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pH和酸碱平衡(1)
3) 离子交换缓冲系统 水中的黏土胶粒表面一股都有带电荷的阴离 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，建 立离子交换平衡。
② 常见土壤胶粒特性 ⅰ 氢质土 表面吸附有大量的H＋和Al3＋，它 和其它金属离子进行交换，对碱有缓冲， ⅱ 黑土 ⅲ 钠质土
4.1.2.3 水体pH变化对水质和水生生物的影响 1）对水质的影响 水的pH下降，水中弱酸电离减少，其阴 离子程度不同地转以分子形式存在，浓度 下降，因而含这些阴离子的络合物及沉淀 也相继分解或溶解，游离态金属离子浓度 增加。
ⅱ pH＞8.3, 弱酸二级电离 pH=对碱的缓冲能力<对酸的缓冲能力
淡水pH≈pK2，pH=10.4时缓冲能力最强 海水pH=pK2`，即β `max＝9.1时最强。
③ 结论
ⅰ 碱度较大的水体pH变化较小
ⅱ 具有相同或相近大度的水体，生物活动越
激烈、pH变化越大，相反越小。 若水中HCO3- 与CO2共存，平衡时，天然水 pH=5.63，但天然淡水中总有一定数量其它来源 的HCO3-，其pH值总大于5.6。若水中HCO3- 与 CO32-共存，则水中pH较高。
系统的pH取决于不同形式二氧化碳的比例。
① 特点：
ⅰ 是共轭酸碱缓冲系统
ⅱ 对外来酸碱具有直接中和作用
ⅲ 普遍存在于各天然水体
②缓冲能力 ⅰ pH<8.3, 弱酸一级电离
pH=pK1+lg[CHCO3-/CCO2]
对碱的缓冲能力＞对酸的缓冲能力
淡水pH≈pK1，pH=6.4时缓冲能力最强
海水pH=pK1`，即β `max＝6.0时最强。
4.1.2.2 水体缓冲系统及其缓冲能力
1) 缓冲能力 ① 缓冲容量： β ＝dCb/dpH 或β ＝-dCa/dpH 单位：mmol·L-1·pH-1 CO2－HCO3-－CO32-系统的缓冲容量 β ＝dCA/dpH β ＝2.303CO2·K`1·aH
关于水的碱度的计算
关于水的碱度及其计算水的碱度水的碱度是指水中能够接受[H+]离子与强酸进行中和反应的物质含量。
水中产生碱度的物质主要由碳酸盐产生的碳酸盐碱度和碳酸氢盐产生的碳酸氢盐碱度，以及由氢氧化物存在而产生的氢氧化物碱度。
所以，碱度是表示水中CO32－、HCO3－、OH－及其它一些弱酸盐类的总合。
这些盐类的水溶液都呈碱性，可以用酸来中和。
然而，在天然水中，碱度主要是由HCO3－的盐类所组成。
形成水中碱度的物质碳酸氢盐可以共存，硫酸盐和氢氧化物也可以共存。
然而，碳酸氢盐与氢氧化物不能同时存在，它们在水中能起如下反应：HCO3－+ OH－＝CO32－+ H2O由此可见，碳酸盐、碳酸氢盐、氢氧化物可以在水中单独存在之外，还有两种碱度的组合，所以，水中的碱度有五种形式存在，即：（1）碳酸氢盐碱度HCO3－；（2）碳酸盐碱度CO32－；（3）氢氧化物碱度OH－；（4）碳酸氢盐和碳酸盐碱度HCO3－+ CO32－；（5）碳酸盐和氢氧化物碱度HCO3－+ OH－。
水中各种碱度的相互关系如何？水中的碱度是用盐酸中和的方法来测定的。
在滴定水的碱度时采用两种指示剂来指示滴定的终点。
用酚酞作指示剂时，滴定的终点为PH8.2~8.4，称为酚酞碱度或P碱度。
此时，水中的氢氧化物全部被中和，并有一半的碳酸盐转化为碳酸氢盐。
即P碱度＝1/2 CO32－+ 全部OH－。
用甲基橙作指示剂时，滴定的终点pH为4.3~4.5，称为甲基橙碱度或M碱度。
此时，水中的氢氧化物、碳酸盐及碳酸氢盐全部被中和，所测得的是水中各种弱酸盐类的总和，因此又称为总碱度。
即M碱度＝全部HCO3－+ 全部CO32－+ 全部OH－。
如果水中单独存在OH－碱度，水中pH＞11.0；水中同时存在OH－、CO32－时，PH 9.3~11.0；如水中只有CO32－存在时，pH＝9.4；当CO32－、HCO3－共同存在时，PH 8.3~9.4；单一的HCO3－其存在范围是pH＝8.3；但pH＜8.3时，如水中碱度只有HCO3－存在，此时的pH值变化只与HCO3－和游离的CO2含量有关。
酸碱平衡和pH值的计算和测定
酸碱平衡和pH值的计算和测定酸碱平衡是指液体或物质中酸性和碱性物质的平衡状态。
pH值是用来表示溶液酸碱性强弱程度的指标，它是负对数单位，用于衡量溶液中溶解的氢离子（H+）的浓度。
本文将介绍酸碱平衡的基本原理、pH值的计算公式以及测定方法。
一、酸碱平衡的基本原理酸碱平衡是化学中重要的概念，涉及到溶液中的离子浓度和化学反应。
在酸碱反应中，酸会失去氢离子，碱会失去氢氧根离子（OH-），形成水分子。
酸性溶液中，氢离子浓度高，碱性溶液中，氢氧根离子浓度高，而在中性溶液中，两者浓度相等。
酸碱反应可以使用化学方程式来表示，例如：酸 + 碱→ 盐 + 水其中，酸和碱发生中和反应，生成盐和水。
二、pH值的计算公式pH值用来表示溶液中的酸碱性强弱程度，其计算公式为：pH = -log[H+]其中[H+]代表溶液中的氢离子浓度。
计算pH值的步骤如下：1. 测量溶液的氢离子浓度[H+]。
2. 使用上述公式计算pH值。
三、pH值的测定方法1. pH试纸方法：将pH试纸浸入待测溶液中，根据试纸变色与标准色卡进行比较，可判断溶液的酸碱性。
2. pH计方法：使用pH计测量溶液中的氢离子浓度，然后使用上述公式计算pH值。
3. 酸碱指示剂方法：向待测溶液中加入少量酸碱指示剂，根据指示剂的颜色变化将溶液的酸碱性定性为酸性、碱性或中性。
四、酸碱平衡与人体健康酸碱平衡对于人体健康至关重要。
人体内的许多生理过程需要维持特定的酸碱平衡。
健康的酸碱平衡有助于维持正常的代谢功能，在饮食和生活中保持合适的酸碱平衡对身体健康至关重要。
饮食中的酸性食物和碱性食物可以影响人体内的酸碱平衡。
酸性食物如肉类、糖、咖啡等可以增加体内酸性物质的含量，而碱性食物如水果、蔬菜等可以帮助体内维持平衡。
结论酸碱平衡和pH值的计算和测定是化学中重要的知识点。
通过计算溶液的pH值，我们可以了解其酸碱性质。
酸碱平衡对于人体健康至关重要，我们应该注意饮食和生活方式，保持良好的酸碱平衡。
天然水碳酸平衡原理水酸度及碱度概念及计算
汇报人：张鑫 PPT制作：孙鸿玮 材料整理：其他小组成员
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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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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碳酸平衡
在水体中存在着CO2、H2CO3、 HCO3-、 CO32-等4种物质; 常把CO2和H2CO3 合并为H2CO3*; 实际上H2CO3 的含量极低，主要是溶解性的气体CO2。
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天然水体的缓冲性能
天然水体的pH一般在6~9。
天然水溶解的许多物质使得天然水具有一定的缓 冲性能，对外来酸碱类物质的影响有一定的抵御 能力，从而使水的pH维持稳定，不发生显著的变 化。
碳酸化合物是水体缓冲作用的重要因素。因而， 人们通常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能 力。
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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：
总酸度=[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3*]-[OH-] CO2酸度=[H+]+[H2CO3*]-[CO32-]-[OH-] 无机酸度=[H+]-[HCO3-]-2[CO32-]-[OH-]
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天然水体的碱度
例题：已知碱度为2.00×10-3 mol/L的水，pH为8.0,
H2CO3*的解离常数K1=4.45×10-7 ，K2=4.69×10-11 ，请
天然水的定义,碳酸平衡 酸碱的计算
+ 2+ 2+
酸度
总酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放 出H+或经水解能产生H+的物质总量。包括强酸、弱酸、强酸 弱碱盐等。 总酸度 =[H ] + [HCO3 ] + 2[H2CO3*] – [OH ]
浅谈天然水组成：
溶解性有机物 悬浮物 胶体物质： 种类繁多，包括碳水化合物,脂肪,蛋白质,维生素及其他 低相对分子质量的有机物等。 水生生物： 水生生物是生活在各类水体中生物的总称，包括浮游生 物,着生生物,底栖生物,鱼类和微生物等。按功能划分， 一般分为自养生物,异养生物,分解者。
2.水体的碳酸平衡原理
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[H 2 CO 3 ]
K 1 [H 2 CO 3 ] [H ] K 1 [H 2 CO 3 ] K 1 K 2 [H 2 CO 3 ] [H ] [H ]2
K 1 K 2 [H 2 CO 3 ] [H ]2 [H 2 CO 3 ] K 1 [ H 2 CO 3 ] K 1 K 2 [ H 2 CO 3 ] [H ] [H ]2
H 2 CO 3 HCO 3 H ( pK1 6.35) 2 HCO 3 CO 3 - H ( pK 2 10 .33)
根据上述K1及K2的值，就可以制作以pH为主要变量的 H2CO3*-HCO3- CO32-体系的形态分布图：
第五章天然水的pH和酸碱平衡
第五章天然⽔的pH和酸碱平衡第五章天然⽔的pH和酸碱平衡体系第⼀节天然⽔的pH⼀、天然⽔中常见的弱酸、弱碱(⼀)酸碱的质⼦理论能给出质⼦的物质是酸，能结合质⼦的物质是碱。
H2CO3 = H+ + HCO3-HCO3- = H+ + CO32-NH4+ = NH3 + H+酸、碱概念是相对⽽⾔。
（⼆）天然⽔中常见的酸碱物质常见能解离出质⼦及与质⼦结合的物质有：CO2·H2O、CO32-、HCO3-、NH4+、NH3、H2PO4-、PO43-、H2SiO3-、H3BO3-、H4BO4-等。
⼀般天然⽔中所含酸碱物质主要是碳酸盐的⼏种存在形态。
其他平衡居于次要地位。
注意：Fe2+和Fe3+⽔解可产⽣酸，他们也是天然⽔对pH有重要影响的物质。
（三）天然⽔的酸度及碱度酸度(acidity): reserve capacity of water to generate additional hydrogen ions through various processes.⽔中能与强碱反应（表现为给出质⼦）的物质的总量，⽤1L⽔中能与OH-结合的物质的量来表⽰。
常见构成酸度物质: H+、H2CO3、HCO3-、Fe3+、Fe2+、Al3+。
后3种对构成⽔酸度贡献少。
根据测定时使⽤指⽰剂的不同，分为总酸度(⽤酚酞作指⽰剂, pH 8.3)和⽆机酸度(⼜称强酸酸度，⽤甲基橙作指⽰剂，pH 3.7)。
⽆机酸度只包含了⽔中的强酸物质，H2CO3未参加反应。
总酸度包括强酸物质和H2CO3的含量。
⼆、天然⽔的pH及缓冲性（⼀）天然⽔的pHpH negative logarithm of the hydrogen ion activity and it is an index of the intensity of hydrogen ions.pH 是“intensity” factor and acidity 是“capacity ”factor.天然⽔按pH值的不同可以划分为如下五类：强酸性pH <5.0弱酸性pH 5.0-6.5弱碱性pH 8.0-10.0强碱性pH >10.0中性pH 6.5-8.0⼤多数天然⽔为中性到弱碱性，pH在6.0-9.0之间。
化学平衡中的酸碱平衡和酸碱度
化学平衡中的酸碱平衡和酸碱度化学平衡是化学反应中物质浓度达到一定平衡状态的过程。
在化学平衡中，酸碱平衡和酸碱度是非常重要的概念。
本文将探讨酸碱平衡的基本原理以及酸碱度的计算方法。
酸碱平衡是指在溶液中，酸和碱的浓度达到一定平衡状态的过程。
在化学反应中，酸和碱会相互反应，形成盐和水。
这种反应是一个动态平衡过程，即反应物和生成物之间的反应速率相等。
在酸碱平衡中，酸和碱的浓度可以通过酸碱度来表示。
酸碱度是指溶液中酸或碱的浓度的量度。
酸度通常用pH值来表示，pH值越低，表示酸度越强。
碱度通常用pOH值来表示，pOH值越低，表示碱度越强。
pH和pOH的计算公式分别为-pH=log[H+]和-pOH=log[OH-]。
在中性溶液中，pH值和pOH值均为7，表示酸和碱的浓度相等。
在酸碱平衡中，酸和碱的浓度可以通过酸碱反应的平衡常数来计算。
平衡常数是指在化学反应达到平衡时，反应物和生成物浓度的比值。
对于酸碱反应来说，平衡常数可以用酸度常数Ka和碱度常数Kb来表示。
酸度常数Ka表示酸的强度，计算公式为Ka=[H+][A-]/[HA]，其中[H+]为氢离子浓度，[A-]为酸根离子浓度，[HA]为未离解酸的浓度。
碱度常数Kb表示碱的强度，计算公式为Kb=[OH-][B+]/[BOH]，其中[OH-]为氢氧根离子浓度，[B+]为碱盐离子浓度，[BOH]为未离解碱的浓度。
在酸碱平衡中，pH值和pOH值的变化会影响酸和碱的浓度。
当pH值低于7时，表示溶液为酸性溶液，酸的浓度较高；当pH值高于7时，表示溶液为碱性溶液，碱的浓度较高。
通过调节溶液的pH值，可以控制酸碱反应的平衡状态。
酸碱平衡在日常生活中有着广泛的应用。
例如，酸碱中和反应可以用于调节土壤的酸碱度，改善植物生长环境；酸碱指示剂可以用于检测溶液的酸碱性；酸碱反应可以用于制备盐和水等。
总之，酸碱平衡和酸碱度是化学平衡中的重要概念。
通过酸碱度的计算和调节，可以控制酸碱反应的平衡状态。
第四章天然水的pH和酸碱平衡资料
已知碳酸各分量与CT，CO2的关系为：
式(4—19)，(4—20)，(4—21)，(4— 22)4个方程就是开放体系二氧化碳平衡的 基本关系式。体系达ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ平衡后符合这4个 关系式。由这4个关系式，已知亨利常数 KH和气相C02分压之后，即可绘出CO2各形 态随pH的变化，如图4—4。
从图中可直观看出开放体系的CT，CO2是pH的 单值函数，pH一定，CT，CO2的值也一定。其 他如[HC03-]与[C032-]也同样。这是因为 PCO2(g)已固定下来(可采用大气平均CO2分压 0．00033atm，即0．033kPa)，体系[H2CO3*] 则是一个固定值，不随pH而变。
对自然界短时间内发生的过程，因与气相交换 的滞后作用，可使用封闭 体系规律来近似处理。 对长期发生的过程则可近似作为开放体系讨论。 当然，实际过程是介于两者之间的，需要具体 分析。讨论开放体系的碳酸平衡，除了分布系 数关系式外，还要引入CO2的溶解平衡：
式中pCO2(g)为CO2在气相的分压，[H2CO3*]为平 衡时水中游离二氧化碳含量(包括溶解CO2与游 离碳酸),KH为溶解度系数，也称为亨利常数， 其值与水的盐度、温度及采用的单位有关
强碱性
pH>10．O
大多数天然水为中性到弱碱性，pH为6.0— 9.0。
淡水pH多在6.5～8.5， 部分苏打型湖泊水的pH可达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 的变化。动植物生物量大的水体，表层水pH有 明显的日变化。早晨天刚亮时pH较低，下午pH 较高。 (池塘、湖泊的动植物生物量大)
问题:天然水中有哪些常见的酸碱物质?它 们在水中如何电离?
二、天然水的pH及缓冲性