水文地球化学基础知识

《水文地球化学基础知识》

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词

解

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目录

第一章水化学基础

第一节溶解平衡 (3)

第二节碳酸平衡 (4)

第三节地下水中络合物的计算 (4)

第四节氧化还原反应 (5)

第二章地下水的化学成分的组成

第一节天然水的组成 (6)

第二节天然水的化学特性 (6)

第三节元素的水文地球化学特性 (7)

第四节天然化学成分的综合指标（三种） (7)

第五节地下水化学成分的数据处理 (7)

第三章地下水化学成分的形成与特征

第一节地下水基本成因类型的概念 (7)

第二节渗入成因地下水化学成分的形成与特征 (8)

第三节沉积成因地下水化学成分的形成与特征 (8)

第四章水的地球化学循环

第一节地下水圈的概念 (8)

第二节地壳中水的地球化学循环 (9)

第三节成矿过程中水的地球化学循环 (9)

第五章水文地球化学的应用

第六章补充部分 (10)

第一章<水化学基础>

第一节溶解平衡

质量作用定律：

一个化学反应的驱动力与反应物及生成物的浓度有关

化学平衡与自由能

体系：把所研究对象一个物体或一组相互作用的物体称为体系或系统，而体系（或系统）周围的其他物质称为环境。

状态及状态参数：热力学状态分为平衡状态和非平衡状态。热力学平衡体系特性是由系列参数来表示当体系没有外界影响时，各状态参数若能保持长久不变，此体系称为热力学平衡状态。

焓：它是一种化学反应向环境提供的热量总值。以符号“H”表示。在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的焓变化，称为“标准生成焓”。

△H r=△H(生成物)-△H（反应物）△H r为正值，属吸热反应，△H r为负值，属放热反应

自由能：在热力学中，自由能的含义是指一个反应在恒温恒压下所能做的最大有用功，以符号“G”表示。在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的自由能变化，称为“标准生成自由能”，以“△Gf”表示

△Gr=△G(生成物)- △G（反应物）△Gr为正值，反应在恒温恒压条件下不能自发进行，△Gr 为负值，反应在恒温恒压条件下可以自发反应；△G=0，反应处于平衡状态。

活度及活度系数

为了保证计算的精确程度，就必须对水中组分的实测浓度加以校正，校正后的浓度为校正浓度，也就是活度。质量作用定律中，浓度是以活度表示的。活度是真实浓度（实测浓度）的函数，一般情况下，活度小于实测浓度。活度与实测浓度的函数表示式为:a=rm m为实测浓度（mol/L）,r为活度系数。活度系数随水中溶解固体（矿化度）增加而减小，但一般都小于1

理想溶液：从理论上讲，溶液中离子之间或分子之间没有相互作用，这种溶液称为理想溶液。

地下水中的溶解-沉淀

全等溶解：矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物都是溶解组分，这种溶解反应称为全等反应；

非全等溶解：矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物除溶解组分外，还有新生成的组分，这种反应称为非全等溶解

溶度积：当难溶电解质溶于水而成饱和溶液时，溶液中同时存在的溶解离子和未溶解的固体。按质量作用定律，在给定的温压下，溶液中相应方次的离子的活度乘积是一个常数，称为平衡常数K，对于难溶盐来说，这个常数称为“容积度”，或者“溶度积常数”常用KSP表示。

溶解度：在给定温压下，达到溶解平衡时，溶液中溶解物质的总量。在水文地球化学研究中，溶解度常用mg/L表示。

同离子效应：一种矿物溶解于水溶液中，若水溶液中有与矿物溶解相同的离子，则这种矿物的溶解度就会降低，这种现象在化学上称为同离子效应。

盐效应：矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含量水中的溶解度，这种含盐量升高使矿物溶解度增大的现象，在化学上称为盐效应。其主要原因是，水中含盐量升高，离子强度I也升高，而活度系数则降低。注：就对溶解度的影响而言，同离子效应大于盐效应。所以，在盐效应和同离子效应同时存在时，盐效应往往可忽略；如无同离子效应时，盐效应是应考虑的。

饱和指数

饱和指数是确定水与矿物出于何种状态的参数，以符号“SI”表示。一般来说，根据饱和指数值判断水

与岩石、矿物的反应状态，对于地下淡水来说，还是很有用的。

水质

用来描述不同用途的水的物理、化学及生物化学性质的一个术语。

第二节碳酸平衡

电中性条件

从宏观上讲，电解溶液的一个基本条件是电中性条件，即溶液中的正离子电荷总数等于负离子电荷总数。水及弱酸的离解

纯水或含有其他溶质的水溶液中的水分子都会离解，其反应为：

H2O=H++OH-

按质量作用定律，达到离解平衡时可表达为：

KW=

式子中，KW是水的离解常数。在稀溶液中，水的活度为1。KW随温度而变化。

地下水中的碳酸平衡

地下水中的碳酸组成：游离碳酸H2CO3、重碳酸HCO3-、碳酸CO32-

地下水系统中的碳酸平衡

闭系统：该系统与大气没有co2交换，水与碳酸盐间的溶解反应所消耗的co2得不到补充，碳酸盐的溶解受到co2的控制，这种系统称为“闭系统”。其特征是，Ca2+、HCO3-浓度较低，而p H值较高。

开系统：该系统与大气有co2交换，水与碳酸盐间的溶解反应所消耗的co2不断得到补充，碳酸盐的溶解不受到co2的控制，这种系统称为“开系统”。其特征是，Ca2+、HCO3-浓度较高，而p H值较底。

第三节地下水中络合物的计算

地下水中溶解组分的存在形式

地下水溶解组分的存在形式有三种：

（1）单一离子形式：eg:Ca2+ /Mg2+/ Na+/ K+/ Cl- /F-等；

（2）络阴离子形式：eg:SO42-/CO32-/HCO3-/NO-等；

（3）复杂络合物：它包括无机络合物和有机络合物

主要七大离子：Cl- SO4- HCO3- Na+ K+ Ca2+ Mg2+

地下水中的络合物

地下水络合物：由一中心离子（一般为金属阳离子）和其周围的配位体（一般为阴离子或中性成分）以配位键的方式集合在一起的复杂缔合物称为地下水络合物。这种离子可能带电可能不带电。

地下水中长两组分的主要离子对：CaSO40 /MgSO40/ NaSO4-/ KSO4-/ CaHCO3+/ MgHCO30/ NaHCO30/ CaCO30/ MgCO30/ NaCO3-

地下水络合物的计算（具体计算形式详见课本p27）