水環(huán)境化學(xué)-第八次課程

第三章水環(huán)境化學(xué)天然水的基本特征及污染物的存在形態(tài)水中無機污染物的遷移轉(zhuǎn)化水中有機污染物的遷移轉(zhuǎn)化水環(huán)境水是世界上分布最廣和最重要的物質(zhì)，是參與生命的形成和地表物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化的重要因素，也是人類社會賴以生存和發(fā)展的最重要的自然資源之一。水以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)形式存在，成為大氣水、海水、陸地水（河水、湖水、沼澤水、冰雪水、土壤水、地下水），以及存在于生物體內(nèi)的生物水，這些水的運動構(gòu)成了水圈。水環(huán)境水環(huán)境的概念出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，尚有爭議?！董h(huán)境科學(xué)大辭典》的解釋：“水環(huán)境是地球上分布的各種水體以及與其密切相連的諸環(huán)境要素如河床、海岸、植被、土壤等”。水環(huán)境可根據(jù)其范圍的大小分為區(qū)域水環(huán)境（如流域水環(huán)境、城市水環(huán)境等）、全球水環(huán)境。對某個特定的地區(qū)而言，該區(qū)域內(nèi)的各種水體如湖泊、水庫、河流和地下水等是該水環(huán)境的重要組成部分，因此，水環(huán)境又可分為地表水環(huán)境和地下水環(huán)境。地表水環(huán)境包括河流、湖泊、水庫、池塘、沼澤等；地下水環(huán)境包括泉水、淺層地下水和深層地下水等。第一節(jié)天然水的基本特征及污染物的存在形態(tài)地球上的水分布水循環(huán)水環(huán)境的結(jié)構(gòu)天然水的組成天然水的性質(zhì)1.1地球上的水分布1.2水循環(huán)1.3水環(huán)境的結(jié)構(gòu)水環(huán)境的體系1.4天然水的組成表3天然水的組成(1)天然水的組成1.4天然水的組成優(yōu)勢離子有機質(zhì)海水

Na+>Mg2+>Ca2+

；Cl->SO42->HCO3-

海水<2mg/L淡水

Ca2+>Mg2+>Na+；

HCO3->SO42->Cl-淡水

>2mg/L天然水體中主要的離子組成淡水的特征(2)主要的離子組成1.4天然水的組成(2)主要的離子組成天然水中常見主要離子總量可以粗略地作為水的總含鹽量：1.4天然水的組成水中金屬離子:水溶液中的金屬離子可以通過水體中的酸堿、沉淀、氧化還原、配合反應(yīng)等達(dá)到最穩(wěn)定狀態(tài)的過程,并以多種形態(tài)存在于水溶液中。1.4天然水的組成(4)氣體在水中的溶解性大氣中的氣體分子與溶液中同種氣體分子間的平衡符合亨利定律：1.4天然水的組成(4)氣體在水中的溶解性(4-1)氧氣在水中的溶解度：與水的溫度、氧氣在水中的分壓、水中的含鹽量等因素有關(guān)。在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下、溫度為25℃時，氧在水中的溶解度為8.32mg/L。（掌握計算方法）1.4天然水的組成(4)氣體在水中的溶解性(4-2)二氧化碳在水中的溶解度：除了溶解在水中的CO2，CO2在水中部分離解，產(chǎn)生H+和HCO3-。在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下、溫度為25℃時，CO2在水中的溶解度為0.55mg/L。（掌握計算方法）1.4天然水的組成(5)水生生物：水生生物可直接影響許多物質(zhì)的濃度，其作用有代謝、攝取、轉(zhuǎn)化、存儲和釋放等。在水生生態(tài)系統(tǒng)中生存的生物體，可以分為自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物。藻類的生成和分解就是在水體中進(jìn)行光合作用(P)和呼吸作用(R)的一典型過程，可用一簡單的化學(xué)計量關(guān)系來表征：1.5天然水的性質(zhì)（1）碳酸平衡碳的地球化學(xué)循環(huán):巖石圈?水圈?大氣圈?生物圈在水體中存在CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-著四種化合態(tài)，常把CO2和H2CO3合并為H2CO3*。1.5天然水的性質(zhì)（1）碳酸平衡封閉體系1.5天然水的性質(zhì)（1）碳酸平衡在封閉體系中，用、和分別代表H2CO3*、HCO3-、CO32－三種化合態(tài)在總量中所占的比例。1.5天然水的性質(zhì)（1）碳酸平衡在開放體系,CO2在氣相和液相之間處于平衡狀態(tài)，即體系中的不變，各種碳酸鹽化合態(tài)的平衡濃度可表示為PCO2和pH的函數(shù)。1.5天然水的性質(zhì)（1）碳酸平衡在開放體系,應(yīng)用亨利定律:在溶液中,碳酸化合態(tài)相應(yīng)的為:1.5天然水的性質(zhì)（1）碳酸平衡在開放體系的溶液中,碳酸化合態(tài)相應(yīng)的為:

1.5天然水的性質(zhì)1.5天然水的性質(zhì)比較封閉體系和開放體系可發(fā)現(xiàn)，在封閉體系中，[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]等可隨pH值變化，但總的碳酸量cT始終不變。而對于開放體系cT

、[HCO3-]、[CO32-]均隨pH值改變而變化，但[H2CO3*]總保持與大氣相平衡的固定數(shù)值。（p106）（1）碳酸平衡(2)天然水中的堿度和酸度a.堿度(Alkalinity)是指水中能與強酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì),亦即能接受質(zhì)子的物質(zhì)的總量。組成水中堿度的物質(zhì)包括：強堿:NaOH;Ca(OH)2弱堿:NH3強堿弱酸鹽:各種碳酸鹽、重碳酸鹽等1.5天然水的性質(zhì)(2)天然水中的堿度和酸度總堿度：用一個強酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，用甲基橙為指示劑，當(dāng)溶液由黃色變成橙紅色(pH約4.3)，停止滴定，此時所得的結(jié)果，也稱為甲基橙堿度。其化學(xué)反應(yīng)計量關(guān)系式如下：1.5天然水的性質(zhì)(2)天然水中的堿度和酸度酚酞堿度：滴定以酚酞為指示劑，當(dāng)溶液pH值降到8.3時，表示OH-

被中和，CO32-

全部轉(zhuǎn)化為HCO3-，得到酚酞堿度表達(dá)式：1.5天然水的性質(zhì)(2)天然水中的堿度和酸度苛性堿度：達(dá)到CO32滴定終點所需酸量時的堿度，但不易測得。1.5天然水的性質(zhì)(2)天然水中的堿度和酸度酸度（Acidity)：指水中能與強堿發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，亦即放出H+或經(jīng)過水解能產(chǎn)生H+的物質(zhì)總量。組成水中酸度的物質(zhì)：強酸、弱酸、強酸弱堿鹽。1.5天然水的性質(zhì)(2)天然水中的堿度和酸度1.5天然水的性質(zhì)(2)天然水中的堿度和酸度1.5天然水的性質(zhì)(2)天然水中的堿度和酸度1.5天然水的性質(zhì)例一：某水體pH=8.00,堿度=1.00×10-3mol.L-1，計算該水體中各堿度成分的濃度（K1=4.45×10-7，K2=4.69×10-11）。(2)天然水中的堿度和酸度1.5天然水的性質(zhì)例二：若水體pH升高到10.00,堿度仍保持1.00×10-3mol.L-1，計算該水體中各堿度成分的濃度（K1=4.45×10-7，K2=4.69×10-11）。(2)天然水中的堿度和酸度1.5天然水的性質(zhì)(2)天然水中的堿度和酸度1.5天然水的性質(zhì)例三:天然水pH=7.0,堿度為1.4mmol.L-1,為使水體pH降至6.0需加入多少強酸？(2)天然水中的堿度和酸度1.5天然水的性質(zhì)例四:在封閉體系中25℃水中,加入少量下列物質(zhì),堿度如何