「水體二氧化碳平衡系統(tǒng)及PH【上課課件】」.ppt

水體二氧化碳平衡及PH 1 學(xué)校類(lèi) 本章摘要 主要介紹天然水中二氧化碳平衡系統(tǒng)及PH了解影響二氧化碳平衡系統(tǒng)及PH的因素熟悉并掌握天然水體的PH對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響 2 學(xué)校類(lèi) 第一節(jié)二氧化碳平衡系統(tǒng) 天然水體中存在著大量的碳元素 除少數(shù)以有機(jī)態(tài)存在外 大部分以溶解在水中的CO2 H2CO3 HCO3 CO32 的形式存在 無(wú)機(jī)碳化合物的不同形式之間以及它們與氣相中的CO2 液相中的H 水分子和固相的碳酸鹽之間都存在著許多具有內(nèi)在聯(lián)系的物理和化學(xué)平衡 這就是二氧化碳平衡系統(tǒng) 3 學(xué)校類(lèi) 1二氧化碳的溶解與逸出過(guò)程 這是二氧化碳的氣液界面的傳遞過(guò)程 靜止的水和攪動(dòng)的水的傳遞速率不一樣 二氧化碳的溶解和逸出的方向取決于大氣與水體之間的二氧化碳的分壓差 4 學(xué)校類(lèi) 2碳酸的一級(jí)與二級(jí)電離平衡 CO2 H2OHCO3 H HCO3 CO32 H 3CaCO3的溶解 沉積平衡 Ca2 CO32 CaCO3 s Ca2 2HCO3 CaCO3 s CO2 H2O 5 學(xué)校類(lèi) 溶解二氧化碳的水合過(guò)程和碳酸的脫水過(guò)程比較慢 實(shí)際水體中大量容存的是溶解二氧化碳 碳酸的量很少碳酸的電離平衡及CO32 HC03 的水解平衡屬于離子反應(yīng) 速度較快 溫度升高 壓力減少 光合作用劇烈的水體 有利于CaCO3沉淀的生成 反之 有利于CaCO3的溶解 6 學(xué)校類(lèi) 二氧化碳的電離平衡 一 混合平衡常數(shù)二氧化碳溶于水后 大部分CO2以溶解狀態(tài)存在 少部分CO2與H20結(jié)合成碳酸并電離 7 學(xué)校類(lèi) 溶解態(tài)CO2與未電離的H2CO3合稱(chēng)為游離二氧化碳 簡(jiǎn)稱(chēng)碳酸 記為H2CO 用化學(xué)式外加方括號(hào) 表示物質(zhì)的量濃度 水中二氧化碳平衡合并表述為 這里的電離平衡常數(shù)是混合常數(shù) 混合常數(shù)是條件常數(shù) 數(shù)值隨鹽度而變 8 學(xué)校類(lèi) 碳酸二級(jí)電離平衡的混合平衡常數(shù)Ka2 值 其表達(dá)式為 9 學(xué)校類(lèi) 水中碳酸根 碳酸氫根 二氧化碳的相對(duì)含量主要取決于PH 大體有五種情況 見(jiàn)課本44頁(yè) 10 學(xué)校類(lèi) 第二節(jié)天然水體的PH 11 學(xué)校類(lèi) 一 天然水中常見(jiàn)的弱堿 弱酸 一 酸堿的質(zhì)子理論酸堿質(zhì)子理論認(rèn)為 能給出質(zhì)子的物質(zhì)是酸 能結(jié)合質(zhì)子的物質(zhì)是堿 反應(yīng) 12 學(xué)校類(lèi) 右邊的除H 外都能結(jié)合質(zhì)子如HCO3 CO32 NH3等都是堿 其中HCO3 是兩性物質(zhì) 酸 堿概念是相對(duì)而言的 要看在什么環(huán)境 介質(zhì) 中 我們?cè)谒h(huán)境化學(xué)中 是以水為介質(zhì) H3O 為酸 OH 為堿 H2O為兩性物質(zhì) 13 學(xué)校類(lèi) 二 天然水中常見(jiàn)的酸堿物質(zhì)天然水中常見(jiàn)的能解離出質(zhì)子及與質(zhì)子結(jié)合的物質(zhì)有 CO2 H20 CO32 HCO3 NH4 NH3 H2PO4 PO43 H2SiO3 HSiO3 H3BO3 H4BO4等 這些物質(zhì)在水中可形成如下酸堿平衡 14 學(xué)校類(lèi) 從上述平衡可以看出 HCO3 H2P04 HP042 等既是酸 又是堿 因它既可給出 電離 質(zhì)子 又可結(jié)合質(zhì)子 15 學(xué)校類(lèi) 上述這些平衡均可受水中H 濃度的影響 H 濃度增加可使上述平衡向左移 H 減少則平衡向右移 反過(guò)來(lái)說(shuō) 則是水中酸堿物質(zhì)的濃度比決定了水的pH 由于一般天然水中所含酸堿物質(zhì)主要是碳酸鹽的幾種存在形態(tài) 即HCO3 CO2 CO32 在水中存在的平衡 1 與 2 左右天然水pH的平衡 其他平衡居次要地位 16 學(xué)校類(lèi) 天然水幾種常見(jiàn)酸堿的形態(tài)分布 17 學(xué)校類(lèi) 圖4 1天然水幾種常見(jiàn)酸堿的形態(tài)分布 18 學(xué)校類(lèi) 19 學(xué)校類(lèi) 總反應(yīng)式為 所以 Fe2 與Fe3 也是天然水中對(duì)pH有重要影響的物質(zhì) 水中Fe3 因可水解而產(chǎn)生酸 20 學(xué)校類(lèi) 三 天然水的酸度酸度指水中能與強(qiáng)堿反應(yīng) 表現(xiàn)為給出質(zhì)子 的物質(zhì)的總量 用1L水中能與OH 結(jié)合的物質(zhì)的量來(lái)表示 天然水中能與強(qiáng)堿反應(yīng)的物質(zhì)除H3O 簡(jiǎn)記為H 外 常見(jiàn)的還有H2CO3 HCO3 Fe3 Fe2 Al3 等 后3種在多數(shù)天然水中含量都很小 對(duì)構(gòu)成水酸度的貢獻(xiàn)少 某些強(qiáng)酸性礦水 富鐵地層的地下水可能含有較多的Fe3 含氧 強(qiáng)酸 或Fe2 酸性 缺氧 在構(gòu)成酸度上就不可忽略 21 學(xué)校類(lèi) 總酸度 包括了強(qiáng)酸物質(zhì)與H2CO3 的含量 用酚酞作指示劑 pH8 3無(wú)機(jī)酸度 又稱(chēng)強(qiáng)酸酸度 只包含水中的強(qiáng)酸物質(zhì) H2CO3 未參與反應(yīng) 用甲基橙作指示劑 pH3 7 對(duì)于比較清潔的天然水 可以認(rèn)為酸度就是由水中的強(qiáng)酸H 與游離二氧化碳構(gòu)成 22 學(xué)校類(lèi) 二 天然水的pH及緩沖性 天然水的pH天然水由于溶解了CO2 HCO3 等酸堿物質(zhì) 使水具有不同的pH 依據(jù)pH 一般將天然水的酸堿性劃分為如下5類(lèi) 強(qiáng)酸性pH10 O 23 學(xué)校類(lèi) 大多數(shù)天然水為中性到弱堿性 pH為6 0 9 0 淡水pH多在6 5 8 5 部分蘇打型湖泊水的pH可達(dá)9 0 9 5 海水pH 般在8 0 8 4 水中生物的光合作用和呼吸作用可引起水pH的變化 動(dòng)植物生物量大的水體 表層水pH有明顯的日變化 早晨天剛亮?xí)rpH較低 下午pH較高 池塘 湖泊的動(dòng)植物生物量大 24 學(xué)校類(lèi) 地下水由于溶有較多的CO2 pH一般較低 呈弱酸性 某些鐵礦礦坑積水 由于FeS2的氧化 水解 水的pH可能成強(qiáng)酸性 有的pH甚至可低至2 3 這是很特殊的情況 25 學(xué)校類(lèi) 二 天然水的緩沖性天然水都有一定的緩沖性 因水中存在以下可以調(diào)節(jié)pH的平衡系統(tǒng) 1 碳酸的一級(jí)與二級(jí)電離平衡天然水存在碳酸的一級(jí)與二級(jí)電離平衡為 26 學(xué)校類(lèi) 這兩個(gè)平衡在水中一般都同時(shí)存在 pH 8 3時(shí) 則可僅考慮第二個(gè)平衡 在pH8 3附近 兩個(gè)平衡都應(yīng)同時(shí)考慮 為此可采用下式表達(dá) 27 學(xué)校類(lèi) 2 CaCO3的溶解和沉淀平衡當(dāng)水體系達(dá)到CaC03的溶度積 且水中有CaCO3 s 膠粒懸浮時(shí) 水中存在以下平衡 這一平衡可調(diào)節(jié)水中CO32 濃度 水中Ca2 含量足夠大時(shí) 可以限制CO32 含量的增加 因而也限制了pH的升高 上述 3 4 兩個(gè)平衡可以合并用下面一個(gè)平衡方程式表達(dá) 28 學(xué)校類(lèi) 3 離子交換緩沖系統(tǒng)水中的黏土膠粒表面一般都有帶電荷的陰離子或陽(yáng)離子 多數(shù)為陰離子 這些表面帶負(fù)電的基團(tuán)可以吸附水中的陽(yáng)離子 如K Na Ca2 Mg2 H 等 建立離于交換吸附平衡 29 學(xué)校類(lèi) 4有機(jī)物緩沖系統(tǒng)水中存在的有機(jī)物如有機(jī)酸 蛋白質(zhì) 腐殖質(zhì)等 在水中離解時(shí) 他們結(jié)構(gòu)中還有的羧基或者氨基 在水中與氫離子存在平衡關(guān)系 可以起到調(diào)節(jié)水中氫離子濃度的作用 30 學(xué)校類(lèi) 水中其他弱酸鹽如硼酸鹽 硅酸鹽 有機(jī)酸類(lèi)的鹽等 也存在相應(yīng)電離平衡 也可以調(diào)節(jié)pH 比較起來(lái) 由于水中HCO3 含量比其他弱酸鹽大得多 水的緩沖性主要還是靠上述 1 2 兩個(gè)平衡系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用 海水由于離子強(qiáng)度很大 水中生成很多離子對(duì) 也對(duì)pH有緩沖作用 另外水中的Mg2 也可以限制pH的上升幅度 對(duì)于海水 這種作用明顯 如池塘養(yǎng)魚(yú)常采用生石灰清塘 這是用提高水pH的辦法來(lái)達(dá)到殺死野雜魚(yú)和消毒的目的 對(duì)于海水池塘 由于大量Mg2 的存在 使海水的pH很難提高 需要消耗大量的生石灰 不太適用 海水緩沖性大 31 學(xué)校類(lèi) 天然水體的PH主要取決于水體中二氧化碳系統(tǒng)中各成分之間的相對(duì)比例 即CO2 HCO3 CO32 三者的相對(duì)比例 CO2比例大時(shí) PH較低 水偏酸性 CO32 比例大時(shí) PH較高 水偏堿性 某些水體含有強(qiáng)酸 則這些水的PH決定于強(qiáng)酸的濃度 32 學(xué)校類(lèi) 三 海水體系的PH天然海水的PH比較穩(wěn)定 而且一般呈弱堿性 海水的陽(yáng)離子一般為強(qiáng)堿性的陽(yáng)離子 陰離子一般為弱酸性的陰離子 海水的PH變化范圍一般為7 5 8 6之間 33 學(xué)校類(lèi) 三影響天然水PH變化的因素 生物因素 水氣二氧化碳交換生物光合作用 呼吸作用物理因素 溫度 壓力 水的混合作用化學(xué)因素 有機(jī) 無(wú)機(jī)物的氧化還原反應(yīng) 碳酸鹽的沉淀溶解 課本48頁(yè) 34 學(xué)校類(lèi) 四天然海水的PH和養(yǎng)殖的關(guān)系 氫離子濃度一向被認(rèn)為是養(yǎng)魚(yú)水質(zhì)的一個(gè)重要因素 分析養(yǎng)魚(yú)用水的水質(zhì)時(shí)通常都要測(cè)定pH值 這是因?yàn)闅潆x子濃度從多個(gè)方面影響到魚(yú)和魚(yú)的生產(chǎn) 魚(yú)類(lèi)能夠安全生活的pH值范圍大致是6 9 而最適宜的范圍在鯉科魚(yú)類(lèi)為弱堿性 即pH值為7 8 5 在鮭科魚(yú)類(lèi)為中性附近即pH值為7上下 pH值超出一定范圍高限為9 5 10 低限為4 5會(huì)直接造成魚(yú)的死亡 35 學(xué)校類(lèi) pH值在安全范圍內(nèi) 當(dāng)超出最適范圍時(shí)也會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)的生命活動(dòng)起消極作用 從而影響到養(yǎng)魚(yú)的成績(jī) 例如 養(yǎng)魚(yú)的實(shí)踐證明魚(yú)在酸性 pH值低于5 5 水體中對(duì)傳染性魚(yú)病特別敏感 呼吸困難即使水中并不缺氧 對(duì)飼料的消化率低 生長(zhǎng)緩慢 36 學(xué)校類(lèi) pH值還通過(guò)影響其他的環(huán)境因子而間接影響到魚(yú) 例如在低pH值下 Fe離子和H2S的濃度都會(huì)增高 而這些成份的毒性又和低pH值有協(xié)力作用 pH值越低 毒性越大 另一方面 高的pH值又會(huì)增大氨的毒性 另外pH值偏離了中性到弱堿性范圍而變得過(guò)高或過(guò)低時(shí) 都會(huì)抑制植物的光合作用和腐敗菌的分解作用 而前者又會(huì)影響到水體的氧氣狀況和魚(yú)類(lèi)的呼吸條件 后者又會(huì)影響到水中有機(jī)質(zhì)的濃度 37 學(xué)校類(lèi) pH值還嚴(yán)重影