水环境化学总结第14次课

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当 pE增大时,体系氧化态相对浓度升高。
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5. 氧化-还原作用
5-3 pE lg c图
[Fe3+]-[Fe2+]体系的 pE lg c图 29
5. 氧化-还原作用
5-4 水体系的 pE pH关系
水体系的 pE pH图 30
5. 氧化-还原作用
5-5 决定电位
对于只有一个氧化还原平衡的单体系,其平衡电位 就是体系的pE。实际上体系中往往同时存在多个氧 化还原平衡,它的pE应介于其中各个单体系的电位 之间,而且接近于含量较高的单体系的电位。如果 某个单体系的含量比其他体系高得多,其电位几乎 等于混合体系的pE,该单体系的电位称为决定电位
淡水的特征
优势离子
; 海水 Na+ >Mg2+ >Ca2+
Cl- >SO42- >HCO3-
; 淡水 Ca2+ >Mg2+ >Na+ HCO3- >SO42- > Cl-
有机质 海水 <2mg/L 淡水 >2mg/L
1.4 天然水的组成
(2) 主要的离子组成
天然水中常见主要离子总量可以粗 略地作为水的总含盐量:
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6. 配合作用
6-3 羟基对重金属离子的配合作用
Me2 OH MeOH K1
Me2 2OH MeOH 2 K 2
Me 2
3OH
Me(OH
)
3
K3
Me2 4OH Me(OH )24 K 4
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6. 配合作用
6-3 氯离子对重金属离子的配合作用
➢氯离子与重金属配合作用的程度决定于 Cl-的浓度及重金属离子对Cl-的亲和力。
[Me2 ]
K SP
/[S 2 ]
KSP[H ]2
/
K
' SP
KSP[H ] /(0.1K1K2 )
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5. 氧化-还原作用
5-1 电子活度概念
pH lg[ aH ]
pE lg[ ae ]
aH 代表氢离子在水溶液中的活度,它衡量
溶液接受或迁移质子的相对趋势。
ae 代表电子在水溶液中的活度,它衡量溶
液接受或迁移电子的相对趋势。 26
5. 氧化-还原作用
5-2 电子活度和氧化还原电位
Ox ne Re d
K
[Re
d] [Ox][e]n
pE lg[ e] 1 lg{lg K lg [Re d ]} EF 1 E
n
[Ox] 2.303RT 0.059
(在这里的E为平衡电极电位)
pE
pE0
1 n
lg
([Ox][Red
])
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5. 氧化-还原作用
5-2 电子活度和氧化还原电位
pE 0是氧化态和还原态浓度相等时的 pE。准确地讲,
应用电子活度来代替上述的电子浓度。
从 pE概念可知, pE越小,电子浓度越高,体系提
供电子的倾向就越强;反之,pE 越大,电子浓度越
低,体系接受电子的倾向就越强。
P K 0 1.46 P K1 6.35 P K2 10.33
封 闭 体 系
1.5 天然水的性质
(1)碳酸平衡
在开放体系,CO2在气相和液相之间处
于平衡状态,即体系中的
[
H
2
CO* 3
]

变,各种碳酸盐化合态的平衡浓度可
表示为PCO2和pH的函数。
8
1.5 天然水的性质
9
1.5 天然水的性质
13
1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
➢ 苛性碱度:达到CO32滴定终点所需酸量 时的碱度,但不易测得。
苛性碱度
[OH
]
[HCO
3
]
2[H
2
CO*3
]
[H
]
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1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
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。组成水中 酸度的物质:强酸、弱酸、强酸弱碱盐。
根据溶度积:
Ksp Men OH n
Men Ksp / OH n Ksp H / KWn
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4. 沉淀作用
4-1 氧化物和氢氧化物 若溶解后的金属离子不再发生其他化学反应, 则在金属氢氧化物的饱和溶液中,金属离子 的最大浓度[Men+]即为该金属氢氧化物的溶 解度,它与水体的pH有关。
3-1 分配作用(吸附与解吸) 分配作用(partition):在水溶液中,土壤有 机质对水体中的有机污染物的溶解作用,而且 在溶质的整个溶解范围内吸附等温线都是线性 的,与表面吸附位无关,只与有机化合物的溶 解度有关。
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第三节 水中有机物污染物的迁移转化
3-2 分配系数
分配系数 K p :有机污染物在沉积物(土壤)
1.4 天然水的组成
(4) 气体在水中的溶解性
(4-2) 二氧化碳在水中的溶解度:除了溶 解在水中的CO2,CO2在水中部分离解, 产生H+和HCO3-。在一个标准大气压下、 温度为25℃ 时, CO2在水中的溶解度 为0.55mg/L。(掌握计算方法)
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1.5 天然水的性质
(1)碳酸平衡
CO2 H2O K0 H 2CO3* H 2CO*3 K1 H HCO3 HCO3 K2 H CO32
➢ 总碱度:用一个强酸标准溶液滴定,用甲 基橙为指示剂,当溶液由黄色变成橙红色 (pH约4.3),停止滴定,此时所得的结果, 也称为甲基橙碱度。其化学反应计量关系 式如下:
总碱度 [HCO3 ] 2[CO32 ] [OH ] [H ]
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1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
➢ 酚酞碱度:滴定以酚酞为指示剂,当溶 液pH值降到8.3时,表示OH- 被中和, CO32- 全部转化为HCO3-,得到酚酞碱度表 达式: 酚酞碱度 [CO32 ] [OH ] [H2CO*3 ] [H ]
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第三节 水中有机物污染物的迁移转化
3-3 标化分配系数
KP
KOC [0.2(1
f
)
X
s oc
fX
f OC
]
f 细颗粒的质量分数(d 50m)
Xsoc 粗沉积物组分的有机碳含量 Xfoc 细沉积物组分的有机碳含量
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第三节 水中有机物污染物的迁移转化
3-3 标化分配系数
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第三节 水中有机物污染物的迁移转化
3-1 分配作用(吸附与解吸)
吸附作用(adsorption)
在非极性有机溶剂中,土壤矿物质对有机化合 物的表面吸附作用,或干土壤矿物质对有机化 合物的表面吸附作用。前者靠范德华力,后者 是化学键力,如氢键、离子偶极键、配位键、 π键等。
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第三节 水中有机物污染物的迁移转化
TDS [Ca2 Mg 2 Na K ] [HCO33 SO42 Cl ]
1.4 天然水的组成
(4) 气体在水中的溶解性
(4-1) 氧气在水中的溶解度:与水的温度、 氧气在水中的分压、水中的含盐量等因 素有关。在一个标准大气压下、温度为 25℃ 时,氧在水中的溶解度为 8.32mg/L。(掌握计算方法)
lg Men lg Ksp nlg H nlg KW
p Me p Ksp npH 14n
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4. 沉淀作用
4-2 硫化物
溶液中促成硫化物沉淀的是S2-,若溶液中 存在二价的金属离子Me2+,则有:
[Me2 ][S 2 ] K SP
在硫化氢和硫化物均达到饱和的溶液中,可以 算出溶液中金属离子的饱和浓度为
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5. 氧化-还原作用
5-6 水体决定电位
在一般的天然水体环境中,水体中起决定电位作用的物 质是溶解氧,溶解氧为“决定电位”物质。
在有机物较多的缺氧情况下,有机物起着决定电位的作 用;如水体处于上述两种状况之间,决定电位应是溶解 氧体系和有机物体系电位的综合。
除氧和有机物外,铁和锰是环境中分布相当普遍的变价 元素,它们是水体中氧化还原反应的主要参与者。在特 殊条件下,甚至起着决定电位的作用。
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6. 配合作用
6-2 配合物在溶液中的稳定性 • 稳定性:指配合物在溶液中离解成中心离子
和配位体,当离解达到平衡时离解程度的大 小。 • 天然水体中重要的
无机配体有:OH-、 Cl-、 CO32-、 HCO3-、 F-、S2-等。
有机配体有:天然有机质(如氨基酸、糖、 腐殖酸),洗涤剂、清洁剂等。
第三章 水环境化学
1. 天然水的基本特征及污染物的 存在形态
2. 水中无机污染物的迁移转化 3. 水中有机污染物的迁移转化
水环境
《环境科学大辞典》的解释:“水环 境是地球上分布的各种水体以及与 其密切相连的诸环境要素如河床、 海岸、植被、土壤等”。
1.4 天然水的组成
(2) 主要的离子组成
天然水体中主要的离子组成
… ➢氯离子配合作用对重金属迁移的影响主 要表现为:一方面大大提高了难溶重金 属化合物的溶解度。另一方面由于氯络 重金属离子的生成,减弱了胶体对重金 属离子的吸附作用。
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6. 配合作用
6-4 腐殖质的配合作用
腐殖质是有机高分子物质,分子量在300到 30000以上。腐殖质除了含有大量苯环之外,还含 … 有大量羧基、醇基和酚基。分为三类:
例四:在封闭体系中25℃水中,加入少量 下列物质,总碱度如何变化?
(1)HCl;(2)NaOH;(3)CO2;(4)NaHCO3; (5)Na2CO3;(6)Na2SO4
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第二节 水体中无机污染物的迁移转化
1. 重金属污染的特点 2. 迁移方式 3. 吸附作用 4. 沉淀作用 5. 氧化还原作用 6. 配合作用
螯合作用有一定的影响
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第三节 水中有机物污染物的迁移转化
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ห้องสมุดไป่ตู้
第三节 水中有机物污染物的迁移转化
3-1 分配作用(吸附与解吸) 分配理论:吸着(sorption)指有化合物在土壤 (沉积物)中的吸着存在,可以用二种机理来描 述有机污染物和土壤质点表面间物理化学作用 的范围。
吸附作用(adsorption) 分配作用(partition)
(1)碳酸平衡
比较封闭体系和开放体系可发现,在封闭 体系中,[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]等可 随pH值变化,但总的碳酸量cT始终不变。 而对于开放体系cT 、[HCO3-]、[CO32-]均 随pH值改变而变化,但[H2CO3*]总保持与 大气相平衡的固定数值。( p106)
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•富里酸(Fulvic acid) •腐殖酸(Humic acid) •腐黑物(Humin)又叫胡敏素
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影响腐殖质对水体中重金属污染物配合作用 的因素:
• 腐殖质对金属离子的螯合作用有较强的选择性 • 腐殖质对金属离子的螯合能力与其来源有关 • 同一来源的腐殖质,螯合能力与其成分有关 • 腐殖质的螯合能力还与水体pH有关 • 水体中Ca2+、Mg2+、Cl-等离子的含量对腐殖质的
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第二节 水体中无机污染物的迁移转化
1. 重金属污染的特点
➢ 天然水中的微量重金属就可产生毒性效应 ➢ 微生物不能降解重金属 ➢ 生物体对重金属有富集作用 ➢ 重金属可通过食物、饮水、呼吸等多种途径进
入人体
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第二节 水体中无机污染物的迁移转化
3. 水体中胶体物质对重金属的吸附作用
3-2 胶体物质对污染物的吸附作用 ➢ 表面吸附 ➢ 离子交换吸附 ➢ 专属吸附
1.5 天然水的性质
(2) 天然水中的碱度和酸度
a. 碱度(Alkalinity)是指水中能与强酸发生 中和作用的全部物质,亦即能接受质子的物 质的总量。组成水中碱度的物质包括: 强碱:NaOH;Ca(OH)2 弱碱:NH3 强碱弱酸盐:各种碳酸盐、重碳酸盐等
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1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
和水中含量的比值。
Kp
cs cw
cs代表的是有机污染物在沉积物中的平衡浓度, g / kg
cw代表的是有机污染物在水中的平衡浓度, g / L
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第三节 水中有机物污染物的迁移转化
3-3 标化分配系数
Koc K p / X oc
KOC 代表的是标化分配系数,即以有机碳为基础表示的分配系数 XOC沉积物中有机碳的质量分数
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1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
总酸度
[H
]
[OH
]
[HCO
3
]
2[H
2CO*3
]
CO
酸度
2
[H
]
[H
2CO*3
]
[OH
]
[CO32-
]
无机酸度
[H
]
[HCO
3
]
[OH
]
2[CO32-
]
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1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
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1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
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第二节 水体中无机污染物的迁移转化
3. 水体中胶体物质对重金属的吸附作用
3-4 沉积物中重金属的释放 ➢ 盐浓度升高 ➢ 氧化还原条件的变化 ➢ 降低pH值 ➢ 增加水中配合剂的含量
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第二节 水体中无机污染物的迁移转化
4. 沉淀作用
4-1 氧化物和氢氧化物
Me(OH )n (s) Men nOH
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