水化学1-水环境化学课件

大气底泥（沉积物）固相溶质地表水水溶液反应溶质颗粒物地下水溶质固相气相溶质气溶胶颗粒水中无机、有机物质的存在形态与转化第二章水化学大气底泥（沉积物）固相溶质地表水水溶液反应溶质颗粒物地下水溶1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存在形态、分布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-第一节酸碱化学——碳酸盐系统Brönsted酸碱（质子理论3酸碱平衡常数——酸碱的强弱酸碱平衡常数——酸碱的强弱4酸碱的相对强弱酸pKaHCl-3H2SO4-3HIO30.8HSO4-2H3PO42.1HF3.2HNO24.5碱pKbO2--10NH2--9S2-0OH-0H2SiO42-1.4PO43-1.7CO32-3.7强弱酸碱的相对强弱酸pKaHCl-3H2SO4-3HIO30.851.水中碳酸盐物种及其分布1.水中碳酸盐物种及其分布6水化学1-水环境化学课件7水中的碳酸盐物种及其平衡H2CO3*简写为H2CO3水中的碳酸盐物种及其平衡H2CO3*简写为H2CO38例1：计算大气CO2在纯水中的溶解量未离解部分例1：计算大气CO2在纯水中的溶解量未离解部分9离解部分离解部分10水中溶解的二氧化碳总量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平衡计算的基本原则质量平衡12水中碳酸盐物种的分配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（1）封闭体系中碳酸盐物种

分布随pH的变化什么是14根据离解平衡，有：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-封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布—H2CO316（2）开放体系碳酸盐物种

分布随pH的变化大气中CO2浓度不变，与水相处于平衡（2）开放体系碳酸盐物种

分布随pH的变化大气中C17—H2CO3—HCO3-—CO32-—CT—H2CO3—HCO3-182.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+]总碱度酚酞碱度(碳酸盐碱度)2.碳酸盐体系的碱度和酸度1）碱度苛性碱度19封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布—H2CO3—HCO3-—CO32-甲基橙变色酚酞变色封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布—H2CO3甲基橙变色酚酞变202）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213）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

甲基橙变色酚酞变色—H2CO3—HCO3-—CO32-3）碱度、酸度、碳酸盐总量、pH之间的关系根据滴定结果，可以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）例2——已知碱度和pH，求各物种浓度已知水体的总碱度为123再根据离解常数和pH分别得到解答pH=8时，碱度以HCO3-为主，所以可假定从结果看，所设假定合理再根据离解常数和pH分别得到解答pH=8时，碱度以HCO3-24因为[OH-]=10-4mol/L解答（续）pH=10时，碱度由HCO3-,CO32-和OH-组成因为[OH-]=10-4mol/L解答（续）pH=10时，碱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例3某25℃的水样100mL需要10mL0.02mo26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!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=427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？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例4已知水体的pH7.0，碱度为1.4mmol/L，假28初始碱度与pH6时碱度差pH=9时同样方法计算CT求算pH6时初始碱度与pH6时碱度差pH=9时同样方法计算CT求算pH6293.一些引起碱度变化的反应光合作用、呼吸作用3.一些引起碱度变化的反应光合作用、呼吸作用30硝化、反硝化通常，氧化导致碱度下降，还原导致碱度上升硫酸盐还原、硫化物氧化硝化、反硝化通常，氧化导致碱度下降，还原导致碱度上升硫酸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

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？例5某一水的总碱度为1.65mmol/L,pH为8.0。此水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。解答：初始水样pH=8.0，总碱度为1.65mmol/L，主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。解答（续）要调节到pH=9.0，cT=2mmol/L，用Na34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。解答：假定好氧呼吸按以下反应进行：例6：好氧呼吸导致的pH变化已知初始TOC浓度为6mg/L，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变化第一步：CO2生成溶解在水中，导致CT增加，碱度不变，引起p36Lossofoddoxygenbetween30and40kmispredictedtobedominantedbytheNOxcycle;ataltitudesabove50km,HOxcyclesdominateoddoxygenloss.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循环主导据预测，海拔30-40km处的奇氧损耗主要是由NOx循环引起的，而50km以上则以HOx循环破坏为主Lossofoddoxygenbetween3037Probablytheonlycontinuousnaturalsourceofchlorineinthestratosphereismethylchloride,CH3Cl.ThetroposphericlifetimeforCH3Clissufficientlylong.CH3Cl可能是平流层中氯的唯一可持续的来源，在对流层中，CH3Cl的寿命相当长可能一氯甲烷是平流层中氯原子唯一的可持续来源，对流层中CH3Cl的寿命相当长很可能在平流层唯一持续的氯的天然元是甲基氯，对流层中CH3Cl的寿命要足够长氯甲烷（CH3Cl）可能是平流层氯仅有的连续天然源，它在对流层的寿命足够长Probablytheonlycontinuousn38大气底泥（沉积物）固相溶质地表水水溶液反应溶质颗粒物地下水溶质固相气相溶质气溶胶颗粒水中无机、有机物质的存在形态与转化第二章水化学大气底泥（沉积物）固相溶质地表水水溶液反应溶质颗粒物地下水溶39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存在形态、分布40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-第一节酸碱化学——碳酸盐系统Brönsted酸碱（质子理论41酸碱平衡常数——酸碱的强弱酸碱平衡常数——酸碱的强弱42酸碱的相对强弱酸pKaHCl-3H2SO4-3HIO30.8HSO4-2H3PO42.1HF3.2HNO24.5碱pKbO2--10NH2--9S2-0OH-0H2SiO42-1.4PO43-1.7CO32-3.7强弱酸碱的相对强弱酸pKaHCl-3H2SO4-3HIO30.8431.水中碳酸盐物种及其分布1.水中碳酸盐物种及其分布44水化学1-水环境化学课件45水中的碳酸盐物种及其平衡H2CO3*简写为H2CO3水中的碳酸盐物种及其平衡H2CO3*简写为H2CO346例1：计算大气CO2在纯水中的溶解量未离解部分例1：计算大气CO2在纯水中的溶解量未离解部分47离解部分离解部分48水中溶解的二氧化碳总量水中溶解的二氧化碳总量49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平衡计算的基本原则质量平衡50水中碳酸盐物种的分配水中碳酸盐物种的分配51（1）封闭体系中碳酸盐物种

分布随pH的变化什么是封闭体系？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（1）封闭体系中碳酸盐物种

分布随pH的变化什么是52根据离解平衡，有：根据离解平衡，有：53封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布—H2CO3—HCO3-—CO32-封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布—H2CO354（2）开放体系碳酸盐物种

分布随pH的变化大气中CO2浓度不变，与水相处于平衡（2）开放体系碳酸盐物种

分布随pH的变化大气中C55—H2CO3—HCO3-—CO32-—CT—H2CO3—HCO3-562.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+]总碱度酚酞碱度(碳酸盐碱度)2.碳酸盐体系的碱度和酸度1）碱度苛性碱度57封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布—H2CO3—HCO3-—CO32-甲基橙变色酚酞变色封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布—H2CO3甲基橙变色酚酞变582）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593）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

甲基橙变色酚酞变色—H2CO3—HCO3-—CO32-3）碱度、酸度、碳酸盐总量、pH之间的关系根据滴定结果，可以60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）例2——已知碱度和pH，求各物种浓度已知水体的总碱度为161再根据离解常数和pH分别得到解答pH=8时，碱度以HCO3-为主，所以可假定从结果看，所设假定合理再根据离解常数和pH分别得到解答pH=8时，碱度以HCO3-62因为[OH-]=10-4mol/L解答（续）pH=10时，碱度由HCO3-,CO32-和OH-组成因为[OH-]=10-4mol/L解答（续）pH=10时，碱63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例3某25℃的水样100mL需要10mL0.02mo64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!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=465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？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例4已知水体的pH7.0，碱度为1.4mmol/L，假66初始碱度与pH6时碱度差pH=9时同样方法计算CT求算pH6时初始碱度与pH6时碱度差pH=9时同样方法计算CT求算pH6673.一些引起碱度变化的反应光合作用、呼吸作用3.一些引起碱度变化的反应光合作用、呼吸作用68硝化、反硝化通常，氧化导致碱度下降，还原导致碱度上升硫酸盐还原、硫化物氧化硝化、反硝化通常，氧化导致碱度下降，还原导致碱度上升硫酸69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

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？例5某一水的总碱度为1.65mmol/L,pH为8.0。此水70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。解答：初始水样pH=8.0，总碱度为1.65mmol/L，主71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。解答（续）要调节到pH=9.0，cT=2mmol/L，用Na72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。解答：假定好氧呼吸按以下反应进行：例6：好氧呼吸导致的pH变化已知初始TOC浓度为6mg/L，73第一步：CO2生成溶解在水中，导致