第三章天然水基本水化学特征.
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水分子结构天然水基本特征
举例：水中可溶性金属离子可以多种形态存在。例如，铁可以 Fe(OH)2+ 、 Fe(OH)2+ 、 Fe2(OH)24+ 、 Fe3+ 等形态存在。这些
形态在中性 (pH=7) 水体中的浓度可以通过平衡常数加以计算：
Fe3++H2O=Fe(OH)2++H+
沸点高。能够有效地调节温度的剧烈变化。
溶解和反应能力强。常被称为通用溶剂。水具有极强的溶
解能力，能够不同程度地溶解大量物质，当然包括污染物。
具有很大的表面张力。水的表面张力仅仅次于水银。
水提供了有机物和生命物质中H的来源。一些有机化合物都
是以碳、氢、氧、氮等元素为基础形成的。这些元素的主要
来源物质就是CO2和H2O。
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%。 水中这些主要离子的分类，常用来作为表征水体主要化学特 征性指标。
硬 度 Ca2+ HCO3Mg2+ CO32碱 度 酸 H+ OH碱金属 Na+ SO42 Cl- NO3酸 根 阴离子 阳离子
在自然生态环境中具有不可估量的作用。例如保证了饮用、
水生生物的生存、生命的进化等。 体积随温度变化情况异常。水的体积改变不遵 循“热胀冷缩”的普遍规律。 “冰轻于水”（ 4 摄氏度水密度最大）具有重
要的生态学意义。可以保护水下的生物，保证水 底部生物需要的溶解氧以及其他营养物的补充等。
热容量最大。在所有液体和固体中，水具有最大的热容量。
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1
α0 ， α1 ， α2为分布系数，与pH 有关。
因此封闭碳酸体系各主要形态与pH有关,而CT与pH无关
④开放碳酸体系特点及各主要形态计算 特点： * CT ≠常数 * [H CO *]总保持与大气相平衡的固定数值 2 3 即：[CO 2 （aq)] = KH p CO 2
CT = [H2CO 3 *] /α0 =[CO 2 （aq)] /α0 = KH p CO 2 /α0 [HCO 3 － ] = α1KH p CO 2 /α0 = K1 KH p CO 2 / [H+ ]
(3)水生生物
自养 异养
几个问题 天然水中主要离子总量可以粗略地作为TDS
A.名词—总含盐量（TDS）(≡总溶解固体量)
TDS=[Ca 2 + +Mg 2 + + Na+ +K+ ]+ [HCO3 － + SO4 2 － +Cl － ]
总含盐量 （总溶解固体量）为1000~10000 mg/L
的天然水称为咸水(淡水的总含盐量< 1000mg/L)
[CO32-] = K2[HCO3-] / [H+]
（2）
= 4.69×10-11×1.00×10-3 /1.00×10-8
= 4.69 ×10-6mol.L-1
例2
若 水 体 pH 升 高 到 10.00, 碱 度 仍 保 持
1.00×10-3 mol•L-1 ，再计算该水体中各碱度 成分的浓度。 碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [ OH-]( mol.L-1) [OH-] = 1.00×10-4 mol.L-1
查表3-1（教材P102），氧气在25℃水中的亨利常数 KO2=1.28×10-8moL/(L· Pa) 则根据亨利定律，氧气在水中的溶解度为： [O2(aq)]=KO2· 2=1.28×10-8×0.2029×1.013×105 PO =２.63×10-4moL/L 由于氧的分子量为32，所以其溶解度为8.4mg/L或8.4PPm. 结论：25℃时 [O2(aq)]=８.4mg/L 问：若已知25℃湖水中溶解氧浓度为0.32 mg/L，大气中氧的分压 为多少？
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。
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。
环境化学重点
= 4.69×10-11×1.00×10-3 /1.00×10-8
例2
(p156)
4.69 10 0.469 , 10 [ HCO3 ] 1.00 10 [CO3 ]
若水体 pH升高到10.00, 碱度仍保持1.00×10-3 mol/L，再计算 该水体中各碱度成分的浓度。 碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] [OH-] = 1.00×10-4 mol/L 1.00×10-3 = [HCO3-] + 2[CO32-] + 1.00×10 -4
= 2 酚酞碱度 – 总碱度
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可归纳为三类：强酸弱酸和 强酸弱碱盐。
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-]
试计算25度，标准大气压下，水中有机物浓 度是多少时, 可基本消耗全部的氧气?
（3）气体在水中的溶解性
氧气溶解度随着温度的变化，要求会计算。
Lg(C2/C1) = △H / (2.303R) ( 1/T1 - 1/T2 )
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。
水资源
地球上水贮量13，9亿，其中97%为海洋淡水， 不能直接利用。 水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类 和一切生物赖以生存的物质基础。人类对水 资源的开发和利用包括： A直接利用，数量和质量会发生变化； B水能的利用，发展水运等，无量的消耗。
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
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)
环境化学作业题解答
傍晚虽交通繁忙，但日光较弱，不足以引起光化学反应。
13
14、何谓有机物的反应活性?如何将有机物按反应活性分类?
(1)有机物的反应活性：有机物的反应活性是指反应难易程度。反应中有些 中间体能增加反应活性。正催化剂能产生容易反应的中间体，改变反应历 程，缩短反应时间。 （2）分类：按有机物所含官能团分类：烷、烯、炔、醇、酮、苯、酚、 醚、羧酸、糖等。
已知co的亨利常数为314104和126108在干大气中所占的分数为02095和31410412610820561026104moll1氧的分子量32溶解度832mgldo2co在水中的溶解度pco314104308pacoco2103105mollco的分子量46溶解度0474mgl203试论述天然水碳酸平衡体系思考题在水生生物体之间的生物化学转化中co占有独特的位置同时对调节天然水ph值也起着重要作用
14
19、论述影响酸雨形成的因素。
主要影响因素：（1）酸性污染物的排放及其转化条件；（2）大气中NH3的 含量及其对酸性物质的中和性；（3）大气颗粒物的碱度及其缓冲能力； （4）天气形势的影响。
20、什么是大气颗粒物的三模态?如何识别各种粒子模?
依据大气颗粒物表面积与粒径分布的关系，把大气颗粒物表示成三种模 结构：爱根（Aitken）核模（Dp<0.05μm）、积聚模（0.05μm<Dp <2μm）和粗粒子模（Dp>2μm）。 （1）爱根核模主要源于燃烧产生的一次颗粒物以及气体分子通过化学反 应均相成核而生成的二次颗粒物。由于其粒径小、数量多、表面积大而很 不稳定，易于相互碰撞结成大粒子而转入积聚模；也可在大气湍流扩散过 程中很快被其他物质或地面吸收而去除。 （2）积聚模主要由核模凝聚或通过热蒸汽冷凝再凝聚长大。这些粒子多 为二次污染物，其中硫酸盐占80%以上。它们在大气中不易由扩散或碰撞 而去除。积聚模与爱根核模的颗粒物合称细粒子。 （3）粗粒子模的粒子称为粗粒子，多由机械过程所产生的扬尘、液滴蒸 发、海盐溅沫、火山爆发和风沙等一次颗粒物所构成，因此它的组成与地 面土壤十分相近，主要靠干沉降和湿沉降过程去除。
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
第三章-环境水化学1
ＴＤＳ＝［ K+＋Na+＋Ca2+＋Mg2+］
＋［HCO3-＋Cl-＋SO42-］
（２）水中的金属离子：可通过酸-碱、沉淀、配 合及氧化-还原等化学反应达到最稳定的状态。 水中可溶性金属离子可以多种形态存在。这些 形态在中性水体中的浓度可通过平衡常数加以计 算： Kc Θ =
[G]g ·[D]d [A]a · b [B]
无机酸度
酸度
总酸度 苛性碱度
碱度
cT ,CO3 CO32
pH 10 11
碳酸盐碱度 总碱度
cT ,CO3 CO32 pH=10 11 cT ,CO3 HCO3 pH=8.3 cT ,CO3 H 2 CO pH=4.5
1929年美国合成，我国70年代开始生产 主要用途： 用作润滑材料、增塑剂、杀菌剂、 热载体及变压器油等。 危害：可燃、高毒 辛醇-水分配系数（Kow） ：有机化合物在水 和N-辛醇两相平衡浓度之比。辛醇对有机物的 分配与有机物在土壤有质的分配极为相似，分配 系数的数值越大，有机物在有机相中溶解度也越 大，即在水中的溶解度越小。
aA + bB
Kc Θ =
gG + dD
[G]g ·[D]d [A]a · b [B]
本章内容：
1、天然水的基本特征及污染物的存在形式 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
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 天然水中一般含有可溶性物质和悬浮物质 （包括悬浮物、颗粒物、水生生物等）。 可溶性物质主要是地壳矿物质。
如果滴定是以酚酞作为指示剂，当溶液的pH值达 到8.3时，表示OH-被中和，CO32-全部转化为 HCO3-，作为碳酸盐只中和了一半，因此，得到 酚酞碱度的表示式： 酚酞碱度= [ CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+] 达到pH CO32- 所需酸量时的碱度称为苛性碱度。
环境化学第三章天然水的基本特征及污染物的存在形态讲课文档
(8)多环芳烃类(PAHs)
水中溶解度小，辛醇-水分配系数高，主要积累在沉积物、生物 体内和溶解的有机质中。
(9)亚硝胺及其他 沉积物或水中。
第二十五页，共38页。
二、水中污染物的分布和存在状态
（2）金属污染物
1.镉 2.汞 3.铅
4.砷 5.铬 6.铜 7.锌 8.铊 9.镍 10.铍
第二十六页，共38页。
注意： 富营养化问题中，多数情况，P是限制因素，有些情况下CO2也
是一个限制因素。
第十页，共38页。
2. 天然水的性质 2.1 碳酸平衡
在水体中存在着CO2、H2CO3、 HCO3-、 CO32-等4种物质; 常把CO2和H2CO3 合并为H2CO3*; 实际上H2CO3 的含量极低，主要是溶解性的气体CO2。
2.2 天然水中酸度和碱度
碱度是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。包括 ① 强碱；②弱碱；③ 强碱弱酸盐。
总碱度 = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] – [H+] 总碱度不受H2CO3*的影响。
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
[H+]=[HCO3-]
K1=4.45 × 10-7
故CO2在水中的溶解度应为 [CO2]+[HCO3—]=1.24×10-5mol/L
第九页，共38页。
1. 天然水的组成
(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
0.03161705)20.95%0.2051605(Pa)
[O2(aq)]KHpO2 1.261080.20516052.6104(mol)/L
水中溶解度小，辛醇-水分配系数高，主要积累在沉积物、生物 体内和溶解的有机质中。
(9)亚硝胺及其他 沉积物或水中。
第二十五页，共38页。
二、水中污染物的分布和存在状态
（2）金属污染物
1.镉 2.汞 3.铅
4.砷 5.铬 6.铜 7.锌 8.铊 9.镍 10.铍
第二十六页，共38页。
注意： 富营养化问题中，多数情况，P是限制因素，有些情况下CO2也
是一个限制因素。
第十页，共38页。
2. 天然水的性质 2.1 碳酸平衡
在水体中存在着CO2、H2CO3、 HCO3-、 CO32-等4种物质; 常把CO2和H2CO3 合并为H2CO3*; 实际上H2CO3 的含量极低，主要是溶解性的气体CO2。
2.2 天然水中酸度和碱度
碱度是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。包括 ① 强碱；②弱碱；③ 强碱弱酸盐。
总碱度 = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] – [H+] 总碱度不受H2CO3*的影响。
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
[H+]=[HCO3-]
K1=4.45 × 10-7
故CO2在水中的溶解度应为 [CO2]+[HCO3—]=1.24×10-5mol/L
第九页，共38页。
1. 天然水的组成
(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
0.03161705)20.95%0.2051605(Pa)
[O2(aq)]KHpO2 1.261080.20516052.6104(mol)/L
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
则在总碱度相对较高时，[OH-]能够忽略不计，如今，
假如滴定是以酚酞作为指示剂，当溶液的PH值降到8.3时，（用HCL去滴定OH，溶液由红色变成无色）表示OH-被中与，CO32-全部转化为HCO3-，作为碳酸盐只中与了一半，因此，得到酚酞碱度表示式：
酚酞碱度=[CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+]
（1）重金属
重金属在地壳中的丰度并不高，但分布极其广泛。微量的重金属是生物体正常生长所必不可少的营养物质。但是，一旦超量，将会造成生物体中毒，影响其正常的生长发育。而且有些重金属能够在生物体内发生富集或者转化形成毒性更大的形态。因而重金属的危害性是非常大的。
①汞
汞是最受关注的重金属污染物。天然水中的汞要紧来自于下面几种途径：
[HCO3-]=5.29×10-4mol/L
如今，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
由于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，本题也能够进行如下求解：
此外，近年来除草剂的使用量逐步增加，可用来杀死杂草与水生植物。它们具有较高的水溶解度与低的蒸气压，通常不易发生生物富集、沉积物吸附与从溶液中挥发等反应。根据它们的结构性质，要紧分为有机氯除草剂、氮取代物、脲基取代物与二硝基苯胺除草剂四类型。这类化合物的残留物通常存在于地表水体中，除草剂及其中间产物是污染土壤、地下水及周围环境的要紧污染物。
[HCO3-]=4.64×10-4mol/L
[CO32-]=2.18×10-4mol/L
由于如今CO2的浓度能够忽略不计，故pH=10.00时，体系中无机碳总浓度=[HCO3-]+[CO32-]=6.82×10-4mol/L。
假如滴定是以酚酞作为指示剂，当溶液的PH值降到8.3时，（用HCL去滴定OH，溶液由红色变成无色）表示OH-被中与，CO32-全部转化为HCO3-，作为碳酸盐只中与了一半，因此，得到酚酞碱度表示式：
酚酞碱度=[CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+]
（1）重金属
重金属在地壳中的丰度并不高，但分布极其广泛。微量的重金属是生物体正常生长所必不可少的营养物质。但是，一旦超量，将会造成生物体中毒，影响其正常的生长发育。而且有些重金属能够在生物体内发生富集或者转化形成毒性更大的形态。因而重金属的危害性是非常大的。
①汞
汞是最受关注的重金属污染物。天然水中的汞要紧来自于下面几种途径：
[HCO3-]=5.29×10-4mol/L
如今，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
由于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，本题也能够进行如下求解：
此外，近年来除草剂的使用量逐步增加，可用来杀死杂草与水生植物。它们具有较高的水溶解度与低的蒸气压，通常不易发生生物富集、沉积物吸附与从溶液中挥发等反应。根据它们的结构性质，要紧分为有机氯除草剂、氮取代物、脲基取代物与二硝基苯胺除草剂四类型。这类化合物的残留物通常存在于地表水体中，除草剂及其中间产物是污染土壤、地下水及周围环境的要紧污染物。
[HCO3-]=4.64×10-4mol/L
[CO32-]=2.18×10-4mol/L
由于如今CO2的浓度能够忽略不计，故pH=10.00时，体系中无机碳总浓度=[HCO3-]+[CO32-]=6.82×10-4mol/L。
水化学成分组成
以含钙为主的天然水的矿化度一般小于1g/L。Ca2+积极 参与生物地球化学作用，含钙的有机质可很快转化为矿物质 而存在于土壤中。镁盐在水中的溶解度比钙盐大，但Mg2+易 被植物吸收，故在天然水中的含量小于Ca2+。在矿化水中 Mg2+可高达几g/L到kg/L。
钠、钾在水中含量主要受溶解度控制。它们的离子电位 低，在水中大多呈水合离子形式。在简单水溶液中有下列络 合离子形式：Na+，NaSO4-，NaCl0，Na2CO3。,NaHCO30， NaOH0,NaCO3-，K+，KCl0，KOH0，KS04-。
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。
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
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。
钠、钾在水中含量主要受溶解度控制。它们的离子电位 低，在水中大多呈水合离子形式。在简单水溶液中有下列络 合离子形式：Na+，NaSO4-，NaCl0，Na2CO3。,NaHCO30， NaOH0,NaCO3-，K+，KCl0，KOH0，KS04-。
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。
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
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。
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+。
环境化学作业题解答
5
2、逆温现象对大气中污染物的迁移有什么影响?
一般情况下，大气温度随着高度增加而下降，每上升100 米，温度降低0.6℃左右。即是说在数千米以下，总是低层 大气温度高、密度小，高层大气温度低、密度大，显得 “头重脚轻”。这种大气层结容易发生上下翻滚即“对流” 运动，可将近地面层的污染物向高空乃至远方输散，从而 使城市上空污染程度减轻。因而在通常情况下，城市上空 为轻度污染，对人体健康影响不大。可是在某些天气条件 下，一地上空的大气结构会出现气温随高度增加而升高的 反常现象，从而导致大气层结“脚重头轻”，气家学家称 之为“逆温”，发生逆温现象的大气层称为“逆温层”。 它像一层厚厚的被子罩在我们城乡上空，上下层空气减少 了流动，近地面层大气污染物“无路可走”，只好原地不 动，越积越多，空气污染势必加重。
（2）含氮化合物
氧化亚氮(N2O)、一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。N2O是低层大气含量 最高的含氮化合物，由于其非常稳定，一般认为其没有明显的污染效应。 NOX来源与消除：NO和N02是大气中主要含氮污染物。其人为来源是燃 料燃烧。燃烧源分为流动和固定燃烧源。城市大气中NOX 2/3来自汽车排 放，1/3来自固定源排放。燃烧产生的NOX主要是NO，占90％以上；NO2 约占O.5％～10％。大气中NOX最终将转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降 和干沉降从大气中去除，其中湿沉降是最主要的消除方式。
③中间层： 50～80km；空气较稀薄；臭氧层消失；温度随海拔高度的增 加而迅速降低；大气的垂直对流强烈。 ④热层：80～500km；在太阳紫外线照射下空气处于高度电离状态（电 离层），能反射无线电波，人类可利用它进行远距离无线电通讯；大气 温度随高度增加而升高；空气更加稀薄，大气质量仅占大气总质量的 0．5％。 热层以上的大气层称为逃逸层。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线 的作用与大气温度不同，大气的压力总是随着海拔高度的增加而减小。
第11讲_水中有机污染物的迁移转化
子被活化是由体系吸收光子进行的。 ❖ 分子被活化后，它可能进行光反应，也可能通过光
辐射的形式进行“去活化”再回到基态
(2) 光量子产率与直接光解速率
❖ 进行光化学反应的光子占吸收总光子数之比， 称为光量子产率(Φ)。
生成或破坏给定物种的摩尔数 体系吸收光子的摩尔数
波长为的光所引起的直接光解速率 : dc
dt
I '
K c
假设与波长无关,则全波段光所引起的直接光解速率 :
RP
dc
dt
K c d c
K
d
设, KP K d,
则, RP
dc dt
KPc
c c0 exp(KPt),
t1/ 2 0.693 / K P
(3)水中化合物的直接光解反应
水解速率与pH的关系
❖ Mabey等把水解速率归纳为
◎酸性催化过程 ◎碱性催化过程 ◎中性催化过程
❖ 水解速率为三个催化过反应速度的和：
-
d[RX] dt
K
h [RX]
Kh KA[H ] K N KB[OH-] KA[H ] K N KBK W /[H ]
式中：
KA—酸性催化二级反应水解速率常数； KB—碱性催化二级反应水解速率常数； KN—中性催化二级反应水解速率常数； Kh—在某一pH值下总水解速率常数。
速率
E(酶)+S(底物)
ES
E+P(产物)
R
dB dt
Y
dc dt
max
Bc Ks c
1 1 Ks 1
R B max max c
式中：c—污染物(底物)浓度； B—细菌浓度； Y—消耗一个单位碳所产生的生物量； µm a x — 最 大 的 比 生 长 速 率 ； K s — 半 饱 和 常 数 ， 即 R / B = µm a x / 2 时 的 底 物 浓 度 。
辐射的形式进行“去活化”再回到基态
(2) 光量子产率与直接光解速率
❖ 进行光化学反应的光子占吸收总光子数之比， 称为光量子产率(Φ)。
生成或破坏给定物种的摩尔数 体系吸收光子的摩尔数
波长为的光所引起的直接光解速率 : dc
dt
I '
K c
假设与波长无关,则全波段光所引起的直接光解速率 :
RP
dc
dt
K c d c
K
d
设, KP K d,
则, RP
dc dt
KPc
c c0 exp(KPt),
t1/ 2 0.693 / K P
(3)水中化合物的直接光解反应
水解速率与pH的关系
❖ Mabey等把水解速率归纳为
◎酸性催化过程 ◎碱性催化过程 ◎中性催化过程
❖ 水解速率为三个催化过反应速度的和：
-
d[RX] dt
K
h [RX]
Kh KA[H ] K N KB[OH-] KA[H ] K N KBK W /[H ]
式中：
KA—酸性催化二级反应水解速率常数； KB—碱性催化二级反应水解速率常数； KN—中性催化二级反应水解速率常数； Kh—在某一pH值下总水解速率常数。
速率
E(酶)+S(底物)
ES
E+P(产物)
R
dB dt
Y
dc dt
max
Bc Ks c
1 1 Ks 1
R B max max c
式中：c—污染物(底物)浓度； B—细菌浓度； Y—消耗一个单位碳所产生的生物量； µm a x — 最 大 的 比 生 长 速 率 ； K s — 半 饱 和 常 数 ， 即 R / B = µm a x / 2 时 的 底 物 浓 度 。
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17
III型 • Ca2+ + Mg2+> HCO3- + SO42• 高矿化度水 • 大洋水和海水 IV型 • HCO3-+CO32- = 0 • 酸性水、酸型沼泽水、硫化矿床水、火山水
Байду номын сангаас
13
第二节 天然水的化学分类法
分类：按离子总量和离子相对含量分类 一、按离子总量的分类-原苏联学者O·A·阿列金
淡水离子总量 微咸水 具海水盐度的水 盐水（卤水） 淡水1 g/L是基于人的味觉 离子总量高于1 g/L时，多数人便可感到咸味 海水中尚未见到过离子总量高于50 g/L的情况
14
＜1 g/L（或用无量纲单位10-3，下同） 1-25 g/L 25-50 g/L ＞50 g/L
第三章 天然水基本水化学特征
第一节 天然水中的主要离子成分 第二节 天然水的化学分类 第三节 天然水的pH值和总酸度 第四节 天然水体内的二氧化碳平衡系统 第五节 溶解氧
1
第一节 天然水中的主要离子成分
一、天然水中离子的存在形式—3种
简单的自由离子 较为复杂的离子对 络离子
2
（一）自由离子
强电解质在水溶液中是完全电离的（表观电离度小于100％）， 进入水溶液的离子因水合作用而形成水合离子
[Fe(H 2 O) 6 ] 3 Cl [Fe(H 2 O) 5 Cl] 2 H 2 O
5
二、水的硬度及钙镁离子
（一）水硬度的概念及表示单位
硬度:指水中二价及多价金属离子含量的总和 特点：含量偏高可使肥皂失去去污能力，使锅炉结垢 种类：Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Fe3+、Al3+等。 天然水硬度--是Ca2+、Mg2+，以Ca2+、Mg2+计算
15
二、 根据各主要离子相对含量 —O. A. 阿列金分类法： 级(类)组型 （1）据阴离子相对含量大小，分三级（类）
HCO3- + CO32SO42Cl碳酸水 “C” 硫酸水 “S” 氯化水 “Cl”
（2）据阳离子含量每级分三组
Ca组、Mg组、Na组
（3）据阴阳离子含量相互关系分四型
16
I型 • HCO3- + CO32- > Ca2+ + Mg2+ • 弱矿化水，水中含相当数量Na+ 、HCO3• 形成与火成岩有关 II型 • HCO3- < Ca2+ + Mg2+< HCO3- + SO42• 低矿化或中矿化水 • 多数河水、湖水属此型
水溶液中的自由离子
3
（二）离子对
水合阳离子和水合阴离子不同程度地通过离子间的静电引力作 用而解合成离子对，这一过程称为离子对的缔合作用
水溶液中的离子对
4
（三）络离子
海水中的某些主要阴离子少量地以络离子的形式存在 络合离子中配位体与中心离子的水合壳层合并在一起， 同时水合壳层内的配位体与金属离子之间依靠静电引力直接相 连共用水合壳层质量小于单独离子存在时水合壳层质量的总和 Fe3+与Cl-生成FeCl2+络离子的示意图，其反应式为：
存在形式：Ca2+（天然水中重要的离子） 来源：含石膏地层中CaSO4.2H2O溶解、白云石CaCO3.MgCO3、 方解石(CaCO3)在水和CO2作用下溶解 海水中：Ca2+较多，盐度35的Ca2+达400mg/kg 地面水中： Ca2+少，每L只有数mg，我国广东、广西各福建等 地区的河流和湖泊含钙量少
Ca 2 2HCO 3 CaCO 3 CO 2 H 2 O
养鱼池水的硬度取决于：所采用的水的硬度 池塘土质 养殖池塘的硬度一般是随着塘龄
11
6. 钙镁离子在水产养殖中的意义
（1）必需的营养元素
生物体液和骨骼的组成成分 参与体内新陈代谢的调节 藻类需要钙（镁组成叶绿素）
（2）钙离子可降低重金属离子和一价金属离子的毒性
硬头鳟：水的硬度从10mg/L-100mg/L 铜和锌的毒性约降了3/4
12
（3）钙镁离子增加水的缓冲性
一定的硬度 保持pH值 使水具有良好的缓冲
（4）钙镁离子比例影响海水鱼、虾、贝类的存活
罗氏沼虾育苗中： 配制人工海水，不仅要符合盐度的要求 还要注意Ca2+（170-244mg/L）和Mg2+(324-440mg/L) 及Mg2+/ Ca2+(1.8-2.2)
6
表示硬度的单位： 1、mmol/L 以1L水中含有的形成硬度离子的物质的 量之和表示 2、mg/L(CaCO3) 以1L水中所含有的与形成硬度离子 的量相当的CaCO3的质量 3、德国度(。HG) 将水中的Ca2+和Mg2+含量换算为 相当的CaO量后，以1L水中含10mg CaO为1德国度
7
（二）天然水的硬度及钙镁离子 1. 钙
2. 镁
镁存在于所有天然水中，其含量仅次于Na+ 或Ca2+ 大多数淡水中Mg2+的 含量介于1-40 mg/L
8
3. 天然水的硬度
天然水的硬度：Ca2+、Mg2+形成的，缺氧地下水中含Fe2+ 分类： 根据形成硬度的离子的不同：钙硬度、镁硬度和铁硬度 与水中共存的阴离子的不同，将硬度分为: 碳酸盐硬度—与HCO3-及CO32-形成的硬度 非碳酸盐硬度—由钙镁的硫酸盐或氯化物形成的硬度 永久硬度：一般用煮沸的方法不能从水中除去 海水--硬度很大，以Mg2+为主 盐度为35的大洋水，总硬度高达124 mmol/L
美国（1970）所采用的按离子总量的分类方法：
淡水 微咸水 咸水 盐水 0-1 g/L 1-10 g/L 10-100 g/L ＞100 g/L
在湖沼学与生态学中还常用下列划分法：
淡水 0.01-0.5 g/L（其中0.01-0.2 g/L称为缺盐水体） 寡混盐水 中混盐水 多混盐水 真盐水 超盐水 0.5-5 g/L 5-18 g/L 18-30 g/L 30-40 g/L （世界海洋的平均盐幅） ＞40 g/L
9
4. 天然水的硬度分类
类别
极软水 软水 中等软水 硬水 极硬水
硬度范围
德国度(。HG) 0-4 4-8 8-16 16-30 30以上 mmol/L (1/2Ca2++1/2Mg2+)
＜1.4
1.4-2.8 2.8-5.7 5.7-11.4
＞11.4
10
5. 鱼池水硬度的变化
Ca2+在池水中比较活跃，参与水中的溶解平衡与吸附平衡 影响因素： 光合作用和呼吸作用 施肥
III型 • Ca2+ + Mg2+> HCO3- + SO42• 高矿化度水 • 大洋水和海水 IV型 • HCO3-+CO32- = 0 • 酸性水、酸型沼泽水、硫化矿床水、火山水
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第二节 天然水的化学分类法
分类：按离子总量和离子相对含量分类 一、按离子总量的分类-原苏联学者O·A·阿列金
淡水离子总量 微咸水 具海水盐度的水 盐水（卤水） 淡水1 g/L是基于人的味觉 离子总量高于1 g/L时，多数人便可感到咸味 海水中尚未见到过离子总量高于50 g/L的情况
14
＜1 g/L（或用无量纲单位10-3，下同） 1-25 g/L 25-50 g/L ＞50 g/L
第三章 天然水基本水化学特征
第一节 天然水中的主要离子成分 第二节 天然水的化学分类 第三节 天然水的pH值和总酸度 第四节 天然水体内的二氧化碳平衡系统 第五节 溶解氧
1
第一节 天然水中的主要离子成分
一、天然水中离子的存在形式—3种
简单的自由离子 较为复杂的离子对 络离子
2
（一）自由离子
强电解质在水溶液中是完全电离的（表观电离度小于100％）， 进入水溶液的离子因水合作用而形成水合离子
[Fe(H 2 O) 6 ] 3 Cl [Fe(H 2 O) 5 Cl] 2 H 2 O
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二、水的硬度及钙镁离子
（一）水硬度的概念及表示单位
硬度:指水中二价及多价金属离子含量的总和 特点：含量偏高可使肥皂失去去污能力，使锅炉结垢 种类：Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Fe3+、Al3+等。 天然水硬度--是Ca2+、Mg2+，以Ca2+、Mg2+计算
15
二、 根据各主要离子相对含量 —O. A. 阿列金分类法： 级(类)组型 （1）据阴离子相对含量大小，分三级（类）
HCO3- + CO32SO42Cl碳酸水 “C” 硫酸水 “S” 氯化水 “Cl”
（2）据阳离子含量每级分三组
Ca组、Mg组、Na组
（3）据阴阳离子含量相互关系分四型
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I型 • HCO3- + CO32- > Ca2+ + Mg2+ • 弱矿化水，水中含相当数量Na+ 、HCO3• 形成与火成岩有关 II型 • HCO3- < Ca2+ + Mg2+< HCO3- + SO42• 低矿化或中矿化水 • 多数河水、湖水属此型
水溶液中的自由离子
3
（二）离子对
水合阳离子和水合阴离子不同程度地通过离子间的静电引力作 用而解合成离子对，这一过程称为离子对的缔合作用
水溶液中的离子对
4
（三）络离子
海水中的某些主要阴离子少量地以络离子的形式存在 络合离子中配位体与中心离子的水合壳层合并在一起， 同时水合壳层内的配位体与金属离子之间依靠静电引力直接相 连共用水合壳层质量小于单独离子存在时水合壳层质量的总和 Fe3+与Cl-生成FeCl2+络离子的示意图，其反应式为：
存在形式：Ca2+（天然水中重要的离子） 来源：含石膏地层中CaSO4.2H2O溶解、白云石CaCO3.MgCO3、 方解石(CaCO3)在水和CO2作用下溶解 海水中：Ca2+较多，盐度35的Ca2+达400mg/kg 地面水中： Ca2+少，每L只有数mg，我国广东、广西各福建等 地区的河流和湖泊含钙量少
Ca 2 2HCO 3 CaCO 3 CO 2 H 2 O
养鱼池水的硬度取决于：所采用的水的硬度 池塘土质 养殖池塘的硬度一般是随着塘龄
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6. 钙镁离子在水产养殖中的意义
（1）必需的营养元素
生物体液和骨骼的组成成分 参与体内新陈代谢的调节 藻类需要钙（镁组成叶绿素）
（2）钙离子可降低重金属离子和一价金属离子的毒性
硬头鳟：水的硬度从10mg/L-100mg/L 铜和锌的毒性约降了3/4
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（3）钙镁离子增加水的缓冲性
一定的硬度 保持pH值 使水具有良好的缓冲
（4）钙镁离子比例影响海水鱼、虾、贝类的存活
罗氏沼虾育苗中： 配制人工海水，不仅要符合盐度的要求 还要注意Ca2+（170-244mg/L）和Mg2+(324-440mg/L) 及Mg2+/ Ca2+(1.8-2.2)
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表示硬度的单位： 1、mmol/L 以1L水中含有的形成硬度离子的物质的 量之和表示 2、mg/L(CaCO3) 以1L水中所含有的与形成硬度离子 的量相当的CaCO3的质量 3、德国度(。HG) 将水中的Ca2+和Mg2+含量换算为 相当的CaO量后，以1L水中含10mg CaO为1德国度
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（二）天然水的硬度及钙镁离子 1. 钙
2. 镁
镁存在于所有天然水中，其含量仅次于Na+ 或Ca2+ 大多数淡水中Mg2+的 含量介于1-40 mg/L
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3. 天然水的硬度
天然水的硬度：Ca2+、Mg2+形成的，缺氧地下水中含Fe2+ 分类： 根据形成硬度的离子的不同：钙硬度、镁硬度和铁硬度 与水中共存的阴离子的不同，将硬度分为: 碳酸盐硬度—与HCO3-及CO32-形成的硬度 非碳酸盐硬度—由钙镁的硫酸盐或氯化物形成的硬度 永久硬度：一般用煮沸的方法不能从水中除去 海水--硬度很大，以Mg2+为主 盐度为35的大洋水，总硬度高达124 mmol/L
美国（1970）所采用的按离子总量的分类方法：
淡水 微咸水 咸水 盐水 0-1 g/L 1-10 g/L 10-100 g/L ＞100 g/L
在湖沼学与生态学中还常用下列划分法：
淡水 0.01-0.5 g/L（其中0.01-0.2 g/L称为缺盐水体） 寡混盐水 中混盐水 多混盐水 真盐水 超盐水 0.5-5 g/L 5-18 g/L 18-30 g/L 30-40 g/L （世界海洋的平均盐幅） ＞40 g/L
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4. 天然水的硬度分类
类别
极软水 软水 中等软水 硬水 极硬水
硬度范围
德国度(。HG) 0-4 4-8 8-16 16-30 30以上 mmol/L (1/2Ca2++1/2Mg2+)
＜1.4
1.4-2.8 2.8-5.7 5.7-11.4
＞11.4
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5. 鱼池水硬度的变化
Ca2+在池水中比较活跃，参与水中的溶解平衡与吸附平衡 影响因素： 光合作用和呼吸作用 施肥