水化学成分组成
2 第三章 地下水的无机化学成分
第三章地下水中的无机化学成分地下水是一种复杂的溶液，地下水中含有70多种元素，地下水中的无机化学成分，按其存在形式和数量可分为四组：（1）大量组分一般含量大于100mg/L，主要是常规的离子形式，Cl－、SO2－4、HCO－3、CO3－、Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋等，另外H+、、NH4+、NO2－、NO3－、H3SiO4－Fe3+、Fe2+等也列入大量组分。
大量组分决定水化学类型。
（2）微量组分一般含量小于10mg/L，常见的是Br、I、F、B 、Mo 、Li 、Cu、Pb 、Zn、P、As、Sr、Ba 、Ni 、Co等数十种。
微量组分不决定水化学类型。
（3）放射性组分U 、Th、Ra、Rn等。
（4）气体组分N2、O2、CO2、CH4、H2S、H2等。
第一节地下水中的大量组分一、氯离子（Cl－）1、迁移性能Cl－具有很强的迁移性能，其原因有三个方面：（1）不形成难溶化合物，Cl－离子与水中大量组分的阳离子（K、Na、Ca、Mg）所形成的化合物溶解很大，例如，30o C时，CaCl2=1020mg/L，NaCl=361.5mg/L，MgCl2=553mg/L。
（2）不被胶体所吸附。
（3）不被生物所吸附。
2、分布规律地下水中的Cl－含量从几mg/L至100mg/L以上均有。
地下水中的Cl－含量随地下水矿化度的增高而增高。
在高矿化度水中，占阴离子首位，形成氯化物水。
3、来源主要有三个方面：（1）有机来源：三废水、化肥、农药、动物及人类的排泄物。
（2）无机来源：盐矿、含盐的沉积物、岩浆岩中含Cl矿物、火山喷出物等。
（3）大气降水：二、硫酸根（SO42－）1、迁移性能迁移性能较强，仅次于Cl －。
SO 42－的迁移性能受下列四个因素控制： （1）水中SO 42－易与Ca 2＋、Ba 2＋、Sr 2＋等离子形成难溶盐。
（2）热带潮湿地区土壤中的Fe(OH)2－、Al(OH)22＋胶体可以吸附SO 42－。
水化学第二章_天然水的主要理化性质
透明度与水的光学分层
人们把光照充足，光合作用速率大于呼吸作用速率 的水层，称为真光层。在这水层中植物光合作用合 成的有机物多于呼吸作用消耗的有机物，有机物的 净合成大于零，这一水层又称为营养生成层。而光 照不足，光合作用速率小于呼吸作用速率的水层， 称为营养分解层，这一水层的植物不能正常生活， 有机物的分解速率大于合成速率。而有机物的分解 速率等于合成速率的水层深度称为补偿深度。不同 光照条件下，补偿深度不同。同时，补偿深度还与 水温、藻类种类组成等因素有关。北方冬季冰下浮 游植物多由适低温、弱光照的种类组成，水温又很 低，因而补偿深度较大，有时可达1.52m（雷衍之， 1985）。
水是最常见的物质，但它有许多异常特性。 见表1。水的特性与 水的分子结构相关。水分子有呈四面体结构的倾向， 是具有很大偶极 矩的极性分子。这样的一个水分子就有可能通过正、负电间静电引力 与邻近的四个水分子以氢键相联系见图1。分子间氢键力大小为 18.81kJ/mol，约为O—H共价键的1/20，冰溶化成水或水挥发成水汽， 都首先需要外界供能破坏这些氢键。当冰开始熔化成水时，冰的疏松 的三维氢键结构中约有15％氢键断裂，晶体结构崩溃，体积缩小而密 度增大。如果有更多热能输入体系，将引起下述两方面的作用： 1.更多氢键破裂，结构进一步分崩离析，密度进一步增大； 2.体系温度升高，分子动能增加，由于分子振动加剧，而每一分 子占据更大体积空间，所以这一因素又使密度趋于减小。 上述两因素随温度升高而相互消长的结果，使淡水在3.98℃时有 最大密度。这种情况对水生生物越冬生活具有特别重要意义。
第二章天然水主要离子化学
第一节 天然水成分的一般组成 第二节 几种离子在天然水中的化学行为 第三节 水环境化学研究方法 第四节 天然水分类 第五节 天然水的pH值、酸度和碱度
第一节 天然水成分的一般组成
• 天然水的化学成分指存在于水中各种元素的 离子、原子、分子、溶解和未溶解的气体成 分、天然和人工的同位素、复杂有机化合物、 活的或死的微生物（细菌）以及不同成分的 机械和胶体物质等。
Ca2 主要来源于石灰岩、铝硅酸盐、石膏；Mg 2 主要来源于白云岩、泥灰岩及基性岩等含镁较高 的岩石。通过淋溶作用进入水体。
二 天然水的一般成分
Na + 、 K + 广泛存在于天然水中， Na+ 与 Cl-相似，表征高矿化 水的主要阳离子，浓度可达几克，K + 很少，其含量一般只有钠 的 4%—10%。 Na + 、 K + 主要来自海相和陆相沉积中的钠盐钾 盐矿床及铝硅酸盐中各种长石这些矿物岩石经风化淋溶使 Na + 、 K + 进入水相并随水迁移。在迁移过程中某些钾化合物 被土壤胶体团粒吸附，并保存起来供植物吸收，土壤中保存的 钾与钠多得多，钾被植物吸收的量远超过钠，故有比较多的 Na+ 输入江河湖海，使水中 Na + 比 K + 含量大得多。
二 天然水的一般成分
生物成因物质主要是氮磷等物质，在天然水中氮
既可呈无机化合物态，又可呈现有机化合物状态，
含氮无机化合物有
NH
4
、
NO2
和
NO3
，这些离子间可
相互转化。氮的有机化合物主要指生物体由于有机氮化合物分解进入水中的。
磷化合物呈溶液状态的主要是
第二节 几种离子在天然水中 的化学行为
地球上水的化学性质
地球上水的化学性质人所共知，养鱼（虾）就是养水。
现连载一些关于水的文章，希望对大家有帮助。
地球上水的化学性质一、天然水的化学成分天然水经常与大气、土壤，岩石及生物体接触，在运动过程中，把大气、土壤、岩石中的许多物质溶解或挟持，使其共同参与了水分循环，成为一个极其复杂的体系。
目前各种水体里已发现80多种元素。
天然水中各种物质按性质通常分为三大类：1）悬浮物质粒径大于100纳米（10-7米）的物质颗粒，在水中呈悬浮状态，例如泥沙、粘土、藻类、细菌等不溶物质。
悬浮物的存在使天然水有颜色、变浑浊或产生异味。
有的细菌可致病。
2）胶体物质粒径为100—1纳米的多分子聚合体，为水中的胶体物质。
其中无机胶体主要是次生粘土矿物和各种含水氧化物。
有机胶体主要是腐殖酸。
3）溶解物质粒径小于1纳米的物质，在水中成分子或离子的溶解状态，包括各种盐类、气体和某些有机化合物。
天然水中形成各种盐类的主要离子是K+、Na+、Ca2+、Mg2+四种阳离子还有Fe、Mn、Cu、F、Ni、P、I等重金属、稀有金属、卤素和放射性元素等微量元素；水中溶解的气体有O2、CO2、N2，特殊条件下也有H2S、CH4等。
总之，无论哪种天然水，八种主要离子的含量都占溶解质总量的95—99％以上。
天然水中各种元素的离子、分子与化合物的总量称为矿化度。
各种溶解质在天然水中的累积和转化，是天然水的矿化过程。
二、天然水的矿化过程地壳中含有87种化学元素，目前在天然水中基本都已发现。
这些元素在天然水中的含量与岩石圈的平均组成相差很大。
多种化合物溶于水，又随着水文循环一起迁移，经历着不同环境，其数量、组成及存在形态都在不断变化。
这个过程受到两方面因素的制约：一是元素和化合物的物理化学性质；二是各种环境因素，如天然水的酸碱性质、氧化还原状况、有机质的数量与组成，以及各种自然环境条件等。
天然水的主要矿化作用如下：1）溶滤作用土壤和岩石中某些成分进入水中的过程称溶滤作用。
海水的主要成分化学式
海水的主要成分化学式
海水是地球上最常见的液体之一，它主要是由各种无机物质组成的。
海水中包
含许多元素和化合物，这些成分对海洋生物和地球生态系统都起着至关重要的作用。
我们来看一下海水的主要成分及其化学式。
主要成分
氯化钠（NaCl）
氯化钠是海水中含量最丰富的物质之一，其化学式为NaCl。
它是普通食盐的主要成分，也是海水中呈现咸味的原因。
氯化镁（MgCl2）
氯化镁是海水中的另一个主要成分，其化学式为MgCl2。
氯化镁在海水中起着
调节细胞内外渗透压的作用，对海洋生物的生存和生长至关重要。
硫酸钠（Na2SO4）
硫酸钠是海水中的一种重要盐类，化学式为Na2SO4。
它可以在海水中与其他
盐类形成沉淀，影响海水的PH值和离子平衡。
硫酸镁（MgSO4）
硫酸镁也是海水中的主要成分之一，其化学式为MgSO4。
硫酸镁在海水中的含量较高，对海洋生物的代谢和生长有重要影响。
其他成分
除了以上主要成分外，海水中还包含微量元素如钾、钙、氟等，以及各种有机
物质和浮游生物。
这些成分共同构成了海水的复杂组成，维持着海洋生态系统的平衡和稳定。
综上所述，海水中的主要成分化学式包括氯化钠、氯化镁、硫酸钠、硫酸镁等，它们共同构成了海水的特有化学特性，对地球生态系统和人类生活都具有重要意义。
对海水成分的研究将有助于更好地理解海洋环境的变化和保护海洋资源的重要性。
水资源与水环境,第四章(天然水化学)
☆大气降水中所含溶解气体十分稳定，浓度几乎不变，但CO2成分不稳定。
☆大气降水中二氧化硅含量很小，一般不超过0.5mg/L。
大气降水的pH值一般为5.5－7.0左右。
☆目前，酸雨已成为全球性的重大环境问题之一。
海水占地球总水量的97.2%，世界各地海洋水质基本相似和稳定。
各种天然存在的元素，在海水中几乎都能发现，它们以单离子、络合离子、分子等各种形式存在。
海水占地球总水量的97.2%，世界各地海洋水质基本相似和稳定。
各种天然存在的元素，在海水中几乎都能发现，它们以单离子、络合离子、分子等各种形式存在。
34g 3☆宏量组分海水中宏量组分的含量按其顺序为Cl、Na、SO4、Mg、Ca、K、HCO3、Br，它们的总量占海水溶解物质的绝大部分，即99.94%。
☆中量组分它们是指含量为0.1-10mg/L的组分，这些组分是：Sr、SiO2、B、F、NO3、Li、Rb、C（有机）。
☆微量组分它们是指其含量小于0.1mg/L的组分。
它们包括P、I、Ba、Zn、Ni、As等30多种。
☆海水的含盐度大到在34‰－36‰范围内，只有含量范围变化很大，Na和Cl比也有些变化。
☆海水中含有溶解的和悬浮的有机物，一般有机碳含量在0.1-2.7mg/L范围。
2、海水的成分特征2、海、海水的成分特征3、河水的成分特征☆不同地区的岩石、土壤组成决定着该地区河水的基本化学成分。
在结晶岩地区，河流水中溶解离子含量较少；在石灰岩地区，河水中富含Ca2+及HCO3；若河流流经白云岩及燧石层时，水中Mg、Si含量增高；河流流经石膏层时，使水中富含SO4，且总含盐量有所增加；富含吸附阳离子的页岩及泥岩地区则向河水提供大量溶解物质，如Na、K、Ca、Mg。
☆河水中总含盐量在100-200mg/L间，一般不超过500mg/L，有些内陆河流可以有较高的含盐量。
河水中主要离子关系与海水相反，即其次序为Ca>Na，HCO3> SO4>Cl。
海水成分恒定成分
海水成分恒定成分
海水是地球上覆盖最广泛的水源之一，其成分的恒定性是海洋生物和地球化学
过程的基础。
海水的化学成分主要由水和溶解在其中的各种无机盐组成，这些盐成分在海水中存在着一定的比例，即海水的成分恒定。
主要组成物质
1.氯化物：氯化物是海水中最主要的盐类之一，占据了海水总溶解物
质中的大部分比例。
氯化物主要来源于岩石风化以及地下水的流入，是海水中的重要成分之一。
2.钠：钠是海水中溶解度最高的金属离子之一，主要来源于岩石风化
和来自陆地的河流输送。
海水中的钠主要以钠氯化物的形式存在，与氯化物等其他盐类形成盐度。
3.硫酸盐：硫酸盐是海水中第二大盐类成分，主要来源于火山喷发和
海底热泉，对海水的盐度有着重要的影响。
4.溴化物：溴化物是海水中的微量元素之一，虽然在海水中的含量较
低，但在海洋生物的新陈代谢过程中起到了重要作用。
成分的恒定性
海水中的主要盐类成分相对稳定，其比例在大部分海域中基本保持不变。
这种
恒定性是由地球化学过程和海洋生物的活动共同维持的，保证了海洋环境的稳定性和生物多样性。
尽管海水中的盐类成分相对恒定，但在不同的海域中会存在着一些微小的差异，这些差异主要受到地质构造、海洋环流以及当地气候等因素的影响。
因此，海水成分的恒定性并不意味着完全一致，而是在一定范围内保持着相对稳定的比例关系。
结语
海水的恒定成分是海洋生态系统和地球化学过程的基础，它们的稳定性对于维
持海洋环境的平衡和生物多样性至关重要。
通过深入了解海水的成分和恒定特性，可以更好地保护海洋资源，促进海洋科学的发展和海洋环境的可持续性。
6_天然水化学
海水成分除来自岩石风化产物外，还来自海底火山喷发物质
31
（三）、影响陆地水溶质成分的因素
水流地区岩石类型与河水溶质成分关系密切
地区岩性 花岗岩 水质类型 重碳酸盐钙质水 硬度 软 Ca2+占阳离子比例 最少
石英岩
重碳酸盐钙质水
软
中等
砂岩
重碳酸盐钙质水
中等
最多
32
（三）、影响陆地水溶质成分的因素
1、天然水中离子相互作用
（1）硅酸盐与CO2的反应，使SiO2从水中析出，水中增 加Na2CO3或NaHCO3 Na2CO3 ＋ CO2 ＋H2O → Na2CO3 ＋SiO2 ● H2O （2）水中的碱金属碳酸盐与CaSO3反应，水中减少 Na2CO3，沉淀CaCO3 Na2CO3 ＋ CaSO3→ CaCO3＋ NaSO4 水变为以NaSO4 为主的成分
15
天然水的组成 (6)水生生物—赤潮成因
1 海域水体高营养化,导致水体被污染 2 某些特殊物质参与作为诱发因素，已知的 有维生素B1、B12、铁、锰、脱氧核糖核 酸； 3 环境条件
气候原因 春夏温暖季节，水温较高，海流缓慢，利于赤潮生物生长和繁殖 环境原因 由于环境污染日益加剧Ｎ和Ｐ过剩，
化学反应平衡： CO2 ＋H2O↔H2CO3* H2CO3* ↔HCO3-＋H+ HCO3-↔CO32-＋H+
pK0=1.46 pK1=6.35 pK2=10.33
19
天然水性质---天然水碱度
碱度
水中与强酸发生中和作用的物质，即能接受质子H+的物质总量。
组成水中碱度的物质
（1）强碱在溶液中全部电离生成OH-离子；如 NaOH、Ca(OH)2 （2）弱碱在水中发生反应生成OH-离子；如 NH3、C6H5NH2 （3）强碱弱酸盐（碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等， 水 解生成OH-或者直接接受质子H+）。如 NaCO3、Na3PO4等
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2、铁在水中的存在形态与控制因素 铁在水中也发生水解。Fe3+在pH=1的水中，可水解成 FeOH2+、Fe(OH)2+，高浓度下可聚合成Fe2(OH)24+。Fe2+在 pH=4的水中，开始水解生成FeOH+，在pH>14时则形成 Fe(OH)42-。它们的部分反应式如下:
所以，天然水中铁可以有许多形式，如Fe3+、Fe2+、 Fe(OH)+、Fe(OH)2+、Fe(OH)30、Fe(OH)20、HFeO2-、 FeCO30、FeS20，FeS0，FeSO40，Fe2(OH)24+。
(四)锰 1、水中锰的来源 在自然界中，锰可以呈分散状态或形成有用矿物。含锰矿 物有蔷薇辉石(MnSiO3)，锰橄榄石(Mn2SiO4)、菱锰矿(MnCO3)， 软锰矿(MnO2)、黑锰矿(Mn3O4)、硫锰矿(MnS)、方锰矿(MnO) 及氢氧化物沉淀Mn(OH)3，Mn(OH)2等。 2、锰在水中的存在形态与控制因素 锰的氧化态很多，有2、3、4、6、7价。主要氧化态为 Mn2+。二价锰的特性与Fe2+近似。锰在自然界中的性状受EhpH控制。在天然水稳定场系统简单水溶液中，锰的存在形 式有： Mn2+、 MnO2 、MnOOH、 Mn3O4 、MnCO3、 Mn(OH)2、Mn(OH)3-、MnS。 在简单的水溶液中， Mn2+ 在pH=8时开始水解并形成 MnOH3+，高浓度时聚合成Mn2OH3+、Mn2(OH)3+。Mn 3+不稳 定但可形成某些络合物。当pH大于13.5时，Mn4+可以MnO42-形 式存在，而在酸性介质中呈其它价态。七价锰MnO4-在各种pH 值的溶液中均十分稳定，但在强酸中易分解。
(三)铁 1、水中铁的来源与水化学作用 铁在地壳中重量百分数仅次于氧、硅、铝而居于第四位。 与前述三者不同，铁不仅大量分散存在于地壳的岩石、土壤、 水体中，而且在某些矿体中富集形成有用矿床(Fe3O4、Fe2O3， FeCO3，Fe2SiO4)。 水中铁的水化学特性受pH值及氧化还原反应影响很大，这 已在第一章作过详细介绍。 在pH=6的水溶液中，Fe3+的浓度为1.5×10-12mg/L，在 pH=7的水溶液中， Fe3+的浓度为1.5×10-15mg/L，pH=8时， Fe3+的浓度为1.5×10-18mg/L 。也即pH值从6增加到8，铁在水 中的溶解度减少106倍。所以，当陆地上含铁的弱酸性水进入弱 碱性的海水中会发生Fe(OH)3沉淀。如河水中铁含量为1mg／L， 则海水中仅0.008mg／L。
此外，从Fe—H2O—CO2系统稳
定场内可见，在氧化带内，Fe3+的活 度没有达到Fe(OH)3的溶度积时，铁 的可能最大稳定形式是Fe(OH)30，在 pH<5时， Fe(OH)2+及Fe(OH)2+
占优势。在还原环境内，pH<8时，
只有Fe2+存在，pH>8时才会出现 FeCO3沉淀，之后是Fe(OH)20占优势。 而一般水中Fe(OH)4-及HFeO3-是不 存在的。
(一)硅
1、水中元素的来源与水化学作用 SiO2广泛存在于地壳上的各种岩石和矿物里，它们是石英、 铝硅酸盐、粘土矿物等。 一般环境条件下，石英的溶解进行得十分缓慢。石英在水 中的溶解按下式进行：
据Morey等人(1962)资料，SiO2溶解度，在25℃时为 6.0mg/L，在84℃时为26mg/L。Fournier和Rowe(1962)获得方 石英的溶解度，在25℃时，27mg/L和84 ℃时为94mg/L。 Morey等人获得无定形硅的溶解度为25℃时115mg/L。
硅酸盐和铝硅酸盐的不全等溶解均可使水中出现H4SiO4。
从上可知，不论是石英或铝硅酸盐的不全等溶解，水中溶 解的SiO2几乎全部以正硅酸H4SiO4形式存在。它在水中解 离方程为：
2、Si在水中的存在形态与控制因素 在天然水中(pH=6～9)占优势的是H4SiO4。在碱性条件下 (pH增高到9.0～9.5时)，由于单链节和多链节硅酸盐的形成， SiO2的溶解度有所增加。几乎所有天然水环境下，H2SiO42-是 次要的。 天然水中可溶性SiO2含量一般不超过100mg/L。通常为10 ～30mg/L，平均值为17mg/L。
(二)铝
1、水中铝的来源与水化学作用 铝在地壳中所占重量百分数为8.23％，仅次于氧和硅，占 第三位。 铝硅酸盐的不全等溶解的主要产物是高岭石。高岭石在酸性 条件下可溶出AI3+：
高岭石强烈风化可形成三水铝石(Al2O3· H2O)
Al2O3在水中溶解度受 pH值控制。它溶于强酸性 溶液中，pH=4.1～10时它 几乎不溶，而此时SiO2却 有部分溶解(见图2.4)。所 以，pH=4～5时， Al2O3 /SiO2=1：2，此时有利于 高岭石族矿物形成，当 pH=8～9时， Al2O3 /SiO2=1 ：4，则有利于胶 岭石族矿物形成。
2、铝在水中的存在形态与控制因素
铝在水的存在形式受pH控制，在强酸性水中(pH<4.0)，水 中铝的主要形式为Al3+，在碱性水中，可形成AIO2-、 AIO33- 。 在含F-的水中，铝和氟很容易形成络合离子，如AIF2+、AIF2+， 在SO42-含量很高的酸性水中，AISO4+可能是铝的主要存在形式。 水中铝的浓度主要受铝的氢氧化物(三水铝石)溶度积的控制。 据文献资料，当pH接近于6时，三水铝矿最小溶解度的计算值 小于10mg/L，实测值约2浓度常小于1mg/L，有 时可达几mg/L。但是，在pH小于4.0的强酸性水中，每升水中 铝可能几十mg/L，甚至几百mg/L，这种水多为矿坑排水或泉水 或严重酸性污染水。
第一节 天然水的化学特征
1、大气降水的成分特征
2、海水的成分特征
3、河水的成分特征
4、湖泊与水库水的成分特征 5、地下水的成分特征
第二节 元素的水化学特征 一、硅、铝、铁、锰
硅、铝，铁，锰在地壳中属于丰度较高的元素，其重量百 分数分别为： Si，28.15％，Al，8.23％，Fe，4.65％，Mn， 0.10％，但它们在水中的含量并不高，一般属于中量元素。