环境化学 第07讲_天然水的基本特征
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使得大多数离子化合物能够在其中溶解并 发生最大程度的电离。 • 水为生命过程中营养物和废弃物的传输提 供了最基本的媒介。
水的特性及其意义
③水的比热大、蒸发热极高 • 水的比热为4.18 J／(g·℃), 仅次于液氨。 • 水的蒸发热也极高，在20℃下为2.4 kJ/g。 • 水体白天吸收到达地表的太阳光的热量，夜
HCO3－、CO32－、OH－ SO42－、Cl－ 、NO3－
阴离子
碱度
酸根
天然水中常见主要离子总量可粗略作为水的总含盐量(TDS) TDS=[ Ca2++Mg2++ Na+ + K+]+[ HCO3－+ SO42－+ Cl－]
(2) 水中的金属离子
• 它可通过化学反应(酸－碱、沉淀、配合及 氧化-还原等)达到最稳定的状态；
– 在气温急剧下降的夜晚，水面上较重的水层向 水底沉降，与下部水层更换，使得溶解在水中 的氧及其他营养物得以在整个水域分布均匀，
水的特性及其意义
⑤冰轻于水 • 冰的密度为0.92 g/℃，可以浮在水面上。 • 气温降低时水面结成的冰不会沉入水底，不
会导致整个水体完全冻结，这一特性对水下 生物具有十分重要的意义。
利用亨利定律时的注意事项
• 在计算气体的溶解度时，需考虑水蒸气对气 体分压的影响
Px=(Pa-PH2O)×fx
Pa: 大气压；
fX: 大气中气体的摩尔分数
• 亨利定律不能反映气体在溶液中的进一步的
化学反应，如CO2的溶解:
CO2(g)
CO2(aq)
CO2(aq) +H2O
H+HCO3+
表3-3 水在不同温度下的分压
③气体在水中的溶解速率
• 影响气体溶解速率的因素
– 气体不饱和程度
– 水的单位体积表面积
– 扰动状况
– 温度
Cs: 气体的饱和溶解度
dc dt
kg
A V
(Cs
C)
C: 水中气体的实际浓度 kg: 气体迁移系数 A: 水的表面积
V: 水的体积
④影响水体中的溶解氧浓度的因素
溶解氧浓度是耗氧与复氧过程动态平衡的结果
晚又将热量释放到大气中，避免了剧烈的温 度变化。
– 月球表面气温为+120℃到－150℃。 – 火星表面气温为 +27℃到－133℃。
水的特性及其意义
④水在4℃时的密度最大 • 在控制水体温度分布中的重要作用
– 当水体趋于一种稳定状态，水底温度是4℃， 在这一层中水生物可以幸存。
• 在控制垂直循环中的重要作用。
②温度对气体溶解度的影响
(Clausius-Clapeyron方程式)：
lg(C)
lg
c c0
H 2.303R
1 T
Βιβλιοθήκη Baidu
1 T0
lg(1/T)
c，c0—温度T和T0时气体在水中的浓度； △H—溶解热，J/mol，(△H <0)； R—气体常数，8.314J/(mol·K)。
• 气体的溶解度随温度升高而降低， 如O2: 0℃ (14.74mg/L) → 35℃ (7.03mg/L)
(1978年，杜鲁门坝的修建使下游40万条鱼死 亡)。
• 溶解氧对水处理也具有重要意义
– 生活污水的生化处理 – 水体的自净作用
①气体分子在气液相两间的平衡--亨利定律
O2 (g) O2 (aq)
X (g) X (aq) [ X (aq)] K H PG
KH—气体X在一定温度下的亨利(定律)常数； pG—气体X的分压； [X(aq)] —气体X在液相中的溶解度。
• 水中可溶性金属离子可以多种形态存在。
如当 pH低 →pH高时，Fe(Ⅲ)的变化 ：
Fe3+→Fe(OH)2+→Fe(OH)2+→ Fe2(OH)24+→Fe(OH)3 ↓
(3) 气体在水中的溶解性
• 溶解在水中气体，对水生生物的生存是非常 重要的。
– 鱼类需要O2，排出CO2 – 藻类的光合作用需要CO2 ，排出O2 – 过饱和的N2在血液中形成气泡，可使鱼类死亡
T (℃)
0 5 10 15 20 25
P(H2O) (×105Pa)
0.00611 0.00872 0.01228 0.01705 0.02337 0.03167
T (℃)
30 35 40 45 50 100
P(H2O) (×105Pa)
0.04241 0.05621 0.07374 0.09581 0.12330 1.01300
海水是相同的。 • 在自然界的植物体内，水分含量更高，有些
甚至高达95％。
水的特性及其意义
2) 水的优异的自然性质及对人类和生态环境 的特殊意义 ① 水是无色透明的 ② 水是一种极好的溶剂 ③ 除液氨外，水的比热是所有的液体和固 体中最大的 ④ 水在4℃时的密度最大 ⑤ 冰轻于水
水的特性及其意义
环境化学
冶金科学与工程学院 环境工程研究所
周康根
第三章 水环境化学
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 二、水中污染物的分布及存在形态 三、水中营养元素及水体富营养化
第二节 水中无机污染物的迁移 第三节 水中有机污染物的迁移转化 第四节 水质模型 ×
水的特性及其意义
1) 水－生命之源泉 • 地球表面的70％以上覆盖着水 • 大多数生物体内水的含量也达2／3以上。 • 人体血液的矿化度为9g／L，与30亿年前的
①水是无色透明的
• 水允许太阳光中的可见光和波长较长的紫 外线部分可以透过，使光合作用所需的光 能能够到达水面以下的一定深度，而对生 物体有害的短波紫外线则被阻挡在外。
• 这不仅在地球上生命的产生和进化过程中 起了关键性的作用，今天对生活在水中的 各种生物也具有重要意义。
水的特性及其意义
②水是一种极好的溶剂 • 水的介电常数在所有的液体中是最高的，
水的循环示意图
天然水的类型: 海水 地下水
雨水(降水) 地表水(河流、湖泊)
一、天然水的的基本特征
1. 天然水的组成
可溶性物质： 成分复杂，岩石风化过程中，经水溶解迁 移的地壳矿物质
悬浮物质： 悬浮物、颗粒物、水生生物等
(1) 天然水中的主要离子组成
硬度
酸
碱金属
阳离子
Ca2+、Mg2+
H+
Na+、K+
– 耗氧过程：化学耗氧（有机物的还原性物质的氧化） 生物耗氧：（水生生物的呼吸）
– 复氧过程：大气中氧的溶解 水生生物的光合作用
温度↑→平衡氧浓度↓ 0℃(14.74 )→25℃(8.32) →35℃(7.03mg/L) →氧的溶解速度↑
水的特性及其意义
③水的比热大、蒸发热极高 • 水的比热为4.18 J／(g·℃), 仅次于液氨。 • 水的蒸发热也极高，在20℃下为2.4 kJ/g。 • 水体白天吸收到达地表的太阳光的热量，夜
HCO3－、CO32－、OH－ SO42－、Cl－ 、NO3－
阴离子
碱度
酸根
天然水中常见主要离子总量可粗略作为水的总含盐量(TDS) TDS=[ Ca2++Mg2++ Na+ + K+]+[ HCO3－+ SO42－+ Cl－]
(2) 水中的金属离子
• 它可通过化学反应(酸－碱、沉淀、配合及 氧化-还原等)达到最稳定的状态；
– 在气温急剧下降的夜晚，水面上较重的水层向 水底沉降，与下部水层更换，使得溶解在水中 的氧及其他营养物得以在整个水域分布均匀，
水的特性及其意义
⑤冰轻于水 • 冰的密度为0.92 g/℃，可以浮在水面上。 • 气温降低时水面结成的冰不会沉入水底，不
会导致整个水体完全冻结，这一特性对水下 生物具有十分重要的意义。
利用亨利定律时的注意事项
• 在计算气体的溶解度时，需考虑水蒸气对气 体分压的影响
Px=(Pa-PH2O)×fx
Pa: 大气压；
fX: 大气中气体的摩尔分数
• 亨利定律不能反映气体在溶液中的进一步的
化学反应，如CO2的溶解:
CO2(g)
CO2(aq)
CO2(aq) +H2O
H+HCO3+
表3-3 水在不同温度下的分压
③气体在水中的溶解速率
• 影响气体溶解速率的因素
– 气体不饱和程度
– 水的单位体积表面积
– 扰动状况
– 温度
Cs: 气体的饱和溶解度
dc dt
kg
A V
(Cs
C)
C: 水中气体的实际浓度 kg: 气体迁移系数 A: 水的表面积
V: 水的体积
④影响水体中的溶解氧浓度的因素
溶解氧浓度是耗氧与复氧过程动态平衡的结果
晚又将热量释放到大气中，避免了剧烈的温 度变化。
– 月球表面气温为+120℃到－150℃。 – 火星表面气温为 +27℃到－133℃。
水的特性及其意义
④水在4℃时的密度最大 • 在控制水体温度分布中的重要作用
– 当水体趋于一种稳定状态，水底温度是4℃， 在这一层中水生物可以幸存。
• 在控制垂直循环中的重要作用。
②温度对气体溶解度的影响
(Clausius-Clapeyron方程式)：
lg(C)
lg
c c0
H 2.303R
1 T
Βιβλιοθήκη Baidu
1 T0
lg(1/T)
c，c0—温度T和T0时气体在水中的浓度； △H—溶解热，J/mol，(△H <0)； R—气体常数，8.314J/(mol·K)。
• 气体的溶解度随温度升高而降低， 如O2: 0℃ (14.74mg/L) → 35℃ (7.03mg/L)
(1978年，杜鲁门坝的修建使下游40万条鱼死 亡)。
• 溶解氧对水处理也具有重要意义
– 生活污水的生化处理 – 水体的自净作用
①气体分子在气液相两间的平衡--亨利定律
O2 (g) O2 (aq)
X (g) X (aq) [ X (aq)] K H PG
KH—气体X在一定温度下的亨利(定律)常数； pG—气体X的分压； [X(aq)] —气体X在液相中的溶解度。
• 水中可溶性金属离子可以多种形态存在。
如当 pH低 →pH高时，Fe(Ⅲ)的变化 ：
Fe3+→Fe(OH)2+→Fe(OH)2+→ Fe2(OH)24+→Fe(OH)3 ↓
(3) 气体在水中的溶解性
• 溶解在水中气体，对水生生物的生存是非常 重要的。
– 鱼类需要O2，排出CO2 – 藻类的光合作用需要CO2 ，排出O2 – 过饱和的N2在血液中形成气泡，可使鱼类死亡
T (℃)
0 5 10 15 20 25
P(H2O) (×105Pa)
0.00611 0.00872 0.01228 0.01705 0.02337 0.03167
T (℃)
30 35 40 45 50 100
P(H2O) (×105Pa)
0.04241 0.05621 0.07374 0.09581 0.12330 1.01300
海水是相同的。 • 在自然界的植物体内，水分含量更高，有些
甚至高达95％。
水的特性及其意义
2) 水的优异的自然性质及对人类和生态环境 的特殊意义 ① 水是无色透明的 ② 水是一种极好的溶剂 ③ 除液氨外，水的比热是所有的液体和固 体中最大的 ④ 水在4℃时的密度最大 ⑤ 冰轻于水
水的特性及其意义
环境化学
冶金科学与工程学院 环境工程研究所
周康根
第三章 水环境化学
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 二、水中污染物的分布及存在形态 三、水中营养元素及水体富营养化
第二节 水中无机污染物的迁移 第三节 水中有机污染物的迁移转化 第四节 水质模型 ×
水的特性及其意义
1) 水－生命之源泉 • 地球表面的70％以上覆盖着水 • 大多数生物体内水的含量也达2／3以上。 • 人体血液的矿化度为9g／L，与30亿年前的
①水是无色透明的
• 水允许太阳光中的可见光和波长较长的紫 外线部分可以透过，使光合作用所需的光 能能够到达水面以下的一定深度，而对生 物体有害的短波紫外线则被阻挡在外。
• 这不仅在地球上生命的产生和进化过程中 起了关键性的作用，今天对生活在水中的 各种生物也具有重要意义。
水的特性及其意义
②水是一种极好的溶剂 • 水的介电常数在所有的液体中是最高的，
水的循环示意图
天然水的类型: 海水 地下水
雨水(降水) 地表水(河流、湖泊)
一、天然水的的基本特征
1. 天然水的组成
可溶性物质： 成分复杂，岩石风化过程中，经水溶解迁 移的地壳矿物质
悬浮物质： 悬浮物、颗粒物、水生生物等
(1) 天然水中的主要离子组成
硬度
酸
碱金属
阳离子
Ca2+、Mg2+
H+
Na+、K+
– 耗氧过程：化学耗氧（有机物的还原性物质的氧化） 生物耗氧：（水生生物的呼吸）
– 复氧过程：大气中氧的溶解 水生生物的光合作用
温度↑→平衡氧浓度↓ 0℃(14.74 )→25℃(8.32) →35℃(7.03mg/L) →氧的溶解速度↑