水环境中的化学反应

1、水环境(hunjng)中的化学反应共三十七页6.1天然水体内的氧化还原(hun yun)反应氧化-还原反应： 有电子得利得失转移(zhuny)(化合价改变)的反应 还原剂： 氧化剂：共三十七页氧化还原电位E：用来表示氧化氧化剂和还原剂的强弱及其反应特点的指标。ox(氧化型)+n e(电子)= red(还原型)25时，有 E(V)=E0+(1/n)0.0591lgox/red E0:在0，有关(yugun)离子浓度为1mol/L时的电位，称标准电位。共三十七页 天然水体中，常见的是O、N、S、Fe等元素的氧化还原反应。其标准(biozhn)电位(E0)如下：O2/H2O: +1.23 NO3-/

2、NO2-:+0.94Fe3+/Fe2+:+0.27SO42-/SO32-:-0.71 S/S2-: -0.08共三十七页Eh:用惰性金属(通常用铂)作指示电极，以甘汞电极作参比电极，直接置于天然水中测得的电位(计算时则以标准氢电极为标准进行(jnxng)校正)。共三十七页6.1.1 天然(tinrn)水体的Eh值用于表示水体环境氧化还原状态其具有如下含义：1) 水体是由许多单氧化-还原体系构成的氧化-还原复合体系，Eh是其综合体现。6.1天然(tinrn)水体氧化还原能力的量度共三十七页 2)水体Eh值与单氧化-还原体系E的关系 多个单氧化-还原体系存在，复合体系Eh值介于单体系E之间并且接近

3、(jijn)于存在量较高的单体系电位E。 若有一个单体系的存在量较其它单体系的量高得多，那么，这时复合体系的电位E几乎等于该单体系的电位，并称之为“决定电位体系”。共三十七页 水体(shu t)正常情况下，水体(shu t)中的氧体系是“决定电位体系”，Eh较高；缺氧环境中， SO42-/SO32-是“决定电位体系”，Eh较低。共三十七页6.1.2 环境(hunjng)Eh-pH图1) 图共三十七页上限 E：O2/H2O O2+4H+4e=2H2O E0=+1.23方程(fngchng)：EO2/H2O=1.23-0.0591pH下限 E：2H+/H2 2H+2e=H2 E0=0方程：E2H+

4、/H2 =0-0.0591pH2)图中水稳定性上、下限(xixin)共三十七页意义任一氧化剂在某一pH的电极电对高于EO2/H2O ，则氧化剂与水反应(fnyng)并释放氧气。如EF2/2F-=2.87任一还原剂在某一pH的电极电对低于E2H+/H2 ，则还原剂与水反应并释放氢气。如：ENa/Na+结论：上、下限两线这间的区域，水处于“稳定区”，两线之处水处于“不稳定区”。共三十七页3) 实用(shyng)意义 依据某一环境的Eh-pH图在图中找出相应的位置(wi zhi)从而判断该环境的氧化-还原特征。 水处理上改变环境的Eh、pH来改变变价元素离子的存在形式。共三十七页共三十七页共三十七页

5、共三十七页6.2 胶体(jio t)与界面作用6.2.1 胶体 6.2.1.1 胶体的基本知识 1) 胶体的分类 胶体：任何线形直径在10-9m到10-6m间的粒子。 实际研究工作中，可定义为“能透过0.45m微孔膜，但却能被可截留相对分子1000质量以上物质的超滤膜所保留(boli)的粒子。 亲液胶体和憎液胶体 分散相和分散介质 气溶胶、液溶胶、固溶胶共三十七页2)胶体(jio t)的结构 共三十七页3) 胶体的电学性质(xngzh) 胶体粒子表面电荷的由来 电离 离子吸附 晶格取代共三十七页 -电位(电动电位) 分散相和分散介质做相对运动时，吸附层和扩散层之间存在的电位差。 等电态：扩散层

6、的反离子全部转入(zhun r)吸附层，扩散层的厚度被压缩到零，-电位为零，胶粒失去电性，将不再在电场作用下移动，这时胶体的稳定性最小。 共三十七页 胶体的稳定性及其影响因素(yn s) DLVO理论： -电位 溶液化作用 共三十七页6.2.1.2 水环境中的胶体1)水环境中胶体的种类 无机胶体、有机胶体和无机-有机复合体胶体 黏土矿物胶体 水合氧化物胶体 腐殖质胶体 悬浮(xunf)胶体物质共三十七页2)环境(hunjng)胶体的电学性质 环境胶体的带电性 大部分胶体带负电荷 部分两性胶体(水合氧化铁、水合氧化铝)共三十七页胶体的等电点 胶体粒子解离的阴、阳离子数目相等时，即所带正、负电荷相

7、等时，溶液(rngy)的pH称为该胶体的等电点(又称零电位点) 在等电点时，胶体的稳定性最低。共三十七页6.2.2 吸附作用对污染物环境行为的影响 1)吸附作用对重金属迁移转化的影响 吸附作用是使许多微量金属从不饱和的天然溶液中转入固相的最重要的途径。 溶解态物质在向大的聚集物迁移的过程中需要依靠胶体作中介(zhngji)：首先金属与胶体表面通过吸附等作用快速形成络合物，接着，胶体慢慢聚集在大的颗粒物。共三十七页2) 胶体对有机物的吸附作用 极性吸附剂易吸附极性溶质，非极性吸附剂易吸附非极性溶质。 Aads=KpAsol 胶体粒子(lz)表面富集了有机物质和营养成分，共三十七页3) 气-液界面

8、的吸附与气浮分离作用 气-液界面的吸附 泡沫及其气提浮选作用 天然(tinrn)水体表面微层 金属富集、有机物富集、金属有机物富集、营养元素、细菌和其他微生物 共三十七页6.2.3 凝聚(nngj)作用6.2.3.1 概述 1)絮凝与凝聚 定义 凝聚剂 胶体凝聚的主要规律共三十七页2)影响凝聚作用的因素(yn s) 3)凝聚作用与水生生物共三十七页6.3 配位解离(ji l)平衡6.3.1 水环境中常见配合物及其特性 6.3.1.1 水环境中常见配位体 1)无机(wj)配位体 2)有机配位体 简单配合物 螯合物共三十七页6.3.1.2 配合物的稳定性 与配位(pi wi)体的性质、金属离子的电

9、荷与半径、金属离子的电子层结构(周期表中的位置)有关。 生成常数(稳定常数)共三十七页6.4 溶解(rngji)与沉淀反应6.4.1 常见固体(gt)的溶解性 1)天然水中溶解-沉淀平衡的复杂性 共三十七页6.4.2反应的主要类型及对水体的影响 1) 碳酸盐的沉淀：pH，缓冲作用 2) 磷酸盐： 3) 金属离子(lz)的水解沉淀 4 )金属硫化物沉淀共三十七页6.4.3天然水体内影响沉淀生成与溶解(rngji)速率的因素1) 沉淀生成 成核作用(晶核) 沉淀形成(晶体长大(chn d)2)沉淀形成的速率 dCa2+/dt=Ks( Ca2+实- Ca2+饱和)2共三十七页6.2.1类别 1) 弱

10、酸弱碱的电离平衡(pnghng) 2) 金属离子的水解平衡 3)络合平衡共三十七页6.2.2 特点 1) 反应速度快 2) 达到平衡后，弱酸弱碱、金属(jnsh)离子均可以多种形式存在，各种形式可以相互转化共三十七页6.2.3 影响因素 1) pH 2) 配位(pi wi)体浓度、形式、络合数的饱和度共三十七页内容摘要水环境中的化学反应。氧化还原电位E：用来表示氧化氧化剂和还原剂的强弱及其反应特点的指标。任一氧化剂在某一pH的电极电对高于EO2/H2O ，则氧化剂与水反应并释放氧气。任一还原剂在某一pH的电极电对低于E2H+/H2 ，则还原剂与水反应并释放氢气。 水处理上改变环境的Eh、pH来改变变价元素离子的存在(