环境化学天然水的性质-----碱度和酸度

弱碱,在水中有一部分发生反应 生成氢氧根离子
强碱弱酸盐,水解是生成氢氧根 离子或者直接接受氢离子
测定方法：酸碱滴定，双指示剂法 H+ + OH- = H2O H+ + CO32- = HCO3H+ + HCO3- = H2CO3 ) (酚酞终点) (甲基橙终点
苛性碱度 碱度 酚酞碱度（碳酸盐碱度） 总碱度（或甲基橙碱度）
（1）矿物微粒和粘土矿物
天然水中常见矿物微粒：石英、长石、云母 以及粘土矿物硅酸盐矿物。 （2）金属水合氧化物
铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物在天然 水体中以无机高分子及溶胶等形态存在，在水环 境中发挥重要的胶体化学作用。
（3）腐殖质
一种带负电的高分子弱电解质,其形态构型与 官能团的离解程度有关.
其化学反应计量关系式如下： H+ + OHH2O H+ + CO32HCO3 H+ + HCO3H2CO3 总碱度= [HCO3-] + 2 [CO32-] + [OH-] - [H+]
总碱度 = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] – [H+]
后备碱度 离子碱度
总碱度 = CT (α1+ 2α2) + KW /[H+] – [H+]
天然水
的组成
•气体在水中的溶解性
氧在水中的溶解性 二氧化碳的溶解性
•水生生物
1. 水体产生生物体的能力称为生产 率．生产率是由化学的及物理的因 素相结合而决定的． 2. 生物（或生化）需氧量ＢＯＤ是另 一个水质的重要参数．它是指在一 定体积的水中有机物降解所要耗用 的氧量
一、碳酸平衡
二氧化碳在水中形成酸,可同岩石中 的碱性物质发生反应,并可以通过沉淀 反应变为沉淀物而从水中除去.在水和 生物体之间的生物化学交换中, 溶解的 碳酸盐化合态与岩石圈大气圈进行酸碱 和交换反应,对调节天然水的pH和组成 有重要作用。
例3
天然水pH=7.0,碱度为1.4 m mol.L-1, 为使 pH=6.0加入酸多少？ 解：总碱度 = CT (α1+2α2) + KW /[H+] – [H+]
CT=1/(α1+2α2){[总碱度] + [H+] – [OH-]} 令 则 1/(α1+ 2α2) = α CT = α[碱度] (表2－16）
CO2酸度＝cT(α0 - α2) + [H+] - Kw/[H+]
无机酸度＝-cT(α1+ 2α2) + [H+] - Kw/[H+]
例1
某水体 pH=8.00,碱度=1.00×10-3 mol.L-1 ， 计算该水体中各碱度成分的浓度。
解：[HCO3-] = 碱度= 1.00×10-3 mol.L-1 ，
H2O HCO3- + H2O CO32- + H2O
酸加入量
pH
碱加入量
无机酸度：以甲基橙为指示剂滴定到 pH = 4.3
无机酸度 = [H+] - [HCO3-] - 2 [CO32-] - [OH-] 游离 CO2 酸度：以酚酞为指示剂滴定到 pH = 8.3
游离 CO2 酸度 = [H+] + [HCO3-] - [CO32-] - [OH-]
总酸度：在 pH=10.8 处得到，但此时滴定曲线无明
显突越，难以选择合适的指示剂，故只是一个理
论值 总酸度= [H+]+ [HCO3-]+2 [H2CO3*] -[OH-]
总酸度 = [H+]+[ HCO3-] + 2 [H2CO3*] - [ OH-]
离子酸度 后备酸度
总酸度 = CT (α1+ 2α0) + [H+] – KW /[H+]
第二节
天然水的性质
一、碳酸平衡 二、碱度和酸度 三、配位化学 四、氧化还原化学 五、相间作用
•天然水中的主要离子组成：钾、钠、钙、镁、碳酸氢根、硝酸
根、氯和硫酸根离子为天然水中常见的八大离子，占天然水中离子 总量的９５％～９９％。
•水中的金属离子：它可以通过化学反应达到稳定状态，酸－碱，
沉淀，配合以及氧化－还原等是它们在水中达到最稳定状态的过程
[OH-] = 1.00×10-6 mol.L-1 [H2CO3*]=[H+][HCO3-]/ K1 =2.25 ×10-5 mol.L-1 （1）
=1.00×10-8×1.00×10-3 / 4.45×10-7
[CO32-] = K2[HCO3-] / [H+]
（2）
= 4.69×10-11×1.00×10-3 /1.00×10-8 = 4.69 ×10-6mol.L-1
b、吸附（表面吸附、离子交换吸附、专属吸附）
表面吸附
由于胶体具有巨大的比表面和表面能，固液 界面存在表面吸附。属于物理吸附。 离子交换吸附
例2
若水体 pH升高到10.00, 碱度仍保持1.00×10-3
mol.L-1 ，再计算该水体中各碱度成分的浓度。
解：碱度 = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] (mol.L-1)
[OH-] = 1.00×10-4 mol.L-1
1.00×10-3 = [HCO3-] + 2[CO32-] + 1.00×10 -4
苛性碱度：当用标准酸溶液进行中和滴定到pH=10.8 时，所消耗的酸量。 酚酞碱度：以酚酞（pH=8.3）做指示剂，消耗的酸量。 总碱度：以甲基橙（pH=4.3）做指示剂，消耗的酸量。
由于没有明显的滴定突越，苛性碱度测不到，是一个理论值。

总碱度：用一个强酸标准溶液滴定，用甲 基橙为指示剂，当溶液由黄色变成橙红色 (pH约4.3)，停止滴定，此时所得的结果， 也称为甲基橙碱度。
查表 2-16, α1=0.8337, α2≈0, α= 1.20 CT = 1.20×1.4 = 1.68 m mol.L-1 当加强酸使 pH = 6.0，CT不变, 查表α= 3.00 则, 碱度 = 1.68/ 3.00 = 0.56 m mol.L-1 碱度降低值ΔA 就是应加入酸量: ΔA = 1.4-0.56 = 0.84 m mol.L-1
应用总碳酸量（cT）和相应的分布系数（α）来表示（41页）


总碱度＝ c- [H+]
酚酞碱度＝ cT(α2- α0) + Kw/[H+] - [H+]
苛性碱度＝ -cT(α1+ 2α0) + Kw/[H+] - [H+]
总酸度＝ cT(α1+ 2α0) + [H+] - Kw/[H+]
[CO3 ] 4.69 10 0.469 10 [ HCO3 ] 1.00 10
2 11
[CO32-] = 0.469 [HCO3-]
[HCO3-]+ 0.469 [HCO3-]× 2 = 0.0009
[HCO3-] = 4.64×10-4 mol.L-1 [CO32-] = 2.18×10-4 mol.L-1 对总碱度的贡献仍为1.00×10-3 mol.L-1
2、酸度与碱度的测定
碱度 alkalinity
是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质， 亦即能接受质子的物质的总量。组成水 中碱度的物质可归纳为三类：强碱、弱 减、强碱弱酸盐。
总碱度（或甲基橙碱度）
碱度 酚酞碱度
苛性碱度
碱度:指水中能与强酸发生 中和作用的全部物质
强碱,在水溶液中全部电离生成 氢氧根离子
• • • • 耗氧污染物 致病污染物 合成有机物 植物营养物 • 无机物和矿物质 • 由土壤、岩石等冲刷 下来的沉淀物 • 放射性物质
3-2 无机污染物的迁移： 在水环境中主要通过吸附-解吸、沉淀溶解、配合作用、氧化-还原等一系列物理 化学作用进行迁移、转化，参与和干扰环境 化学过程和物质循环过程，最终以一种或多 种形态长期存留在环境中。
3.天然水体的缓冲能力
• 天然水体的pH值一般在6-9之间 • 对于某一水体,其pH几乎不变,这表明天然水体有一 定的缓冲能力,是一个缓冲体系 • 一般认为,碳酸化合物是控制水体pH的主要因素,并 使水体具有缓冲作用 • 但是,周围环境与水体之间发生的多种反应,对pH值 也有影响
二、水中污染物的分布和存在形态
（4）水体悬浮沉积物
天然水体中各种胶体物质往往同时存在， 相互作用结合成某种聚集体，即成为水中的 悬浮沉积物。它们既可以沉降进入水体底部， 也可以重新再悬浮进入水体。 悬浮沉积物的结构组成并不固定，随着水 质和水体组成物质及水动力条件而变化。
（5）其他
水体中的藻类、污水中的细菌、病毒、 废水排出的表面活性剂、油滴等，都有类似 的胶体化学作用。
例题2-10 某河流，pH=8.3, CT =3 ×10-3 mol.L-1 。有 含1 ×10-2 mol.L-1 硫酸的废水排入该河流。 假如河流pH值不得降低至6.7以下，问每升河 水中可最多排入这种废水多少毫升？
二．天然水中的碱度和酸度
1、酸度与碱度的意义：
（给）水处理
（1）碱度： 生物生产量 （2）酸度：（废）水处理
b、交界点的意义： pH = pK1时，a0 = a1 = 0.50 pH = pK2时， a1 = a2 = 0.50
c、 比较封闭体系和开放体系可发现，在 封闭体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-] 等可随 pH 值变化，但总的碳酸量 CT 始终 不变。
而对于开放体系,CT 、[HCO3-]、[CO32-]均 随pH值改变而变化，但[H2CO3*]总保持与 大气相平衡的固定数值。