第6章 敞开式水体中的二氧化碳-碳酸盐平衡
不同季铵盐作用下的CO2水合物相平衡
不同季铁盐作用下的C02水合物相平衡引言通过资源化利用的方式来消减C02气体排放，是应对全球气候变化、实现碳中和目标的重要途径之一［-2］。
C02气体水合物是一种由水和C02在特定环境下生成的类冰固体，具有独特的热力学性质和较高的储冷能力，在海水淡化、沼气纯化、空调蓄冷、C02捕集和海底封存等领域都表现出了巨大潜力［3-5］。
但自然状态下C02气体水合物的生成条件较为苛刻（一般高于 2.5MPa,小于10℃）,生成速率十分缓慢, 严重阻碍了水合物技术的应用和推广。
热力学促进剂可以通过其与水分子相互作用生成水合物笼的方式来增大水合物的生成推动力，进而改善水合物相平衡条件［6-7］。
37%（质量）的TBPB下生成水合物，可有效降低所需的压力，但水合物的形成也表现为过冷程度较大和诱导延迟时间较⅛oMayoufi等［11］测定了TBPB+C02+水体系的相平衡数据, 结果表明，在低浓度（摩尔分数0. 0058）的水中加入TBPB后, 281. 6K下C02水合物的生成压力降至0.5MPa,而在相同温度下，在没有促进剂的情况下，生成压力降至 3.5MPa° Wang 等［12］通过对四正丁基澳化铁（TBAB）、TBPB和TBAB+TBPB 与C02作用下半水合物的生成动力学研究，表明在一定过冷条件下，TBAB+TBPB溶液的C02吸收大于TBAB和TBPB溶液，TBAB+TBPB溶液能提高水合物生成动力学和C02储存能力。
Ye等［13］测定了在压力0. 3~4. 4MPa和温度279~292K条件下CO2+TBAB水合物的平衡数据，发现质量分数在0. 05~0. 32时,的促进效果，尝试寻找一种能够降低水合物生成能耗的新型、 高效、环保、经济的水合物促进剂。
实际上，在实施热力学 强化水合物生成过程中，不同气体、不同促进剂所生成气体 水合物的相平衡条件都有所不同[19],因此，必须对不同促 进剂作用下的C02水合物相平衡特征进行深入研究。
天然水的碳酸平衡原理水的酸度和碱度的概念及计算
天然水体的碱度
碱度根据指示剂种类和所需酸量不同分为：
总碱度= [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] - [H+] 酚酞碱度=[CO32-] + [OH-] - [H2CO3*] - [H+] 苛性碱度= [OH-] - [HCO3-] - 2[H2CO3*] - [H+]
总碱度= [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] - [H+] 当pH=8.0时，溶液中CO32-浓度远小于HCO3- 浓度 [HCO3-]=碱度=2.00 ×10Hale Waihona Puke 3 mol/LPage 21
天然水体的碱度
根据：
[H2CO3*] = [HCO3-] [H+] / K1 = 4.49 ×10-9 mol/L [CO32-] = K2 [HCO3-] / [H+] = 9.38 ×10-6 mol/L
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目录
碳酸平衡 天然水体的酸度 天然水体的碱度 天然水体的缓冲性能
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天然水体的碱度
碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质， 即能接受H+的物质总量。
构成天然水中碱度的物质可以归纳为三类：
1）强碱，如：NaOH、Ca(OH)2等； 2）弱碱，如：NH3等； 3）强碱弱酸盐，如：Na2CO3、NaHCO3等。
构成天然水中酸度的物质可以归纳为三类：
1）强酸，如：HCl、HNO3等； 2）弱酸，如：CO2 、H2CO3和各种有机酸类； 3）强酸弱碱盐，如：FeCl3、Al2(SO4)3等。
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天然水体的酸度
酸度根据指示剂种类和所需碱量不同分为：
天然水的碳酸平衡原理水的酸度和碱度的概念及计算
天然水的碳酸平衡原理 水的酸度和碱度的概念及计算
汇报人：张鑫 PPT制作：孙鸿玮 材料整理：其他小组成员
总碱度= [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] - [H+] 当pH=8.0时，溶液中CO32-浓度远小于HCO3- 浓度 [HCO3-]=碱度=2.00 ×10-3 mol/L
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天然水体的碱度
根据：
[H2CO3*] = [HCO3-] [H+] / K1 = 4.49 ×10-9 mol/L [CO32-] = K2 [HCO3-] / [H+] = 9.38 ×10-6 mol/L
因此，水中体系可用以下的反应和平衡常数表示：
CO2 H2O H2CO3,( pK 0 1.46) H2CO3 HCO3 H,( pK1 6.35) HCO3- CO32- H,( pK 2 10.33)
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碳酸平衡
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课堂小结
掌握碳酸平衡体系原理及其计算 理解酸度、碱度的概念 重点掌握总碱度、酚酞碱度、苛性碱度以及总酸 度、CO2酸度、无机酸度表达形式，并能够运用计算 了解天然水体的缓冲性能
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开放体系中， [HCO3-]、[CO32-]和CT均随着 pH的变化而变化，但[H2CO3*]总保持与大气相 平衡的固定数值。
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目录
碳酸平衡 天然水体的酸度 天然水体的碱度 天然水体的缓冲性能
CO2的平衡
二氧化碳平衡二氧化碳平衡是指二氧化碳以各种形态存在于大自然中，并以相互转换来达到一种平衡。
而在天然水体中则主要以游离态二氧化碳、碳酸根、碳酸氢根形式相互转换构成一个平衡系统。
其主要体现于水中二氧化碳含量的变化。
水中二氧化碳除游离态外，大多以碳酸盐和碳酸氢盐形式存在，对水质pH值起缓冲作用，维持其平衡。
水中二氧化碳含量随着水生生物的活动和有机质的分解而变动，变现有昼夜、垂直、水平、和季节性变化，其变化情况一般与溶解氧的变化相反。
一、二氧化碳平衡系统的功能和意义1、二氧化碳很容易溶于水中，水中二氧化碳量的多少对鱼虾的呼吸有一定的影响。
二氧化碳量增高到一定程度，鱼虾会出现麻痹现象，水中二氧化碳含量高，使鱼虾血液中二氧化碳不能向外弥散，导致体内积聚大量的碳酸，影响体内血蛋白与氧的结合能力。
2、二氧化碳对水产养殖中水体pH值变化有重要影响，其变化主要与水中碳酸的两级离解平衡密切相关。
二氧化碳平衡系统稳定，有利于提供范围适宜，稳定的pH值，这对水生生物生长繁殖有重要影响。
二、二氧化碳平衡中二氧化碳的主要来源天然水体都含有溶解的二氧化碳气体，这是由于水体或土壤中的有机物进行生物氧化时的分解产物1、空气中二氧化碳溶解于水中2、水中生物呼吸产生二氧化碳3、有机物分解过程积累二氧化碳水产养殖中，鱼虾的排泄物，残饵，尸体等腐烂分解氧化过程会产生二氧化碳三、二氧化碳平衡中二氧化碳的主要消耗方式水中溶解的过量二氧化碳，在与空气接触时，除一部分从水中逸出外，还有部分会消耗于水生植物的光合作用和溶解矿物质的化学反应。
1、浮游植物的光合作用2、与水的化合作用3、逸散或与金属离子结合四、二氧化碳与影响水体pH的因素二氧化碳平衡状态是天然水pH的主要决定因素。
水体中pH值主要是由溶解的二氧化碳、碳酸氢根和碳酸根离子等酸碱物质的平衡状态而决定。
在水产养殖中PH值对水质有重要影响，但只要在适合鱼虾生长范围内，就不用过于追求其稳定，只要鱼虾能吃能喝就行。
水环境化学参考答案
水环境化学参考答案《水环境化学》重点习题及参考答案1．请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中[H2CO3＊]、[HCO3-]和[CO32-]的表达式，并讨论这两个体系之间的区别。
解：（1）封闭体系（溶解性CO2与大气没有交换）中存在下列平衡CO2 + H2O H2CO3* pK0=1.46H2CO3* HCO3- + H+pK1=6.35HCO3-CO32- + H+pK2=10.33其中K1=[HCO3-][H+] / [H2CO3*] ，K2=[CO32-][H+] / [HCO3-]用α0、α1和α2分别表示三种碳酸化合态在总量中所占比例，得下面表达式α0= [H2CO3*]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]} α1= [HCO3-]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]}α2= [CO32- ]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]}把K1、K2的表达式代入以上三式，得α0= (1 + K1/[H+] + K1K2/[H+]2)-1α1= (1 + [H+]/ K1 + K2/ [H+] )-1α2= (1 + [H+]2/ K1K2 + [H+]/ K2)-1设C T = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]，则有[H2CO3*] = C T(1 + K1/[H+] + K1K2/[H+]2)-1[HCO3-] = C T(1 + [H+]/ K1 + K2/ [H+] )-1[CO32- ] = C T(1 + [H+]2/ K1K2 + [H+]/ K2)-1（2）开放体系中CO2在气相和液相之间平衡，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可表示为P CO2和pH的函数。
依亨利定律：[CO2(aq)]＝K H·P CO2溶液中，碳酸化合态相应为：C T = [CO2]/ α0= K H·P CO2/ α0[HCO3-]= (α1/ α0 )K H·P CO2= (K1/[H+])K H·P CO2[CO32-]= (α2/ α0 ) K H·P CO2= (K1K2/[H+]2)K H·P CO2（3）比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，[H 2CO 3*]、[HCO 3-]、[CO 32-]等可随pH 值变化，但总的碳酸量C T 始终不变。
2022年给排水工程师专业知识考试真题及答案-上午卷
2022年给排水工程师专业知识考试真题及答案-上午卷一、单项选择题（共40题，每题1分，每题的备选项中只有1个符合题意）1．关于给水系统供水方式选择的以下说法那一项正确？（）A．水源、厂站位置，以及输配水管线走向等，应根据相关专项规划要求，结合城镇现状确定B．当人口密度较大且经济不够发达的地区，应采用区域供水C．用户对管网水压的要求是采用分压供水的唯一依据D．在统一给水系统中，必须采用同一水源参考答案：A参考解析：A正确，见22版给水P10，“水源选择、净水厂位置和输配水管线路的布置与城镇规划的要求密切相关，因此在设计时应根据规划的要求，结合城市现状加以确定”。
B错误，见22版给水P2，“区域供水系统具有保证水质水量和集中管理的优势，适用于经济建设比较发达、城镇分布比较集中、供水水源、条件受到限制的地区”。
C错误，见22版给水P2，“当在城市的供水范围内有显暂的区域性地形高差时，可以采用特殊设计的输配水系统把水分别供给不同地形高程的用户”。
D错误，见22版给水P2，可以采用同一水源也可以采用不同水源，该系统强调“采用同一个供水系统、以相同的水质供给用水区域内所有用户的各种用水”。
2．关于工业用水给水系统的以下表述，哪一项正确？（）A．工业用水水质标准低于生活用水水质标准B．工业用水应设置独立的给水系统C．在独立的工业用水给水系统中，用水显的时变化系数恒定为1D．在大型工业企业给水系统中，不仅包括不同车间的生产用水，而且还包括一部分职工生活用水参考答案：D参考解析：A错误，见22版给水P9，“工业生产用水水质的标准并不一定总是比生活用水水质低”，如电子工业、食品酿造业、药品制造业和电力工业等，在许多水质指标的要求上要比生活用水的相应标准高得多。
B错误，见22版给水P5－6，“在城市给水中，工业用水量往往占较大的比例。
当用水量较大的工业企业相对集中，并且有合适水源可以利用时，经技术比较和经济分析后，可独立设置工业用水给水系统”，题干中“应”不正确。
第6章 敞开式水体中的二氧化碳-碳酸盐平衡
第6章敞开式水体中的二氧化碳-碳酸盐平衡 (3)6.1 封闭水体中碳酸的离解平衡 (3)6.1.1 碳酸酸碱平衡 (3)6.1.1.1 碳酸酸碱平衡理论 (3)6.1.1.2 碳酸酸碱平衡的动力学探讨 (4)6.1.2 封闭水体的碳酸平衡与pH值 (4)6.2 天然水体的自然pH与碳酸平衡 (6)6.2.1 天然水中的杂质及相关水质指标 (6)6.2.1.1 天然水体中的杂质 (6)1. 水中杂质的主要来源 (6)2. 天然水中杂质的类别 (6)3. 天然水中溶解的离子 (6)6.2.1.2 相关的水质指标 (7)1. 水中杂质的含量 (7)2. 碱度 (7)3. 硬度 (8)6.2.2 天然水体的pH、硬度与碱度 (9)6.2.2.1 地下水的pH、硬度与碱度 (9)6.2.2.2 地表水的pH、硬度与碱度 (9)1. 江河水 (9)2. 湖泊和水库水湖泊和水库水 (10)6.2.2.3 降水的pH、硬度与碱度 (10)6.2.2.4 海水的pH、硬度与碱度 (11)6.3 循环冷却水系统的自然pH与碳酸平衡 (11)6.3.1 循环冷却水系统的任务与水质特点 (11)6.3.1.1 循环冷却水系统概述 (12)6.3.1.2 循环冷却水系统的水质要求 (13)1. 悬浮物质和胶体 (13)2. 含盐量或电导率 (13)3. 有机物 (13)4. 阳离子 (13)5. 阴离子 (14)6. 硬度与碱度 (16)7. 溶解气体 (17)6.3.2 循环冷却水系统中存在的问题 (17)6.3.3 循环冷却水系统的自然pH与碳酸平衡 (18)6.3.3.1 敞开水体的碳酸平衡与pH值 (18)6.3.3.2 循环冷却水系统的浓缩倍数 (20)1. 循环水的浓缩倍数 (20)2. 浓缩倍数与补充水量、排污水量及蒸发量的关系 (20)3. 浓缩倍数的选择 (20)4. 浓缩倍数的监测 (21)6.3.3.3 循环冷却水系统中的pH值与碳酸盐碱度 (21)1. pH值与碳酸盐碱度对循环冷却水的影响 (21)2. 浓缩后的自然pH值 (21)3. 自然pH值的计算 (22)4. 敞开式循环冷却水系统中的碱度 (23)5. 循环水调pH值时加酸量的计算 (25)6. 选择循环冷却水自然pH值及总碱度M计算公式有关的问题 (25)6.4 循环冷却水系统自然pH、平衡碱度及碳酸盐沉积趋势的理论预测 (26)6.4.1 几个经典的预测模型 (26)6.4.1.1 碳酸钙的溶解平衡 (26)6.4.1.2 几个典型的预测模型 (27)1 饱和指数(L.S.I.) (27)2.稳定指数(R.S.I.) (27)3. 结垢指数(P.S.I.) (27)4. 临界pH结垢指数 (27)6.4.2 Langlier预测理论的改进 (28)6.4.2.1 目前碳酸钙饱和pH值（pH S）的计算方法及其优缺点 (28)1. 查表法 (28)2. 查图法 (28)3. 公式法 (29)6.4.2.2 碳酸钙饱和pH值（pH S）推荐计算方法 (29)1. 推荐公式的理论根据及推导 (29)2. 推荐的查表法 (30)6.4.2.3 计算碳酸钙饱和pH值的几个问题 (31)1. 计算式中的碱度M值 (31)2. 温度值的选择 (31)3. 电导率与总溶解固体量的换算 (32)6.4.3 热力学浓缩-暴气模型 (32)参考文献 (33)第6章敞开式水体中的二氧化碳-碳酸盐平衡6.1 封闭水体中碳酸的离解平衡6.1.1 碳酸酸碱平衡6.1.1.1 碳酸酸碱平衡理论在水溶液中，碳酸存在式(6-1-1) ~ 式(6-1-3)平衡反应及在25℃时的平衡常数：CO2(aq)+H2O H2CO3K m=10-2.8 H2CO3 H++HCO3-K1′=10-3.5 HCO3- H++CO32-K a,2=10-10.3 (6-1-1) (6-1-2) (6-1-3)由式(6-1-1)可以得知：溶于水中的二氧化碳CO2(aq)浓度要比碳酸H2CO3浓度占优势。
水体二氧化碳平衡系统及PH
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1
本章摘要
主要介绍天然水中二氧化碳平衡系统及PH 了解影响二氧化碳平衡系统及PH的因素 熟悉并掌握天然水体的PH对水产养殖的影
响
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2
第一节 二氧化碳平衡系统
天然水体中存在着大量的碳元素，除少数
以有机态存在外，大部分以溶解在水中的
CO2 在。
（三）海水体系的PH 天然海水的PH比较稳定，而且一般呈弱碱性。
海水的阳离子一般为强碱性的阳离子，阴离 子一般为弱酸性的阴离子。
海水的PH变化范围一般为7.5-8.6之间。
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33
三 影响天然水PH变化的因素 课本48页
生物因素：水气二氧化碳交换生物光合作 用、呼吸作用
物理因素：温度，压力，水的混合作用
酸度指水中能与强碱反应(表现为给出质子) 的物质的总量，用1 L水中能与OH-结合的物质 的量来表示。天然水中能与强碱反应的物质除 H3O+(简记为H+)外，常见的还有H2CO3*、HCO3-、 Fe3+、Fe2+、Al3+等，后3种在多数天然水中含 量都很小，对构成水酸度的贡献少。某些强酸 性矿水、富铁地层的地下水可能含有较多的 Fe3+(含氧、强酸)或Fe2+(酸性、缺氧)，在构 成酸度上就不可忽略。
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28
3．离子交换缓冲系统 水中的黏土胶粒表 面一般都有带电荷的阴离子或阳离子，多数 为阴离子。这些表面带负电的基团可以吸附 水中的阳离子(如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、H+等)， 建立离于交换吸附平衡：
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29
4 有机物缓冲系统
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第6章敞开式水体中的二氧化碳-碳酸盐平衡 (3)6.1 封闭水体中碳酸的离解平衡 (3)6.1.1 碳酸酸碱平衡 (3)6.1.1.1 碳酸酸碱平衡理论 (3)6.1.1.2 碳酸酸碱平衡的动力学探讨 (4)6.1.2 封闭水体的碳酸平衡与pH值 (4)6.2 天然水体的自然pH与碳酸平衡 (6)6.2.1 天然水中的杂质及相关水质指标 (6)6.2.1.1 天然水体中的杂质 (6)1. 水中杂质的主要来源 (6)2. 天然水中杂质的类别 (6)3. 天然水中溶解的离子 (6)6.2.1.2 相关的水质指标 (7)1. 水中杂质的含量 (7)2. 碱度 (7)3. 硬度 (8)6.2.2 天然水体的pH、硬度与碱度 (9)6.2.2.1 地下水的pH、硬度与碱度 (9)6.2.2.2 地表水的pH、硬度与碱度 (9)1. 江河水 (9)2. 湖泊和水库水湖泊和水库水 (10)6.2.2.3 降水的pH、硬度与碱度 (10)6.2.2.4 海水的pH、硬度与碱度 (11)6.3 循环冷却水系统的自然pH与碳酸平衡 (11)6.3.1 循环冷却水系统的任务与水质特点 (11)6.3.1.1 循环冷却水系统概述 (12)6.3.1.2 循环冷却水系统的水质要求 (13)1. 悬浮物质和胶体 (13)2. 含盐量或电导率 (13)3. 有机物 (13)4. 阳离子 (13)5. 阴离子 (14)6. 硬度与碱度 (16)7. 溶解气体 (17)6.3.2 循环冷却水系统中存在的问题 (17)6.3.3 循环冷却水系统的自然pH与碳酸平衡 (18)6.3.3.1 敞开水体的碳酸平衡与pH值 (18)6.3.3.2 循环冷却水系统的浓缩倍数 (20)1. 循环水的浓缩倍数 (20)2. 浓缩倍数与补充水量、排污水量及蒸发量的关系 (20)3. 浓缩倍数的选择 (20)4. 浓缩倍数的监测 (21)6.3.3.3 循环冷却水系统中的pH值与碳酸盐碱度 (21)1. pH值与碳酸盐碱度对循环冷却水的影响 (21)2. 浓缩后的自然pH值 (21)3. 自然pH值的计算 (22)4. 敞开式循环冷却水系统中的碱度 (23)5. 循环水调pH值时加酸量的计算 (25)6. 选择循环冷却水自然pH值及总碱度M计算公式有关的问题 (25)6.4 循环冷却水系统自然pH、平衡碱度及碳酸盐沉积趋势的理论预测 (26)6.4.1 几个经典的预测模型 (26)6.4.1.1 碳酸钙的溶解平衡 (26)6.4.1.2 几个典型的预测模型 (27)1 饱和指数(L.S.I.) (27)2.稳定指数(R.S.I.) (27)3. 结垢指数(P.S.I.) (27)4. 临界pH结垢指数 (27)6.4.2 Langlier预测理论的改进 (28)6.4.2.1 目前碳酸钙饱和pH值（pH S）的计算方法及其优缺点 (28)1. 查表法 (28)2. 查图法 (28)3. 公式法 (29)6.4.2.2 碳酸钙饱和pH值（pH S）推荐计算方法 (29)1. 推荐公式的理论根据及推导 (29)2. 推荐的查表法 (30)6.4.2.3 计算碳酸钙饱和pH值的几个问题 (31)1. 计算式中的碱度M值 (31)2. 温度值的选择 (31)3. 电导率与总溶解固体量的换算 (32)6.4.3 热力学浓缩-暴气模型 (32)参考文献 (33)第6章敞开式水体中的二氧化碳-碳酸盐平衡6.1 封闭水体中碳酸的离解平衡6.1.1 碳酸酸碱平衡6.1.1.1 碳酸酸碱平衡理论在水溶液中，碳酸存在式(6-1-1) ~ 式(6-1-3)平衡反应及在25℃时的平衡常数：CO2(aq)+H2O H2CO3K m=10-2.8 H2CO3 H++HCO3-K1′=10-3.5 HCO3- H++CO32-K a,2=10-10.3 (6-1-1) (6-1-2) (6-1-3)由式(6-1-1)可以得知：溶于水中的二氧化碳CO2(aq)浓度要比碳酸H2CO3浓度占优势。
K m=10-2.8=[H2CO3]/[CO2(aq)]=1.6×10-3因此，[H2CO3]仅为[CO2(aq)]的0.16%。
出于用像酸碱滴定那样曲分析方法来区别H2CO3和CO2(aq)是很困难的，所以用一个假想的物种H2CO3＊来表示H2CO3与CO2(aq)两者之和。
用式(6-1-1)和(6-1-2)可以确定H2CO3＊的电离常数K a,1如下。
因为，[H2CO3]+[CO2(aq)]=[H2CO3＊] (6-1-4) 式中的H2CO3＊仅仅是一个假想的物种。
忽略离子强度效应，于是H2CO3＊和H2CO3的电离平衡常数可以分别写为：K a,1=[H+][HCO3-]/[H2CO3＊]K1′=[H+][HCO3-]/[H2CO3]将式(6-1-4)代入K a,1公式，得，K a,1=[H+][HCO3-]/([H2CO3]+[CO2(aq)]) (6-1-5) 现在将公式(6-1-5)的分子与分母除以[H2CO3]，而且已知[CO2(aq)]/[H2CO3]=1/K m以及[H+][HCO3-]/[H2CO3]= K1′，得；K1′/(1/K m+1)=K a,1K1′K m/(K m+1)=K a,1因为K m=10-2.8=1.6×10-3<<1，得K a,1=K1′K m综上，我们有：CO2(aq)+H2O H++HCO3-K a,1 HCO3- H++CO32-K a,2(6-1-6) (6-1-7)在不同温度下碳酸平衡常数见表6-1-1。
表6-1-1不同温度下的碳酸平衡常数6.1.1.2 碳酸酸碱平衡的动力学探讨由碳酸酸碱平衡理论可知，H2CO3是一种相当强的酸(K1′=10-3.5)，但是在溶液中它却很少存在。
要强调一点，由于H2CO3＊的第一电离常数K a,1是10-5.3,所以给人一个印象：碳酸是一个很弱的酸。
但以后当我们研究矿物被CO2溶解时，就会看到：碳酸有强酸的某些性质。
按照前面的平衡计算和由于[CO2(ag)]>>[H2CO3]，可以得到：[H2CO3＊]≈[H2CO3] (6-1-8) 虽然平衡计算证明采用假想物种H2CO3＊是对的，但仍必须考虑某些动力学的问题。
有一个简单的实验能说明这个问题。
取200ml冷蒸馏水并加一片干冰(固体CO2)以上增加其溶解CO2的含量，加3到4滴溴廖蓝指示剂，这种指示剂在pH<6时是黄色的，在pH=7处是绿色的而在pH=8及8以上时是蓝色的。
在该冷CO2溶液里，这种指示剂将转成黄色。
现将加入1~2 ml 0.1 mol/L的NaOH并震荡加以混合。
该溶液将立刻变蓝，然后经过绿色的中间色再回到它原的黄色。
这些颜色的改变表明在加入了强碱之后，溶液的pH值在相当的时间里是大于8的，然后逐渐回到pH小于6，由于某些原因，加到溶液里去的强碱在一个明显的时间间隔内没有被中和或者说保持着未起反应。
结合有关反应动力学的知识，缓慢的反应速率并不是酸碱反应的特征。
这种行为的解释在于，相对于其它去质子反应，水溶CO2的水合作用速率较缓慢。
在20~25℃时，反应(6-1-1)即CO2(aq)+H2O H2CO3的反应速率常数为0.0025~0.03。
对于该冷溶液，象我们做过的试验那样，其速率更要慢些。
根据平衡的讨论，我们知道CO2(aq)是溶解CO2的主要物种。
而参与与OH-进行酸碱反应的H2CO3却是次要物种，H2CO3+OH-==HCO3-+H2O象大多数酸碱反应一样，这个反应是极其迅速的。
因此，当加入过量的OH-时，有效H2CO3的消耗速率比其产生速率要快。
这个结果使pH值瞬间增大，直至较慢的CO2水合反应能供应更多的H2CO3来与OH-反应为止。
水合反应慢的原因是由于在CO2水合作用时必须发生的分子构型的改变。
CO2(aq)分子是以线性的形式与水合作用的水附着的；而在H2CO3中，C原子为sp3杂化构型，整个分子为平面三角形。
6.1.2 封闭水体的碳酸平衡与pH值所谓封闭水体，是指水体中的组分不与大气相交换。
对于碳酸平衡来说，就是不考虑CO2的气液平衡。
由碳酸的酸碱平衡可知，分子状态的两种碳酸（CO2与H2CO3）在平衡时，CO2形态占主要成分。
因此．常以溶解性二氧化碳量作为游离碳酸总量。
为便于讨论，一般用[CO2]或[H2CO3]代表游离碳酸总量，即令：[H2CO3]＝[CO2(aq)]＝[H2CO3＊+CO2(aq)](6-1-9) 那么，在水溶液中的碳酸平衡反应可写作：：H2CO3 H++HCO3-K1 HCO3- H++CO32-K2(6-1-10) (6-1-11)其中，K1＝K a,1＝[H+] [HCO3-]／[H2CO3] K2＝K a,2＝[H+] [CO32-]／[HCO3-](6-1-12) (6-1-13)不考虑CO2的溶解和挥发，即水中的碳酸化合物总量为定值，以c t表示，如式(6-1-14)c t＝[H2CO3] + [HCO3-] + [CO32-] (6-1-14)从碳酸各级平衡反应式来看，如c t值固定，在达到平衡时，三种类型的碳酸量应有一定的比例，而此比例决定于溶液的氢离子浓度。
按碳酸各级平衡反应式(6-1-10)及式(6-1-11)可见，H+增多，即pH值降低时，平衡左移，游离碳酸增加。
H+减少，即pH值升高时，平衡右移，碳酸氢盐及碳酸盐依次增多。
如果把此三种类型的碳酸在总量中所占的摩尔比例分别以α0、α1及α2表示，则[H2CO3]＝c tα0[HCO3-]＝c tα1[CO32-]＝c tα2α0＋α1＋α2＝1按K1及K2可由式(6-1-15)～(6-1-17)求得α0、α1及α2。
α0＝{1＋K1／[H+]＋K1 K2[H+]2}-1α1＝{[H+]／K1＋1＋K2／[H+]}-1α2＝{[H+]2／K1K2＋[H+]／K1＋1}-1(6-1-15) (6-1-16) (6-1-17)K1及K2随温度有所变化。
在循环冷却水系统中温度比较稳定，故实际上是由pH值决定碳酸在水中存在的形态。
例如25℃时，三类碳酸的摩尔比如表6-1-2和图6-1-1。
表6-1-2三种不同碳酸的摩尔比例/％图6-1-1三类碳酸的摩尔比例变化曲线图中a点基本上只存在H2CO3＋CO2，pH值约为4.5左右。
o点pH值为8.34，HCO3-的比例最高，CO32-和CO2均可忽略不计。
对于中性水体，可以只考虑一级碳酸平衡，忽略二级碳酸平衡。
为求pH值，对式(6-1-12)两边取对数并整理得式(6-1-18)：pH＝p K1＋lg [HCO3-]－lg [H2CO3] (6-1-18) 天然水体pH值常在中性左右，一般<8.34；循环冷却水的pH值一般在6~9，碳酸的形态主要是HCO3-，在此情况下CO32-和游离CO2均可忽略不计。