金属，绝大部分将迅速转入沉积物或悬浮物内，因此许多研究者都把沉积物作为金属污染水体的研究对象。
目前已基本明确了水体固相中金属结合形态通过吸附、沉淀、共沉淀等的化学转化过程及某些生物、物理因素的影响。
由于金属污染源依然存在，水体中金属形态多变，转化过程及其生态效应复杂，因此金属形态及其转化过程的生物可利用性研究仍是环境化学的一个研究热点。
3、难降解有机物和金属污染物环境中有机污染物的种类繁多，其环境化学行为至今还知之甚少。
一些全球性污染物如多环芳烃、有机氯等，一直受到各国学者的高度重视。
特别是一些有毒、难降解的有机物，通过迁移、转化、富集或食物链循环，危及水生生物及人体健康。
3.1.2天然水的基本特征(1)
第三章：水环境化学——天然水的性质第三章：水环境化学——天然水的基本特征以及污染物存在形态一、水和水分子结构的特异性二、天然水的基本特征1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物）2、天然水的化学特征3、天然水的性质（1）碳酸盐系统（2）酸度和碱度（3）天然水的缓冲能力● 缓冲溶液能够抵御外界的影响，使其组分保持一定的稳定性，pH 缓冲溶液能够在一定程度上保持pH 不变化。
● 天然水体的pH 值一般在6-9之间，而且对于某一水体，其pH 几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。
● 一般认为各种碳酸盐化合物是控制水体pH 值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。
但最近研究表明，水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应，对水体的pH 值也有着重要作用。
● 但无论如何，碳酸化合物仍是水体缓冲作用的重要因素。
因而，人们时常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。
对于碳酸水体系，当pH<8.3时，可以只考虑一级碳酸平衡，故其pH 值可由下式确定：][][lg 3*321--=HCO CO H pK pH如果向水体投入△B 量的碱性废水时，相应由△B 量H 2CO 3*转化为HCO 3-，水体pH 升高为pH ＇,则：B HCO BCO H pK pH ∆+∆--=-][][lg 3*321＇水体中pH 变化为△pH=pH ＇-pH ，即：][][lg ][][lg 3*323*32--+∆+∆--=∆HCO CO H B HCO BCO H pH由于通常情况下，在天然水体中，pH=7左右，对碱度贡献的主要物质就是[HCO 3-]，因此经常情况下，可以把[HCO 3-]作为碱度。
若把[HCO 3-]作为水的碱度，[H 2CO 3*]作为水中游离碳酸[CO 2]，就可推出：△B=[碱度][10△pH -1]/(1+K 1×10pH+△pH )△pH 即为相应改变的pH 值。
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：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
(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
【环境化学】第3.1章 水环境化学——1.1 天然水的基本特征
天然水中气体：氧气、二氧化碳、硫化氢、氮气和甲烷等。 水体中溶解的O2、CO2的重要性
鱼类需要溶解氧而呼出CO2，溶解氧小于4mg/L时，就 不能生存
藻类利用CO2进行光合作用而释放出O2 水体中CO2影响水体pH
19
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质/1.1.2 天然水的组成
地球水资源分布
地球上水的总资源13.6 亿km3；
淡水占2.7％；
可供人类使用的淡水资 源850万km3，占地球 总水资源的0.64％。
7
Biomass 1%
Air water vapour
River 1%
8%
Lakes 52%
Soil 38%
Groundwater 20%
Accessible surface water 1%
地球水资源分布
Polar ice caps and glaciers 79%
Freshwater: 3%
Salt water: 97%
8
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质
1.1.1 水资源基本状况
（3）水循环
9
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质
1.1.1 水资源基本状况
（4）我国水资源及水质污染状况
29
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质/1.1.3 天然水的性质
黄藻等。 藻类化学计量关系：藻类体内碳、氮、磷主要营养元素间
一般存在着一个比较确定的比例C∶N∶P=106∶16∶1。 藻类化学结构式可写为：
28
第一节 天然水的基本特征 及污染物的存在形态
1.1 天然水的基本特征
1.1.1水资源基本状况 1.1.2天然水的组成★ 1.1.3天然水的性质★
鱼类需要溶解氧而呼出CO2，溶解氧小于4mg/L时，就 不能生存
藻类利用CO2进行光合作用而释放出O2 水体中CO2影响水体pH
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第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质/1.1.2 天然水的组成
地球水资源分布
地球上水的总资源13.6 亿km3；
淡水占2.7％；
可供人类使用的淡水资 源850万km3，占地球 总水资源的0.64％。
7
Biomass 1%
Air water vapour
River 1%
8%
Lakes 52%
Soil 38%
Groundwater 20%
Accessible surface water 1%
地球水资源分布
Polar ice caps and glaciers 79%
Freshwater: 3%
Salt water: 97%
8
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质
1.1.1 水资源基本状况
（3）水循环
9
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质
1.1.1 水资源基本状况
（4）我国水资源及水质污染状况
29
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质/1.1.3 天然水的性质
黄藻等。 藻类化学计量关系：藻类体内碳、氮、磷主要营养元素间
一般存在着一个比较确定的比例C∶N∶P=106∶16∶1。 藻类化学结构式可写为：
28
第一节 天然水的基本特征 及污染物的存在形态
1.1 天然水的基本特征
1.1.1水资源基本状况 1.1.2天然水的组成★ 1.1.3天然水的性质★
天然水的基本特征
（2）
（3） 气体在水中的溶解性
例题
（4）水生生物：
富营养化：在许多情况下，P是限制的营养物
（1）碳酸平衡：
（1）碳酸平衡：
（1）碳酸平衡：
（1）碳酸平衡： 以上所讨论的 是封闭体系。 那么开放体系
（2）天然水的碱度和酸度：
碱度(Alkalinity)是指水中能与强酸发 生中和作用的全部物质，亦即能接受质子H+的 物质总量。 组成水中碱度的物质可分为： A. 强碱，如 NaOH、Ca(OH)2； B. 弱碱，如 NH3、C6H5NH2； C. 强碱弱酸盐， 如 NaCO3、Na3PO4等。
苛性碱度 = [OH-] - [HCO3-] - 2 [H2CO3*] - [H+]
3
（2）天然水的碱度和酸度： 酸度(Acidity)是指水中能与强碱发生中 和作用的全部物质，亦即放出H+或经过水解能 产生H+的物质的总量。 组成水中酸度的物质可分为： A. 强酸，如 HCl、H2SO4； B. 弱酸，如 CO2、H2CO3、各种有机酸等； C. 强酸弱碱盐， 如 FeCl、Al2（SO4）3等。
无机酸度：以甲基橙为指示剂，滴定到pH=4.3。
无机酸度 = [H+] - [HCO3-] - 2[CO32-] -[OH-]
天然水体的缓冲能力 天然水体的pH在6—9之间，对许多 水体，其pH基本保持恒定，这表明天然 水体具有一定的缓冲作用。 对这样一个开放体系来讲，它的酸度 受多种因素的控制，其中最重要的是碳 酸平衡体系。
第三章 水环境化学
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态 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 第四节 水质模型
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+。
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。
环境化学复习总结全部(戴树桂)
第三章：水环境化学第一节：天然水的基本特征及污染物的存在形式1.水中八大离子：K+，Ca+，Na+，Mg+，HCO3-，NO3-，Cl-，SO4(2-)2.气体在水中的溶解度服从Henry定律：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。
溶解度【X（aq）】=K H×p G K H为气体一定温度下Henry定律常数，p G分压3.氧在水中的溶解度CO2的溶解度P150页4.：BOD（生化需氧量）：在一定体积水中有机物降解所需消耗的氧的量。
BOD5=DO1-DO55.碳酸平衡P152-P157计算题重点区域★★★6.水中污染物的分布和存在形态：A.有机污染物：农药（有机氯、磷，氨基甲酸醇），多氯联苯PCBs，卤代脂肪烃，醚类，单环芳香族化合物，苯酚类和甲酚类，钛酸酯类，多环芳烃PAH，亚硝胺和其他化合物B.金属污染物：镉，汞，铅，砷，铬，铜，锌，铊等7.优先污染物：有毒物质品种繁多，在众多的污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象。
8.水中的营养元素：N,P,C,O和微量元素9.水体富营养化：生物所需的N,P等营养物质大量进入湖泊，河口等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，鱼类及其他生物大量死亡的现象。
10.N/P>100,贫营养化；N/P<10，富营养化；第二节：水中无机污染物的迁移转化一，颗粒物与水之间的迁移：1水中颗粒物类别：矿物微粒和黏土矿物，金属水合氧化物，腐殖质，水体悬浮沉积物2.水环境中胶体颗粒物的吸附作用类别：表面吸附，离子交换吸附，专属吸附。
3.表面吸附：胶体具有巨大的比表面积和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用，属于物理吸附。
4.离子交换吸附：环境中大部分胶体带负电荷，容易吸附阳离子，在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子。
5.专属吸附：除了化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起作用。
资源与环境化学 第三章 第一部分(天然水组成与化学平衡)
不同温度下气体在水中的溶解度：Clausius-Clapeyron方程
C2 H 1 1 lg ( ) C1 2.303 R T1 T2 C1 , C2 为绝对温度为T1 , T2时气体在水中的溶解度 H 溶解热， J/mol R 气体常数,8.314 J/mol K
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
第三章 水环境化学
Chapter 3. Aquatic Environmental Chemistry
第一部分 天然水的组成与化学平衡
主讲：刘耀驰
中南大学化学化工学院
第1页
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
本章重点
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； 计算水体中金属存在形态;
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
(3) 气体在水中的溶解性
亨利定律：大气中的气体与溶液中同种气体间的平衡为：
kH 是各种气体在一定温度 下的亨利定律常数 (mol/L· Pa)，pg为分压
[G(aq)] = kH×pg
亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应 溶解于水中的实际气体量，可以大大高于亨利定律表示的量
K2
2 ] [H ][CO 3 -] [HCO 3
K1[H 2CO3 ] [HCO 3 ] [H ] 2 ] K 2 K1[H 2CO3 ] [CO3 [H ]
第10页
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
(4) 水生生物
生态系统、食物链中的一个重要环节； 生产者、消费者、分解者； 自养生物、异养生物； 生产率、富营养化、C、N、P
第11页
(环境管理)环境化学教案第二节天然水的基本特征及污染物的存在形态
[HCO3-]=5.29×10-4mol/L
此时，体系的碱度即为5.29×10-4mol/L。
因此，当pH由7.0降为6.0后，体系的碱度变化为：
1.4×10-3-5.29×10-4=8.71×10-4mol/L
因为碱度的变化即为加入酸的数量，故需加入盐酸8.71×10-4mol/L。
如利用分布系数，本题也可以进行如下求解：
[H CO3-]=1.00×10-3mol/L
根据碳酸的一级和二级电离平衡，可以求得CO2和CO32-的浓度：
CO2+H2O H++HCO3-
HCO3- H++ CO32-
例2 已知水体的碱度为1.00×10-3mol/L，pH=10，求体系中CO2、HCO3-和CO32-的浓度。
解：根据碱度=[OH-]+[HCO32-]+2[CO32-]
根据碳酸的一级电离平衡常数可求得CO2的浓度：
故pH=7.0时体系中总碳的含量为：
TC1=[CO2]+[HCO3-]=1.72×10-3mol/L。
由于在封闭体系中加入强酸或者强碱总碳量CT的数值是不变的,故:
TC2= TC1=[CO2]+[HCO3-]=1.72×10-3mol/L
即:
代入碳酸的一级电离平衡常数和pH=6.0,可得:
由于是近似计算，故两种算法结果有一定的误差。
在天然水体中，水体的碱度与藻类的活动有着密切的关系。光合作用的过程可以用下面的方程式来表示
在没有外部CO2补充的情况下，随着无机碳转化形成生物量，水体的pH值会升高。在实际水体中，当藻类快速生长时就会出现类似的情况，此时pH值常常会超过10。
例4已知水体pH值为7.00，碱度为1.00×10-3mol/L，求当pH值为10.00时，会有多少无机碳转化形成生物量。假设pH值的改变完全由于光合作用所引起。
此时，体系的碱度即为5.29×10-4mol/L。
因此，当pH由7.0降为6.0后，体系的碱度变化为：
1.4×10-3-5.29×10-4=8.71×10-4mol/L
因为碱度的变化即为加入酸的数量，故需加入盐酸8.71×10-4mol/L。
如利用分布系数，本题也可以进行如下求解：
[H CO3-]=1.00×10-3mol/L
根据碳酸的一级和二级电离平衡，可以求得CO2和CO32-的浓度：
CO2+H2O H++HCO3-
HCO3- H++ CO32-
例2 已知水体的碱度为1.00×10-3mol/L，pH=10，求体系中CO2、HCO3-和CO32-的浓度。
解：根据碱度=[OH-]+[HCO32-]+2[CO32-]
根据碳酸的一级电离平衡常数可求得CO2的浓度：
故pH=7.0时体系中总碳的含量为：
TC1=[CO2]+[HCO3-]=1.72×10-3mol/L。
由于在封闭体系中加入强酸或者强碱总碳量CT的数值是不变的,故:
TC2= TC1=[CO2]+[HCO3-]=1.72×10-3mol/L
即:
代入碳酸的一级电离平衡常数和pH=6.0,可得:
由于是近似计算，故两种算法结果有一定的误差。
在天然水体中，水体的碱度与藻类的活动有着密切的关系。光合作用的过程可以用下面的方程式来表示
在没有外部CO2补充的情况下，随着无机碳转化形成生物量，水体的pH值会升高。在实际水体中，当藻类快速生长时就会出现类似的情况，此时pH值常常会超过10。
例4已知水体pH值为7.00，碱度为1.00×10-3mol/L，求当pH值为10.00时，会有多少无机碳转化形成生物量。假设pH值的改变完全由于光合作用所引起。
水环境化学天然水的基本特征以及污染物存在形态
重水在自然界含量非常少，而且它是和反应堆的 中子慢化剂，在大功率的原子反应堆中需要它，同 时又是生产氢弹的原料，但是从普通水中提取重水 要耗费非常多的能量。估计13万kWh/kg重水。
超重水中的氚T是一种放射性同位素，能够放射出 β射线。一般超重水用于医学、生物、物理、化学 上的示踪剂。
二、天然水的基本特征
CO2的酸离解常数（K1）计算出： CO2+H2O CO2·H2O 亨利常数 KH [CO=P2 C3OH2.32O4]×10-7molL-1Pa-1
CO2·H2O HCO3-+H+ 一级电离
K1
[H ][H=C4O.34 ]5×10-7molL-1
[CO2 H 2O]
HCO3- CO32-+H+ 二级电离
但必须注意，亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应， 如：
CO2 + H2O=H+ + HCO3SO2 + H2O=H+ + HSO3因此，溶解于水中的实际气体的量，可以大大高于亨利定律表示的量。 气体在水中的溶解度可用以下平衡式表示：
[G(aq)]=KH·PG
式中：KH——各种气体在一定温度下的亨利定律常数； PG——各种气体的分压。
[Fe(OH)2+][H+]2/[Fe3+]=4.9×10-7 [Fe2(OH)24+][H+]2/[Fe3+]2=1.23×10-3 假如存在固体Fe(OH)3(s)，则Fe(OH)3(s)+3H+= Fe3++3H2O
[Fe3+]/[H+]3=9.1×103 在 pH=7 时 ： [Fe3+]=9.1×103× （ 1.0×10-7 ） 3=9.1×1018mol/L
031环境化学第三章水环境化学
在pH=7时[Fe3+]=9.1×103（1.0×10-7）3=9.1×10-18mol/L
3、天然水中溶解的重要气体 重 点
亨利定律，即一种气体在液体中的溶解度正比于与
液体所接触的该种气体的分压。
在计算气体的溶解度时，需要对水蒸气的分压加以校正。根据
水在不同温度下的Ｘ分（压g，）就可按Ｘ亨利（定a律q）计算出气体在水中的
因此，水中H2CO3*-HCO3--CO32-体系可用下面的 反应和平衡常数表示：
CO2（g）
CO2（aq）+H2O
H++HCO3-
H++CO32-
CO2(g)+ H2O → H2CO3* pK0=1.46
（K0 包括： CO2（g）+H2O →CO2(aq) KH 和 CO2（aq）+H2O → H2CO3 平衡常数,
P↑↓R
C106 H O 263 110 N16 P 138O2
（二）天然水的性质
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含量极低，主 要是溶解性气体CO2(aq)。
2、封闭体系的碳酸平衡
1） 用 、0 和1 分 别2 代表上述三种化合态在总量中所占比例， 可以给出下面三个表示式
=[0 H2CO3*]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ =[1HCO3-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ =[2 CO32-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ 2）若用CT表示各种碳酸化合态的总量，则有[H2CO3*]=C0 T ，[HCO3-]=CT1 和[CO32-]=CT2 。 3）把K1、K2的表达式代入上面的三个式子中，就可得到作为 酸离解常数和氢离子浓度的函数的形态分数
3、天然水中溶解的重要气体 重 点
亨利定律，即一种气体在液体中的溶解度正比于与
液体所接触的该种气体的分压。
在计算气体的溶解度时，需要对水蒸气的分压加以校正。根据
水在不同温度下的Ｘ分（压g，）就可按Ｘ亨利（定a律q）计算出气体在水中的
因此，水中H2CO3*-HCO3--CO32-体系可用下面的 反应和平衡常数表示：
CO2（g）
CO2（aq）+H2O
H++HCO3-
H++CO32-
CO2(g)+ H2O → H2CO3* pK0=1.46
（K0 包括： CO2（g）+H2O →CO2(aq) KH 和 CO2（aq）+H2O → H2CO3 平衡常数,
P↑↓R
C106 H O 263 110 N16 P 138O2
（二）天然水的性质
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含量极低，主 要是溶解性气体CO2(aq)。
2、封闭体系的碳酸平衡
1） 用 、0 和1 分 别2 代表上述三种化合态在总量中所占比例， 可以给出下面三个表示式
=[0 H2CO3*]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ =[1HCO3-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ =[2 CO32-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ 2）若用CT表示各种碳酸化合态的总量，则有[H2CO3*]=C0 T ，[HCO3-]=CT1 和[CO32-]=CT2 。 3）把K1、K2的表达式代入上面的三个式子中，就可得到作为 酸离解常数和氢离子浓度的函数的形态分数
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如当 pH低 →pH高时，Fe(Ⅲ)的变化 ：
Fe3+→Fe(OH)2+→Fe(OH)2+→ Fe2(OH)24+→Fe(OH)3 ↓
2013-8-20
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳
13
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
（3）气体在水中的溶解性
2013-8-20 玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳 25
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
生物(或生化)需氧量（BOD5 ） 生物(或生化)需氧量BOD5是另一个 水质的重要参数，在一定时间温度下，微 生物分解水中有机物发生生物化学反应中 所消耗的溶解氧量，单位mg/L 。 化学需氧量（COD） 化学需氧量是指水样在规定条件下用 氧化剂处理时，其溶解性或悬浮性物质消 耗氧化剂的量。
气体的溶解度随温度升高而降低， 如O2: 0℃ (14.74mg/L) → 35℃ (7.03mg/L)
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳 20
2013-8-20
③氧在水中的溶解 水体中的元素氧主要来自大气 温度↑→水中平衡氧浓度↓
0℃(14.74 )→25℃(8.32) →35℃(7.03mg/L) 水中氧的溶解度低，一旦发生氧的消耗反应，则溶 解氧的水平可以很快降至零。 {CH2O} + O2 → CO2+H2O
2013-8-20 玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳 3
第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
天然水系的类别
2013-8-20
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳
4
表-自然环境中的水量分布
2013-8-20
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳
5
第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
复氧过程
2013-8-20
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
溶解氧（DO）
水体与大气交换或经化学、生物化 学反应后溶于水中的氧称为溶解氧。 水体受污染，其溶解氧逐渐减少， 因此，水中溶解氧的浓度是表明水体污 染程度的重要指标之一。地面水要求溶 解氧含量不能低于4毫克/升。
2013-8-20
27
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 2、天然水的性质 （1） 碳酸平衡 在 水 体 中 存 在 着 CO2、H2CO3、HCO3—、 H 2CO 3 CO32—等四种化合态，常把CO2、H2CO3合并为 * 含 H 2CO 3 * 量极低， 主要是溶解性气体CO2。
2013-8-20 玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳 11
表- 河水中部分元素的含量及其可能存在的形态
2013-8-20
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳
12
（2）水中的金属离子
水溶液中的金属离子可通过化学反应(酸 －碱、沉淀、配合及氧化-还原等)达到最 稳定的状态； 水中可溶性金属离子可以多种形态存在。
1.26×10-8 9.16×10-8 3.34×10-7 1.32×10-8 4.84×10-8 7.80×10-9 7.01×10-1
气体
N2 NO NO2 HNO2 HNO3 NH3 SO2
KH[mol/(L· Pa)]
6.40×10-9 1.97×10-8 9.74×10-8 4.84×10-4 2.07 6.12×10-4 1.22×10-5
2013-8-20
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳
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②温度对气体溶解度的影响
(Clausius-Clapeyron方程式)：
c H 1 1 lg c0 2.303R T T0
lg(C)
lg(1/T)
c，c0—温度T和T0时气体在水中的浓度； △H—溶解热，J/mol，(△H <0)； R—气体常数，8.314J/(mol· K)。
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳 22
2013-8-20
（4）水生生物对溶解氧的影响--富营养化
水体中溶解氧(DO)浓度是耗氧过程与复 氧过程平衡的结果 耗氧过程
有机物的氧化 自养生物和异养生物的呼吸。 大气中氧的溶解 自养生物的光合作用
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳 23
2013-8-20 玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳 9
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
（1）天然水中的主要离子组成
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3—、 NO3—、Cl—和SO42—为天然水中常见的八大 离子，占天然水中离子总量的95~99%。
2013-8-20 玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳 24
（4） 水生生物对溶解氧的影响--富营养化
藻类(自养生物)的生成与分解
生成: 光合作用（P） 分解: 呼吸作用（R）
106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H+
P
R
C106H263O110N16P+138O2
2013-8-20
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳
2
第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
水质概况 地球表面有70.8%为海洋所覆盖，占地球总 水量的97.3%，淡水只占2.7%，可供人类使用的 淡水资源约为850万km3，仅占地球总水量的 0.64%。 我国水资源比较丰富，约为27210亿m3， 居世界第六位。 目前用水量仅次于美国。 对44个城市水质调查: 地下水93.2%被污染，地表水100%污染.
一、天然水的基本特征 1、天然水的组成
天然水化学组成的形成过程 考虑岩石风化和土壤生成等有关过程。 风化过程 地壳中原生岩石是火成岩，经过风化作用、迁移和 沉积作用而成为沉积岩，沉积岩经地壳变迁可重新转入 大陆，也可再经变质岩转为火成岩，构成岩石循环。 水的关键作用 大气组成受到火山排出物的直接或间接影响，提供 CO2和氧化剂(O2)而参与化学转化过程。
亨利定律..\拉乌尔定律和亨利定律.ppt
2013-8-20
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳
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①气体分子在气液相两间的平衡--亨利定律
O2 ( g ) O2 (aq) X ( g ) X (aq) C X K X PX 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。
pH2O 0.0424 0.0562 0.0737 1 1 4 (×105Pa)
0.0958 0.1233 1.0130 1 0
2013-8-20
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳
18
（3）气体在水中的溶解性 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
玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳 17
2013-8-20
表3－3 水在不同温度下的分压
T(℃) 0 5 10 15 20 25
pH2O 0.0061 0.0087 0.0122 1 2 8 (×105Pa) T(℃) 30 35 40
0.0170 0.0233 0.0316 5 7 7 45 50 100
PCO2 =(Pa-PH2O) ×fCO2
=(1.013-0.0317) ×105 ×3.14 × 10-4 =30.8 (Pa) [CO2]=3.34×10-7×30.8=1.03×10-5 (mol/L) CO2在水中可部分离解，产生等浓度的H+和 HCO3H+和HCO3-的浓度可从CO2的酸离解常数计算
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利用亨利定律时的注意事项
在计算气体的溶解度时，需考虑水蒸气对气 体分压的影响 Px=(Pa-PH2O)×fx
Pa: 大气压； fX: 大气中气体的摩尔分数
亨利定律不能反应气体在溶液中的进一步的 化学反应，如CO2的溶解: CO2(g) CO2(aq) CO2(aq) +H2O H+HCO3+
第三章
重点转向
水环境化学
(1) 有毒难降解有机污染物的水环境行为和归趋模式方 面研究; (2) 金属存在形态与生物有效性及生物地球化学循环的 研究; (3) 饮用水资源的保护及地下水污染问题。
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第三章
水环境化学
教学要求: 1. 掌握天然水的组成和性质； 2. 掌握溶解和沉淀，氧化还原，配合作用及固液界面相互作用等基本化学原理在水环境化学 中的应用； 3. 掌握主要有毒难降解有机污染物的环境行为和 归趋模式的基本原理。
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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
天然水体中除水以外，还有其他各种物质； 根据它们在水中存在的状态不同，可将这些物 质分为三类。
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
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一、天然水的的基本特征
(1) 天然水中的主要离子组成
硬度 酸 H+ Ca2+、Mg2+ HCO3－、CO32－、OH－
Fe3+→Fe(OH)2+→Fe(OH)2+→ Fe2(OH)24+→Fe(OH)3 ↓
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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
（3）气体在水中的溶解性
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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
生物(或生化)需氧量（BOD5 ） 生物(或生化)需氧量BOD5是另一个 水质的重要参数，在一定时间温度下，微 生物分解水中有机物发生生物化学反应中 所消耗的溶解氧量，单位mg/L 。 化学需氧量（COD） 化学需氧量是指水样在规定条件下用 氧化剂处理时，其溶解性或悬浮性物质消 耗氧化剂的量。
气体的溶解度随温度升高而降低， 如O2: 0℃ (14.74mg/L) → 35℃ (7.03mg/L)
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③氧在水中的溶解 水体中的元素氧主要来自大气 温度↑→水中平衡氧浓度↓
0℃(14.74 )→25℃(8.32) →35℃(7.03mg/L) 水中氧的溶解度低，一旦发生氧的消耗反应，则溶 解氧的水平可以很快降至零。 {CH2O} + O2 → CO2+H2O
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
天然水系的类别
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表-自然环境中的水量分布
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
复氧过程
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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
溶解氧（DO）
水体与大气交换或经化学、生物化 学反应后溶于水中的氧称为溶解氧。 水体受污染，其溶解氧逐渐减少， 因此，水中溶解氧的浓度是表明水体污 染程度的重要指标之一。地面水要求溶 解氧含量不能低于4毫克/升。
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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 2、天然水的性质 （1） 碳酸平衡 在 水 体 中 存 在 着 CO2、H2CO3、HCO3—、 H 2CO 3 CO32—等四种化合态，常把CO2、H2CO3合并为 * 含 H 2CO 3 * 量极低， 主要是溶解性气体CO2。
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表- 河水中部分元素的含量及其可能存在的形态
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（2）水中的金属离子
水溶液中的金属离子可通过化学反应(酸 －碱、沉淀、配合及氧化-还原等)达到最 稳定的状态； 水中可溶性金属离子可以多种形态存在。
1.26×10-8 9.16×10-8 3.34×10-7 1.32×10-8 4.84×10-8 7.80×10-9 7.01×10-1
气体
N2 NO NO2 HNO2 HNO3 NH3 SO2
KH[mol/(L· Pa)]
6.40×10-9 1.97×10-8 9.74×10-8 4.84×10-4 2.07 6.12×10-4 1.22×10-5
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②温度对气体溶解度的影响
(Clausius-Clapeyron方程式)：
c H 1 1 lg c0 2.303R T T0
lg(C)
lg(1/T)
c，c0—温度T和T0时气体在水中的浓度； △H—溶解热，J/mol，(△H <0)； R—气体常数，8.314J/(mol· K)。
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（4）水生生物对溶解氧的影响--富营养化
水体中溶解氧(DO)浓度是耗氧过程与复 氧过程平衡的结果 耗氧过程
有机物的氧化 自养生物和异养生物的呼吸。 大气中氧的溶解 自养生物的光合作用
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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
（1）天然水中的主要离子组成
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3—、 NO3—、Cl—和SO42—为天然水中常见的八大 离子，占天然水中离子总量的95~99%。
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（4） 水生生物对溶解氧的影响--富营养化
藻类(自养生物)的生成与分解
生成: 光合作用（P） 分解: 呼吸作用（R）
106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H+
P
R
C106H263O110N16P+138O2
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
水质概况 地球表面有70.8%为海洋所覆盖，占地球总 水量的97.3%，淡水只占2.7%，可供人类使用的 淡水资源约为850万km3，仅占地球总水量的 0.64%。 我国水资源比较丰富，约为27210亿m3， 居世界第六位。 目前用水量仅次于美国。 对44个城市水质调查: 地下水93.2%被污染，地表水100%污染.
一、天然水的基本特征 1、天然水的组成
天然水化学组成的形成过程 考虑岩石风化和土壤生成等有关过程。 风化过程 地壳中原生岩石是火成岩，经过风化作用、迁移和 沉积作用而成为沉积岩，沉积岩经地壳变迁可重新转入 大陆，也可再经变质岩转为火成岩，构成岩石循环。 水的关键作用 大气组成受到火山排出物的直接或间接影响，提供 CO2和氧化剂(O2)而参与化学转化过程。
亨利定律..\拉乌尔定律和亨利定律.ppt
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①气体分子在气液相两间的平衡--亨利定律
O2 ( g ) O2 (aq) X ( g ) X (aq) C X K X PX 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。
pH2O 0.0424 0.0562 0.0737 1 1 4 (×105Pa)
0.0958 0.1233 1.0130 1 0
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（3）气体在水中的溶解性 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
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表3－3 水在不同温度下的分压
T(℃) 0 5 10 15 20 25
pH2O 0.0061 0.0087 0.0122 1 2 8 (×105Pa) T(℃) 30 35 40
0.0170 0.0233 0.0316 5 7 7 45 50 100
PCO2 =(Pa-PH2O) ×fCO2
=(1.013-0.0317) ×105 ×3.14 × 10-4 =30.8 (Pa) [CO2]=3.34×10-7×30.8=1.03×10-5 (mol/L) CO2在水中可部分离解，产生等浓度的H+和 HCO3H+和HCO3-的浓度可从CO2的酸离解常数计算
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在计算气体的溶解度时，需考虑水蒸气对气 体分压的影响 Px=(Pa-PH2O)×fx
Pa: 大气压； fX: 大气中气体的摩尔分数
亨利定律不能反应气体在溶液中的进一步的 化学反应，如CO2的溶解: CO2(g) CO2(aq) CO2(aq) +H2O H+HCO3+
第三章
重点转向
水环境化学
(1) 有毒难降解有机污染物的水环境行为和归趋模式方 面研究; (2) 金属存在形态与生物有效性及生物地球化学循环的 研究; (3) 饮用水资源的保护及地下水污染问题。
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水环境化学
教学要求: 1. 掌握天然水的组成和性质； 2. 掌握溶解和沉淀，氧化还原，配合作用及固液界面相互作用等基本化学原理在水环境化学 中的应用； 3. 掌握主要有毒难降解有机污染物的环境行为和 归趋模式的基本原理。
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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
天然水体中除水以外，还有其他各种物质； 根据它们在水中存在的状态不同，可将这些物 质分为三类。
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一、天然水的的基本特征
(1) 天然水中的主要离子组成
硬度 酸 H+ Ca2+、Mg2+ HCO3－、CO32－、OH－