§1天然水的组成和性质
对于开放体系： CO2 在气相和液相处于平衡状态，各种碳酸盐化合态的 平衡浓度可表示为pCO2和pH的函数。 [CO2(aq)] = KH ·pCO2 CT = [CO2] / α0 = KH ·pCO2 /α0 [HCO3-] = (α1/α0) KH ·pCO2 = K1 ·KH ·pCO2 / [H+] [CO32-] = (α2 / α0 ) KH ·pCO2 = K1 ·K2 · KH ·pCO2 / [H+]2 lg [CO2]= Log[1. 028×10－5]= -4.988 lg [HCO3-]= -11.338 + pH lg [CO32- ]= -21.668 + 2 pH
[CO2(aq) ]= KH PCO2 = 3.34×10-7 ×(1.0130－0.03167)×105 × 3.14×10-4 = 3.34×10-7 ×30.8 = 1.028×10-5 (mol/L)
四、天然水体的碳酸平衡
天然水体中存在着游离碳酸H2CO3、游离CO2、（CO2 和H2CO3常合并为H2CO3＊）重碳酸盐碳酸HCO3-、碳酸盐 碳酸CO32-。
我国水资源（径流量）27000亿吨，占世界第六 位，次于巴西、苏联、加拿大、美国和印尼，而人 均水量只占世界人均水量的四分之一，且总用水量 在不断增长。 水质问题也同等重要，我国废水排放量每年为 365亿吨，其中工业废水占75％，生活污水占25％。 由于水污染严重，水体质量严重下降，对人类及生 物的生存，对工业、农业的发展带来严重的影响。
1 2
1 2
在封闭体系中，各形体的分布系数只是氢离子浓度的函数， 与总浓度无关。
2 开放体系
此时考虑CO2在气相和液相之间的平衡:
[CO ] K P 2(aq ) H CO 2
CT
CO 2
0
3
1
0
K H PCO 2
[CO 2(aq) ] = K H PCO 2
CO2 + HCO3
HCO3-
CO32-
碳酸化合态分布图
1 封闭体系
在封闭体系中不考虑溶解性CO2与大气交换过程， CT 保持不变。
＝ 0 H CO
2 3
＝ 1 HCO ＝ 2 CO
3
3
CO KK CO H KH KK HCO HCO
Chap.3 水环境化学
§1 天然水的组成和性质
水环境化学是研究化学物质在天然水体中的存在形 态、反应机理、迁移转化、归宿的规律与化学行为及其 对生态环境的影响。
水是人类生活和经济发展不可替代的重要自然资源， 从地球表面看，水覆盖面积为3.8×108km2，占地球总表 面的70％，总量约有13.4亿km3水。其中咸水占97.3%， 淡水占2.7%（冰川2.1%,地下水0.6%,河湖<0.0001%）
3 气体在水中的溶解
G (aq) = KH PG KH ----各种气体在一定温度下的亨利系数； PG ----- 各种气体的分压。 在计算气体的溶解度时，需要对水蒸气的分压 加以校正。
(1) O2在水中的溶解度
在25℃：水的蒸汽压为0.03167×105 Pa、 O2的KH = 1.26×10-8 mol/L· Pa 干空气中O2的含量为20.95%。 [O2(aq) ]= KH PO2 = 1.26×10-8 ×(1.0130－0.03167)×105 ×0.2095 = 1.26×10-8 ×0.2056×105 = 2.6×10-4 (mol/L) c = 2.6×10-4 ×32×103 = 8.32 (mg/L)
一些国家人均、和亩均径流水量
97、98年全国工业污染物和生活污染物排放情况（×104 / t）
年份 工业废水排放量 1997 2267174 1998 2004660
废水中COD排放量
生活污水排放量 污水中COD排放量 工业SO2排放量 生活中SO2排放量 工业烟尘排放量 工业粉尘排放量
1073
C H 1 1 2 lg ( ) C 2 . 303 RT 1 1 T 2
C 12000 1 1 2 lg ( ) 8 . 32 2 . 303 8 . 314 298 288
C2 = 8.32 ×1.183 = 9.84 (mg/L)
(2) CO2 的溶解度
在25℃：水的蒸汽压为0.03167×105 Pa、 CO2的KH = 3.34×10-7 mol/L· Pa 干空气中CO2的含量为0.0314%。
1890896 684 1852 494 1565 1505
806
1947776 693 1593 497 1175 1322
生活烟尘排放量
工业固体废物排放量 城市垃圾
308
18412 11772
277
7048 12830
一、水循环
天然水体有五部分构成：海水、水蒸汽、固体水、 地表水和地下水。大部分水形成了海洋，一部分为 水蒸汽、云存在于空气中，一部分以冰、积雪之类 以固体形式存在，地表水形成了湖泊、河流、水库。
S‰=0.03+1.805Cl‰
S‰=1.806 Cl ‰
3) 海洋污染问题
海洋是一个巨大的开放系统，它时刻与外界系 统发生物质和能量的交换，每年有3.3～3.8×1013 m3 的水由河流进入海洋，携带溶解盐类约38.5亿吨， 悬浮物约32.5亿吨。
海洋和大气、海洋和海底也都进行着物质和能 量的交换，有关海洋污染的几个重要方面： a 河流携带的工农业废水和废物。 b 生活污水及营养元素，引起赤潮。 c 海岸边的核电站的核、热污染。 d 船只造成的油污染，塑料制品污染。 e 旅游造成的海滨污染。
三、 天然水的组成 1 天然水中的主要离子
天然水中含量最多的8种离子是：Cl-、Na+、 Mg2+、SO42-、Ca2+、K+、HCO3-、CO32-，其含量 占水中离子总量的95～99％,水中这些主要离子 的 分类，常作为表征水体主要化学特征性指标。 如： Mg2+、Ca2+可表示硬度； HCO3-、CO32-，OH-可表示碱度；
2 河流
大气降水及来自地下的水向低洼处汇集，并 在重力作用下沿泄水的长条形凹槽流动且终年有 水者称为河流。常年性流水和河床是形成河流的 基本条件。
河流是敞开的流动水体，水量较海洋小得多， 水质变动幅度很大，因地区、气候条件而异，受 生物和人类社会活动影响最大。 许多工业城市都是靠着河流建造与发展起来 的，生活、生产用水以及生活污水和工业废水都 以河流作为吞吐对象，现在几乎所有的河流都受 到不同程度的污染。
HCO
1 0
K H PCO 2
2
K1 K H PCO 2 H K H PCO 2
பைடு நூலகம்
CO
2 3
2 0
K H PCO 2
H
K1K 2
对于开放体系而言，［CO2 ]总与大气保持相平衡的数据， CT、［HCO32- ]、[ CO32- ]均随pH而变化。
4 降水
当云中水蒸汽迅速发生凝结的时候，就发生 降水，主要是雨和雪，降水相对说来是比较洁净 的水体。由于大气污染以及当地地理及气象条件 对水质有较大的影响。
5 地下水
地球表面的淡水，大部分是贮存在地面之下 的地下水，地下水是极其宝贵的淡水资源。
地下水的主要来源是大气降水，严格说处于饱和 层的水体才是地下水。 降水至地面后，在与土壤岩石物质及细菌等长 久接触的天然过程中，发生了过滤、吸附、生物化 学等作用，使降水水质发生很大变化。
1) 化学组成
a: 主要离子
指浓度大于1mmol/L的元素Cl-、Na+、Mg2+、SO42-、 Ca2+、K+、HCO3-+CO32-，占溶质总量的95-99%，除HCO3+CO32-变动稍大外，其余主要离子占总盐量的百分比基本稳 定，这一规律称为海水常量元素的恒比关系。
b: 少量元素
指浓度在1mol/L~1mmol/L 之间的元素， N、P、Si、 Fe、Mn、Cu等。
人类使用的水主要是地表淡水和地下水，亦有 小部分淡水是由海水淡化制得的。我国城市都缺水， 大城市更严重。农村用水得不到保证，工业用水循 环利用率约占20％，农业用水利用率只占30％，原 因在于大多采用土渠输水和漫灌，如果采用管道和 喷灌，利用率可达90％。
由于植被减少，水土流失严重，水体中Ｎ、Ｐ等 营养元素大增，造成水体的富营养化，致使藻类大 量繁殖、臭味难闻，藻类腐烂分解，使水体中溶解 氧含量降至很低，水质恶化，鱼类难以生存。 水体富营养化：在人类活动影响下，N、P等营 养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引 起藻类及其它生物死亡的现象。（N > 0.2-0.3mg/L、 P > 0.01-0.02 mg/L、BOD>10mg/L、叶绿素a > 10mg/L表征藻类数量） 海洋富营养化是形成赤潮的基本原因，形成赤 潮的生物：腰鞭毛虫、褥甲藻藻等60多种，部分赤 潮生物体内及代谢产物含有生物毒素，引起鱼、贝 类中毒病变或死亡。
2 3 2 3 3 2 3 1 2 2 1
H CO H KH KK HCO HCO HCO K H CO H KH KK HCO HCO
H CO 2 3
3 3 3 2 2 3 2 3 2 1 2 3 2 3 1 2 1 1 2
c: 微量元素
指含量浓度小于1mol/L的元素，由于海水体积大，微 量元素的总量还是相当可观的。
2)盐度和氯度
盐度：是指在1kg海水中，碳酸盐全部转化为 氧化物，溴、碘化合物全部转化为氯化物，以及有机 物被完全氧化后所含固体物质的总克数。单位 g/kg海 水，常用S‰表示。
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§1 天然水的组成和性质课件
降水至地面后，在与土壤岩石物质及细菌等长 久接触的天然过程中，发生了过滤、吸附、生物化 学等作用，使降水水质发生很大变化。
地下水质的特点：
a 悬浮颗粒很少，水体清澈透明。 b 盐分高、硬度大，无菌、有机物较多。 c 不与空气接触，水体呈还原态，Fe2+、Mn2+ 等以低价态存在。 d 水温基本不受气温影响。
3 湖泊
由地面大小形状不同的洼地积水而成湖泊。 其必须的条件是具有一个周围高、中间低的能蓄 水的湖盆，以及长期有水蓄积。
湖水水流缓慢，蒸发量大，蒸发掉的水靠河 流及地下水补偿。
湖泊的污染主要是N、P等元素引起的富营养 化问题，极端的富营养化会使湖泊演化为沼泽甚 至干地。
富 营 养 化 作 用 引 起 的 湖 泊 生 态 系 统 的 变 化
1
HCO 3
H 2CO3
H CO3 HCO3
CO32
K1 H H 2 K1 H
K1K2
2＝CO3
H 2CO3
CO32 HCO3
CO32
K1 K 2 H 2 K1 H
K1K2
在封闭体系中，各形体的分布系数只是氢离子浓度的函数 ，与总浓度无关。
2 开放体系
c: 微量元素
指含量浓度小于1mol/L的元素，由于海水体积大，微 量元素的总量还是相当可观的。
2)盐度和氯度
盐度：是指在1kg海水中，碳酸盐全部转化为 氧化物，溴、碘化合物全部转化为氯化物，以及有机 物被完全氧化后所含固体物质的总克数。单位 g/kg海 水，常用S‰表示。
氯度：是指在1kg海水中，溴和碘由等当量的 氯置换后所含氯的总克数。单位g/kg海水，常用Cl‰( 注意为千分数)表示。
人类使用的水主要是地表淡水和地下水，亦有 小部分淡水是由海水淡化制得的。我国城市都缺水 ，大城市更严重。农村用水得不到保证，工业用水 循环利用率约占20％，农业用水利用率只占30％， 原因在于大多采用土渠输水和漫灌，如果采用管道 和喷灌，利用率可达90％。
地下水质的特点：
a 悬浮颗粒很少，水体清澈透明。 b 盐分高、硬度大，无菌、有机物较多。 c 不与空气接触，水体呈还原态，Fe2+、Mn2+ 等以低价态存在。 d 水温基本不受气温影响。
3 湖泊
由地面大小形状不同的洼地积水而成湖泊。 其必须的条件是具有一个周围高、中间低的能蓄 水的湖盆，以及长期有水蓄积。
湖水水流缓慢，蒸发量大，蒸发掉的水靠河 流及地下水补偿。
湖泊的污染主要是N、P等元素引起的富营养 化问题，极端的富营养化会使湖泊演化为沼泽甚 至干地。
富 营 养 化 作 用 引 起 的 湖 泊 生 态 系 统 的 变 化
1
HCO 3
H 2CO3
H CO3 HCO3
CO32
K1 H H 2 K1 H
K1K2
2＝CO3
H 2CO3
CO32 HCO3
CO32
K1 K 2 H 2 K1 H
K1K2
在封闭体系中，各形体的分布系数只是氢离子浓度的函数 ，与总浓度无关。
2 开放体系
c: 微量元素
指含量浓度小于1mol/L的元素，由于海水体积大，微 量元素的总量还是相当可观的。
2)盐度和氯度
盐度：是指在1kg海水中，碳酸盐全部转化为 氧化物，溴、碘化合物全部转化为氯化物，以及有机 物被完全氧化后所含固体物质的总克数。单位 g/kg海 水，常用S‰表示。
氯度：是指在1kg海水中，溴和碘由等当量的 氯置换后所含氯的总克数。单位g/kg海水，常用Cl‰( 注意为千分数)表示。
人类使用的水主要是地表淡水和地下水，亦有 小部分淡水是由海水淡化制得的。我国城市都缺水 ，大城市更严重。农村用水得不到保证，工业用水 循环利用率约占20％，农业用水利用率只占30％， 原因在于大多采用土渠输水和漫灌，如果采用管道 和喷灌，利用率可达90％。
天然水的性质和组成b
K1 K1 K 2 -1 + ) + [ H ] [ H + ]2
K 2 -1 [H + ] + ) K1 [H + ]
[ H + ]2 [ H + ] -1 + ) K1 K 2 K2
以上的讨论没有考虑溶解性 CO2 与大气交换过程，因而属于封闭的水溶 液体系的情况。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
(2-25) (2-26) (2-27)
CO2 酸度=[ H + ] + [ H 2CO3∗ ]-[ CO32− ]-[ OH − ]
无机酸度=[ H + ] -[ HCO3− ]-2[ CO32− ]-[ OH − ]
如果用总碳酸量(CT)和相应的分布系数( α )来表示，则有： 总碱度= CT (α1 + 2α 2 ) + KW /[ H + ] − [ H + ]
代入 K2 的表示式计算[ CO32− ]：
[ CO32− ]= K 2 [HCO3− ] /[H + ] = 4.69 ×10−11 × 1.00 × 10−3 /1.00 ×10−8 = 4.69 ×10−6 mol/L
若水体的 pH 为 10.0， 碱度仍为 1.00 ×10−3 mol/L 时， 如何求上述各形态物质的 浓度？在这种情况下，对碱度的贡献是由 CO32− 及 OH − 同时提供，总碱度可表示 如下： 碱度=[ HCO3− ]+2[ CO32− ]+[ OH − ] 再以[ OH − ]=1.00× 10−4 mol / L 代入 K2 表示式，就得出
[ HCO3− ]= 4.64 ×10−4 mol / L 及[ CO32− ]= 2.18 ×10−4 mol / L 。可以看出，对总碱度的贡
理化性质第一章
（ mS`cm-1）
{ } ST mg⋅L-1 = f ×κ 25 ×1000
f 为换算系数，具体取值随电导
率而变：
κ25/ f
＜2 2～3 0.64 0.71
雷p.34
3～5 0.75
5～6 0.83
6～7 0.90
＞7 0.96
• 2.海水的电导率与盐度的关系*
S ‰ = −0.08996 + 28.29720 R15
雷p.22
随盐度的变化图
tzm
tf
tf = t最密 = -1.35 ℃ S = 24.95
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思考题
• 1，海水和淡水水体的流转混合作用有什么
不同？北方越冬池水温的分布有何特点？
• 2，盐度对密度的影响、温度对密度的影响
有何规律？
• 3，海水室外越冬池如何才能保持较高的水
温以利于安全越冬？
• 所以： 在科研和生产中，盐度是最基本的一个
指标，不可忽略。
归纳
• 盐度有几种测定方法？ • 养殖生产中常用哪种？
第三次课 第一章 天然水的主要理化性质
§1-1 天然水的盐度、密度和化学分类
• 一、天然水质系的一般构成
• 二、含盐量 • 三、密度 • 四、化学分类
回答问题
• 1、天然水含盐量有几种测定方法？ • 2、离子总量有几种单位？
一、水的流转混合作用
• 风力涡动混合作用 • 密度引起的对流混合作用
水的风力涡动 混合作用 示意图
密度引起的 对流混合作用 示意图
界线：密度最 大时的温度
●升温和降温引起密度 流的温度界限怎样划 分？与水的盐度有何关 系？
●盐度≥25的海水池塘 升温时有没有密度流？ 降温时密度流可以进行 到什么时候？
天然水的主要理化性质
图1－8分层：表面结冰；水温随深度增加而缓慢升高。 春季全同温：表层水温升高，密度流使上下水对流交换。 夏季正分层：两层（高温表层和低温下层）中间夹有一温 度随深度增加而迅速降低的水层（温跃层）。 秋季全同温：气温低于水温，表层水温下降，密度增大， 发生密度环流；加上风力的混合作用，温跃 层消失。
与水生生物关系 与养鱼生产的关系 与渔汛的关系
1. 与水生生物关系
水生生物有一定的适应盐幅
水中一定的含盐量是保持生物体液一定渗透压的需要，超 过了生物渗透压调节的能力，生物就会“渴死”或“胀死”。
同一生物不同生长阶段耐盐能力不同 耐盐限度不同; 几种淡水鱼的耐盐能力次序为：草鱼>团头鲂>鲢 在适宜的盐度范围内，频繁的盐度波动对生长有 影响（盐度实验时要注意）
二、天然水的透光性
光线在水中的反射、吸收与折射
(一)水面对太阳辐射的反射
入射角、反射角、 太阳高度角，反射率 水面对大气散射 辐射的反射率，大约 在5%-10%
（二）水对太阳光的吸收特点:
1.有一定的选择性
2.随水体深度增大能量 衰减快 73%到水面1cm处 36%到1m处 1.4%到100m处 光抑制区 光适宜区 光限制区
第一节 水的特性
1. 水分子的结构
H 104.40 H 在水分子的结构中，两个氢原子核排列成以氧原子核为顶的等腰三角形。从而 使氧的一端带负电荷，氢的一核带正电荷，因此水分子是一个极性很强的分子， 即氧的一端为负极，氢一的端为正极。由于水分子在正极一方有两个裸露的氢 核，在负极一方有氧的两对孤对电子，这样就使每一个水分子都可以把自己的 两个氢核交出与其他两个水分子共有，而同时氧的两对孤对电子又可以接受第 三个、第四个氢核，使这五个水分子之间形成四个氢键，其中每一个外围分子 又再与另外的分子继续生成氢键。这种现象称为水分子的缔合现象。所以水是 单个分子H2O和（H2O）n的混合物，（H2O）n称为水分子的集聚体或聚合物。
天然水的主要理化性质 工程类课件
依数性 ● 透光性 ● 离子强度活度导电性 ● 水的流转混合作用 ● 水体的温度分布
天然水的盐度
• 定义: 总含盐量:天然水体中含有可溶性的以无机盐为主的物质的总量. 单位:淡水mmol.L-1; mg. L-1
海水mmol. L-1 mg. L-1
符号:∑S
风力的涡动混合作用
影响涡动混合作用的因素: 1.一般风力越大,涡动作用越强烈 2.水面开阔,深度浅的水体,较易混合彻底. 3.上下水层水温的差异(密度差)
水温同样是相差1℃,在低温段引起的密度差比高温段的密度差要小得多.如25℃的是4℃的31.5-32.6倍.
水的流转混合作用(密度流)
• 由<4℃向4℃升温(春) 密度增大,形成密度环流,水体全同温
人为机械搅动作用
主要集中在池塘养殖水体: 如增氧机械
水体的温度分布
• 水平分布 • 垂直分布
水平分布
• 开阔水面: 差异不大,但浅水区和深水区有差异:升温季节,浅水区水温高;降温季节,浅水区水温底.
• 养殖池水面: 受风力影响,上下风处水温明显不同.晴天下风口表层水温高于上风口.
水温垂直分布
一温度随深度增加而迅速降低的水层即为温跃层.
•温跃层形成的弊端: 水体不易发生上下水层混合作用,氧
气和营养盐不易发生上下传递.水体底 部易长期出现缺氧现象. •解决措施: 打破温跃层:风力作用;人为机械作用.
秋季的全同温期
温度高于4℃,表层水温下降,密度减小发生密度环流,再加上风力使水体发生混合作用.直致水体全同温 (4℃). 温度继续降温,表层水密度降低,不发生混合作用,降温只发生在水体表层,直致结冰.
• 淡水: 底层水温与地区,月份,越冬池的保温条件. 寒潮北风使水体水迅速降温,水体底层水温极低如0.5℃.当封冰后底层水温回温至2-3℃,但水层不厚.
天然水的盐度
• 定义: 总含盐量:天然水体中含有可溶性的以无机盐为主的物质的总量. 单位:淡水mmol.L-1; mg. L-1
海水mmol. L-1 mg. L-1
符号:∑S
风力的涡动混合作用
影响涡动混合作用的因素: 1.一般风力越大,涡动作用越强烈 2.水面开阔,深度浅的水体,较易混合彻底. 3.上下水层水温的差异(密度差)
水温同样是相差1℃,在低温段引起的密度差比高温段的密度差要小得多.如25℃的是4℃的31.5-32.6倍.
水的流转混合作用(密度流)
• 由<4℃向4℃升温(春) 密度增大,形成密度环流,水体全同温
人为机械搅动作用
主要集中在池塘养殖水体: 如增氧机械
水体的温度分布
• 水平分布 • 垂直分布
水平分布
• 开阔水面: 差异不大,但浅水区和深水区有差异:升温季节,浅水区水温高;降温季节,浅水区水温底.
• 养殖池水面: 受风力影响,上下风处水温明显不同.晴天下风口表层水温高于上风口.
水温垂直分布
一温度随深度增加而迅速降低的水层即为温跃层.
•温跃层形成的弊端: 水体不易发生上下水层混合作用,氧
气和营养盐不易发生上下传递.水体底 部易长期出现缺氧现象. •解决措施: 打破温跃层:风力作用;人为机械作用.
秋季的全同温期
温度高于4℃,表层水温下降,密度减小发生密度环流,再加上风力使水体发生混合作用.直致水体全同温 (4℃). 温度继续降温,表层水密度降低,不发生混合作用,降温只发生在水体表层,直致结冰.
• 淡水: 底层水温与地区,月份,越冬池的保温条件. 寒潮北风使水体水迅速降温,水体底层水温极低如0.5℃.当封冰后底层水温回温至2-3℃,但水层不厚.
天然水的基本特征及污染物的存在形态
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水的基本特征 1、天然水的组成 2、天然水的性质
二、水中污染物的分布和存在形态 1、有机污染物 2、金属污染物
三、水中营养元素及水体富营养化 1、水中营养元素 2、水体富营养化
（1）有机污染物 (Organic Pollutant)
二、水中污染物的分布和存在状态
1. 天然水的组成
(3) 气体在水中的溶解性 大气中的气体与溶液中同种气体间的平 衡为：
KH 是亨利定律常数 (mol/L·Pa);
[G(aq)] = KH×pG
注意：
1.计算气体的溶解度时，需要对水蒸气的分压加以校正。 2.亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应。溶解于水中的实际气体的量，可以大大高于 亨利定律表示的量。
以上属封闭的水溶液体系的情况； 没有考虑大气交换过程。
1
(1
[H K1
]
K2 [H
) 1 ]
2
(1
[H ]2 K1K2
[H ]) 1 K2
100
CT = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]
80 CO2+H2CO3
60
α 40
20
HCO3-
0
2
4
6
8
10
12
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
[H2CO3*] 不变； 但是CT、[HCO3-]、 [CO32-]随着pH的改变
而改变，
封闭体系是计算短时间溶液组成的一种方 法。
开放体系是实际存在的。
2. 天然水的性质 2.2 天然水中酸度和碱度
碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受H+的物质总量。包括 ① 强碱；②弱 碱；③ 强碱弱酸盐。
水环境化学 第二章 天然水的组成和性质
自然界的水实际上是 HO16H HO18H HO17H HO16D HO18D HO17D DO16D DO18D DO17D
9 种水的混合物。
其中， HO16H是常说的普通水分子，含量为
99.745%(摩尔分数），HDO半重水，D2O重水 (0.005%)。
• 由不同的同位素组成的分子之间存在相对质 • 量差。这种质量差异所引起的该分子在物理
和化学性质上的差异，称为同位素效应。
• 例如D2O的蒸发热、沸点、表面张力、密度等都比 H2O高。
• ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位素效应 •
• 同位素分馏
• 同位素分馏是指在一系统中，某元素的同位素 以不同的比值分配到两种物质或物相中的现象。
一般认为，蒸发作用是促成水的同位素分馏 的主要过程。 • • 由于重水的蒸汽压比普通水的蒸汽压略低，所以 在蒸发区（如大洋水）重水的成分稍高。 • 由水蒸汽凝结生成的雨水中重水的成分较低。 • 南极的冰是地球上最轻的水。
例如，我国学者在研究北京地区地下热水 时发现，北京城区东南部地下热水中
氘同位素的浓度（δD）值（以海水为 基准所
作的比较）为-6.33‰ ～ -7.78‰ ，与
城区雨水（ -6.33‰ ～ -7.48‰ ）、
河水（ -6.90‰ ～ -7.48‰ ）及
浅层地下水（ -6.90‰ ～ -7.48‰ ）中的氘同 位素的浓度（δD）值非常接近。因此该学 者认为，北京东南部地下热水由大气降水所 补给。
• •5）除极少数液体和固体（如液氨、液氢）外， 水的比热容比任何其他液体和固体都高。
比热容(specific heat capacity)又称比热容量(specific heat)， 简称比热容，是单位质量物质的热容量，即是单位质量物体改 变单位温度时吸收或释放的热能。
第一章--天然水的主要理化性质PPT
S = 1.80655 Cl
12
●1978年实用盐度（S）定义
（S=2～42适用）
K153.2 4S,13,5,5 016 ,50
质量分数为32.4356×10-3的标准氯化钾溶液
标准海水：盐度为35.000
13
S 0.00800.1692R11/52
25.3851R1514.0941R135/2
对于纯溶液：
蒸气压下降 Δp=K×b 冰点下降 Δtf=Kf×b 渗透压增大 Π=(n/V)RT=cRT
39
海水
冰点与盐度关系
{Tf}℃=-0.0137-0.05199S - 7.225×10-5S2
tf为冰点， S为实用盐度
最大密度的温度与 冰点相同时的盐度
t=-1.35℃，S=24.95
S<24.95，tzm>tf S>24.95，tzm<tf
附录10
t，ρt（密度计）
海水盐度
32
思考与讨论： 为什么海水结冰比淡水难？
33
三、天然水的化学分类法
1. 含盐量分类 2. 主要离子成分的分类
34
2. 按主要离子成分的分类 ——阿列金分类法
据含量最多的阴离子分类：
碳酸盐类（C）、硫酸盐类（S）、氯化物类（Cl）
16
●海水: 离子总量ST与盐度S‰、实用盐度S的关系
绝对盐度: 每公斤海水中溶解盐分总量，以g/kg或10-3 为单位
海水盐度与氯度
S ‰ = 0.030 + 1.8050 Cl‰
17
其他
与含盐量有密切关系的水质参数还有许多，比 如海水的折光率、海水的密度等都与海水含盐量有 密切关系，因而市场上设计生产了海水光学盐度计， 海水密度计（比重计）等，用它们间接反应天然水 盐度的状况，只是准确度较差。
12
●1978年实用盐度（S）定义
（S=2～42适用）
K153.2 4S,13,5,5 016 ,50
质量分数为32.4356×10-3的标准氯化钾溶液
标准海水：盐度为35.000
13
S 0.00800.1692R11/52
25.3851R1514.0941R135/2
对于纯溶液：
蒸气压下降 Δp=K×b 冰点下降 Δtf=Kf×b 渗透压增大 Π=(n/V)RT=cRT
39
海水
冰点与盐度关系
{Tf}℃=-0.0137-0.05199S - 7.225×10-5S2
tf为冰点， S为实用盐度
最大密度的温度与 冰点相同时的盐度
t=-1.35℃，S=24.95
S<24.95，tzm>tf S>24.95，tzm<tf
附录10
t，ρt（密度计）
海水盐度
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思考与讨论： 为什么海水结冰比淡水难？
33
三、天然水的化学分类法
1. 含盐量分类 2. 主要离子成分的分类
34
2. 按主要离子成分的分类 ——阿列金分类法
据含量最多的阴离子分类：
碳酸盐类（C）、硫酸盐类（S）、氯化物类（Cl）
16
●海水: 离子总量ST与盐度S‰、实用盐度S的关系
绝对盐度: 每公斤海水中溶解盐分总量，以g/kg或10-3 为单位
海水盐度与氯度
S ‰ = 0.030 + 1.8050 Cl‰
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其他
与含盐量有密切关系的水质参数还有许多，比 如海水的折光率、海水的密度等都与海水含盐量有 密切关系，因而市场上设计生产了海水光学盐度计， 海水密度计（比重计）等，用它们间接反应天然水 盐度的状况，只是准确度较差。
第一章基础知识第一节天然水的化学成分
淡水养殖水化学第一章基础知识第一节天然水的化学成分水产养殖生产虽有多种方式。
如大水面天然增殖、池塘精养、高密度流水养鱼、循环过滤工厂化养鱼等，它们所用的水源，归根到底都来自天然水，水中的化学成分决定了所用天然水的水质。
因此，对天然水的化学成分必须有基本的了解，这对我们认识养殖水体的水质特点是十分重要的。
一、天然水水质的复杂多变性我们知道，水是良好的溶剂，绝对不溶于水的物质是没有的。
自然界中的水是在不断地循环变化，水在阳光照射下不断地从江河、湖泊、海洋中蒸发，在高空冷凝成为雨或雪降落到地面，以地面径流或渗流形式，重新回到江河、湖泊、海洋，然后再蒸发、冷凝下降至地面，如此川流不息、循环交换不已。
在循环过程中水与各种物质接触、作用，使之溶解或悬浮于水中。
因此各种天然水不是纯水，而具有复杂的组成、多变的特点。
主要表现在以下几方面：1．水中溶存的物质，种类繁多，数量悬殊，在人们迄今已知的107种元素中，在天然水中检出的已有80多种。
这些成分的含量差别很大，例如海水中的Cl一离子含量高达10～209／I。
，铜的含量只有约o．003mg／L，钌的含量更少，不到10-179／L。
2．水中溶存物质的存在形式多种多样，就物质在水中分散粒径来说，大小相差可达六个数量级以上，小的仅几个埃，以真溶液存在。
大的在数百微米以上，构成多相体系。
在溶液中有低分子物质，也有高分子物质，它们可以成单个的离子、分子、离子对、无机络合物，有机螯合物等多种形式存在，它们通过化学反应以及吸附、交换、共沉淀等界面作用可转为胶体或粗分散粒子。
即使是同一元素在同一水体内，其存在形式也可以是多种多样的。
值得注意的是，同一元素以不同形式存在时，对生物的影响可以完全不同。
有的是有益的，称为“有效形式”；有的是有害的，称为“有害形式”。
例如氮以N。
存在时，多数浮游植物不能利用，数量多时可能使鱼苗得气泡病；以NH。
存在时。
浮游植物可以吸收利用，是有益的，对鱼类及其他动物则有毒害作用。
天然水的性质和组成
pK2 = 10.33
K2
=
[CO32 − ][H + ] [HCO3− ]
封闭体系的水溶液
形态分数：
α0
=
⎡⎣ H 2CO3∗ ⎤⎦
⎡⎣ H 2CO3∗ ⎤⎦ + ⎡⎣ HCO3− ⎤⎦
+
⎡⎣CO32− ⎤⎦
=
1
1
+
[
K1 H+
]
+
K1K 2 [H + ]2
α1=⎡⎣ H 2来自O3∗ ⎤⎦⎡⎣ HCO3− ⎤⎦ + ⎡⎣ HCO3− ⎤⎦
无生命的无机物元素引进至复杂的 生命分子中即组成生命体。
异养生物 利用自养生物产生的有机物作为能
源及合成它自身生命的原始物质。 21
如藻类的生成和分解 106CO2+16NO3+HPO42-+122H2O+18H++ (痕量元素)
(respiration) R P (photosynthesis)
开放体系碳酸平衡
考虑到CO2在气液相之间的平衡
[H2CO3*] 不变。根据亨利定律：
[CO2(aq)] = KH Pco2
[ ] CT
=
CO2
α0
=
1
α0
K H PCO2
开放体系碳酸平衡
[HCO3− ] [H 2CO3*]
=
K1 [H + ]
⇒ [HCO3− ]
=
[
K1 H+
]
⋅
[
H
2
CO3
*]
2.3.1 碳酸平衡
¾CO2在水中形成酸，可同岩石中的碱性物 质发生反应，并可通过沉淀反应变为沉积物 而从水中除去。