水化学1ppt-水环境化学(1)
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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
25
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
—H2CO3 —HCO3—CO32-
酚酞变色
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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。
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
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？
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
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。
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
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
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-
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
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-
24
解答（续）
pH=10时，碱度由HCO3-, CO32-和OH-组成 因为[OH-]=10-4mol/L
25
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
—H2CO3 —HCO3—CO32-
酚酞变色
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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。
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
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？
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
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。
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
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
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-
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
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-