水环境化学氧还整理
《水环境化学》课件
水环境化学的重要性 和应用
水环境化学对于保护水资 源、维护环境、促进可持 续发展具有重要的意义。
水的物理化学性质
溶解度溶解度是指单位体Fra bibliotek溶液中 最多能溶解多少物质，它是 表征物质在水中溶解程度的 重要参数。
离子强度
水中的离子强度是所有阴离 子和阳离子的浓度之和和它 们的电荷平方和之比的平方 根。
pH值
水环境监测方法
通过水质监测，及时发现水体 污染的情况，采取有效的技术 措施来防治和修复水体污染。
水环境化学的未来
1 水环境化学的发展趋势
未来水环境化学将逐渐转向绿色、可持续和低碳化发展。
2 水环境化学的应用前景
水环境化学需求将继续增长，未来将更多地应用于水资源保护、净化和开发领域。
3 水环境化学的挑战与机遇
水环境化学
水是地球上最珍贵的资源之一，水环境化学是研究水体的化学性质、污染及 其净化和水质监测的学科。
水环境化学简介
什么是水环境化学？
水环境化学是研究水及其 体系在自然界和生产生活 中的各种过程所涉及到的 化学现象的学科。
水环境化学的研究对 象和内容
研究水环境中各种物质的 迁移、转化和去除，以及 不同水环境对生态环境的 影响。
3
物理污染物
有些物理污染物如悬浮物、浮游生物、颗粒物或沉积物都会影响水的质量和可用性。
水的净化与处理
常见水污染物的去除方法
颗粒物、悬浮物主要通过过滤 和沉淀去除，生物污染物主要 通过消毒去除，化学污染物主 要依靠氧化、还原、沉淀和离 子交换等方法除去。
常见水处理技术及其原理
如生物处理、深度处理、反渗 透等技术，利用技术手段将水 中的污染物清除或降低到符合 生产和生活需求的标准。
水环境化学4
如水体pH为7，pE为-4.13，说明水体处于还原状态 根据(a)式及(b)式可作天然水体的pE-pH图(图3-13)
(1)天然水体的pE与其决定电位体系的物质含量有关
溶解氧含量随水深而减少，表层水呈氧化性环境，深层水及底泥则为还原 性环境； 溶解氧含量随水体温度升高而降低，还随水中耗氧有机物的增加而减 少，并与水生生物的分布、活动有关。
pE 电子浓度 体系提供电子的倾向
pE pE增大
电子浓度
体系接受电子的倾向
体系氧化态相对浓度升高
热力学定义:
根据 H2 的半电池反应2H+(aq)+ 2e = H2 当反应的全部组分活度为1单位，该反应的自由 能变化ΔG可定义为零。即当H+(aq)为1个单位 活度与H2为1.0130×105 Pa (活度1)平衡的介质 中，电子活度α为1， 则pE = 0.0。
[Fe3+]-[Fe2+]体系的lgc-pE图 (cTFe=1.0×10-3mol/L)
当水体pE<12时，Fe(Ⅱ)占优势；pE>14时，Fe(Ⅲ)占优势
● pE-pH图
pE与氧化态和还原态浓度有关，还与体系的pH有关 pE对于pH的依赖关系可用pE-pH图来表示。
例: 水的pE-pH图 H+ + e == 1/2 H2 ( pE0 = 0 ) 1/4O2 + H+ + e == 1/ 2 H2O ( pE0 = 20.75 ) pEH+/H2 = -pH (PH2=101325 Pa ) (PO2=101325 Pa)
pE = 15.14- 4/3 pH (4)
NH4OH == NH4+ + OH当[NH4+]=[NH4OH]时，
化学氧气知识点
化学氧气知识点导读：我根据大家的需要整理了一份关于《化学氧气知识点》的内容，具体内容：氧气的制取是初中化学的重点,也是历年中考的热点。
下面我给你分享，欢迎阅读。
化学氧气的性质1.物理性质：(1)色、味、态：通常情况下，是无色无味的气体;(...氧气的制取是初中化学的重点,也是历年中考的热点。
下面我给你分享，欢迎阅读。
化学氧气的性质1.物理性质：(1)色、味、态：通常情况下，是无色无味的气体;(2)密度：标准状况下，密度为1.429g/L，略大于空气;P.S.：通常情况下，是指20℃，1.01×105Pa;标准状况下，是指0℃，1.01×105Pa;(3)溶解性：氧气不易溶于水(4)三态变化：降温后，氧气可以变为淡蓝色的液体，甚至淡蓝色雪花状固体。
问题：有什么事实可以证明自然界的水中溶有氧气?答：水中的生物就是依靠溶解在水中的氧气生存的。
2.化学性质：(1)木炭在氧气中燃烧(黑色固体)实验现象：剧烈燃烧，发出白光，放热，生成一种无色无味气体，该气体能使澄清石灰水变浑浊。
文字表达式：碳(C) +氧气(O2)点燃二氧化碳(CO2)在空气中的燃烧情况：木炭红热，无烟、无焰，生成无色无味的气体(2)铁丝在氧气中燃烧(银白色固体)——介绍铝箔在氧气中可以燃烧实验现象：剧烈燃烧，火星四射，铁丝熔成小球，生成一种黑色固体。
文字表达式：铁(Fe) +氧气(O2)点燃四氧化三铁(Fe3O4)注意事项：集气瓶底部铺少量的细沙或加少量的水，防止生成的固体物质溅落瓶底，致使集气瓶炸裂。
在空气中加热情况：持续加热发红，离火后变冷。
(3)蜡烛在氧气中燃烧(白色固体)实验现象：比空气中燃烧剧烈，发出白光，集气瓶内壁出现水珠，有使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体产生。
文字表达式：石蜡 +氧气(O2)点燃二氧化碳(CO2) 水(H2O)空气中燃烧情况：燃烧产生黄色火焰，放热，稍有黑烟。
(4)镁带在氧气中燃烧(银白色固体)实验现象：剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放热，生成白色粉末状固体。
水环境化学-天然水中的氧化还原平衡
半反应的平衡常数： K [Re d ]
[Ox ][ e]n
电子活度和氧化还原电位的关系
• pE0 = E0 F / 2.303RT = E0 /0.059=16.92E0 ( 25℃ ) pE = E F / 2.303 RT = E /0.059=16.92E ( 25℃ )
pE = pE0 + 1/n lg [Ox]/[Red]
pE pE0 1 lg J n
水中常见氧化还原反应的pE0
3、天然水体的电位
自然环境中最重要的氧化剂
在自然环境中最重要的氧化剂是大气圈中的自由氧 和水圈的溶解氧，其次是三价铁、四价锰、六价的硫、 铬、钼及五价的氮、钒、砷等也都是自然界的氧化剂。
自然环境中最重要的还原剂
自然环境中最主要的还原剂是二价铁、负二价硫及 许多有机化合物；此外，二价锰、三价铬、三价钒等也 都是自然环境中的还原剂。
NH4+-NO2--NO3--H2O体系的pE-lgc图(pH=7)
(pE0 = 0， PH2=1atm) •pEH+/H2 = -pH (氢线)
边界条件
(2)1/4 O2 + H+ + e- ==1/2 H2O (pE0 = 20.75， PO2=1atm) pEO2/H2O = 20.75 - pH (氧线)
pEH+/H2 = -pH （氢线） pEO2/H2O = 20.75 – pH（氧线）
E E 2.303RT lgJ nF
E E 2 .303 RT lg c (还原型 )
nF
c (氧化型 )
半反应： 氧化型 + ne 还原型
E E 2 .303 RT lg c (还原型 )
环境化学教案 第三节水中无机污染物的迁移转化(氧化还原2)
由此反应可知，当有机物进入天然水后，水体中溶解氧的含量会迅速降低。如果有机物的数量非常多的话，可以使水体中溶解氧全部被消耗掉，甚至可以使水体转换成为沼泽。在水中，NH4+只有被氧化成NO3-后，氮才能被藻类利用。
例2求被大气氧所饱合的中性天然水的pE值。
解：该体系溶解氧起决定电势作用，溶解氧的氧化还原反应为：
pE=pE0+ [H+]
已知：pE0=20.75
pH=7 [H+]=10-7
将已知条件代入pE的表达式，得：pE=13.58。该体系pE值较高，是一个氧化性体系。
例3求微生物作用产生甲烷的中性厌氧水的pE值及溶解氧的分压
天然水是一个非常复杂的混合体系，其中存在着众多的氧化剂和还原剂。其中常见的氧化剂包括溶解氧、Mn（IV）、Fe（III）、和S（VI），常见的还原剂包括有机物、Mn（II）、Fe（II）、S（-II）。当我们要求得某种天然水的pE值时，首先需要确定哪种物质起决定电势作用，然后根据起决定电势作用物质的氧化还原反应，求得体系的pE值。一般的天然水体中起决定电势作用的物质是溶解氧，当有机物含量非常高时，则有机物起决定电势作用。铁和锰起决定电势作用的情况则比较少见。下面我们来看两种极端情况下体系的pE值。
pE=-4.13
将已知条件代入pE的表达式，得： =3.0×10-72atm。
由此可见该体系中溶解氧的分压非常低，一般水体中的溶解氧的分压均超过此值。由于天然水的pE值随水中溶解氧的减少而降低，因此表层水pE值较高，底层水pE值较低。
例3：从湖水中取出深层水，其PH=7.0，含溶解氧浓度0.32mg/L，请计算PE和Eh。（KH=1.26*10-8[mol/(L·Pa)]
养殖水环境化学知识点
养殖水环境化学知识点水环境在养殖过程中起着至关重要的作用，对养殖生物的生长发育、养殖水质的稳定性和品质都具有直接影响。
了解养殖水环境的化学知识点，有助于养殖人员更好地维护和管理水质，提高养殖效益。
下面将介绍几个重要的养殖水环境化学知识点。
一、pH值pH值是指养殖水中氢离子活性的酸碱度指标。
pH值的变化直接影响养殖水中营养物质的溶解度、养殖生物的生理代谢以及细菌、病原微生物的繁殖情况。
不同的养殖对象对pH值的要求也有所不同，因此养殖水的pH值需要根据具体情况进行调节和控制。
二、氨氮氨氮是常见的养殖水环境指标之一，主要来自养殖生物的代谢废物和饲料残留物。
过高的氨氮含量会对养殖生物的呼吸和免疫系统造成一定的压力，甚至导致养殖生物的死亡。
因此，合理控制和监测养殖水中的氨氮含量，是维持养殖水质的关键。
三、硫化氢硫化氢是一种具有剧毒的气体，常常由于底泥产生并溶解到养殖水中。
硫化氢对养殖生物的呼吸和生理机能产生严重影响，高浓度的硫化氢还可导致养殖生物的中毒和死亡。
因此，定期清除底泥、增加氧气供应和保持充足的水流是减少硫化氢的重要措施。
四、溶解氧溶解氧是养殖水中最为重要的物理化学指标之一，是维持养殖生物呼吸和健康生长的关键因素。
养殖池塘、养殖箱或养殖槽等养殖设施的氧气供应方式和水流状况会影响养殖水中溶解氧的含量。
充足的溶解氧有利于提高养殖水的质量，减少氨氮和硫化氢含量。
五、硬度水的硬度主要由溶解在水中的钙、镁等离子所决定，是衡量水中钙、镁离子含量的指标。
水的硬度对养殖生物的生长和骨骼发育很重要。
不同的养殖对象对水的硬度要求不同，因此根据养殖对象的要求，适当调节养殖水的硬度是必要的。
综上所述，养殖水环境的化学知识点包括pH值、氨氮、硫化氢、溶解氧和水的硬度等。
合理控制和管理这些指标，可以提高养殖水质，保障养殖生物的生长和养殖效益。
希望本文所介绍的养殖水环境化学知识点能对养殖人员提供一定的参考和帮助。
第五章天然水中的氧化还原反应
第五章天然水中的氧化还原反应第一节天然水的氧化还原电位一、天然水中的氧化还原反应1、天然水中变价元素的存在形态地球化学通常根据环境所存有游离氧（O2）量的多少，将环境划分为氧化环境或还原环境。
氧化环境指大气、土壤和水环境中含有一定量游离氧的区域，不含游离氧或游离氧含量极低的区域称为还原环境。
通常将含溶解氧丰富的水称为处于氧化状态的水，即其属氧化环境。
一般未受到人类活动的干扰、与外界交换良好的天然水域，均为处于氧化状态的水环境。
反之，则属还原性环境。
如果池塘采用过高放苗密度和高投饵量的养殖方法，同时又不能充分地增氧与适时地排出污物，必将使池水溶解氧含量降低到极低值，特别是处于高温季节的池塘底层水可能转化为还原性环境；此外，含丰富有机质的沼泽水、地下水以及封闭或半闭的海湾底层等水域，也常呈还原状态。
在含溶解氧丰富的氧化水环境与缺氧的还原水环境中，常见变价元素的主要存在形态列于表5-1。
由表5-1可知，变价元素可同时以多种价态形式存在于水环境中，但在不同的水环境中，其主要的存在价态形式不同。
如氮元素，在富含溶氧水的氧化环境中，主要以最高价（5+）的NO-3形态存在，即其含量最高；在溶氧量极低、甚至缺氧的还原性水环境中，NH4+(NH3)的含量较高，即氮以最低价（3-）的NH3(NH4+)为主要存在形态，NO-3含量很低，甚至可能无法检出。
天然水是一种极为复杂的氧化还原体系，其中同时存有多种处于氧化态与还原态的物质，如随雨水、河水等流入天然水域的风化壳、土壤和沉积物中的矿物质均为氧化态。
来源于火成岩风化产物的矿物质在其形成时，所含有的成分均被完全氧化，因此这些成分中的元素存在形态也多为氧化态。
水中也有一些元素主要以还原态存在，如海水中的氯、溴元素主要以低价的Cl-、Br-形态存在。
但天然水域中的多数无机物通常以氧化态形式存在。
天然水环境中的有机物主要来源于绿色植物与淋洗土壤的雨水，但在养殖池水中，情况则复杂得多，残饵与生物的粪便、尸体等代谢产物则是水中有机物的重要来源。
均衡水质的四种方法
均衡水质的四种方法
保持水质平衡的四种方法如下：
1. 物理方法：利用物理手段对水体进行处理，以去除或减少其中的污染物。
这包括沉淀、过滤和曝气等方法。
沉淀利用重力作用使悬浮在水中的固体颗粒沉降到底部，过滤则通过过滤介质将水中的悬浮物、胶体等进行截留，曝气则是通过向水中注入空气来增加溶解氧含量，促进有机物的氧化分解。
2. 化学方法：通过加入化学药剂来改变水体中污染物的性质，从而实现水质的调节。
常见的化学方法包括混凝、残留氯去除和pH调节。
混凝是通过添加混凝剂使水中的悬浮物、胶体等聚集成较大的颗粒，便于后续的沉淀和过滤。
残留氯去除是将含有余氯的水经过反应，使余氯转化为无害的物质，从而减少对水质的影响。
pH调节则是通过添加酸或碱来调节水体的pH值，
使其处于适宜的范围内，从而维持水质的稳定。
3. 生物方法：利用微生物和植物来净化水体，吸收和降解水中的污染物。
例如，活性污泥法、生物滤池和湿地等生物处理技术。
4. 混合方法：结合物理、化学和生物方法，根据具体的水质情况和水处理需求，采用多种方法进行综合处理。
这种方法可以更全面地去除水中的污染物，提高水质平衡的水平。
以上四种方法各有优缺点，应根据实际情况选择合适的方法来保持水质平衡。
水环境化学3---氧化还原反应(11.18)
铁体系的pe-pH图 铁体系的pe-pH图 pe
(s)与 (s)的边界 （5）Fe(OH)2(s)与Fe(OH)3(s)的边界
Fe(OH)3(s)+ 3H+ = Fe3+ + 3H2O K1 Fe(OH)2(s)+ 2H+ = Fe2+ + 2H2O K2 K1 = 9.1×103; K2 = 8.0×1012 pe = 13.05 - lg[Fe2+]/[Fe3+] = 13.05 - lgK2[H+]2 / K1[H+]3 pe = 4.1 - pH
问题: 问题: 近年来，水化学中为何不用E而常用 pe表示氧化还原电位？
解释
(a) pe有明确的物理意义, pe= -lg[e]表示电子 的相对活度。
(b) pe每变化一个单位，[Red]/[Ox]变化10倍 便于比较。 (n=1时) (c) pe把数据拉开了便于比较。
Pe与△G 的关系 与
标准态： △G0=-nFE0 △G0=-2.303nRTpe0 任意态： △G=-nFE △G=-2.303nRTpe （ E0=2.303RT/F · pe0 E=2.303RT/F · pe）
问题：
水中主要还原剂为？ 主要氧化剂为？
天然水体的pe 天然水体的pe
水中物质存在的形态
还原态 CH4 H2S Fe2+ S NH4+ NO2- ,有机物等； 氧化态 CO2 Fe(OH)3 SO42- O2 NO3- 等；
天然水体的pe 天然水体的pe
(一)决定电位
若某个单体系的含量比其它体系高得多，则此 时该单体系电位几乎等于混合复杂体系的pe, 称决定电位。 一般情况下，天然水中溶解氧 溶解氧是决定电位，有 溶解氧 机物积累的厌氧环境中，有机物 有机物是决定电位。 有机物
第三章水环境化学
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
本章重点
1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、 挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法。
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第二节 水中无机污染物的迁移转化
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
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• 4.5 天然水中的氧化还原平衡氧化还原反应的化学计量关系例：在测定某水样的CODCr时，50ml水样中加入25ml的重铬酸钾溶液和其他试剂，加热回留2h后，以硫酸亚铁铵溶液滴定，消耗19.06ml。
以50ml蒸馏水为空白，经过同样的测定步骤，消耗滴定液20.70ml。
已知硫酸亚铁铵的浓度经标定为0.311 mol/L ，求该水样的CODCr值。
氧化还原半反应任一氧化还原反应都可以看成由两个半反应组成。
氧化还原半反应都包含着同一元素不同氧化态的两种物质，其中氧化态高的称氧化型，氧化态低的称还原型。
氧化型+ ne 还原型•• 4.5.1 天然水中的氧化还原反应和平衡••体系的氧化还原平衡有两方面的含义：1）表示体系中电子给予体和受体间处于相对平衡状态，电子势位发生无限小变化时，随即发生可逆性的电子迁移；2）包含在系统中的所有氧化还原电对的电极电位都相等。
• 4.5.2 水体氧化还原反应的类型水体中的氧化还原反应分为化学氧化还原反应、光化学氧化还原反应和生物氧化还原反应。
• 4.5.3 电子活度和氧化还原电位（1 ）氧化还原电位半反应发生氧化反应或还原反应的倾向可以用氧化还原电位（电极电势）值反映。
这个数值越大，表明该体系内氧化剂的强度愈大。
故又称之为氧化电位或氧化势。
用一种元素的氧化型和还原型组成氧化还原电对，简称电对，如Zn2+/Zn。
标准电极电势（电极电位、氧化还原电位）在标准状态下测定的电极电势称标准电极电势。
以单位E0表示，单位为伏特（V ）。
• E0（H+/H2）= 0.0000V E0（Cu2+/Cu ）= 0.337V E0（Pb2+/Pb ）= -0.126V 标准条件下，一个体系的标准氧化还原电位的测定是设标准氢电极的电位为零。
在25℃、[H ＋]为1.0 mol/L (pH ＝0)、一个大气压的氢气压力下，硬性规定标准氢电极的氧化还原电势为0，即E0=0.0000V 。
判断氧化剂，还原剂的强弱标准电极电势数值越小，其还原型的还原性越强，氧化型的氧化性越弱，反之亦然。
强氧化剂 + 强还原剂 弱氧化剂+弱还原剂Zn ＋ Cu2+＝Zn2+＋ Cu E0（Cu2+/Cu ）= 0.337V E0（Zn2+/Zn ）= -0.762V若使原电池在恒温、恒压条件下放电，原电池所做最大有用功（电功）应等于化学反应中Gibbs 自由能变的降低，即由电学原理，任意一个原电池所做的最大电功等于电极之间的电势差（即电动势ε ）和通过的电量（Q ）的乘积：电功(W) = 电量(Q) × 电势差(E)ε — 电动势（V ），F — 法拉第常数 96485（C·mol-1）,表示每摩尔电子所带的电量 。
n — 电池反应中转移的电子的物质的量当半反应中还原型物种含量增加，则氧化还原电位减小，还原型的还原性增强。
当半反应中氧化型物种含量增加，则氧化还原电位增加，氧化型的氧化性增强 正确书写Nernst 方程式:① 气体物质用分压(Pa)表示并除以 p (105 Pa)，溶液中的物质用浓度(mol L -1)表示并除c°(1mol L- 1)。
② 纯固体或纯液体物质不写入。
③电极反应中电对以外物质也应写 入，但溶剂（如H2O ）不写入。
Z nn -0.76280.00000.3370.5350.7701.0851.3583Fe 22H 22Ni -0.232CuI -Fe 2+Br --氧化型还原型+n e - /V氧化型的氧化性增强还原型的还原性增强2(2) 电子活度(P114) 环境化学中常用电子活度来描述水环境的氧化还原性质。
p E = -lg[e] pE是氧化还原平衡体系（假想）电子浓度的负对数，其定义与pH=-lg[H+]相似。
实际上自由电子在水溶液中并不存在。
例如:电子活度高（pE小）的水，如污水处理中厌氧消化池的水，可认为是还原性的；电子活度低（pE大）的水，如高度氯化的水，则认为是氧化性的。
氧化还原半反应的pE：氧化型+ne 还原型当半反应中还原型物种含量增加，则半反应提供电子的倾向就越强，电子浓度越高，pE越小，还原型的还原性增强。
当半反应中氧化型物种含量增加，则半反应接受电子的倾向就越强，电子浓度越低，pE越大，氧化型的氧化性增强。
pE越小，电子浓度越高，体系提供电子的倾向就越强；反之，pE越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。
当体系还原型含量增加，则体系提供电子的倾向就越强，体系电子浓度越高，pE越小。
pE的严格的热力学定义是由Stumm and Morgan提出的,基于下列反应:2H+(aq)+2e H2(g)当这个反应的全部组分都以1个单位活度存在时,电子活度为1.00及pE =0.0。
半反应的平衡常数：当H+(aq)活度为0.100与活度为1.00H2平衡时，电子活度为10，及pE = -1.0。
电子活度和氧化还原电位的关系pE0 = E0 F / 2.303RT = E0 /0.059=16.92E0 ( 25℃)pE = E F / 2.303 RT = E /0.059=16.92E ( 25℃)pE = pE0 + 1/n lg [Ox]/[Red]水化学中为何常用pE？首先，pE有明确的物理意义，pE=-lg[e]表示相对电子浓度；从pE概念可知，pE越小，电子浓度越高，体系提供电子的倾向就越强；反之，pE越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。
其次，pE每相对pE0改变1个单位，[Ox]/[Red]就变化10n倍，便于对比。
pE = pE0 + 1/n lg [Ox]/[Red](1)H+ + e == 1/2 H2 ( pE0 = 0 ) pEH+/H2 = -pH (PH2=101325 Pa）(氢线)(2)1/4 O2 + H+ + e ===1/2 H2O pE0 = 20.75pE = pE0 + lg（[PO2]1/4[H+]） pE = 20.58-pH ( PO2 = 0.21atm)pEO2/H2O = 20.75 - pH (PO2=101325 Pa) （氧线）(3) 1/8CO2 + H+ + e === 1/ 8 CH4 + 1/4 H2O pE0 = 2.87pE = pE0 + lg（[PCO2]1/8[H+]/[PCH4]1/8）若PCO2=PCH4， pE = 2.87 - pH (3) 天然水体的电位（P120)在自然环境中，由于氧化还原作用的结果，使一部分物质主要呈氧化态存在，另一部分物质呈还原态存在。
自然环境中的大部分无机物，如土壤和沉积物中的矿物质均为氧化态。
自然界中的有机质（动植物残体及其分解的中间产物）为还原态。
自然环境中最重要的氧化剂：在自然环境中最重要的氧化剂是大气圈中的自由氧和水圈的溶解氧，其次是三价铁和四价锰。
六价的硫、铬、钼及五价的氮、钒、砷等也都是自然界的氧化剂。
自然环境中最主要的还原剂是二价铁、负二价硫及许多有机化合物。
此外，二价锰、三价铬、三价钒等也都是自然环境中的还原剂。
水体氧化还原电位测定（见图11-22）必须在现场测定。
方法是将惰性电极(如铂)插入到水样中作指示电极，饱和甘汞电极作参比电极，测定相对于甘汞电极的氧化还原电位值。
然后再换算成相对于标准氢电极的氧化还原电位值作为结果。
决定电位对于只有一个氧化还原平衡的单体系，其平衡电位就是体系的pE。
实际上体系中往往同时存在多个氧化还原平衡，它的pE应介于其中各个单体系的电位之间，而且接近于含量较高的单体系的电位。
如果某个单体系的含量比其他体系高得多，其电位几乎等于混合体系的pE，该单体系的电位称为决定电位。
一般情况下，水体中起决定电位作用的物质是溶解氧。
在有机物较多的缺氧情况下，有机物起着决定电位的作用；如水体处于上述两种状况之间，决定电位应是溶解氧体系和有机物体系电位的综合。
从决定电位的体系出发，可以计算天然水体的pE及其范围。
如水体溶解氧饱和，氧电位是决定电位。
根据水的氧化反应：1/4 O2 + H+ + e ===1/2 H2O pE0 = 20.75pE = pE0 + lg（[PO2]1/4[H+]）PO2 = 0.21atm时，pE = 20.58-pH (a)如水体呈中性（pH=7），pE=13.58。
显然，水体呈氧化性。
当水体无溶解氧、有机物含量丰富时，有机物质的电位为决定电位。
在厌氧条件下，有机物分解成为CH4，采用下列半反应计算决定电位：1/8CO2 + H+ + e === 1/ 8 CH4 + 1/4 H2O pE0 = 2.87pE = pE0 + lg（[PCO2]1/8[H+]/[PCH4]1/8）若PCO2=PCH4， pE = 2.87 - pH (b) 如水体pH为7，pE为-4.13，说明水体处于还原状态。
从上面计算可以看到：(1)天然水体的pE与其决定电位体系的物质含量有关。
就溶解氧含量来说，其含量随水深而减少，致使表层水呈氧化性环境，深层水及底泥则为还原性环境；(2)天然水体的pE与其pH有关，pE随pH减小而增大。
4.5.4 氧化还原平衡图示法一、pE-pH 图(P116)水中铁的简化pE-pH图可溶性铁最大浓度为1×10-5mol/L见书P119在氧化还原体系中，往往有H+或OH-离子参与转移，因此，pE除了与氧化态和还原态浓度有关外，还受到体系的pH影响，这种关系可以用pE-pH图来表示。
•H+ + e == 1/2 H2 ( pE0 = 0 ) 1/4O2 + H+ + e == 1/ 2 H2O ( pE0 = 20.75 )•pEH+/H2 = -pH (PH2=101325 Pa） pEO2/H2O = 20.75 - pH (PO2=101325 Pa)如果某电对的pE高于氧线，则该电对的氧化型可将水氧化放出O2；如果某电对的pE低于氢线，则该电对的还原型可将水还原放出H2。
在稳定区，电对不与水反应。
二、天然水体的pE-lgc 图(P121)一些氧化还原反应的电极电位与氧化剂、还原剂的浓度以及氢离子浓度有关，另一些反应只与氧化剂、还原剂的浓度有关。
pE与氧化剂、还原剂浓度之间的关系可用lgc-pE图表示。
1、Fe3+-Fe2+-H2O体系的lgc-pE图现以Fe3+-Fe2+-H2O体系的lgc-pE图为例加以说明。
当Fe3+-Fe2+-H2O体系中溶解的总铁浓度为1×10-3mol/L时，对于下列反应Fe3+ + e === Fe2+, pE0 =13.05pE = 13.05+lg[Fe3+]/[Fe2+][Fe3+]-[Fe2+]体系的lgc-pE图(cTFe=1.0×10-3mol/L)pE小，以Fe2+为主；pE增加，Fe3+含量增加。