水环境化学
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环境化学-第三章-水环境化学-第二节-水中无机污染物的迁移转化知识交流
之，pE越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。
(2)氧化还原电位E和pE的关系
Ox ＋ne→Red
(1)
根据Nernst方程
E＝E0-(2.303RT/nF)lg[Red]/[Ox] (2) 当反应达平衡时，定义
E0＝(2.303RT/nF) lgK
(3)
从上述化学方程式(1)，可写出
K= [Red]/{[Ox][e]n }
如果考虑到羟基配合作用，那么金属氧化物或氢氧化物的 溶解度（MeT）表征为：
MeT = [ Mez+ ] +∑[ Me(OH)nz-n ]
固体的氧化物和氢氧化物具有两性的特征，它们和质子或 羟基离子都发生反应，存在一个pH值，在该值下溶解度为最 小值。在碱性或酸性更强的pH值区域内，溶解度都会变得更 大。
因此，在 H2S 和硫化物均达到饱和的溶液中，溶液重金属离子 的饱和浓度为： [Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp [H+]2/Ksp´ =Ksp [H+]2/（0.1K1K2）
3、碳酸盐
——多相平衡，pH通过控制碳酸根浓度影响沉淀平衡
封闭体系： 只考虑固相和液相，把 H2CO3* 当作不挥发酸类处理。
吸附量随粒度增大而减少，并且当溶质浓度范围固定 时，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。
温度变化、几种离子共存（竞争作用）等。
3、沉积物中重金属的释放——属于二次污染问题
诱发释放的主要因素有： （1）盐浓度升高：碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗
粒上的金属离子交换出来。
（2）氧化还原条件的变化：有机物增多，产生厌氧环境、铁锰氧 化物还原溶解，使结合在其中的金属释放出来。
2、它在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面 也能进行吸附作用。
环境化学第3.2章水环境化学水中无机污染物的溶解和沉淀课件
纯水封闭体系中金属碳酸盐的溶解度
20
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐 四、碳酸盐在开放体系的溶解度（二价金属）
[H2CO3*] = KHpCO2 [CO32-] = K1K2KHpCO2/[H+]2
pH＞pK2（10.33） pK1＜pH＜pK2 （6.35~10.33） [Me2+] ≈ Ksp[H+]2/K1K2KHpCO2 pH＜pK1（6.35）
第三章/第二节 水中无机污染物的迁移转化
2.3 溶解和沉淀
溶解/沉淀对迁移过程的影响
溶解/沉淀影响金属化合物溶解度，溶解度决定随水迁移能力 溶解度大，迁移能力大；溶解度小，迁移能力小
溶解/沉淀理论
溶解/沉淀受反应平衡和反应速率控制(化学热力学和动力学控制) 固－液平衡体系中，用溶度积来表征溶解度
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.3 硫化物
二、金属硫化物的溶解度（以二价金属为例）
1. 金属硫化物的沉淀－溶解平衡
MeS (s) ⇌ Me2+ + S2-
[Me2+] = Ksp/[S2-]
2. H2S的电离平衡
H2S ⇌ H+ + HS- K1 = 8.9×10-8
HS- ⇌ H+ + S2-
= 2.532×10-3 mol/L
15
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐
一、碳酸盐的沉淀－溶解平衡（以二价金属为例）
MeCO3 ⇌ Me2+ + CO32[Me2+] = Ksp/[CO32-] = Ksp/(CTα2)
H2CO3* ⇌ HCO3- + H+
20
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐 四、碳酸盐在开放体系的溶解度（二价金属）
[H2CO3*] = KHpCO2 [CO32-] = K1K2KHpCO2/[H+]2
pH＞pK2（10.33） pK1＜pH＜pK2 （6.35~10.33） [Me2+] ≈ Ksp[H+]2/K1K2KHpCO2 pH＜pK1（6.35）
第三章/第二节 水中无机污染物的迁移转化
2.3 溶解和沉淀
溶解/沉淀对迁移过程的影响
溶解/沉淀影响金属化合物溶解度，溶解度决定随水迁移能力 溶解度大，迁移能力大；溶解度小，迁移能力小
溶解/沉淀理论
溶解/沉淀受反应平衡和反应速率控制(化学热力学和动力学控制) 固－液平衡体系中，用溶度积来表征溶解度
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.3 硫化物
二、金属硫化物的溶解度（以二价金属为例）
1. 金属硫化物的沉淀－溶解平衡
MeS (s) ⇌ Me2+ + S2-
[Me2+] = Ksp/[S2-]
2. H2S的电离平衡
H2S ⇌ H+ + HS- K1 = 8.9×10-8
HS- ⇌ H+ + S2-
= 2.532×10-3 mol/L
15
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐
一、碳酸盐的沉淀－溶解平衡（以二价金属为例）
MeCO3 ⇌ Me2+ + CO32[Me2+] = Ksp/[CO32-] = Ksp/(CTα2)
H2CO3* ⇌ HCO3- + H+
环境化学第三章水
二节 气体在水中的溶解性
水的质量特征：
• 酸度和碱度
第一节 概述
• 盐度和氯度:1千克水中碳酸盐转变为氧化物、溴化物 和碘化物转变为氯化物、有机物完全氧化后所含固体 的总克数。
• 硬度 • 溶氧量：25℃时的饱和浓度
[O2 (aq)] = 2.6×10-3 mol/L = 8.32 mg/L
• 清度和色度
化合物直接与 pH值有关，实际涉及到水解和羟基配合物的平
衡过程，该过程往往复杂多变，这里用强电解质的最简单关 系式表述： Me(OH)n(s) → Men+ + nOH根据溶度积表达式 可导出金属离子浓度 等号两边取负对数： Ksp = [Men+][OH-]n [Men+] = Ksp/[OH-]n = Ksp[H+]n/Kwn -lg[Men+] =－lgKsp－nlg[H+] + nlgKw (3-21)
HS- → H+ + S2则总反应： H2S →2 H+ + S2-
K2= 1.3×10-15
K1,2=K1K2=1.16×10-22
三、溶解沉淀平衡
在饱和水溶液中，H2S浓度总是保持在0.1mol/L，则 [H+]2[S2-] = K1,2×[H2S] = 1.16×10-22×0.1 = 1.16×10-23 由于在水溶液中 H 2 S 的二级电离甚微，故可近似认为 [H+] = [HS-]，因此可求得溶液中[S2-]浓度：
三、溶解沉淀平衡
第二节 天然水中的平衡
溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径，一般金
属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡量。
溶解度小者，迁移能力小； 溶解度大者，迁移能力大。 在固—液平衡体系中，需用溶度积来表征溶解度。
《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3.
下，颗粒产生不同的速度而发生碰撞和絮凝。 此时絮凝速度为：
• 当水中同时存在异向和同向絮凝过程时，絮凝 速度为二者之和。即
当颗粒直径d＞1μ m时，异向聚凝可忽略；当d ＜ 1μ m时，异向絮凝占有重要地位，若d＝1μ m 而G ＝10s-1，则两种速度相等。
• (3)差速沉降絮凝：在重力作用下，沉降速度不
三、溶解和沉淀
• 溶解度、溶度积原则
• 平衡关系、反应速率
• 平衡关系可预测污染物溶解或沉淀作用的方向， 并可以计算平衡时溶解或沉淀的量。 • 实际中，用平衡计算所得结果与实际观测值相差 甚远。主要由于自然环境中非均相沉淀溶解过程 影响因素较为复杂。
1．氧化物和氢氧化物
• 氧化物可看作氢氧化物脱水而成。这类化合物 的溶解与pH值有关，涉及到水解和羟基配合物 的平衡过程。 强电解质简单关系式:
动电位的形成
• 双电层内层附着在固体颗 粒表面，外层位于液相中； 内外两层的界面在AB； AB为胶体粒子在溶液中 移动时的剪切面，胶粒表 面和AB面形成ξ
异体凝聚理论
• • 适用于处理物理本性不同，粒径不等，电
荷符号不同，电位高低不等的分散体系。
主要论点：
① 如果两个电荷相异的胶体微粒接近时，吸引力 总占优势；
溶度积：
可转化为：
• 根据上式，可绘制溶液中金属离子饱和浓度对数
值与pH值的关系图，直线斜率等于n，即金属离 子价。 • 直线横轴截距是-lg[Men+]＝0或[Men+]=1.0mol/L 时的pH值： pH＝14－1/n· pKsp
•
由对数浓度图可看出．
① 同价金属离子的各线均有相同的斜率，
2．胶体颗粒絮凝动力学
• 胶体颗粒通过扩散层压缩、表面电位降低、排斥
• 当水中同时存在异向和同向絮凝过程时，絮凝 速度为二者之和。即
当颗粒直径d＞1μ m时，异向聚凝可忽略；当d ＜ 1μ m时，异向絮凝占有重要地位，若d＝1μ m 而G ＝10s-1，则两种速度相等。
• (3)差速沉降絮凝：在重力作用下，沉降速度不
三、溶解和沉淀
• 溶解度、溶度积原则
• 平衡关系、反应速率
• 平衡关系可预测污染物溶解或沉淀作用的方向， 并可以计算平衡时溶解或沉淀的量。 • 实际中，用平衡计算所得结果与实际观测值相差 甚远。主要由于自然环境中非均相沉淀溶解过程 影响因素较为复杂。
1．氧化物和氢氧化物
• 氧化物可看作氢氧化物脱水而成。这类化合物 的溶解与pH值有关，涉及到水解和羟基配合物 的平衡过程。 强电解质简单关系式:
动电位的形成
• 双电层内层附着在固体颗 粒表面，外层位于液相中； 内外两层的界面在AB； AB为胶体粒子在溶液中 移动时的剪切面，胶粒表 面和AB面形成ξ
异体凝聚理论
• • 适用于处理物理本性不同，粒径不等，电
荷符号不同，电位高低不等的分散体系。
主要论点：
① 如果两个电荷相异的胶体微粒接近时，吸引力 总占优势；
溶度积：
可转化为：
• 根据上式，可绘制溶液中金属离子饱和浓度对数
值与pH值的关系图，直线斜率等于n，即金属离 子价。 • 直线横轴截距是-lg[Men+]＝0或[Men+]=1.0mol/L 时的pH值： pH＝14－1/n· pKsp
•
由对数浓度图可看出．
① 同价金属离子的各线均有相同的斜率，
2．胶体颗粒絮凝动力学
• 胶体颗粒通过扩散层压缩、表面电位降低、排斥
水环境化学
1.水温的垂直分布有明显的季节特点1）冬季的逆分层期2）春季的全同温期3）夏季的正分层期（停滞期）4）秋季的全同温期2.硬度硬度是指水中的二价及多价金属离子含量的总和。
3.水硬度单位的换算关系1mmol/L=2.804O H C=50.05mg/(CaCO3)4.天然水硬度的分类德国度（O H C）极软水0~4软水4~8中等软水8~16硬水16~30极硬水30以上5.养殖用水碱度的适宜量以1~3mmol/L较好。
除天然浓度较低者外，为了保护淡水生物，以CaCO3表示的碱度应不小于20mg/L。
四大家鱼养殖用水的碱度的危险指标值是10mmol/L。
6.海水主要离子组成的恒定性海水中的主要成分的含量比例几乎是恒定的，只是盐分含量总值不同。
原因：大洋海水通过潮汐、环流、垂直流及风浪长期不断的混合作用，是主要成分混合均匀，且因水体体积大，分钟欧诺个变化因素都很难明显改变各组分的比例关系。
7.影响气体在水中溶解度的因素1）温度：一般温度升高气体在水中的溶解度降低。
2）含盐量：当温度、压力一定时，水含盐量增加，会使气体在水中的溶解度降低。
3）气体分压力：在温度与含盐量一定时，气体在水中的溶解度随气体的分压增加而增加。
8.影响气体溶解速率的因素1）气体的不饱和程度2）水的单位体积表面积3）扰动状况9.日较差：溶解日变化中，最高值与最低值之差称为昼夜变化幅度，简称“日较差”。
日较差的大小可反映水体产氧与耗氧的相对强度.10.必需元素是直接参与生物的营养、其功能不能被别的元素替代、生物生命活动不可缺少的元素。
11.藻类对营养盐的吸收特点通常把天然水中的溶性氮、磷、硅的无机化合物称为水生植物营养盐。
12.天然水中氮的来源和转化1）氮化作用含氮有机物在微生物作用下分解释放氨态氮的过程。
2）同化作用水生植物通过吸收利用天然水中的NH+4(NH3)、NO-2、NO-3等合成自身的物质。
3）硝化作用在通气良好的天然水中，经硝化细菌的作用，氨可进一步被氧化为NO3。
第三章-水环境化学(第一次课)
次要离子：Fe2+、CO32－、HSiO3－、NO2－、 HPO42－、H2PO4－、PO43－
ii 表示方法
总含盐量(Total Dissolved Solids－TDS)，也称总矿化度： 水中所含各种溶解性矿物盐类的总量称为水的总含盐量。
总含盐量＝Σ阳离子+Σ阴离子
iii 测定
重量法
总含盐量＝溶解固形物
cT
[H
2 CO
* 3
](1
K1 [H
]
K1K 2 [H ]2
)
0
[H2CO*3
]
1
cT
(1
K1 [H ]
K1K 2 [H ]2
) 1
说明pH决定它们的 含量多少
1
[HCO
3
]
cT
[H ] (
K1
1
K2 [H
) ]
1
2
[CO32 ] cT
([H ]2 K1K 2
[H ] 1)1 K2
lg c2 H • ( 1 1 ) 15.59103 ( 1 1 ) c1 2.303R T1 T2 2.3038.314 298.15 273.15
c2 8.289 1.778 14.74mg / L
0 ℃时的含量14.74mg/L 20 ℃时为9.227mg/L
2．在一个标准大气压下，25℃时CO2在水中的溶解度。已知 CO2在干空气中的含量为0.0314%（体积）。
氧气的分压为
0.9813105 20.95% 0.2056105 Pa
[G(O2) ] KH PG 1.26108 0.2056105 2.590104 mol / L
[G(O2) ] 2.590104 32 8.289mg / L
ii 表示方法
总含盐量(Total Dissolved Solids－TDS)，也称总矿化度： 水中所含各种溶解性矿物盐类的总量称为水的总含盐量。
总含盐量＝Σ阳离子+Σ阴离子
iii 测定
重量法
总含盐量＝溶解固形物
cT
[H
2 CO
* 3
](1
K1 [H
]
K1K 2 [H ]2
)
0
[H2CO*3
]
1
cT
(1
K1 [H ]
K1K 2 [H ]2
) 1
说明pH决定它们的 含量多少
1
[HCO
3
]
cT
[H ] (
K1
1
K2 [H
) ]
1
2
[CO32 ] cT
([H ]2 K1K 2
[H ] 1)1 K2
lg c2 H • ( 1 1 ) 15.59103 ( 1 1 ) c1 2.303R T1 T2 2.3038.314 298.15 273.15
c2 8.289 1.778 14.74mg / L
0 ℃时的含量14.74mg/L 20 ℃时为9.227mg/L
2．在一个标准大气压下，25℃时CO2在水中的溶解度。已知 CO2在干空气中的含量为0.0314%（体积）。
氧气的分压为
0.9813105 20.95% 0.2056105 Pa
[G(O2) ] KH PG 1.26108 0.2056105 2.590104 mol / L
[G(O2) ] 2.590104 32 8.289mg / L
第三章水环境化学
总含盐量(TDS)：
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)
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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K1=[HCO3-][H+] / [H2CO3 *] ； K2=[CO32-][H+] / [HCO3-]
在封闭体系中用a0 a1 a2分别代表上述三种 化合态在总量中所占比例，则：
若用CT表示各种碳酸化合态的总量,在封闭体系中 ，CT恒定 0 =[H2CO3*]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ 1 =[HCO3-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ 2 =[CO32-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝ 则有[H2CO3*]=CTa0，[HCO3-]=CTa1和[CO32-]=CTa2
pCO2 =(1.0130-0.03167)×105×3.14×10-4 = 30.8 (Pa) [CO2(aq)] = KH · pCO2 = 3.34×10-7×30.8 = 1.028×10-5 mol· L-1 CO2在水中解离部分可产生等浓度的H+和HCO3- ， H+和 HCO3-的浓度可已从CO2的酸度解离常数K计算出
第三章
水环境化学
数量特点: 总量大、人均少 空间分布:南多北少、东多西少；北方、西 北干旱地区严重缺水； 时间分配:夏秋多、冬春少；年际变化大
世界上可供人类利用的水资源仅 占地球水资源的0.64%但是人类 各种水体所占比例： 活动还使大量污染物排入水体， 造成水体污染，水质下降，因此 96.53 % 水资源的保护非常重要。
(1)、天然水中的主要离子有 Ca2+、Mg2+、Na+、K+、 Cl-、SO42-、HCO3CO32-为天然水中常见八大离子，占天然水中离子 总量的95%--99%。
优势离子 海水 淡水 Na+ >Mg2+ >Ca2+ ； Cl- >SO42- >HCO3Ca2+ >Mg2+ >Na+； HCO3- >SO42- > Cl海水 淡水 有机质 <2mg/L >2mg/L
水资源状况
0.94%
2.53%
1.74%
0.76%
永冻土底冰 湖泊淡水 土壤水
0.03%
海洋水 湖泊咸水和地下咸水 淡水 冰川 地下淡水 其他淡水
大气水 沼泽水 河水 生物水
合理利用和保护水资源
水循环
1：构成水循环的主要过程： 蒸发、蒸腾、凝结、降水、渗透、径流 2：水循环的驱动力： 水汽输送 太阳能
B、酸度（Acidity)：指水中能与强碱发生中和作用的
全 部物质，亦即放出 H+ 或经过水解能产生 H+ 的物质 总量。 酸度的主要形态为： H+ 、 H2CO3*、 HCO3-
组成水中酸度的物质可归纳为三类：
强酸：盐酸、硫酸硝酸等
弱酸：二氧化碳及碳酸、硫化氢、蛋白质及各种有
机酸等
强酸弱碱盐：FeCl3、Al2（SO）4
即得：
α0=(1+K1/[H+]+ K1K2/[H+]2)-1 α1=(1+ [H+]/ K1+K2/ [H+] )-1 α2=(1+ [H+]2/ K1K2+ [H+]/ K2 )-1
a%
100 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12 14
pH
CO2 + H2CO3
HCO3-
天然水的分布
储存地 海 洋 冰 地下水 湖 泊 存水量(kg) 1.391021 2.921019 8.301018 2.301017 6.2 水的停留时间(year) 37600 15000
大 气
江 河
1.301016
1.251015
0.028
0.0337(=12天)
天然水的储量约为1428 1018 千克，江河水约占千万分之 九，储量最小，海洋水占97.3%。
当温度从0 ℃升到35 ℃时，氧在水中的溶解度将从 14.74mg/L降低到7.03mg/L。
CO2 的溶解度（P150）
CO2在干燥空气中的含量为 0.0314% ，水 在25℃时的蒸汽压为0.03167×105 Pa，CO2的 亨利定律常数为3.34×10-7 mol/L.Pa。则CO2 在水中的浓度为：
pK1
pK2
H2CO3
H+
cT
H2CO3＊ HCO3P
CO32-
OH-
真实H2CO3 pH 开放体系的碳酸平衡
• 比较开放体系和封闭体系的区别。 封闭体系
CT不变； 但是[H2CO3*]、 [HCO3-]、 [CO32-]随着pH的改变 而改变，
开放体系
[H2CO3*] 不变； 但是CT、[HCO3-]、 [CO32-]随着pH的改变 而改变，
天然水中溶解的气体有氧气、二氧化碳、氮气、甲 烷等。 亨利定律：X(g) X(aq) 表示：大气中的气体分子与溶液中的同种分子
间的平衡 气体在大气和水之间的分配达到平衡时，符合： [G(aq)]=KH×pG KH –各种气体在一定温度下的henry定律常数
pG--各种气体的分压
P149 列出了一些气体的亨利定律常数。
水中可溶性金属离子可以可以多种形式存在。 例如：Fe3+可以Fe(HO)2+、 Fe(HO)2+ Fe2(HO)24+和Fe3+等形式存在。
（3）、气体在水中的溶解性
溶解在水中的气体对于水中生物生存 非常重要，例如鱼类在水体中生活时，要从 周围水中摄取溶解氧，经体内呼吸作用后， 又向水中放出二氧化碳。 在污染水体中许多鱼的死亡，不是由于 污染物的直接毒性致死，而是由于在污染物 的生物降解过程中大量消耗水体中的溶解氧， 导致它们无法生存。
二、水中污染物的分布和存在状态
水体污染：主要是由于人类活动排放的污染物 进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，使水 和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成 发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种 现象称为水体污染
一种气体在液体中的溶解度正比于液 体所接触的该种气体的分压。
氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含
盐量有关。在1.0130×105Pa、25℃饱和水中溶解度为 8.32mg/L。
水在25℃时的蒸气压为0.03167×105Pa。而空气中氧的含量 为20.95%，氧的分压为： pO2=(1.10310 – 0.03167) ×105×0.2095 = 0.2065×105（Pa） 代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为： [O2(aq)]=KH · pO2=1.26×10-8×0.02065×105=2.6×10-4(mol/l) 氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32mg/L(2.64×10-4×32×10-3)
CO32-
碳酸化合态分布图
• 一般封闭体系的pH范围为4.3---10.8， •水样中含强酸时， pH<4.3,此时水样一 般仅有[H2CO3*] •水样中含有强碱时， pH>10.8,此时水样 中一般仅有[CO32-]； •图中pH=8.3可以作为一个分界点， •pH<8.3，a2很小[CO32-]可忽略不计，水 中只有[CO2(aq)]、 [H2CO3]、[HCO3-]; •当溶液的pH>8.3时[H2CO3*]可以忽略不计， 水中只存在[HCO3-] [CO32-]。
开放体系
封闭体系没有考虑溶解性CO2与大气交换 过程，实际上，根据气体交换动力学，CO2在 气液界面的平衡时间需数日。因此若需考虑 的溶液反应在数小时之内完成，就看成封闭 体系。反之，如果所研究的过程是长期的， 例如一年期间的水质组成，则认为CO2与水是 处于平衡状态，可以更近似于真实情况。
pK
（4）、水生生物
水生生物可直接影响许多物质的浓度,其作用有代谢、 摄取、存储和释放等。水生生态系统中生存的生 物体可分为自养生物和异养生物 自养生物：利用太阳能量和化学能量，把无机物 引入 复杂生命分子中组成生命体(藻类)。 异养生物：利用自养生物产生的有机物作为能源 及合成自身生命的原始物质。 藻类生成和分解是水体中进行光合作用（P）和 呼吸作用（R）的一典型过程，可用简单化学计 量关系来表征： 106CO2 + 16NO3-+ HPO42-+122H2O +18H+（+痕量 元素和能量） R P C106H263O110N16P + 138O2
氧气溶解度随着温度的变化：
Lg(C2/C1) = △H / (2.303R) ( 1/T1 - 1/T2 )
C2 H 1 1 lg ( ) C1 2.303R T1 T2 C1 , C2 热力学温度为T1 , T2时气体在水中的溶解度 ； H 溶解热，J/mol R 气体常数,8.314J/mol K
HCO3--CO32-体系可用下面的反应和平衡常数表示：
封闭体系的碳酸平衡 根据碳酸平衡的一般反应方程，假如将水中 溶解的H2CO3*作为不会发的酸，由此构成了封 闭体系，在海底深处，地下水（一些封闭的岩 溶洞）、锅炉水和实验实水样中可能遇见这样 的体系。
溶解性CO2 与大气没有交换
封闭体系(溶解性CO2 与大气没有交换) CO2 + H2O H2CO3* HCO3H2CO3* HCO3- + H+ CO32- + H+ pK0=1.46 pK1=6.35 pK2=10.33
10%
地表蒸发
降水
蒸发
地表径流 地下径流
降水 90%
第一节 水的基本特征及污染物存在 形态
一、天然水的基本特征
水分子特性
（1）高熔点(melting point)和高沸点(boiling point)