第二章 水环境化学(天然水)[研究材料]
《水环境化学》课件
水环境化学的重要性 和应用
水环境化学对于保护水资 源、维护环境、促进可持 续发展具有重要的意义。
水的物理化学性质
溶解度溶解度是指单位体Fra bibliotek溶液中 最多能溶解多少物质，它是 表征物质在水中溶解程度的 重要参数。
离子强度
水中的离子强度是所有阴离 子和阳离子的浓度之和和它 们的电荷平方和之比的平方 根。
pH值
水环境监测方法
通过水质监测，及时发现水体 污染的情况，采取有效的技术 措施来防治和修复水体污染。
水环境化学的未来
1 水环境化学的发展趋势
未来水环境化学将逐渐转向绿色、可持续和低碳化发展。
2 水环境化学的应用前景
水环境化学需求将继续增长，未来将更多地应用于水资源保护、净化和开发领域。
3 水环境化学的挑战与机遇
水环境化学
水是地球上最珍贵的资源之一，水环境化学是研究水体的化学性质、污染及 其净化和水质监测的学科。
水环境化学简介
什么是水环境化学？
水环境化学是研究水及其 体系在自然界和生产生活 中的各种过程所涉及到的 化学现象的学科。
水环境化学的研究对 象和内容
研究水环境中各种物质的 迁移、转化和去除，以及 不同水环境对生态环境的 影响。
3
物理污染物
有些物理污染物如悬浮物、浮游生物、颗粒物或沉积物都会影响水的质量和可用性。
水的净化与处理
常见水污染物的去除方法
颗粒物、悬浮物主要通过过滤 和沉淀去除，生物污染物主要 通过消毒去除，化学污染物主 要依靠氧化、还原、沉淀和离 子交换等方法除去。
常见水处理技术及其原理
如生物处理、深度处理、反渗 透等技术，利用技术手段将水 中的污染物清除或降低到符合 生产和生活需求的标准。
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
电子教案与课件：《环境化学》课件 2天然水的化学组成、水资源及其分布
Ⅰ 天然水的化学组成
天然水
可溶性物质 胶体
悬浮物
2021/2/20
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• 溶解物质
天然水中的主要离子组成
主要阳离子
K+、Na+、Ca2+、Mg2+
八大离子占天然水离子 总量的95-99%。
主要阴离子
HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-
水是人类社会的宝贵资源可利用的淡水 资源只有江河、淡水湖和地下水的一部分。
海水, 97.30%
淡水, 2.70%
可利用 1%
不可利 用 99%
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一、我国水资源状况
我国的“水”存在两大主要问题：一是水资源短缺，二是水污染严重。
全球平均
我国
水资源总量多：约 2.8×104亿m3 仅次于巴西、俄罗斯、加拿大，居世界第四位。
人均水资源量 少：2030年人 口超过15亿， 人均水资源占 有量仅1800m3, 接近人均水资 源警戒线 。
国际3标00准00：(m人3/y均r/c年a) 拥有水量在 2000-10000 m3 时，出现干旱季节的用水现象
CO2 H2O H2CO3* H 2CO*3 20
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• 悬浮物质
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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
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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-。
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。
养殖水环境化学
▲水体Alk＝0.1~0.3 mmol•L—1其生产力低； ▲水体Alk＝0.3~1.5 mmol•L—1其生产力一般； ▲水体Alk达到1.5~3.5 mmol•L—1才有可能具有较高 的生产力。 ▲一般要求Alk值要＞1 mmol•L—1；但是Alk值＞3.5 mmol•L—1时，对生产不利，而且随着pH值的升高毒 性增强。 有报道称四大家鱼养殖用水的危险指标是 10 mmol•L—1。 ▲海水碱度较为稳定，一般在2~2.5 mmol•L—1范围内。
在Na+和K+中，动物需要较多的Na+ ，植物需 要较多的K+ 。
钠是动物肌肉保持正常感应性所必需的。某些 蓝藻特别需要钠，其适宜的钠浓度低限约为4 mg/L。 有些蓝藻在40 mg/L钠时增长最快。
钾与植物原生质的活动有关，在其分生组织和 幼嫩器官中含钾较多。巨藻(Nereocystis)含钾量占湿 重3%。缺钾时无论高等或低等植物都不能发育。
Cl— ，但含量差别很大。 氯在岩石中的含量远较天然水中其它主要成分为低。
16km厚的地壳中的氯有3/4存在于海水中。
与其它主要离子相比，Cl—的地球化学行为最为简单，
也是水体中最保守的成分。水中的主要来源有： 1、沉积岩中含食盐矿床的溶解及火成岩的风化作用；
2、人类活动； 3、海风、降雨以及泉水补给或污染。
达里诺尔湖是内蒙古自治区第二大淡水湖，面积 238km2，最大深度为13m，平均水深7~8m，容积是16 亿m3，湖面海拔1226m。成因类型为堰塞湖（因构造 下陷形成构造湖的基础上，又受到玄武岩流堰塞而形 成的湖泊） 该湖泊是一个高原内陆封闭式半咸水湖，
水环境化学-天然水中的氧化还原平衡
半反应的平衡常数： K [Re d ]
[Ox ][ e]n
电子活度和氧化还原电位的关系
• pE0 = E0 F / 2.303RT = E0 /0.059=16.92E0 ( 25℃ ) pE = E F / 2.303 RT = E /0.059=16.92E ( 25℃ )
pE = pE0 + 1/n lg [Ox]/[Red]
pE pE0 1 lg J n
水中常见氧化还原反应的pE0
3、天然水体的电位
自然环境中最重要的氧化剂
在自然环境中最重要的氧化剂是大气圈中的自由氧 和水圈的溶解氧，其次是三价铁、四价锰、六价的硫、 铬、钼及五价的氮、钒、砷等也都是自然界的氧化剂。
自然环境中最重要的还原剂
自然环境中最主要的还原剂是二价铁、负二价硫及 许多有机化合物；此外，二价锰、三价铬、三价钒等也 都是自然环境中的还原剂。
NH4+-NO2--NO3--H2O体系的pE-lgc图(pH=7)
(pE0 = 0， PH2=1atm) •pEH+/H2 = -pH (氢线)
边界条件
(2)1/4 O2 + H+ + e- ==1/2 H2O (pE0 = 20.75， PO2=1atm) pEO2/H2O = 20.75 - pH (氧线)
pEH+/H2 = -pH （氢线） pEO2/H2O = 20.75 – pH（氧线）
E E 2.303RT lgJ nF
E E 2 .303 RT lg c (还原型 )
nF
c (氧化型 )
半反应： 氧化型 + ne 还原型
E E 2 .303 RT lg c (还原型 )
2[1]. 水环境化学
![2[1]. 水环境化学](https://img.taocdn.com/s3/m/470b79d249649b6648d74794.png)
1. 水质物理指标 （1）Temperature （2）Odor and taste （3）Color （4）Suspend solid （5）Turbidity（vs. Transparency）
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第二章
天然水的基本特征和水污染
2. 水质化学指标
（1）pH value
（2）Eh value（ORP） （3）Acidity and alkalinity
（pH＝4.4），得到无机酸度；如果滴定
以酚酞作为指示剂，滴到溶液有无色变为
粉红色（pH＝8.3），得到游离CO2酸度；
当滴到无色（pH＝10.8），得到总酸度。
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第二章
天然水的基本特征和水污染
OH- + H+ H2O x OH-+H2CO3 HCO3-+ H2O y y OH-+ HCO3- CO32- + H2O z+y
测定碱度时，一般用强酸标准溶液滴定，以甲基橙 为指示剂，滴到溶液由黄色变成橙色为止，此时所 得的结果称为总碱度，也称甲基橙碱度。 H+＋OH- H2O x H+ ＋ CO32- HCO3y y H+＋HCO3- H2CO3 z＋y 总碱度＝ [OH-]＋2[CO32-]＋[HCO3-]－[H+]
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第二章
天然水的基本特征和水污染
河水中最常见的阴离子HCO3-，最常见的阳离子 是Na＋、Ca2+。
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第二章
天然水的基本特征和水污染
湖水中含有钙、镁、钠、钾、硅、氮、磷、锰、 铁等元素。
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第二章
天然水的基本特征和水污染
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》课件_第二章 水环境化学
表面张力 溶解能力 介电常数 电离度 密 度 透明度 热传导 氢键 偶极矩 存在状态
2. 3 水质标准和水质指标
2.3 水质标准和水质指标
一、水质标准 水质标准是环境质量标准的重要组成部分。所谓环境质 量标准就是环境中的污染物具有法律效力的限量。包括 环境水质标准和污水排放标准两大类。前者又分为饮用 水质标准、渔业用水质标准，工业用水质标准等多种； 后者如工业“三废”排放标准等。理论上讲，排放标准 首要应当以保障环境水质标准为基本目标。 水质标准的确定是以保护人体健康和生态平衡为目的， 用客观的科学数据表示各污染物在适合于一种较高要求 的生态系统生存的水体中所允许的限量。同时还要考虑 具体的自然条件和国家的经济技术条件等因素。所以各 国的水质标准有明显的差异
凝固点 (摄氏度) 沸 点 （摄氏度） 偶极矩 (德 拜 ) 汽化热 (千焦/摩) 融化热 (千焦/摩) 生成热 (千焦/摩)
化合物
H2O H2O推测 H2S H2Se H2Te
0 (-95) -85.2 -65.7 -51
100 (-80) -60.3 -41.3 -2.2
1.84 (2.58) 1.10 0.40 ＜0.20
2.1 水在地球上的分布及水循环
一、天然水的分布 二、水循环
三、我国水资源状况
2.1
水在地球上的分布及水循环
全 球 水 量 分 布 比 例
2.1 水在地球上的分布及水循环
表2-1 地球上各种水的储量
序 号 类 别 水储量 (万亿m3)
1338000 23400 12870 10530 16.5 24064.1 300.0 176.4 85.4 91.0 11.47 2.12 1.12 12.9 1385984.61 35029.21
水环境化学复习-第一二章
绪论：水质系：水及其中溶存的物质构成的体系构成水质系1、 天然水质系的构成：⑴天然水的主要成分极其复杂性：①物质种类繁多且含量悬殊。
②溶解物质分散程度复杂。
③存在各种生物。
⑵天然水的化学成分的形成：①大气淋溶②从岩石土壤中的淋溶③生物作用④次级反应与交换吸收作用⑤工业废水、生活污水和农业退水2、水环境化学：是研究天然水体化学物质的来源、存在形态、迁移转化、生态效应及污染水体治理的一门科学。
3、水环境化学课程内容：：①水环境化学成分的动态规律②水质控制方法③水质化验技术第一章:天然水的主要理化性质1、哪些可以反应天然水含盐量的参数？特点是？ 常有离子总量、矿化度、盐度、氯度① 离子总量：指天然水的各种离子的含量之和。
常用mg/L 或mmol/L 或g/kg 、mmol/kg 单位表示②矿化度：矿化度是水中所含无机矿物成份的总量。
本书指用过氧化氢氧化后蒸发,在105～110℃干燥剩余的残渣,然后称重,即用蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量.在蒸发过程中往往有损失，所以矿化度〈水中的离子总量.③ 氯度:海水样品的氯度相当于沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯标准银的质量与改海水样品质量之比的0.3285234倍，用10-3作单位,Cl 符号表示。
④ 海水的盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部转化成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含固体质量与海水的质量之比，以10-3作单位，用S ‰（千分号）表示.S ‰=0.030+1。
80655Cl ‰（盐度和氯度的关系)离子总量〉矿化度>盐度 其他如海水的折光率，海水的密度等这些都与海水含盐量密切相关。
离子总量、矿化度概念较多用来反映内陆水的含盐量；盐度、氯度则是反映海水含盐量的参数。
2、天然水的化学分类方法 ⑴按照矿化度的分类方法淡水 矿化度<1g/L （1g/L 是基于人的味觉，当大于1g/L 时,人感觉咸味） 微咸水 1-25g/L （ 25g/L 是微咸水和海水的分界线） 具海水盐度的水 25-50g/L 盐水 〉50g/L⑵按主要离子成分的分类——阿列金分类法（要知道用符号表分类） ① 含阴离子最多的分为三类：P23 搞清类，组,型A 将HCO 3-和1/2CO 32- 才，统称为碳酸盐类,用符号C 表示 ： b 1/2SO 42-为一类，为硫酸盐类，用符号S 表示； c Cl -为一类，称氯化物类,用符号Cl 表示天然水 质系天然溶存物质 人工源污染物 水悬浮物胶态物溶解物质{}{}3310103285234.0--=Ag W Cl②含阳离子最多分为三组:Ca-钙组、Mg-镁组、Na，K-钠组③阴阳离子比例分为四个型：每组仅有三个型的水存在.一单位电荷为基本单元④> 在每一组内一般只能有其中3个型的水存在。
第二章 水环境化学 分配作用 (2011)
logKow 与 logBCF的相关性 的相关性
沉积物（土壤）中含有大小不一的颗粒物， 沉积物（土壤）中含有大小不一的颗粒物，且 它们所含的有机碳分数也不同， 它们所含的有机碳分数也不同，若考虑颗粒物 大小对分配系数的影响，Kp可表示为： 可表示为： 大小对分配系数的影响， 可表示为 Kp=Koc[0.2(1-f)Xocs+fXocf] 式中f表示沉积物中细颗粒的质量分数 式中 表示沉积物中细颗粒的质量分数 Xocs表示粗颗粒组分有机碳含量 表示粗颗粒 粗颗粒组分有机碳含量 表示细颗粒 细颗粒组分有机碳含量 Xocf表示细颗粒组分有机碳含量
Karichoff等（1979）描述了 等 描述了Koc与有机化合物的 描述了 与有机化合物的 正辛醇-水分配系数 正辛醇 水分配系数Kow的关系 水分配系数 的关系 Koc = 0.63Kow 式中Kow表示有机物的正辛醇 水分配系数，即 表示有机物的正辛醇-水分配系数 式中 表示有机物的正辛醇 水分配系数， 分配达到平衡时有机物在正辛醇和水中浓度的 比例。 比例。
2、分配作用 、
I. 分配理论（ 分配理论（ partition theory ）
① 分配理论的提出 ② 分配作用与吸附作用的比较 ③ 沉积物（土壤）有机质对吸附的影响 沉积物（土壤）
II. 分配系数
沉积物（土壤） 水分配系数 水分配系数Kp ① 沉积物（土壤）/水分配系数 沉积物（土壤） 水标化分配系数 水标化分配系数Koc ② 沉积物（土壤）/水标化分配系数 生物浓缩系数（因子） ③ 生物浓缩系数（因子）BCF或KB 或
第二章
水环境化学
一、天然水的基本组成与特征
二、水体中无机污染物的迁移转化 三、水体中有机污染物的迁移转化
三、水体中有机污染物的迁移转化
水环境化学-第二章 天然水的主要理化性质(专业知识模板)
第二章天然水的主要理化性质第一节天然水的盐度、密度和化学分类一、天然水的含盐量（一）天然水的含盐量反应天然海水含盐量的参数通常有离子总量、矿化度、盐度和氯度。
1、离子总量：天然水中各种离子成分含量的总和即离子总量。
常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg表示。
电荷平衡理论（Cation-Anion Balance)：天然水中，所有阳离子所带的正电荷与所有阴离子所带的负电荷相等。
依据该理论，可粗略分析化学分析的准确性。
例：某同学分析一未知水样，得到121mg/L 碳酸氢根，28mg/L 硫酸根，17mg/L Cl-, 39 mg/L Ca2+, 8.7 mg/L Mg2+, 8.2 mg/L Na+和1.4mg/L K+。
此分析准确吗？单位换算ppt（part per thousand）相当于g/L 或g/kgppm（part per million ）相当于mg/L或mg/kgppb（part per billion）相当于ug/L 或ug/kg2、矿化度：矿化度也是反映水中含盐量的一个指标，是指“蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量”。
测定时要用过氧化氢氧化水中可能含有的有机物，在105-110℃烘干剩余的残渣至恒重，然后称重。
3、海水的氯度：原始定义：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。
用Cl‰符号表示。
新定义：沉淀0.3285234千克海水中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。
用Cl符号表示，无量纲单位为1x10-3。
4、盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部变成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物质的质量与海水质量之比，以10-3或‰表示。
用S‰表示。
✓根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的公式：S‰ = 0.030 + 1.8050 Cl‰，在六十年代以前得到国际上的广泛应用。
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。
第二章 水环境化学(天然水)1ppt课件
精品课件
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• 天然水中Ca2+与Mg2+的含量的比例关系有一个大致规律： 在溶解性固体总量低于500mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔比值 变化范围较大，从4:1到2:1。
• 当水中溶解性固体总量大于1000mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔 比值在2:1到1:1；
• 介•电常数是度量物质极性大小的一个有用的参数。在化学中,介
电常数是溶剂的一个重要性质,它表征溶剂对溶质分子溶剂化以 及隔开离子的能力。
• 水分子的强极性使它能与带电荷的离子和分子发生相互结合的作 用。水化作用是一种强烈的放热过程，释放的能量足以克服离子 间彼此的作用力。
• 物质的介电常数是指两个带电体在真空中与在该物质中静电作用
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水的意义
“地出”
“蓝色大理石”地球照
地球之所以能够成为一 颗智慧星球，水是关键因 素之一。各种生命起源的 假说都离不开水这一要素。
精品课件
25
• 三、水的化学性质
1）水的化学稳定性 •
在常温、常压下水是化学稳定的，即水很难分解 成H2和O2。
2）水合作用：水分子的强极性使它能与带电荷的 离子和分子发生相互结合的作用。例如天然水中的 镁以Mg(H2O)62+的形式存在。
• 缓冲能力、总碱度、水的肥力、天然水的
pH调节
精品课件
34
（2）氯（ Cl- ）
• 天然水中Cl-的主要来自各种岩石中氯化物的溶解。
沉积岩的岩盐（NaCl)矿床是天然水中Cl-的主要 来源。
• Cl-在天然水中分布极其广泛，几乎所有的天然水 中都有Cl- ，但含量差别很大。在河流及淡水湖 泊中， Cl-含量很少，不足10mg/L；在海水中Cl-
【水环境化学】第二章 天然水的主要理化性质
第二章天然水的主要理化性质第一节天然水的盐度、密度和化学分类一、天然水的含盐量（一）天然水的含盐量反应天然海水含盐量的参数通常有离子总量、矿化度、盐度和氯度。
1、离子总量：天然水中各种离子成分含量的总和即离子总量。
常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg表示。
电荷平衡理论（Cation-Anion Balance)：天然水中，所有阳离子所带的正电荷与所有阴离子所带的负电荷相等。
依据该理论，可粗略分析化学分析的准确性。
例：某同学分析一未知水样，得到121mg/L 碳酸氢根，28mg/L 硫酸根，17mg/L Cl-, 39 mg/L Ca2+, 8.7 mg/L Mg2+, 8.2 mg/L Na+和1.4mg/L K+。
此分析准确吗？单位换算ppt（part per thousand）相当于g/L 或g/kgppm（part per million ）相当于mg/L或mg/kgppb（part per billion）相当于ug/L 或ug/kg2、矿化度：矿化度也是反映水中含盐量的一个指标，是指“蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量”。
测定时要用过氧化氢氧化水中可能含有的有机物，在105-110℃烘干剩余的残渣至恒重，然后称重。
3、海水的氯度：原始定义：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。
用Cl‰符号表示。
新定义：沉淀0.3285234千克海水中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。
用Cl符号表示，无量纲单位为1x10-3。
4、盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部变成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物质的质量与海水质量之比，以10-3或‰表示。
用S‰表示。
✓根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的公式：S‰ = 0.030 + 1.8050 Cl‰，在六十年代以前得到国际上的广泛应用。
《养殖水化学》第二章 水环境基本理论
课堂分析
课后习题
• 黄河中游 • 长江 • 密西西比河 • 科罗拉多河 • 尼罗河 • 安大略湖 • 巢湖
P363 水质类型
第三节 天然水环境主要物理性质
一、天然水的光学特性 二、天然水的电导率 三、天然水的依数性 四、天然水的分层特点
一、天然水的光学特性
光线在水中的反射、吸收与折射
透明度与补偿深度
不论海水中溶解盐类的浓度大小如何，其常量成分浓度之 间的比值几乎保持恒定。
这一结论被称为“海水常量成分恒定性原理”、“主要成 分恒比关系原理”、“海水组成的恒定性原理”、 “Marcet原理”和“Dittmar定律”。
河 口 区 ？
混合作用——大洋海水通过环流、潮流、 垂直流等运动，连续不断地进行混合。
常量成分在水中以多种形态存在，如海水中常量成分多以 自由离子或离子对存在，少量以络离子存在。
阳离子：Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Sr2+ 阴离子：Cl-、SO42-、HCO3-（CO32-）、Br-、H3BO3、F-
海水中常量成分占海水中溶解盐类的99.8%～99.9%， 而且它们在海水中含量的大小有一定的顺序， 其比例几乎不变。
成 体积巨大——海水体积极大，它所拥有的
因
多种成分的总量也十分巨大，外界的影响
（如大陆径流等）很难使其相对组成发生
明显的变化。即使海水的蒸发以及大气降
水，也只能使海水的浓度在局部区域增加
或减少，但对于主要成分相对比例的影响
是极微小的。
在一定的温度及压力条件下，海水的一系列
物理化学性质主要决定于海水的总含盐量。由于
与离子总量大致成比例关系。
在常压下，在海洋的温度范围内，海水的 电导率与盐度几乎成正比例增加。于是， 一系列有关电导率－盐度（或氯度）的经 验公式不断涌现，通过电导率的测定获得
2.水环境化学第2章
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第2章 天然水的组成与性质
• 生产率：利用太阳能从无机矿物合成有机物的生 物体称为生产者，水体产生生物体的能力称为生 产率，生产率是由化学及物理的因素相结合而决 定的。
• 水体的富营养化：在高生产率的水体中藻类生产 异常旺盛，水中溶解氧水平的降低，这就是水体 的富营养化。
溶解氧的浓度 (DO)：决定水体中生物的范围
和种类的关键物质是氧，氧的缺乏使水生生物死 亡，氧的存在杀死许多厌氧细菌， 因此水中溶 解氧的浓度 (DO) 是天然水体的重要参数。
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第2章 天然水的组成与性质
4．有机物
腐殖质：在动植物参体腐败的过程中，还有 相当一部分难以降解的物质，如油类、蜡、 树脂、木质素等，这些残物与微生物的分泌 物相结合，常形成一种褐色的或黑色的无定 型胶态复合物，通称称为腐殖质。
+ + Al(H 2O) 3 6 ， H 3O 也比较普遍。
第2章 天然水的组成与性质
水的生物效应
• • • • • 因其高沸点、高熔点——使它以液体氢化物的状态存在； 蒸汽热高——不易大量气化； 比热大，温度体积效应异常——生物才能在水中过冬； 体积小而极性大——可以溶解绝大多数生物分子和无机盐； 有自电离趋势——可调节水溶液酸碱度，维持生物化学反应的 合适条件。
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第2章 天然水的组成与性质
水受热温度升高
分子热运动使分子间 距离增大，导致水的 体积膨胀，密度减小
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若干氢键解体使单体 水分子有可能填充 到原来空隙中去，水 分子间空隙减小 密度增大
02章水环境化学
① 主要离子
• 占离子总量95%-99%，粗略代表水的矿化度（总溶解固体 TDS）：
• TDS＝ [Ca2++Mg2++Na++K++Fe2++Al3+]+[HCO3-+SO42-+Cl+CO32-+NO3-+PO43-]≈[Na+ +K+ + Ca2+ + Mg2+ + Cl- + SO42- + HCO3- + NO3-]
温度-密度关系
• 水在4oC时密度最大。 • 冰漂于水面，降低水体热量散失； • 岩缝里的水结冰，能膨胀撑开岩石：风化。
水的特性-总结
2.2 天然水体的基本特征
自然界水的分布(Mm3)
淡水湖泊 咸水湖及内海 河流 浅层地下水 深层地下水 冰山和高山积雪 大气 海洋 生物体
1.3×108 1.0×108 1.6×106 6.7×107 8.4×108 2.9×1010 1.3×107 1.3×1012 6.0×105
CaCO3 = Ca2+ + CO32KSP = [Ca2+] [CO32-] = 10-8.23
水循环
• 地球引力+太阳能和地表热能→蒸发、降水、径流，周而 复始的过程。
• 小循环：局部地区(陆地或海洋)完成的水循环过程。 • 大循环：海洋蒸发水汽→陆地→降水→江河湖泊或渗入
地下→海洋。 • 大、小循环交织，全球范围。
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偶极矩
若正电(或负电)重心上的电荷的电量为 q , 正负电重心之间的距离为 d (称偶极矩长),
则偶极矩为: μ＝ qd
μ以德拜(D)为单位, 当 q = 1.62 库仑 ( 电子所带电 量 ), d = 1.0 时, μ ＝ 4.8 D
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5
2. 水分子之间有很强的氢键。
• H和D的相对质量差是所有元素的同位素中最大 的，因此自然界中氢同位素分馏也最大，一般 比其它元素的同位素分馏大一个数量级。
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例如，我国学者在研究北京地区地下热水 时发现，北京城区东南部地下热水中
氘同位素的浓度（δD）值（以海水为 基准所
作的比较）为-6.33‰ ～ -7.78‰ ，与
范德华力：通常小于5kJ/mol
氢键：18.8kJ/mol
H-调O研键学习 ：460kJ/mol
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每个水分子可以同邻近的 4 个水分子 形成 4 个氢键。
因为每个水分子在正极一方有两 个裸露的氢核，在负极一方有两对 孤对电子，每个水分子可以把两个 氢核交出，同时又可以由两对孤对 电子接收氢核。
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和化学性质上的差异，称为同位素效应。
• 例如D2O的蒸发热、沸点、表面张力、密度等都比 H2O高。
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• 同位素效应 •
• 同位素分馏
• 同位素分馏是指在一系统中，某元素的同位素 以不同的比值分配到两种物质或物相中的现象。
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一般认为，蒸发作用是促成水的同位素分馏 的主要过程。
• • 由于重水的蒸汽压比普通水的蒸汽压略低，所以
在蒸发区（如大洋水）重水的成分稍高。
• 由水蒸汽凝结生成的雨水中重水的成分较低。 • 南极的冰是地球上最轻的水。
•【 蒸汽压：一定温度下，液体和它的蒸汽处于平衡状态时蒸汽所具有的 压力称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。】
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• 自然界中哪个元素 的同位素分馏最大？？ •• 分馏的大小与同位素相对质量差成正比。
城区雨水（ -6.33‰ ～ -7.48‰ ）、
河水（ -6.90‰ ～ -7.48‰ ）及
浅层地下水（ -6.90‰ ～ -7.48‰ ）中的氘同 位素的浓度（δD）值非常接近。因此该学 者认为，北京东习
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表达稳定同位素的分馏的参数--- δ值（常用）
国际原子能机构于1968年决定采用维也纳标 准平均海水（Vienna standard mean ocean water, V-SMOW）为标准，来定义天然水稳 定同位素的比率相对于V-SMOW的千分差δ 。
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我们该喝什么？-------- 重水 OR 轻水？
• 英研究称喝重水可以延
长人10年寿命（图片来自
英国《每日邮报》网站）
信息来源：科学网（2008）
Super light water 105
调研学习500ml,¥1,250 （日元） 16
• 由不同的同位素组成的分子之间存在相对质 • 量差。这种质量差异所引起的该分子在物理
维也纳标准平均海水（V-SMOW）是一个假想的标准，其 “绝对”同位素比值被定义为
2H/1H=(155.76± 0.10) × 10-6 18O/16O=(2005.20± 0.43) × 10-6 17O/16O=(373± 15) × 10-6
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O /O 的千分差： 18 16
O18
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（7）水的同位素组成(P16)
自然界中， 氢有2种稳定同位素，H1、H2（称为氘，D） 氧有3种稳定同位素，O16、O17、O18
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自然界的水实际上是 HO16H HO18H HO17H HO16D HO18D HO17D DO16D DO18D DO17D
9 种水的混合物。
其中， HO16H是常说的普通水分子，含量为 99.745%(摩尔分数），其余为重水。
• 介•电常数是度量物质极性大小的一个有用的参数。在化学中,介
电常数是溶剂的一个重要性质,它表征溶剂对溶质分子溶剂化以 及隔开离子的能力。
• 水分子的强极性使它能与带电荷的离子和分子发生相互结合的作 用。水化作用是一种强烈的放热过程，释放的能量足以克服离子 间彼此的作用力。
• 物质的介电常数是指两个带电体在真空中与在该物质中静电作用
• 第二章 天然水的组成 和性质
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1
• 2.1 水的分子结构与性质 • 2.2 天然水体的组成和分类 • 2.3 各类天然水的水质特点
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2
• 2.1 水的分子结构与性质
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3
一、水分子的结构(两个重要特点） 1、水分子有很强的极性：
（1）键角104.5° （2）电负性：
O：3.5；H：2.1 （3）水分子的偶极矩
O18 O16
样品
O18 O16
V SMOW
1000
O18 O16
V SMOW
D/H的千分差：
D D
D H 样品 H V SMOW 1000
D H V SMOW
力大小之比。例如水的介电常数为78.5，表明一对阴、阳离子在
真空中的离子间引力是它们在调水研学中习 的78.5倍。
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•• 库仑定律应用于溶液中的离子时，可表示为：
f
q1q2
r 2
• 式中：f为正负离子间的静电引力；q1,q2为两种离 子的电荷；r为离子间距；ε为溶剂的介电常数。
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•
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7
在固体水（冰）
分子的结构中，氢
键的数目达最高饱
和值，使分子排列
成为六方晶系晶格，
与液体水分子的结
构相比，固体水
（冰）的结构较为
疏松，其密度由
1.0g·cm-3降至
0.92g·cm-3 。
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二 水的特性及其意义
•• 1、水的物理性质 1）高沸点、高熔点 2）蒸发热高 3）水在4℃时密度最大； 4）水具有突出的界面特性，水的表面张力大。
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• •5）除极少数液体和固体（如液氨、液氢）外， 水的比热容比任何其他液体和固体都高。
比热容(specific heat capacity)又称比热容量(specific heat)， 简称比热容，是单位质量物质的热容量，即是单位质量物体改 变单位温度时吸收或释放的热能。
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• 6）水具有很高的介电常数，比任何其他纯液体 高。绝大部分离子化合物可以在水中电离。