水化学1ppt-水环境化学(1)
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环境化学第3.2章水环境化学水中无机污染物的溶解和沉淀课件
纯水封闭体系中金属碳酸盐的溶解度
20
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐 四、碳酸盐在开放体系的溶解度（二价金属）
[H2CO3*] = KHpCO2 [CO32-] = K1K2KHpCO2/[H+]2
pH＞pK2（10.33） pK1＜pH＜pK2 （6.35~10.33） [Me2+] ≈ Ksp[H+]2/K1K2KHpCO2 pH＜pK1（6.35）
第三章/第二节 水中无机污染物的迁移转化
2.3 溶解和沉淀
溶解/沉淀对迁移过程的影响
溶解/沉淀影响金属化合物溶解度，溶解度决定随水迁移能力 溶解度大，迁移能力大；溶解度小，迁移能力小
溶解/沉淀理论
溶解/沉淀受反应平衡和反应速率控制(化学热力学和动力学控制) 固－液平衡体系中，用溶度积来表征溶解度
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.3 硫化物
二、金属硫化物的溶解度（以二价金属为例）
1. 金属硫化物的沉淀－溶解平衡
MeS (s) ⇌ Me2+ + S2-
[Me2+] = Ksp/[S2-]
2. H2S的电离平衡
H2S ⇌ H+ + HS- K1 = 8.9×10-8
HS- ⇌ H+ + S2-
= 2.532×10-3 mol/L
15
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐
一、碳酸盐的沉淀－溶解平衡（以二价金属为例）
MeCO3 ⇌ Me2+ + CO32[Me2+] = Ksp/[CO32-] = Ksp/(CTα2)
H2CO3* ⇌ HCO3- + H+
20
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐 四、碳酸盐在开放体系的溶解度（二价金属）
[H2CO3*] = KHpCO2 [CO32-] = K1K2KHpCO2/[H+]2
pH＞pK2（10.33） pK1＜pH＜pK2 （6.35~10.33） [Me2+] ≈ Ksp[H+]2/K1K2KHpCO2 pH＜pK1（6.35）
第三章/第二节 水中无机污染物的迁移转化
2.3 溶解和沉淀
溶解/沉淀对迁移过程的影响
溶解/沉淀影响金属化合物溶解度，溶解度决定随水迁移能力 溶解度大，迁移能力大；溶解度小，迁移能力小
溶解/沉淀理论
溶解/沉淀受反应平衡和反应速率控制(化学热力学和动力学控制) 固－液平衡体系中，用溶度积来表征溶解度
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.3 硫化物
二、金属硫化物的溶解度（以二价金属为例）
1. 金属硫化物的沉淀－溶解平衡
MeS (s) ⇌ Me2+ + S2-
[Me2+] = Ksp/[S2-]
2. H2S的电离平衡
H2S ⇌ H+ + HS- K1 = 8.9×10-8
HS- ⇌ H+ + S2-
= 2.532×10-3 mol/L
15
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐
一、碳酸盐的沉淀－溶解平衡（以二价金属为例）
MeCO3 ⇌ Me2+ + CO32[Me2+] = Ksp/[CO32-] = Ksp/(CTα2)
H2CO3* ⇌ HCO3- + H+
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。
水环境化学天然水1省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件
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二 水特征及其意义
•• 1、水物理性质 1）高沸点、高熔点 2）蒸发烧高 3）水在4℃时密度最大； 4）水含有突出界面特征，水表面张力大。
9/73
• •5）除极少数液体和固体（如液氨、液氢）外， 水比热容比任何其它液体和固体都高。
比热容(specific heat capacity)又称比热容量(specific heat)， 简称比热容，是单位质量物质热容量，即是单位质量物体改变 单位温度时吸收或释放热能。
18/73
普通认为，蒸发作用是促成水同位素分馏主 要过程。 • • 因为重水蒸汽压比普通水蒸汽压略低，所以在蒸 发区（如大洋水）重水成份稍高。 • 由水蒸汽凝结生成雨水中重水成份较低。 • 南极冰是地球上最轻水。
•【 蒸汽压：一定温度下，液体和它蒸汽处于平衡状态时蒸汽所含有压力 称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。】
10/73
• 6）水含有很高介电常数，比任何其它纯液体高。 绝大部分离子化合物能够在水中电离。
• 介•电常数是度量物质极性大小一个有用参数。在化学中,介电常
数是溶剂一个主要性质,它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开 离子能力。
• 水分子强极性使它能与带电荷离子和分子发生相互结合作用。水 化作用是一个强烈放热过程，释放能量足以克服离子间彼此作用 力。
• 镁起源主要为白云岩、泥灰岩等风化产物溶解。
镁存在于全部天然水中，而且其含量仅次于Na+，Ca2+，常 居阳离子第二位。
39/73
• 天然水中Ca2+与Mg2+含量百分比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+摩尔比值改 变范围较大，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；
二 水特征及其意义
•• 1、水物理性质 1）高沸点、高熔点 2）蒸发烧高 3）水在4℃时密度最大； 4）水含有突出界面特征，水表面张力大。
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• •5）除极少数液体和固体（如液氨、液氢）外， 水比热容比任何其它液体和固体都高。
比热容(specific heat capacity)又称比热容量(specific heat)， 简称比热容，是单位质量物质热容量，即是单位质量物体改变 单位温度时吸收或释放热能。
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普通认为，蒸发作用是促成水同位素分馏主 要过程。 • • 因为重水蒸汽压比普通水蒸汽压略低，所以在蒸 发区（如大洋水）重水成份稍高。 • 由水蒸汽凝结生成雨水中重水成份较低。 • 南极冰是地球上最轻水。
•【 蒸汽压：一定温度下，液体和它蒸汽处于平衡状态时蒸汽所含有压力 称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。】
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• 6）水含有很高介电常数，比任何其它纯液体高。 绝大部分离子化合物能够在水中电离。
• 介•电常数是度量物质极性大小一个有用参数。在化学中,介电常
数是溶剂一个主要性质,它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开 离子能力。
• 水分子强极性使它能与带电荷离子和分子发生相互结合作用。水 化作用是一个强烈放热过程，释放能量足以克服离子间彼此作用 力。
• 镁起源主要为白云岩、泥灰岩等风化产物溶解。
镁存在于全部天然水中，而且其含量仅次于Na+，Ca2+，常 居阳离子第二位。
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• 天然水中Ca2+与Mg2+含量百分比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+摩尔比值改 变范围较大，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；
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？
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 )
水环境化学1
二、在Cl--OH-M2+体系中的配位作用
（教材95页）
▪ Cl-与OH-的竞争 与对中心离子的配位能力和[Cl-]及pH有关， ▪ 形成复杂配离子 例如：Hg(OH)Cl、Cd(OH)Cl
三、腐殖质的配位作用（教材95页）
▪ 腐殖质——一种带负电的高分子弱电解质，来自 动植物的分泌物或者残骸。在水体中大多以胶体 或者悬浮物状态存在。
色，CO32-转变为HCO3-。两 色变为红色， HCO3-
次滴定耗用的标准酸量之和 转变为H2CO3*。三次
叫做酚酞碱度。
滴定的标准酸量之和
叫做总碱度。
总碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [ OH-] – [H+] （ 由H2CO3的质子条件PBE导出 [H+] = [OH-] + [ HCO3-] + 2[CO32-]）
有机污染物
有机污染物和无机污染物在水环境中的迁移转 化行为差别很大！！
表 有机物在水环境中的迁移和转化方式
无机污染物
有机污染物
沉淀与溶解
水解
氧化还原
配位 吸附与解吸
吸附与解吸
分配 挥发
光解
生物降解
3.3.1 碳酸平衡（教材80、88页）
水体中可能存在的碳酸组分： CO2、 H2CO3 、 HCO3-、 CO32- ，常把CO2和 H2CO3 合并为 H2CO3*，实际上H2CO3 、 含 量较低，主要是溶解性气体CO2。
二、碳酸盐（封闭体系）
▪ 碳酸盐的沉淀-溶解应该同时考虑碳酸平衡 。
▪ 封闭体系，CT守恒。只考虑固相和液相， 把H2CO3*当作 不挥发酸处理。 CaCO3 = Ca2+ + CO32+ KSP = [Ca2+] [CO32-] = 10-8.23
水环境保护概述PPT课件
水环境保护概述(PPT113页)
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水环境保护概述(PPT113页)
水体自净作用
概念：水体能在其环境容量的范围以内，经过水体的物 理、化学和生物的作用，使排入水体的污染物质的浓 度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然 降低，恢复原有的生态平衡，这个过程称为水体的自 净作用。
水环境保护概述(PPT113页) 水环境保护概述(PPT113页)
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第二节 水体的污染与自净
水环境保护概述(PPT113页)
水环境保护概述(PPT113页)
※水体污染 水体的概念 在环境科学领域中，水体不仅包括水、而且还包括水中
的悬浮物、底泥及水中生物等。 水体污染的概念 指由自然排放及人类活动产生的污染物进入水体后，在
数量上超过了该物质在水中的本底含量和水体的环境 容量，从而导致水体的物理、化学和生物特征的不良 变化，破坏水体生态系统，并使水的用途受到影响。
第三节 水体中主要污染物 的来源及其危害
水环境保护概述(PPT113页)
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第三章 水环境保护
水，生命之源！
水环境保护概述PPT课件
第一节 水资源开发利用现状
※ 天然水资源
※ 水资源的利用现状及其保护
※ 世界性水荒 水荒：需水量大于供水量的现象
水环境保护概述(PPT113页) 水环境保护概述(PPT113页)
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水体自净作用
概念：水体能在其环境容量的范围以内，经过水体的物 理、化学和生物的作用，使排入水体的污染物质的浓 度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然 降低，恢复原有的生态平衡，这个过程称为水体的自 净作用。
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第二节 水体的污染与自净
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※水体污染 水体的概念 在环境科学领域中，水体不仅包括水、而且还包括水中
的悬浮物、底泥及水中生物等。 水体污染的概念 指由自然排放及人类活动产生的污染物进入水体后，在
数量上超过了该物质在水中的本底含量和水体的环境 容量，从而导致水体的物理、化学和生物特征的不良 变化，破坏水体生态系统，并使水的用途受到影响。
第三节 水体中主要污染物 的来源及其危害
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第三章 水环境保护
水，生命之源！
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第一节 水资源开发利用现状
※ 天然水资源
※ 水资源的利用现状及其保护
※ 世界性水荒 水荒：需水量大于供水量的现象
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)
水环境化学(1)-10-20
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水体的基本特征 (Basic Character of Natural Waters) 1、天然水的组成(Constitution of Natural Waters)
可溶性物质 悬浮物 悬浮物质 颗粒物 水生生物
(1) 天然水的主要离子组成： K+, Na+, Ca2+, Mg2+, HCO3-, NO3-, Cl-, SO42- 为天然水中常
[CO2(aq)] = KH Pco2 = 3.34×10-7×30.8
= 1.028×10-5 mol.L-1
CO2在水中离解，则： [H+] = [HCO3-]
[H ] K1 = 4.45×10-7 [CO2 ]
[H+] =（ 1.028×10-5× 4.45×10-7）1/2 = 2.14×10-6 mol.L-1 pH = 5.67
2
CO2在水中的溶解度：
[CO2] + [ HCO3-]
= 1.028×10-5+ 2.14×10-6
= 1.24×10-5 mol.L-1
= 0.55 mg.L-1
（4）水生生物
水生生物直接影响水中许多物 质的存在，具有代谢、摄取、转化、 存储和释放等的作用。
如藻类的生成和分解
106CO2+16NO3+HPO42-+122H2O+18H++ (痕量元素)
而 对于 开 放 体 系来 说 ，[HCO3-] 、[CO32-] 和CT 均 随pH改变 而 变 化 ，但
[H2CO3*]总保持与大气相平衡的固定数值。
因此，在天然条件下开放体系是实际存在的，而封闭体系是计算短时 间溶液组成的一种方法，即把其看作是开放体系平衡过程中的一个微小阶段， 在实用上认为是相对稳定而加以计算。
第水环境化学(共10张PPT)
水环境中污染物种类繁多，一般分为两大类：
cp—单位溶液理体积论上颗，粒物即的浓非度k离g／L子； 性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤
有机质中，并经一定时间达到分配平衡，此时有机化合物
在土壤有机质和水中含量的比值称分配系数。
第5页，共10页。
▪实际上，有机化合物在土壤(沉积物)中的吸着存在着二种主要机
作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降 解作用等过程进行迁移转化。
第4页，共10页。
二、分配作用
1．分配理论
▪近20年来，国际上对有机化合物的吸附分配理论开展了
使得pH降低，一般伴随E降低，pH会降低，酸性增强，金属溶解，酸性增强情况下，金属Hg容易甲基化；
②靠吸范附 德作华用力，，广即后在者泛非则研极是性各究有种机化。溶学剂键结中力果，如土氢均壤键矿、表物离明质子对偶，有极机键颗化、合配粒物位物的键表及(面π沉键吸作积附用作物的用结或或果于。土土壤壤矿物)从质对水有机中化合吸物的表面吸附作用，前者主要
cT = cs·cp+cw 式中：cT—单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物质量的总和ug / L；
cs—有机毒物在颗粒物上的平衡浓度，ug／kg；
cp—单位溶液体积上颗粒物的浓度kg／L；
cw—有机毒物在水中的平衡浓度，ug／L。
此时水中有机物的浓度(cw)为：cw =cT / (Kp cp十1)
第7页，共10页。
▪一般吸附固相中含有有机碳（有机碳多，则Kp大），为了在类型各异组分复 杂的沉积物或土壤之间找到表征吸着的常数，引入标化分配系数(Koc)：
➢ 使得pH降低，一般伴随E降低，pH会降低，酸性增强，金属溶解， 酸性增强情况下，金属Hg容易甲基化； ➢ 静止水体的富营养化。
cp—单位溶液理体积论上颗，粒物即的浓非度k离g／L子； 性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤
有机质中，并经一定时间达到分配平衡，此时有机化合物
在土壤有机质和水中含量的比值称分配系数。
第5页，共10页。
▪实际上，有机化合物在土壤(沉积物)中的吸着存在着二种主要机
作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降 解作用等过程进行迁移转化。
第4页，共10页。
二、分配作用
1．分配理论
▪近20年来，国际上对有机化合物的吸附分配理论开展了
使得pH降低，一般伴随E降低，pH会降低，酸性增强，金属溶解，酸性增强情况下，金属Hg容易甲基化；
②靠吸范附 德作华用力，，广即后在者泛非则研极是性各究有种机化。溶学剂键结中力果，如土氢均壤键矿、表物离明质子对偶，有极机键颗化、合配粒物位物的键表及(面π沉键吸作积附用作物的用结或或果于。土土壤壤矿物)从质对水有机中化合吸物的表面吸附作用，前者主要
cT = cs·cp+cw 式中：cT—单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物质量的总和ug / L；
cs—有机毒物在颗粒物上的平衡浓度，ug／kg；
cp—单位溶液体积上颗粒物的浓度kg／L；
cw—有机毒物在水中的平衡浓度，ug／L。
此时水中有机物的浓度(cw)为：cw =cT / (Kp cp十1)
第7页，共10页。
▪一般吸附固相中含有有机碳（有机碳多，则Kp大），为了在类型各异组分复 杂的沉积物或土壤之间找到表征吸着的常数，引入标化分配系数(Koc)：
➢ 使得pH降低，一般伴随E降低，pH会降低，酸性增强，金属溶解， 酸性增强情况下，金属Hg容易甲基化； ➢ 静止水体的富营养化。
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。
水的课件ppt
硬水与软水
总结词
硬水是指含有较多钙、镁离子的水，而软水 是指含有较少钙、镁离子的水。
详细描述
硬水是指含有较多钙、镁离子的水，这些离 子在水中以碳酸钙和碳酸镁的形式存在。硬 水对日常生活和工业生产都有一定的影响， 例如在洗涤和锅炉等领域需要软化处理。软 水是指经过软化处理后的水，其钙、镁离子 含量较低，适合用于洗涤和锅炉等领域。
改变风向和风速
水体如海洋、湖泊等对气 流有阻碍作用，影响风向 和风速。
水对土壤的影响
土壤形成
水在土壤形成过程中起着 重要作用，通过侵蚀、搬 运和沉积作用形成土壤。
土壤肥力
水可以溶解土壤中的养分 ，促进植物吸收，提高土 壤肥力。
土壤质地
水的冲刷和沉积作用影响 土壤颗粒大小和质地，形 成不同类型的土壤。
05
CATALOGUE
水处理技术
污水处理技术
物理处理法
通过沉淀、过滤、离心分离等方法去 除水中的悬浮物和杂质。
化学处理法
利用化学药剂如氧化剂、还原剂、絮 凝剂等对水中的有害物质进行氧化、 还原、沉淀等处理。
生物处理法
利用微生物的代谢作用去除水中的有 机物和氨氮等有害物质，包括活性污 泥法和生物膜法等。
节约用水的意义与方法
总结词
节约用水是保护水资源的必要措施，通过合理利用水资源、减少浪费、提高用水效率等途径，可以有 效缓解水资源紧张状况。
详细描述
节约用水的意义在于减少水资源的浪费，提高水资源的利用效率，从而满足人类和生态系统对水资源 的需求。节约用水的方法包括推广节水器具、合理安排洗涤和沐浴时间、修缮滴水龙头和漏水水管等 。此外，合理规划农业灌溉和工业用水也是节约用水的有效途径。
详细描述
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+。
第三章 水环境化学
6
1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物） 天然水是含有可溶性物质和悬浮物的一种天 然溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化 过程中，经过水溶解迁移、搬运到水中的地壳矿 物质。
7
（1）天然水中的主要离子组成
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，常用来作为表征水体主要化学特征性指标。 硬 Ca2+ HCO3度 Mg2+ CO32碱 度 酸 H+ OH碱 金 属
1 =0.3086 2.24 1 2.24 =0.6914 2.24 1
[ H 2 CO3 ] [ HCO3 ]
*
所以此时[H2CO3*]=α0CT=0.3086×3×10-3molL-1=0.9258×10-3molL-1 [HCO3-]=α1CT=0.6914×3×10-3molL-1=2.0742×10-3molL-1 加酸性废水到pH=6.7，有0.9258×10-3molL-1的H2CO3*生成，故每升河水中要加入 0.9258×10-3mol的H+才能满足上述要求，这相当于每升河水中加入浓度为1×10-2 molL-1的硫酸废水的量V为： V=0.9258×10-3mol/(2×1×10-2molL-1)=0.0463L=46.3mL。因此相当于每升河水中
100 CO2+H2CO3 HCO3CO32-
80 60 40 20 0
2 4 6 pH 8 10 12
28
碳酸化合态分布图的理解： a、总体分布态势：
环境化学完整ppt课件
土壤空气是存在于土壤孔隙中的气体，对 植物生长和土壤微生物活动有重要影响。
土壤污染及危害
重金属污染
主要来自工业废水、废气、废渣的排放，以及农药、化肥 的过度使用。重金属在土壤中难以降解，会通过食物链富 集，对人体健康造成危害。
有机物污染
主要来源于工业和城市污水、石油泄漏、农药使用等。有 机物污染会破坏土壤生态平衡，影响农作物产量和品质。
面临挑战和机遇探讨
复杂环境问题
随着工业化和城市化的加速，复合型、区域性环境问题日益突出 ，对环境化学提出更高要求。
新兴污染物研究
新型污染物如纳米材料、微塑料等的环境行为、生态效应和风险 控制成为研究热点。
国际合作与交流
全球环境问题需要加强国际合作与交流，共同应对挑战。
未来发展方向预测
01
绿色化学与可持续发展
自20世纪70年代以来，环境化学逐渐 成为一个独立的学科领域，随着环境 问题日益严重，环境化学的研究和应 用也越来越受到重视。
环境化学研究内容
01
02
03
04
环境中化学物质的来源、分布 和归宿
化学物质在环境中的迁移、转 化和降解过程
化学物质对生物和生态系统的 毒性效应和风险评估
环境污染的监测、治理和修复 技术
生物转化
土壤中的微生物、植物根系等生物因素会对污染 物进行降解、转化或吸收。生物转化是土壤中污 染物去除的重要途径之一。
05
生物体内污染物质运输与转化
生物体内污染物质来源及危害
工业排放
废气、废水和固体废弃物中的 重金属、有机物等污染物，通
过食物链进入生物体内。
农业活动
农药、化肥的过度使用，导致 土壤、水源污染，进而影响生 物体。
《水环境化学》PPT课件
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18
2、石油的降解 （P126）
石油是由烷烃、环烷烃、烯烃、芳香烃 和杂环化合物等组成。
石油在水中可光化学降解或生物降解。
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19
（1）光化学降解：
在阳光照射下，石油中的烷烃及侧链芳烃受激发 活化进行光化学氧化。
据测，油浓度为2000kg/km3的水面，油膜厚度 2.5μm，由于光化学氧化，几天光照即能把油膜清除。
氧化)
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4
不易被氧化的：饱和的脂肪烃、含有苯环
结构的芳香烃、含氮的脂肪胺类化合物等 ；
容易被氧化的：醛、芳香胺、不饱和的烯
烃和炔烃、醇及含硫化合物(如硫醇、硫醚)等。
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5
② 还原反应 ： 在有机物分子中加氢或脱氧的反应称为有机
物的还原反应。例如：
HCHO (甲醛) + H2→ CH3OH (甲醇 ) (加氢
24
③ 芳香烃的降解： 石油中苯、苯的同系物、萘等在微生物
作用下先是氧化成二酚，然后苯环分裂成 有机酸，再经有关生化反应，最终分解为 二氧化碳和水。
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25
④ 环烷烃降解：环烷烃最稳定，只有少
数微生物能使它降解。如环己烷在微生物作用下
缓慢氧化：
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26
课堂作业
教材P80 习题3、4、5、7、13、14
进行，最后分解为CO2和H2O。
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22
② 烯烃的降解
当双键在中间位置时，主要的降解途径与饱和 烷烃相似。
当双键位在碳1和碳2位时，在不同微生物的 作用下，主要降解途径有三种：即烯烃的不饱和 端氧化成环氧化物、不饱和末端氧化成醇、饱和 末端氧化成醇。
《环境化学课件》PPT课件
物体。
水体污染
工业废水、生活污水等 排放到水体中的污染物 ，通过饮水和食物链进
入生物体。
土壤污染
农药、重金属等污染物 在土壤中积累，通过食
物链进入生物体。
其他途径
包括食物摄入、皮肤接 触等途径，使污染物进
入生物体。
生物体内污染物质转化与排泄机制
01
生物转化
生物体内的酶系统可将污染物转化为低毒或无毒的代谢产物，如肝脏中
化学法
包括中和、氧化还原、电解和混凝等。
生物法
利用微生物的代谢作用，将有机物转化为无害物质，包括活性污泥 法、生物膜法和厌氧生物处理法等。
土壤污染治理技术与方法
物理化学修复技术
包括土壤淋洗、土壤固化/稳定化、热脱附和电动 修复等。
生物修复技术
利用微生物或植物对土壤中的污染物进行降解、 转化或固定，包括微生物修复和植物修复等。
REPORT
《环境化学课件》 PPT课件
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMARY
目录
CONTENTS
• 环境化学概述 • 大气环境化学 • 水环境化学 • 土壤环境化学 • 生物体内污染物质运动过程及毒性效
应 • 环境污染治理技术与方法
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
危害
影响水生生物生存、破坏水生态平衡、危害人类健康等。
水环境化学原理
1 2
水中的化学反应
酸碱反应、沉淀溶解反应、氧化还原反应等。
水质指标与标准
pH值、溶解氧、化学需氧量、生物需氧量等。
3
水处理原理与技术
物理处理、化学处理、生物处理等。
REPORT
水体污染
工业废水、生活污水等 排放到水体中的污染物 ，通过饮水和食物链进
入生物体。
土壤污染
农药、重金属等污染物 在土壤中积累，通过食
物链进入生物体。
其他途径
包括食物摄入、皮肤接 触等途径，使污染物进
入生物体。
生物体内污染物质转化与排泄机制
01
生物转化
生物体内的酶系统可将污染物转化为低毒或无毒的代谢产物，如肝脏中
化学法
包括中和、氧化还原、电解和混凝等。
生物法
利用微生物的代谢作用，将有机物转化为无害物质，包括活性污泥 法、生物膜法和厌氧生物处理法等。
土壤污染治理技术与方法
物理化学修复技术
包括土壤淋洗、土壤固化/稳定化、热脱附和电动 修复等。
生物修复技术
利用微生物或植物对土壤中的污染物进行降解、 转化或固定，包括微生物修复和植物修复等。
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CONTENTS
• 环境化学概述 • 大气环境化学 • 水环境化学 • 土壤环境化学 • 生物体内污染物质运动过程及毒性效
应 • 环境污染治理技术与方法
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ANALYSIS
危害
影响水生生物生存、破坏水生态平衡、危害人类健康等。
水环境化学原理
1 2
水中的化学反应
酸碱反应、沉淀溶解反应、氧化还原反应等。
水质指标与标准
pH值、溶解氧、化学需氧量、生物需氧量等。
3
水处理原理与技术
物理处理、化学处理、生物处理等。
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据预测，30-40km高度的奇氧损失由NOx循环支配， 50km海拔以上高度则由HOx循环支配奇氧损失
据推测，在30-40km高空中的奇氧损耗主要是由NOx 循环催化引起的，而在50km以上高空中HOx循环催 化是引起奇氧损耗的主要原因
有人预测，海拔30-40km处的奇氧损耗是由NOx循环 主导的，50km以上则由HOx循环主导
—H2CO3 —HCO3—CO32-
酚酞变色
甲基橙变色
22
例2——已知碱度和pH，求各物种浓度
已知水体的总碱度为1.00× 10-3mol/L ，计 算pH8和pH10时水中H2CO3、HCO3-、 CO32-浓度（假定只由它们构成碱度）
23
解答
pH=8时，碱度以HCO3-为主，所以可假 定 再根据离解常数和pH分别得到
酚酞变色
甲基橙变色
20
2）酸度
与强碱发生中和作用的物质总量，代表中和强 碱的能力
无机酸度 酚酞酸度(二氧化碳) 总酸度
21
3）碱度、酸度、碳酸盐总量、pH之间的 关系
根据滴定结果，可以推算： 总碱度-碳酸盐碱度=碳酸盐总量 二氧化碳酸度-无机酸度=碳酸盐总量 总碱度+二氧化碳酸度=碳酸盐总量
33
解答（续）
要调节到pH=9.0，cT=2mmol/L，用 NaHCO3增加cT，应投加0.35mmol/L， 这同时增加碱度0.35mmol/L。
计算pH=9.0和cT=2mmol/L时的碱度，求 所缺的碱度，由NaOH补足。
34
例6：好氧呼吸导致的pH变化
已知初始TOC浓度为6mg/L，pH=6.9，碱度 为1.2mmol/L。如果发生好氧呼吸，水中的有 机物全部分解，且释放出NH4+，请求出最终 的pH值。
求处理后的pH、总碱度。 如果处理后的水要将其pH调整到9.0，而且要 使碳酸盐总量为2.0mmol/L，问如何用NaOH 和NaHCO3调节？
32
解答：
初始水样pH=8.0，总碱度为1.65mmol/L， 主要为HCO3-。即
1mol氨氧化产生3mol酸，3.5mg/L氨氮产生 0.75mmol/L酸，即碱度下降0.75mmol/L， 碱度变为0.90mmol/L，cT不变，由此求得 α1，再求得pH。
封闭体系中无论加强酸或强碱，CT 不变；碱度变化值为应加酸量或加 碱量
28
初始碱度
与pH6时
碱度差
求
算 pH
CT
6
时
pH=9时同样方法计算 29
3.一些引起碱度变化的反应
光合作用、呼吸作用
30
硫酸盐还原、硫化物氧化
硝化、反硝化
通常，氧化导致碱度下降，还原导致碱度上升
31
例5
某一水的总碱度为1.65mmol/L,pH为8.0。此 水用Cl2(g)来处理以便将NH3(aq)氧化为氮气 （折点氯化）。假如初始的氨氮（以氮计） 浓度为3.5mg/L，氨的氧化反应为
从结果看，所设假定合理
24
解答（续）
pH=10时，碱度由HCO3-, CO32-和OH-组成 因为[OH-]=10-4mol/L
25Leabharlann 例3某25℃的水样100mL需要10mL0.02mol/L 的硫酸使其pH值下降到4.3；同样体积的 水样需要4mL0.02mol/L的NaOH使其pH 上升到8.3。假定碱度和酸度都只是由碳 酸盐物种、H+和OH-引起的。 计算总无机碳的含量、初始pH和各碳酸 盐物种的浓度
26
解答：
总碱度 二氧化碳酸度
碳酸盐总量=总碱度+二氧化碳酸度=4.8mmol/L
假定一个pH值，试算，直到上式成立!
27
例4
已知水体的pH7.0，碱度为1.4mmol/L， 假设该体系为封闭体系，且碱度由碳酸 盐物质和OH-组成，计算： （1）pH调至6.0所需加的酸量？ （2）pH调至9.0所需加的碱量？
什么是封闭体系？
水溶液中的CT不变，不与气相交换 没有固体碳酸盐，即不发生液固相交
换
反应比较快速，来不及与气相进行交 换；不存在、也没有生成固相碳酸盐
14
根据离解平衡，有：
15
封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布
—H2CO3 —HCO3—CO32-
16
（2）开放体系碳酸盐物种 分布随pH的变化
解答：假定好氧呼吸按以下反应进行：
35
第一步：CO2生成溶解在水中，导致CT增 加，碱度不变，引起pH变化
第二步：由于消耗H+，导致碱度上升， 此时CT不变，引起pH变化
36
Loss of odd oxygen between 30 and 40 km is predicted to be dominanted by the NOx cycle; at altitudes above 50 km, HOx cycles dominate odd oxygen loss.
6
7
水中的碳酸盐物种及其平衡 H2CO3* 简写为H2CO3
8
例1：计算大气CO2在纯水中的溶解量 未离解部分
9
离解部分
10
水中溶解的二氧化碳总量
11
平衡计算的基本原则
质量平衡 分配平衡 电荷平衡 合理的假定
12
水中碳酸盐物种的分配
13
（1）封闭体系中碳酸盐物种 分布随pH的变化
大气中CO2浓度不变，与水相处于平衡
17
—H2CO3 —CO32-
—HCO3—CT
18
2. 碳酸盐体系的碱度和酸度
1）碱度
与强酸（H+）发生中和作用的物质总量，代 表中和强酸的能力。
苛性碱度
[OH-]-[H+]
酚酞碱度(碳酸盐碱度)
总碱度
19
封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布
—H2CO3 —HCO3—CO32-
水化学1ppt-水环境化学 (1)
2020/8/13
存在形态、分布 酸碱平衡 配位平衡 沉淀-溶解平衡 氧化-还原平衡
物质的转化 水解与亲核反应 还原反应 氧化反应 光解
2
第一节 酸碱化学——碳酸盐系统
Brönsted酸碱（质子理论） Lewis酸碱（电子理论）
共轭酸碱对：HA—A-; HB—B-
3
酸碱平衡常数——酸碱的强弱
4
酸碱的相对强弱
酸 HCl
H2SO4 HIO3 HSO4H3PO4 HF
HNO2
pKa -3 -3 0.8 2 2.1 3.2 4.5
强
碱
O2-
NH2S2-
OH-
H2SiO42PO43CO32弱
pKb -10 -9 0 0 1.4 1.7 3.7
5
1.水中碳酸盐物种及其分布
据推测，在30-40km高空中的奇氧损耗主要是由NOx 循环催化引起的，而在50km以上高空中HOx循环催 化是引起奇氧损耗的主要原因
有人预测，海拔30-40km处的奇氧损耗是由NOx循环 主导的，50km以上则由HOx循环主导
—H2CO3 —HCO3—CO32-
酚酞变色
甲基橙变色
22
例2——已知碱度和pH，求各物种浓度
已知水体的总碱度为1.00× 10-3mol/L ，计 算pH8和pH10时水中H2CO3、HCO3-、 CO32-浓度（假定只由它们构成碱度）
23
解答
pH=8时，碱度以HCO3-为主，所以可假 定 再根据离解常数和pH分别得到
酚酞变色
甲基橙变色
20
2）酸度
与强碱发生中和作用的物质总量，代表中和强 碱的能力
无机酸度 酚酞酸度(二氧化碳) 总酸度
21
3）碱度、酸度、碳酸盐总量、pH之间的 关系
根据滴定结果，可以推算： 总碱度-碳酸盐碱度=碳酸盐总量 二氧化碳酸度-无机酸度=碳酸盐总量 总碱度+二氧化碳酸度=碳酸盐总量
33
解答（续）
要调节到pH=9.0，cT=2mmol/L，用 NaHCO3增加cT，应投加0.35mmol/L， 这同时增加碱度0.35mmol/L。
计算pH=9.0和cT=2mmol/L时的碱度，求 所缺的碱度，由NaOH补足。
34
例6：好氧呼吸导致的pH变化
已知初始TOC浓度为6mg/L，pH=6.9，碱度 为1.2mmol/L。如果发生好氧呼吸，水中的有 机物全部分解，且释放出NH4+，请求出最终 的pH值。
求处理后的pH、总碱度。 如果处理后的水要将其pH调整到9.0，而且要 使碳酸盐总量为2.0mmol/L，问如何用NaOH 和NaHCO3调节？
32
解答：
初始水样pH=8.0，总碱度为1.65mmol/L， 主要为HCO3-。即
1mol氨氧化产生3mol酸，3.5mg/L氨氮产生 0.75mmol/L酸，即碱度下降0.75mmol/L， 碱度变为0.90mmol/L，cT不变，由此求得 α1，再求得pH。
封闭体系中无论加强酸或强碱，CT 不变；碱度变化值为应加酸量或加 碱量
28
初始碱度
与pH6时
碱度差
求
算 pH
CT
6
时
pH=9时同样方法计算 29
3.一些引起碱度变化的反应
光合作用、呼吸作用
30
硫酸盐还原、硫化物氧化
硝化、反硝化
通常，氧化导致碱度下降，还原导致碱度上升
31
例5
某一水的总碱度为1.65mmol/L,pH为8.0。此 水用Cl2(g)来处理以便将NH3(aq)氧化为氮气 （折点氯化）。假如初始的氨氮（以氮计） 浓度为3.5mg/L，氨的氧化反应为
从结果看，所设假定合理
24
解答（续）
pH=10时，碱度由HCO3-, CO32-和OH-组成 因为[OH-]=10-4mol/L
25Leabharlann 例3某25℃的水样100mL需要10mL0.02mol/L 的硫酸使其pH值下降到4.3；同样体积的 水样需要4mL0.02mol/L的NaOH使其pH 上升到8.3。假定碱度和酸度都只是由碳 酸盐物种、H+和OH-引起的。 计算总无机碳的含量、初始pH和各碳酸 盐物种的浓度
26
解答：
总碱度 二氧化碳酸度
碳酸盐总量=总碱度+二氧化碳酸度=4.8mmol/L
假定一个pH值，试算，直到上式成立!
27
例4
已知水体的pH7.0，碱度为1.4mmol/L， 假设该体系为封闭体系，且碱度由碳酸 盐物质和OH-组成，计算： （1）pH调至6.0所需加的酸量？ （2）pH调至9.0所需加的碱量？
什么是封闭体系？
水溶液中的CT不变，不与气相交换 没有固体碳酸盐，即不发生液固相交
换
反应比较快速，来不及与气相进行交 换；不存在、也没有生成固相碳酸盐
14
根据离解平衡，有：
15
封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布
—H2CO3 —HCO3—CO32-
16
（2）开放体系碳酸盐物种 分布随pH的变化
解答：假定好氧呼吸按以下反应进行：
35
第一步：CO2生成溶解在水中，导致CT增 加，碱度不变，引起pH变化
第二步：由于消耗H+，导致碱度上升， 此时CT不变，引起pH变化
36
Loss of odd oxygen between 30 and 40 km is predicted to be dominanted by the NOx cycle; at altitudes above 50 km, HOx cycles dominate odd oxygen loss.
6
7
水中的碳酸盐物种及其平衡 H2CO3* 简写为H2CO3
8
例1：计算大气CO2在纯水中的溶解量 未离解部分
9
离解部分
10
水中溶解的二氧化碳总量
11
平衡计算的基本原则
质量平衡 分配平衡 电荷平衡 合理的假定
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水中碳酸盐物种的分配
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（1）封闭体系中碳酸盐物种 分布随pH的变化
大气中CO2浓度不变，与水相处于平衡
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—H2CO3 —CO32-
—HCO3—CT
18
2. 碳酸盐体系的碱度和酸度
1）碱度
与强酸（H+）发生中和作用的物质总量，代 表中和强酸的能力。
苛性碱度
[OH-]-[H+]
酚酞碱度(碳酸盐碱度)
总碱度
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封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布
—H2CO3 —HCO3—CO32-
水化学1ppt-水环境化学 (1)
2020/8/13
存在形态、分布 酸碱平衡 配位平衡 沉淀-溶解平衡 氧化-还原平衡
物质的转化 水解与亲核反应 还原反应 氧化反应 光解
2
第一节 酸碱化学——碳酸盐系统
Brönsted酸碱（质子理论） Lewis酸碱（电子理论）
共轭酸碱对：HA—A-; HB—B-
3
酸碱平衡常数——酸碱的强弱
4
酸碱的相对强弱
酸 HCl
H2SO4 HIO3 HSO4H3PO4 HF
HNO2
pKa -3 -3 0.8 2 2.1 3.2 4.5
强
碱
O2-
NH2S2-
OH-
H2SiO42PO43CO32弱
pKb -10 -9 0 0 1.4 1.7 3.7
5
1.水中碳酸盐物种及其分布