水环境中的化学反应..

水环境中的化 学反应
6.1 天然水体内的氧化还原反应
氧化-还原反应：
有电子得利得失转移(化合价改变)的反应
还原剂： 氧化剂：
氧化还原电位E：用来表示氧化氧(氧化型)+n e(电子)= red(还原型)
25℃时，有
E(V)=E0+(1/n)0.0591lg{[ox]/[red]}
胶体：任何线形直径在10-9m到10-6m间的粒子。 实际研究工作中，可定义为“能透过0.45μm微 孔膜，但却能被可截留相对分子1000质量以上物 质的超滤膜所保留的粒子。 亲液胶体和憎液胶体 分散相和分散介质 气溶胶、液溶胶、固溶胶
2)胶体的结构
3) 胶体的电学性质 ①胶体粒子表面电荷的由来 ⅰ电离 ⅱ离子吸附 ⅲ晶格取代
在等电点时，胶体的稳定性最低。
6.2.2 吸附作用对污染物环境行为的影响 1)吸附作用对重金属迁移转化的影响 吸附作用是使许多微量金属从不饱和的天 然溶液中转入固相的最重要的途径。 溶解态物质在向大的聚集物迁移的过程中 需要依靠胶体作中介：首先金属与胶体表 面通过吸附等作用快速形成络合物，接 着，，胶体慢慢聚集在大的颗粒物。
②若有一个单体系的存在量较其它单体系的 量高得多，那么，这时复合体系的电位E几 乎等于该单体系的电位，并称之为“决定 电位体系”。
③ 水体正常情况下，水体中的氧体系是“决
定电位体系”，Eh较高；缺氧环境中， SO42-/SO32-是“决定电位体系”，Eh较低。
6.1.2 环境 Eh-pH图
1) 图
结论：上、下限两线这间的区域，水处于“稳定区”， 两线之处水处于“不稳定区”。
3) 实用意义 ① 依据某一环境的Eh-pH图在图中找出相应
的位置从而判断该环境的氧化-还原特征。 ② 水处理上改变环境的Eh、pH来改变变价 元素离子的存在形式。
6.2 胶体与界面作用
6.2.1 胶体 6.2.1.1 胶体的基本知识 1) 胶体的分类
6.4 溶解与沉淀反应
6.4.1 常见固体的溶解性 1)天然水中溶解-沉淀平衡的复杂性
6.4.2反应的主要类型及对水体的影响 1) 碳酸盐的沉淀：pH，缓冲作用 2) 磷酸盐： 3) 金属离子的水解沉淀 4 )金属硫化物沉淀
6.4.3天然水体内影响沉淀生成与溶解速率的因素
1) 沉淀生成 ①成核作用(晶核) ②沉淀形成(晶体长大)
6.2.3 凝聚作用 6.2.3.1 概述 1)絮凝与凝聚 ①定义 ②凝聚剂 ③ 胶体凝聚的主要规律
2)影响凝聚作用的因素
3)凝聚作用与水生生物
6.3 配位解离平衡
6.3.1 水环境中常见配合物及其特性 6.3.1.1 水环境中常见配位体 1)无机配位体 2)有机配位体 简单配合物 螯合物
6.3.1.2 配合物的稳定性 与配位体的性质、金属离子的电荷与半径、 金属离子的电子层结构(周期表中的位置)有 关。 生成常数(稳定常数)
2)沉淀形成的速率 d[Ca2+]/dt=Ks( [Ca2+]实- [Ca2+]饱和)2
6.2.1类别 1) 弱酸弱碱的电离平衡 2) 金属离子的水解平衡 3)络合平衡
6.2.2 特点 1) 反应速度快 2) 达到平衡后，弱酸弱碱、金属离子均可 以多种形式存在，各种形式可以相互转 化
6.2.3 影响因素 1) pH 2) 配位体浓度、形式、络合数的饱和度
② ζ-电位(电动电位)
分散相和分散介质做相对运动时，吸附层和扩 散层之间存在的电位差。 等电态：扩散层的反离子全部转入吸附层，扩 散层的厚度被压缩到零，ζ-电位为零，胶粒失去 电性，将不再在电场作用下移动，这时胶体的稳 定性最小。
③ 胶体的稳定性及其影响因素 DLVO理论：
ζ-电位 溶液化作用
E0:在0℃，有关离子浓度为1mol/L时的电位， 称标准电位。
天然水体中，常见的是O、N、S、Fe等元 素的氧化还原反应。其标准电位(E0)如下：
O2/H2O: +1.23
Fe3+/Fe2+:+0.27
NO3-/NO2-:+0.94
SO42-/SO32-:-0.71 S/S2-: -0.08
Eh:用惰性金属(通常用铂)作指示电极，以甘 汞电极作参比电极，直接置于天然水中测 得的电位(计算时则以标准氢电极为标准进
2)图中水稳定性上、下限 上限 E：O2/H2O O2+4H++4e=2H2O 下限 E：2H+/H2 2H++2e=H2 E0=0 方程：E2H+/H2 =0-0.0591pH E0=+1.23 方程：EO2/H2O=1.23-0.0591pH
意义 ①任一氧化剂在某一pH的电极电对高于EO2/H2O ，则 氧化剂与水反应并释放氧气。 如EF2/2F-=2.87 ②任一还原剂在某一pH的电极电对低于E2H+/H2 ，则还 原剂与水反应并释放氢气。 如：ENa/Na+
2) 胶体对有机物的吸附作用 极性吸附剂易吸附极性溶质，非极性吸附剂 易吸附非极性溶质。 [A]ads=Kp[A]sol
胶体粒子表面富集了有机物质和营养成分，
3) 气-液界面的吸附与气浮分离作用 ①气-液界面的吸附 ②泡沫及其气提浮选作用 ③天然水体表面微层 金属富集、有机物富集、金属有机物富集、 营养元素、细菌和其他微生物
行校正)。
6.1
天然水体氧化还原能力的量度
6.1.1 天然水体的Eh值
用于表示水体环境氧化还原状态
其具有如下含义： 1) 水体是由许多单氧化-还原体系构成的氧 化-还原复合体系，Eh是其综合体现。
2)水体Eh值与单氧化-还原体系E的关系 ① 多个单氧化-还原体系存在，复合体系Eh 值介于单体系E之间并且接近于存在量较高 的单体系电位E。
6.2.1.2 水环境中的胶体 1)水环境中胶体的种类 无机胶体、有机胶体和无机-有机复合体胶 体 ①黏土矿物胶体 ②水合氧化物胶体 ③腐殖质胶体 ④悬浮胶体物质
2)环境胶体的电学性质 ①环境胶体的带电性 大部分胶体带负电荷 部分两性胶体(水合氧化铁、水合氧化铝)
②胶体的等电点 胶体粒子解离的阴、阳离子数目相等时， 即所带正、负电荷相等时，溶液的pH称为 该胶体的等电点(又称零电位点)