第二章水化学成分组成
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第二章 水分
食品 白菜，菠菜 猪肉 新鲜蛋 奶 冰淇淋 大米 面包 饼干 奶油 水分含量 ( % ) 90-95 53-60 74 88 65 12 35 3-8 15-20
2、水的功能 （1） 水在生物体内的功能
稳定生物大分子的构象，使表现特异的生物活性 体内化学介质，使生物化学反应顺利进行 营养物质，代谢载体 热容量大，调节体温 润滑作用
1 冰的结构 2 冰的性质
不同的冰晶
1、冰的结构
Structure of ice
冰的结构
六方冰晶形成条件：
① 在最适度的低温冷却 剂中缓慢冷冻; ② 溶质的性质及浓度均 不严重干扰水分子的 迁移。
冰的结构 Structure of ice
冰 的 扩 展 结 构
冰 的 六 方 结 构
2 冰的性质
（2） 水的食品功能
1 2 3 4 5 6 组成成分 显示色香味形、质构特征 分散蛋白质、淀粉 影响鲜度、硬度 影响浸透、膨胀作用 影响储藏性
so：
二 水的结构和性质
2 水的结构
2、水的结构
Structure of water SP3杂化轨道
2S2 2px2 2py1 2pz1
由于氧的高负电性， O-H共价键具有部分离 子特征
四、Aw与食品的稳定性
2、Aw与酶促反应
水可作为介质，活化底物和酶
Aw<0.8 大多数酶活力受到抑制
Aw=0.25～0.3
淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物
酶抑制或丧失活力
脂肪酶在Aw=0.1～0.5仍保持其活性， 如肉脂类（因为活性基团未被水覆盖， 易与氧作用）
四、Aw与食品的稳定性
3、 Aw与非酶褐变速度（V)
配制食品混合应注意水在配料间的转移； 测定包装材料的阻湿性质； 测定一定水分含量与微生物生长的关系； 预测食品稳定性与水分含量的关系。
2、水的功能 （1） 水在生物体内的功能
稳定生物大分子的构象，使表现特异的生物活性 体内化学介质，使生物化学反应顺利进行 营养物质，代谢载体 热容量大，调节体温 润滑作用
1 冰的结构 2 冰的性质
不同的冰晶
1、冰的结构
Structure of ice
冰的结构
六方冰晶形成条件：
① 在最适度的低温冷却 剂中缓慢冷冻; ② 溶质的性质及浓度均 不严重干扰水分子的 迁移。
冰的结构 Structure of ice
冰 的 扩 展 结 构
冰 的 六 方 结 构
2 冰的性质
（2） 水的食品功能
1 2 3 4 5 6 组成成分 显示色香味形、质构特征 分散蛋白质、淀粉 影响鲜度、硬度 影响浸透、膨胀作用 影响储藏性
so：
二 水的结构和性质
2 水的结构
2、水的结构
Structure of water SP3杂化轨道
2S2 2px2 2py1 2pz1
由于氧的高负电性， O-H共价键具有部分离 子特征
四、Aw与食品的稳定性
2、Aw与酶促反应
水可作为介质，活化底物和酶
Aw<0.8 大多数酶活力受到抑制
Aw=0.25～0.3
淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物
酶抑制或丧失活力
脂肪酶在Aw=0.1～0.5仍保持其活性， 如肉脂类（因为活性基团未被水覆盖， 易与氧作用）
四、Aw与食品的稳定性
3、 Aw与非酶褐变速度（V)
配制食品混合应注意水在配料间的转移； 测定包装材料的阻湿性质； 测定一定水分含量与微生物生长的关系； 预测食品稳定性与水分含量的关系。
第2章 水
续表2-1
食 乳制品 奶油 山羊奶 奶酪（含水量与品种有关） 奶粉 冰淇淋 人造奶油 焙烤食品 面包 饼干 馅饼 糖及其制品 蜂蜜 果冻、果酱 蔗糖、硬糖、纯巧克力 品 含水量（%） 15 87 40~75 4 65 15 35~45 5~8 43~59 20 <35 <1
2. 水在食品方面的功能
单个水分子的结构特征
• 水分子的四面体结构
有对称性
• H-O共价键具离子性
与电负性
• 氧的另外两对孤对电
子具有静电力
2. 水分子的缔合作用
①H-O键间电荷的非对 称分布(氧电负性大，使 氢原子带有部分正电荷且 电子屏蔽小，表现裸质子 特征)使H-O键具有极性， 这种极性使分子之间产生 引力。 ②由于每个水分子具有 数目相等的氢键供体和受 体，因此可以在三维空间 形成多重氢键网络结构。 ③静电效应。 为什么水分子间存 在强大吸引力能进 行高强度缔合？ 氢键供体
不同的缔合形式，可导致水分子之间的缔合数大于4。
水的结构特征
水是呈四面体的网状结构。 水分子之间的氢键网络是动态的。 水分子氢键键合程度取决于温度。
温度(℃)
0 1.5
配位数
4 4.4
分子间距nm
0.276 0.290
8.3
4.9
0.305
为什么水的密度在3.98℃/4 ℃最大？
水分子之间的氢键网络是动态的； 水的氢键键合程度取决于温度； 0 ℃时，冰中水分子配位数是4，随着温 度上升，配位数增多，密度增大，在0-3.98 ℃时，配位数的影响占主导。但温度升高 密度降低；
第二章
水
Water
本章简介
本章作业
第2章 水
掌握内容 讲授
第二章天然水主要离子化学
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
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
食品化学02第二章 水
第二章 水
第一节 引言 第二节 水和溶质的相互作用
一 宏观水平
持水力（water holding capacity）： 由分子（通常是以低浓度存在的大分子）构
成的基体通过物理方式截留大量水而阻止水渗出 的能力。
第二节 水和溶质的相互作用
一 宏观水平 二 分子水平
溶质和水的混合同时改变了溶质和水的性质 亲水溶质会改变邻近水分子的结构和流动性。 水会改变亲水溶质的反应性，甚至改变其结构。
二 分子水平
① 化合水 是与非水物质结合的最牢固的水，这些水是构成非水物
质结构的一部分。 ② 邻近水
处于非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位置。是 水与离子或偶极缔合的这部分水。 ③ 多层水
占据邻近水剩余的位置和邻近水外层的几个水层，少量 水在-40℃可结冰，可溶解极少量的溶质。
二 分子水平
1 结合水： 2 体相水：具有类似纯水的性质，易结冰，能作
（P0-P）/ P0=n2/(n1+n2) P：食品在密闭容器中达到平衡时，水的蒸汽压 P0：同温度下纯水的饱和蒸汽压。 n1：溶剂的摩尔数 n2：溶质的摩尔数 上式仅适用理想溶液，电解质溶液误差很大。
第三节 水分活度与食品的稳定性
一 水分活度（Water Activity） 二 水分活度与温度的关系
键，形成四面体结构些不寻常的 性质?例如，高沸点.
由于每个水分子具有相同数目的氢 键供体和受体部位，它们可以形成
三维氢键，因此，每个水分子最多
2 水密度在4℃左右变化的原因?
能与其它4个水分子形成氢键，形成 四面体结构。
3 一些溶质溶于水后，为何水 的流动性会发生变化？
4 在中等至高水分含量食品中反 应速度随Aw提高而下降的原因 可能是?
水
5 1 水分活度与温度的关系 (temperature dependence)
.
可用经修改的克劳修斯-克拉伯龙方程表示
㏑ aw=-K△H/RT 式中：R—气体常数 T—热力学温度 △H—纯水的汽化潜热（40.5372KJ/mol） K=（T-T’）/T’ ----达到同样水蒸气压时食品的温度比纯水 高出的比值，它反映食品中非水组分对aw的影 响
在aw=0--0.35范围内,随aw↑,反应速度↓的原因:
① 水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合, 保护氢过氧化物的分解,阻止氧化进行. ② 这部分水能与金属离子形成水合物,降低了其 催化性.
在aw=0.35-0.8范围内,随aw↑,反应速度↑的原因:
① 水中溶解氧增加 ② 大分子物质肿胀,活性位点暴露加速脂类氧化. ③ 催化剂和氧的流动性增加.
5.3 水分活度与食品的稳定性 Water activity and food stability
5 3 1水分活度与微生物生命活动的关系
。 。
一般情况下： aw＜0.8时细菌不生长; aw＜0.77时大部分酵母不生长; aw＜0.7时霉菌不生长. aw＜0.6时,几乎所有的微生物都不生长;
5 3 2 水分活度与食品中化学反应的关系
第二章 水 Water
1. 概述 Introduction 水
生命之源
组成机体，维持生命活动、 调节代谢.
战争之源
地球生态环境的日益恶化 人口的快速膨胀 “下一场世界大战将是对水 资源的争夺 ”
水是唯一的以三种物理状态广泛存在的物质
Ice
Water vapour
水在食品中的作用 水是食品的重要组成部分 如 果蔬:75%-95% 肉类:50%-80% 面包:35%-45% 谷物:10%-15%
生物必修一 第二章第五节 水和无机盐
还原糖 + 斐林试剂→砖红色沉淀
构成细胞内化合物的重要组成成分
3 无机盐在细胞中的功能
“腰酸背痛腿抽筋，请服新钙中钙 高钙片”
钙具有约束神经、肌肉活动的本领。
缺钙 引起神经肌肉的兴奋性增加 而导致痉挛。
富含钙的食物： 牛奶、豆制品、虾、芝麻
3 无机盐在细胞中的功能
无机盐的功能二？ 维持细胞和生物体的生命活动
3 无机盐在细胞中的功能
藻类90% 鱼类85%
蛙78%
高等植物 哺乳动物 60—80% 65%
结论2 ：不同种类的生物水的含量不同 （水生生物的含水量＞陆生生物的含水量）
（一）水的含量特征
四张图片又说明了什么？
结论3、同一生物生长发育不同时期含水量不同。
女 人 是 水 做 的 ？
（一）水的含量特征
人体中几种不同器官或组织中水的含量
2.蛋白质 原理: 蛋白质 + 双缩脲试剂
双缩脲试剂 A液：NaOH 0.1g/ml 紫色络合物
B液：CuSO40.01g/ml
使用方法 先取1mlA液加入到2ml待测液中摇匀，再 ： 向其中滴加4滴B液，混匀
3.脂肪 原理: 脂肪 + 苏丹 Ⅲ
脂肪 + 苏丹 Ⅳ 橘黄色 红色
方法： 先取1mlA液加入到2ml待测液中摇匀，再 向其中滴加4滴B液，混匀
在正常情况下，人体内 的无机盐浓度为0.9%。
为患者输入0.9%的氯化钠 溶液有利于维持机体的渗 透压平衡。
生 理 盐 水
3 无机盐在细胞中的功能
无机盐的功能三？ 调节细胞和生物体渗透压平衡
3 无机盐在细胞中的功能
食物（蔬菜、水果）中往往含有一些碱性物质 （如Na2CO3 ），人吃后体内血液的pH值会不 会有较大的变化？
第二章 水
4 水对食品品质的影响
4.2 水对食品的色泽和风味的影响
食品加工中常利用高温烘烤、油炸、辐射加热等方法使 食品成熟、脱水上色。
如油炸过程中食品中水分的主要变化如下： （1）自然水挥发阶段
表面水分蒸发，内部水向外渗透，完成表面淀粉糊化、蛋白质变性。
（2）脱水分解阶段
结合水开始失去，分解产生很多风味物质和中间产物
3 食品中水存在的状态
Vicinal water
它是处在非水组分亲水性最强的基团周围的第一层 位置的水（又称单分子层水）。 其中，与离子或离子基团相缔合的水是结合最紧密 的邻近水。
在-40℃下不结冰 无溶解溶质的能力 与纯水比较分子平均运动大大减少 不能被微生物利用
此种水很稳定，不易引起Food的腐败变质。
（3）脱水缩合、聚合
羰氨反应和焦糖化反应
5 食品中水含量的表示方法
食 品 中 水 分 的 表 示 方 法
食品含水量（或水分含量）： 指温度、湿度一定时，与外界环境处于平 衡状态时食品的总含水量（结合水与体相水的 总和），它与食品腐败性之间存在着一定的关 系。但是，不同类型的食品中水分含量相同， 而它们的腐败性显著不同。因此，水分含量不 是食品腐败性的可靠指标。
课堂讨论：
冻结与解冻过程，何者快些？
冻结过程
外表层为冰
常温肌肉块
外表层为水
冷冻肌肉块
解冻过程
1 引言
1.2 水和冰的结构
(1) 单个水分子的结构特征
如左图所示，水分子中氧 原子的6个价电子参与杂化形 成4个杂化轨道，有近似四面 体的结构。其中2个杂化轨O-Hσ共价键。 氧原子的另2个杂化轨道上分 别排布着孤对电子。
② 由于每个水分子具有数目相
化学海洋学 第二章 海水的组成及其化学成分
失去还原剂
生物作用
（占主导作用） 与光合作用相反
可逆反应
现代海水是氧化性的，如果假设成立，利用还原剂理论上可以转换为原始海水
定量化
顺序：氧化-还原电位高的优先还原
硝酸盐-氮气；水合氧化铁（Fe2O3·H2O）Fe3O4
一个电池由两个电极及夹于其间的电解质组成。电化学反应的特点是共轭的氧 化反应和还原反应分别在两个电极界面上进行，阳极氧化反应所放出的电子经 外电路输送给阴极，发生还原反应。电解质中由离子传递电荷，从而形成电流 回路。这两个相对独立的电极(包括金属部分及其紧邻的电解质部分)可看成电 池的一半，故称半电池。
14C法测定为1600年。大洋水循环——表层到深层，深层水大洋环流再 回到表层。上述元素进入海洋，到离开海洋的时间很长，但以混合多次 并均匀。
不参与化学生物作用，主要受物理作用控制。
除个别元素（Rb、Cs、Ra等 ，基本为海水中主要成分） 主族元素逗留时间一般比较 长，过渡元素一般较短
\
平均海洋逗留时间
输入量主要有河流输送、大气输送等。如果某元素以 河流输入为主，则
元素逗留时间
元素在海洋中的总量 元素输入速率
海洋总体积 河流全年流量
元素在海水中平均浓度 元素的世界河流平均浓
度
元素的世界河流平均浓度需要进行大量调整，而且是多年平 均基础，是统计平均概念，数值进行不断修正。
量很少，在前表中为给出，
19.5
4 埋藏和间隙水输出 如Na+和Cl5 逆风化作用
粘土矿物+HCO3-+Si(OH4)-+阳离子=富阳离子铝硅酸盐CO2+H2O (但是遭到一些学者的质疑）
6 板块构造和水热活动水及成岩作用
水化学：第二章 天然水的主要理化性质
5
（四）水具有很强的溶解与反应能力
水是一种溶解能力极强的溶剂 水的介电常数很大，使溶质在水中具有很大的电离度
（五）水具有很大的表面张力
特点：水(除汞)具有最大的表面张力，达72.75 dyn•cm-1 其他液体通常只有20-50 dyn•cm-1。
作用：显著的毛细、润湿和吸附作用 对于陆地和水域中生物的生命活动具有重要的意义
透过可见光和长波段紫外线，使在水
7
体深处可发生光合作用
第二节 天然水的化学组成
按不同组分含量与性质的差异，以及与水生生物的关系 天然水的化学成分分为六类：
常量元素 溶解气体 营养元素 有机物质 微量元素 有毒物质
8
一、常量元素
淡水中的八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、 SO42-、Cl-
10
三、营养元素
主要元素： N、P、Si（与水生生物生长有关的一些元素） 存在形式：多以复杂的离子形式或有机物的形式存在于水体
中，在水中含量通常较低，受生物影响较大，有时 又称为“非保守成分”或“生物制约元素”
11
四、有机物
分类： 颗粒态有机物 溶解态有机物
含量：较低，通常是无机成分的万分之一，一般1L水中仅几mg 成分：复杂，种类繁多，如糖类、脂肪、蛋白质及降解有机物
端为正极）
3
水分子的结构
4
三、水的异常特性
（一）水在通常条件下呈液态
水通常呈三种物理状态，即液态、气态和固态
（二）水的温度－体积效应异常
纯水结冰时体积不是收缩而是膨胀 在0-3.98℃，随着温度的升高，水的体积反而缩小（ 3.98℃时水的体积最小，密度最大）
（三）水的比热容非常大
（四）水具有很强的溶解与反应能力
水是一种溶解能力极强的溶剂 水的介电常数很大，使溶质在水中具有很大的电离度
（五）水具有很大的表面张力
特点：水(除汞)具有最大的表面张力，达72.75 dyn•cm-1 其他液体通常只有20-50 dyn•cm-1。
作用：显著的毛细、润湿和吸附作用 对于陆地和水域中生物的生命活动具有重要的意义
透过可见光和长波段紫外线，使在水
7
体深处可发生光合作用
第二节 天然水的化学组成
按不同组分含量与性质的差异，以及与水生生物的关系 天然水的化学成分分为六类：
常量元素 溶解气体 营养元素 有机物质 微量元素 有毒物质
8
一、常量元素
淡水中的八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、 SO42-、Cl-
10
三、营养元素
主要元素： N、P、Si（与水生生物生长有关的一些元素） 存在形式：多以复杂的离子形式或有机物的形式存在于水体
中，在水中含量通常较低，受生物影响较大，有时 又称为“非保守成分”或“生物制约元素”
11
四、有机物
分类： 颗粒态有机物 溶解态有机物
含量：较低，通常是无机成分的万分之一，一般1L水中仅几mg 成分：复杂，种类繁多，如糖类、脂肪、蛋白质及降解有机物
端为正极）
3
水分子的结构
4
三、水的异常特性
（一）水在通常条件下呈液态
水通常呈三种物理状态，即液态、气态和固态
（二）水的温度－体积效应异常
纯水结冰时体积不是收缩而是膨胀 在0-3.98℃，随着温度的升高，水的体积反而缩小（ 3.98℃时水的体积最小，密度最大）
（三）水的比热容非常大
水化学第二章_天然水的主要理化性质
（二） 天然水的依数性
何谓依数性？ 天然水是一种电解质溶液，其蒸汽压下降、沸点 上升、冰点下降及渗透压仅取决于溶质和溶剂的 物质的量之比，而与溶质的本性无关，这就是天 然水的依数性。随着水中溶质的增加，天然水的 蒸汽压下降，沸点上升，冰点下降，渗透压增加。 天然水的渗透压主要决定于其含盐量。含盐量越 大，渗透压越大。水生生物对水的渗透压有一定 范围的的适应能力。若渗透压变化幅度过大，会 危及水生生物的生存。
（三）天然水的温度分布
对于一般的湖泊池塘，引起水体流转混合的主要因素有 两个方面，一是风力引起的涡动混合，一是因密度差引 起的对流混合。风力的涡动混合水面受到风力的吹拂后， 表面水会顺着风向移动，使水在下风岸处产生“堆积” 现象，即造成下风岸处水位有所增高，此增高的水位就 形成了使水向下运动的原动力，从而产生“风力环流”。 由密度引起的对流作用称为密度环流当表层水密度增大， 或底层水密度减少时，都会出现“上重下轻”的状态， 密度大的水要下沉，密度小的水要上升，这就形成了上 下水团的对流混合。这种混合作用可以是在较小范围发 生的上下对流，也可以是在较大范围发生的环流。水温 在4℃以上、水面只有一部分太阳辐射升温时，也会形 成密度环流。
二、天然水的主要化学特性
天然水是一个多组分、多相的混合体系，具有多重化学 特性，概括起来约有十点： 1、天然水是一个多组分、多相的运动变化着的混合体系 2、不同形态的天然水含盐量悬殊 3、天然水都具有一定的酸碱性 淡水水体一般都是中性偏弱碱性，海水都是弱碱性。 4、天然水都具有一定的缓冲能力 包括渔业水体在内的所有水体均具有一定的缓冲能力， 保持 自身pH的稳定性。 5、天然水都具有一定的硬度和碱度 硬度和碱度是天然水体两个重要的化学指标， 渔业水体必须 保证具有一定的碱度和硬度才能维持水体较为合适的生产力。
第二章 海水中的重要元素——钠和氯(知识梳理(人教版2019必修第一册)(解析版)
第1节第二章 海水中的重要元素——钠和氯一、钠的物理性质1、结构：2、银白色，有金属光泽的固体，质地柔软，熔点低(小于100 ℃)，密度比水的小，但比煤油的大。
二、钠的化学性质 1、与氧气反应：（1）常温：4Na ＋O 2===2Na 2O （2）加热：2Na ＋O 2Na 2O 2（过氧化钠）2、与水反应：2Na ＋2H 2O===2NaOH ＋H 2↑【注意】金属钠着火时不能用水，也不能用泡沫灭火器，应用沙土盖灭。
实验探究：钠与水的反应烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞，加入绿豆大小的钠，观察现象。
现象：浮—— 钠的密度比水小 熔—— 钠的熔点低，该反应放热 游—— 生成了气体，推动钠粒游动 响—— 反应剧烈，产生气体 红—— 生成了碱（NaOH ） 3、与酸反应：2Na ＋2HCl===2NaCl ＋H 2↑【注意】钠和酸的反应比水更剧烈，在酸溶液中，钠先和酸反应，酸反应完后，过量的钠会和水继续反应。
4、与盐溶液反应：如CuSO 4溶液， 2Na ＋2H 2O ＋CuSO 4===Cu(OH)2↓＋Na 2SO 4＋H 2↑ 【注意】千万不能误解为钠更活泼，而置换出铜单质。
5、钠的制取与保存（1）制取：化学方程式为2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑。
知识梳理钠及其化合物（2）钠易与空气中的O2、H2O反应，且钠的密度比煤油的密度大，不与煤油反应，故通常将钠保存在煤油中。
二、氧化钠和过氧化钠物质氧化钠(Na2O) 过氧化钠(Na2O2)组成Na+与O2−以2℃1 形成化合物Na+与22O (过氧根离子)以2℃1形成化合物色态白色固体淡黄色固体所属类别碱性氧化物过氧化物氧元素化合价﹣2(最低价态) ﹣1(中间价态)生成条件在空气中(缓慢氧化) 加热或点燃化学性质与H2O反应Na2O+H2O===2NaOH2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑与CO2反应Na2O+CO2===Na2CO32Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2与酸反应Na2O+2HCl===2NaCl+H2O2Na2O2 + 4HCl===4NaCl+2H2O+O2↑氧化性较弱较强主要用途强氧化剂、漂白剂、供氧剂保存干燥、封闭干燥、封闭三、碳酸钠和碳酸氢钠碳酸钠碳酸氢钠俗称纯碱或苏打小苏打物理性质色与态白色粉末Na2CO3·10H2O白色晶体，易风化细小白色晶体溶解性易溶（溶解度碳酸钠＞碳酸氢钠）化学性质碱性同浓度，滴入酚酞，都变红色，碳酸钠溶液红色更深，碱性更强。
2第二章 水的特性与水体污染~第一节 水的特性~
2、水的缔合现象 由简单水分子结合而成的较复杂的水分子(H2O)x，但不引起 化学性质的改变，称分子的缔合 x H2O (H2O)x 常见的是二分子(H2O)2和三分子(H2O)3 在 0º附近：水主要以三分子(H2O)3状态存在 在 4º附近：水主要以二分子(H2O)2状态存在 在水蒸汽中，全部以单分子水状态存在 由于二分子水的结构比单分子、三分子都紧密，因此水在4º 时的密度最大。
水的物理化学特性
1、水的组成和结构 水由一个氧原子、二个氢原子组成，H2O 相对分子质量为18（氢：11.1%；氧：88.9%） 氢的同位素：2H、3H（忽略为数甚少的3H） 氧的同位素：17O、18O 1H、2H与16O、17O、18O相结合，可得9种水分子 相对分子质量由18到22，即 1H 1H16O、 1H 2H16O、 2H 2H16O 1H 1H17O、 1H 2H17O、 2H 2H17O 1H 1H18O、 1H 2H18O、 2H 2H18O
6.水中的微量元素 水中的微量元素
微量元素是指在水中含量小于10mg/L的元素，比较重要的 的元素， 微量元素是指在水中含量小于 是指在水中含量小于 的元素 有氟、溴、碘、铜、锌、铅、钴、镍、钛、金、砷、硼、 有氟、 镉和放射性元素铀、 氡等。 汞、镉和放射性元素铀、镭、氡等。 一般天然水中氟的含量很低。在河流、湖泊中， 一般天然水中氟的含量很低。在河流、湖泊中，氟含量通 常不到十分之几毫克每升；在地下水中， 常不到十分之几毫克每升；在地下水中，氟含量则为 1mg/L左右；在某些矿泉水中可能有更高的含量。当水中 左右； 左右 在某些矿泉水中可能有更高的含量。 氟的含量超过1mg/L时，长期饮用会产生斑齿症，但如果 斑齿症 氟的含量超过 时 长期饮用会产生斑齿 饮用水中氟的含量过低，则又会引起龋齿 龋齿病 饮用水中氟的含量过低，则又会引起龋齿病。 汞在河水中含量为1.0µg/L，海水中含量为0.3µg/L，温泉 在河水中含量为 ，海水中含量为 ， 水中含量为0.1～ 水中含量为 ～0.5µg/L，温泉沉淀物中含量为 ，温泉沉淀物中含量为2.0µg/L， ， 雨水中含量为0.2µg/L，工业城市雨水中的含量为 ～ 雨水中含量为 ，工业城市雨水中的含量为0.5～ 4.8µg/L。 。
第二章 水分
p0:纯物质的饱和蒸汽压
RVP=p/p0=ERH/100 平衡相对湿度
通过测定食品的平衡相对湿度就可获得食品的水 分活度。 但实际测定时很难找到一种溶液，它的p/p0刚好为 食品的p/p0，故一般要采用系列饱和溶液。
重量变化 线性 (重量变化)
0.3 0.2 0.1 0 0.3 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1
1.水是细胞原生质的重要组成成分 细胞原生质的含水量:70%～80%以上。
2.水是细胞内物质的溶剂和新成代谢反应的介质。
盐类，氨基酸（AA），蛋白质，糖，维生素类
脂类：通过脂蛋白，胆汁酸类形成乳化剂溶于水。
生化反应：呼吸(糖代谢)，脂，蛋白质，核酸代
谢都是在水的介质中进行的(人失水10%则会死亡)。
第二章 水分
问题？
固形物16％ 固形物4％
含水量20％不长菌 含水量16％奶粉长菌
主要讨论内容：
水的生理功能和在食品中的作用
食品中水的存在状态：自由水、结合水 水分活度及其应用
第一节 水在生命活动和食品中的作 用
一、水在生物体内分布
二、水在生物体内的功能 处于代谢活跃状态的生物都具有极高的含水 量，一般都达70%～80%，果蔬类更高（P12表 2－1）。
样品重量变化
水分活度
康威氏（Conway）微量扩散皿
水分活度的测定原理
测定时注意：一定要达到水分平衡，且要用小样（小于或等于 1g）据研究，大样品在50C以下几乎是不可能达到平衡的。
定义：水分活度指在同一温度下，食品中水 分所显示出的蒸汽压P与同一温度下纯水的蒸
汽压P0之比。它是衡量食品中水分被微生物
RVP=p/p0=ERH/100 平衡相对湿度
通过测定食品的平衡相对湿度就可获得食品的水 分活度。 但实际测定时很难找到一种溶液，它的p/p0刚好为 食品的p/p0，故一般要采用系列饱和溶液。
重量变化 线性 (重量变化)
0.3 0.2 0.1 0 0.3 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1
1.水是细胞原生质的重要组成成分 细胞原生质的含水量:70%～80%以上。
2.水是细胞内物质的溶剂和新成代谢反应的介质。
盐类，氨基酸（AA），蛋白质，糖，维生素类
脂类：通过脂蛋白，胆汁酸类形成乳化剂溶于水。
生化反应：呼吸(糖代谢)，脂，蛋白质，核酸代
谢都是在水的介质中进行的(人失水10%则会死亡)。
第二章 水分
问题？
固形物16％ 固形物4％
含水量20％不长菌 含水量16％奶粉长菌
主要讨论内容：
水的生理功能和在食品中的作用
食品中水的存在状态：自由水、结合水 水分活度及其应用
第一节 水在生命活动和食品中的作 用
一、水在生物体内分布
二、水在生物体内的功能 处于代谢活跃状态的生物都具有极高的含水 量，一般都达70%～80%，果蔬类更高（P12表 2－1）。
样品重量变化
水分活度
康威氏（Conway）微量扩散皿
水分活度的测定原理
测定时注意：一定要达到水分平衡，且要用小样（小于或等于 1g）据研究，大样品在50C以下几乎是不可能达到平衡的。
定义：水分活度指在同一温度下，食品中水 分所显示出的蒸汽压P与同一温度下纯水的蒸
汽压P0之比。它是衡量食品中水分被微生物
海水的化学组成
（6）与盐卤水的混合：不同矿物，如NaCl（食盐）、CaCO3（文 石）、CaSO4⋅2H2O（石膏）是在蒸发的不 同阶段形成，即在不同时间以不同的速率迁出。
（7）海-气界面物质的交换：每年通过气泡释放至大 气中的离子高达109吨，其中的绝大多数直接或间接 地返回海洋。在此过程中，由于气泡会将部分溶解组 分和颗粒物选择性地富集在其表面并离开海洋，导致 元素组成发生分馏。
第二章 海水的化学组成
第1节 引言
第2节 海洋的形成
一、宇宙的形成
距今约140亿年前，一个比针尖还小的点发生大爆 炸，宇宙从此诞生（伽莫夫，1948）。物质粒子摆 脱了能量的束缚，开始自发地排列起来形成现在的 宇宙。
二、太阳的形成
距近约50亿年前，一快由气体和尘埃组成的巨大 烟云在万有引力的重压下崩塌瓦解。由于原子核发 生熔化，使得云团中心处的温度变得非常高，密度 也很大，太阳由此形成。
z 地球形成初期，火山活动持续不断，底下熔融的 岩浆从地表爆发出来，释放出CO2、N2、CH4、 H2和水蒸汽，此为地球的脱气作用。
z 约40亿年前，大气层中以水蒸气、CO2为主，随 着地球的继续冷却，聚集在大气中的水蒸气转化 为一场持续几百万年的滂沱大雨，加上带有冰的 彗星不断地落在地球上。水蒸气的冷凝及冰的融 化形成液态水，水累积在低洼地带，形成海洋。
S海eaw水ater
Rive河r W水ater
Ca2+
Mg2+
Na+
K+
Cl-
SO42-
Ca2+
Mg2+
K+ Na+
SO42Cl-
SiO2
HCO3-
（2）缺氧海盆：细菌的还原作用，使SO42-被还原为 H2S，进而可通过形成FeS2、ZnS、CuS等沉淀将硫 迁出水体，由此导致海水中的SO42-/Cl-非常低，偏离 恒比规律。
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大家好
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。
水中除NH4+、NO3-、NO2- 外，还有以NH3，N2，N20等溶 解气体形式存在于水中。
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
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。
(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：
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。
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。
SiO2的溶解度有所增加。几乎所有天然水环境下，H2SiO42-是 次要的。
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+：
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、
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+。
硫在水中有较多价态(-2，+4、+6)，形式多样。如：
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
(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。
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。
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-。
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
在pH=6的水溶液中，Fe3+的浓度为1.5×10-12mg/L，在 pH=7的水溶液中， Fe3+的浓度为1.5×10-15mg/L，pH=8时， Fe3+的浓度为1.5×10-18mg/L 。也即pH值从6增加到8，铁在水 中的溶解度减少106倍。所以，当陆地上含铁的弱酸性水进入弱 碱性的海水中会发生Fe(OH)3沉淀。如河水中铁含量为1mg／L， 则海水中仅0.008mg／L。
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。
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。
硅酸盐和铝硅酸盐的不全等溶解均可使水中出现H4SiO4。
从上可知，不论是石英或铝硅酸盐的不全等溶解，水中溶 解的SiO2几乎全部以正硅酸H4SiO4形式存在。它在水中解 离方程为：
2、Si在水中的存在形态与控制因素
在天然水中(pH=6～9)占优势的是H4SiO4。在碱性条件下 (pH增高到9.0～9.5时)，由于单链节和多链节硅酸盐的形成，
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。
水中除NH4+、NO3-、NO2- 外，还有以NH3，N2，N20等溶 解气体形式存在于水中。
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
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。
(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：
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。
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。
SiO2的溶解度有所增加。几乎所有天然水环境下，H2SiO42-是 次要的。
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+：
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、
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+。
硫在水中有较多价态(-2，+4、+6)，形式多样。如：
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
(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。
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。
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-。
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
在pH=6的水溶液中，Fe3+的浓度为1.5×10-12mg/L，在 pH=7的水溶液中， Fe3+的浓度为1.5×10-15mg/L，pH=8时， Fe3+的浓度为1.5×10-18mg/L 。也即pH值从6增加到8，铁在水 中的溶解度减少106倍。所以，当陆地上含铁的弱酸性水进入弱 碱性的海水中会发生Fe(OH)3沉淀。如河水中铁含量为1mg／L， 则海水中仅0.008mg／L。
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。
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。
硅酸盐和铝硅酸盐的不全等溶解均可使水中出现H4SiO4。
从上可知，不论是石英或铝硅酸盐的不全等溶解，水中溶 解的SiO2几乎全部以正硅酸H4SiO4形式存在。它在水中解 离方程为：
2、Si在水中的存在形态与控制因素
在天然水中(pH=6～9)占优势的是H4SiO4。在碱性条件下 (pH增高到9.0～9.5时)，由于单链节和多链节硅酸盐的形成，