水环境化学-第八次课程

第三章水环境化学天然水的基本特征及污染物的存在形态水中无机污染物的迁移转化水中有机污染物的迁移转化水环境水是世界上分布最广和最重要的物质，是参与生命的形成和地表物质能量转化的重要因素，也是人类社会赖以生存和发展的最重要的自然资源之一。水以气态、液态和固态形式存在，成为大气水、海水、陆地水（河水、湖水、沼泽水、冰雪水、土壤水、地下水），以及存在于生物体内的生物水，这些水的运动构成了水圈。水环境水环境的概念出现于20世纪70年代，尚有争议。《环境科学大辞典》的解释：“水环境是地球上分布的各种水体以及与其密切相连的诸环境要素如河床、海岸、植被、土壤等”。水环境可根据其范围的大小分为区域水环境（如流域水环境、城市水环境等）、全球水环境。对某个特定的地区而言，该区域内的各种水体如湖泊、水库、河流和地下水等是该水环境的重要组成部分，因此，水环境又可分为地表水环境和地下水环境。地表水环境包括河流、湖泊、水库、池塘、沼泽等；地下水环境包括泉水、浅层地下水和深层地下水等。第一节天然水的基本特征及污染物的存在形态地球上的水分布水循环水环境的结构天然水的组成天然水的性质1.1地球上的水分布1.2水循环1.3水环境的结构水环境的体系1.4天然水的组成表3天然水的组成(1)天然水的组成1.4天然水的组成优势离子有机质海水

Na+>Mg2+>Ca2+

；Cl->SO42->HCO3-

海水<2mg/L淡水

Ca2+>Mg2+>Na+；

HCO3->SO42->Cl-淡水

>2mg/L天然水体中主要的离子组成淡水的特征(2)主要的离子组成1.4天然水的组成(2)主要的离子组成天然水中常见主要离子总量可以粗略地作为水的总含盐量：1.4天然水的组成水中金属离子:水溶液中的金属离子可以通过水体中的酸碱、沉淀、氧化还原、配合反应等达到最稳定状态的过程,并以多种形态存在于水溶液中。1.4天然水的组成(4)气体在水中的溶解性大气中的气体分子与溶液中同种气体分子间的平衡符合亨利定律：1.4天然水的组成(4)气体在水中的溶解性(4-1)氧气在水中的溶解度：与水的温度、氧气在水中的分压、水中的含盐量等因素有关。在一个标准大气压下、温度为25℃时，氧在水中的溶解度为8.32mg/L。（掌握计算方法）1.4天然水的组成(4)气体在水中的溶解性(4-2)二氧化碳在水中的溶解度：除了溶解在水中的CO2，CO2在水中部分离解，产生H+和HCO3-。在一个标准大气压下、温度为25℃时，CO2在水中的溶解度为0.55mg/L。（掌握计算方法）1.4天然水的组成(5)水生生物：水生生物可直接影响许多物质的浓度，其作用有代谢、摄取、转化、存储和释放等。在水生生态系统中生存的生物体，可以分为自养生物和异养生物。藻类的生成和分解就是在水体中进行光合作用(P)和呼吸作用(R)的一典型过程，可用一简单的化学计量关系来表征：1.5天然水的性质（1）碳酸平衡碳的地球化学循环:岩石圈↔水圈↔大气圈↔生物圈在水体中存在CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-着四种化合态，常把CO2和H2CO3合并为H2CO3*。1.5天然水的性质（1）碳酸平衡封闭体系1.5天然水的性质（1）碳酸平衡在封闭体系中，用、和分别代表H2CO3*、HCO3-、CO32－三种化合态在总量中所占的比例。1.5天然水的性质（1）碳酸平衡在开放体系,CO2在气相和液相之间处于平衡状态，即体系中的不变，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可表示为PCO2和pH的函数。1.5天然水的性质（1）碳酸平衡在开放体系,应用亨利定律:在溶液中,碳酸化合态相应的为:1.5天然水的性质（1）碳酸平衡在开放体系的溶液中,碳酸化合态相应的为:

1.5天然水的性质1.5天然水的性质比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]等可随pH值变化，但总的碳酸量cT始终不变。而对于开放体系cT

、[HCO3-]、[CO32-]均随pH值改变而变化，但[H2CO3*]总保持与大气相平衡的固定数值。（p106）（1）碳酸平衡(2)天然水中的碱度和酸度a.碱度(Alkalinity)是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质,亦即能接受质子的物质的总量。组成水中碱度的物质包括：强碱:NaOH;Ca(OH)2弱碱:NH3强碱弱酸盐:各种碳酸盐、重碳酸盐等1.5天然水的性质(2)天然水中的碱度和酸度总碱度：用一个强酸标准溶液滴定，用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变成橙红色(pH约4.3)，停止滴定，此时所得的结果，也称为甲基橙碱度。其化学反应计量关系式如下：1.5天然水的性质(2)天然水中的碱度和酸度酚酞碱度：滴定以酚酞为指示剂，当溶液pH值降到8.3时，表示OH-

被中和，CO32-

全部转化为HCO3-，得到酚酞碱度表达式：1.5天然水的性质(2)天然水中的碱度和酸度苛性碱度：达到CO32滴定终点所需酸量时的碱度，但不易测得。1.5天然水的性质(2)天然水中的碱度和酸度酸度（Acidity)：指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H+或经过水解能产生H+的物质总量。组成水中酸度的物质：强酸、弱酸、强酸弱碱盐。1.5天然水的性质(2)天然水中的碱度和酸度1.5天然水的性质(2)天然水中的碱度和酸度1.5天然水的性质(2)天然水中的碱度和酸度1.5天然水的性质例一：某水体pH=8.00,碱度=1.00×10-3mol.L-1，计算该水体中各碱度成分的浓度（K1=4.45×10-7，K2=4.69×10-11）。(2)天然水中的碱度和酸度1.5天然水的性质例二：若水体pH升高到10.00,碱度仍保持1.00×10-3mol.L-1，计算该水体中各碱度成分的浓度（K1=4.45×10-7，K2=4.69×10-11）。(2)天然水中的碱度和酸度1.5天然水的性质(2)天然水中的碱度和酸度1.5天然水的性质例三:天然水pH=7.0,碱度为1.4mmol.L-1,为使水体pH降至6.0需加入多少强酸？(2)天然水中的碱度和酸度1.5天然水的性质例四:在封闭体系中25℃水中,加入少量下列物质,碱度如何