【管理资料】环境化学-第三章-第1节-天然水的基本特征及污染物的存在形态汇编
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水环境化学1
α0 ， α1 ， α2为分布系数，与pH 有关。
因此封闭碳酸体系各主要形态与pH有关,而CT与pH无关
④开放碳酸体系特点及各主要形态计算 特点： * CT ≠常数 * [H CO *]总保持与大气相平衡的固定数值 2 3 即：[CO 2 （aq)] = KH p CO 2
CT = [H2CO 3 *] /α0 =[CO 2 （aq)] /α0 = KH p CO 2 /α0 [HCO 3 － ] = α1KH p CO 2 /α0 = K1 KH p CO 2 / [H+ ]
(3)水生生物
自养 异养
几个问题 天然水中主要离子总量可以粗略地作为TDS
A.名词—总含盐量（TDS）(≡总溶解固体量)
TDS=[Ca 2 + +Mg 2 + + Na+ +K+ ]+ [HCO3 － + SO4 2 － +Cl － ]
总含盐量 （总溶解固体量）为1000~10000 mg/L
的天然水称为咸水(淡水的总含盐量< 1000mg/L)
[CO32-] = K2[HCO3-] / [H+]
（2）
= 4.69×10-11×1.00×10-3 /1.00×10-8
= 4.69 ×10-6mol.L-1
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。 碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [ OH-]( mol.L-1) [OH-] = 1.00×10-4 mol.L-1
查表3-1（教材P102），氧气在25℃水中的亨利常数 KO2=1.28×10-8moL/(L· Pa) 则根据亨利定律，氧气在水中的溶解度为： [O2(aq)]=KO2· 2=1.28×10-8×0.2029×1.013×105 PO =２.63×10-4moL/L 由于氧的分子量为32，所以其溶解度为8.4mg/L或8.4PPm. 结论：25℃时 [O2(aq)]=８.4mg/L 问：若已知25℃湖水中溶解氧浓度为0.32 mg/L，大气中氧的分压 为多少？
环境化学水环境化学第一节
氧气溶解度随着温度的升高而降低:
Lg(C2/C1) = △H / (2.303R) ( 1/T1 - 1/T2 )
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。
自学 CO2 的溶解度
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·-1 L CO2在水中离解，则： [H+] = [HCO3-] [H+]2/[CO2] = K1 = 4.45×10-7 [H+] =(1.028×10-5× 4.45×10-7)1/2 = 2.14×10-6 mol·-1 L [HCO3-] =[H+] =(1.028×10-5×4.45×10-7)1/2= 2.14×10-6mol·-1 L pH = 5.67 故CO2在水中的溶解度应为[CO2] ＋ [HCO3-] = 1.24×10-5mol·-1 L
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 代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为： [O2(aq)]=KH · O2 p =1.26×10-8×0.02065×105=2.6×10-4 氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32mg/L
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)
天然水的基本特征
碱金属 Na+、K+ SO42－、Cl－ 、NO3－
阳离子 阴离子
碱度
酸根
天然水中常见主要离子总量可粗略作为水的总含盐量(TDS) TDS=[ Ca2++Mg2++ Na+ + K+]实+用[文档HCO3－+ SO42－+ Cl－]
(2) 水中的金属离子
• 它可通过化学反应(酸－碱、沉淀、配合及 氧化-还原等)达到最稳定的状态；
K1 [H[H]2[CHO3C*]3O] [HC3O]K1[[HH2C]O3*]
K2 [H[H][CC3OO 32]]
[CO32]
K2[HC3O] [H]
K1K2[[HH2]C2 O3*]
CT
[H2CO3*][HC3O][C实O 用32文档][H2CO3*]1[K H1][KH1K]22
①封闭体系的碳酸形态分布图 (α-pH图)
海水是相同的。 • 在自然界的植物体内，水分含量更高，有些
甚至高达95％。
实用文档
水的特性及其意义
2) 水的优异的自然性质及对人类和生态环境 的特殊意义 ① 水是无色透明的 ② 水是一种极好的溶剂 ③ 除液氨外，水的比热是所有的液体和固 体中最大的 ④ 水在4℃时的密度最大 ⑤ 冰轻于水
实用文档
水的特性及其意义
K1 [H[H]2[CHO3C*]3O] [HC3O]K1[[HH2C]O3*]
K2 [H[H][CC3OO 32]]
[CO32]
K2[HC3O] [H]
K1K2[[HH2]C2 O3*]
CT
[H2CO3*][HC3O][CO32][H2CO3*]1[K H1][KH1K]22
环境化学：第三章 水环境化学 1
pressure
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
②
CO2的溶解度
已知： 干空气中CO2的含量为0.0314%（体积），水
在25℃时蒸气压为0.03167×105 Pa， CO2的亨利定律
常数是3.34×10-7mol/(L·Pa) (25℃), CO2溶于水后发生
的化学反应是：
CO2+H2O = H++HCO3-
CO32-
60
α 40
20
0
2
4
6
8
10
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
12
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO 2 (aq)] K H pCO 2
CT [CO 2 (aq)] / 0
1
0
K H pCO 2
1
K1
[HCO ] CT 1
人均水资源量相当于世界人均量的1/4。已经被联合
国列为13个贫水国家之一。
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
天然水体——包括水、水中的溶解物、悬浮物
以及底泥和水生生物。
天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物质。
悬浮物质包括：
悬浮物、颗粒物、水生生物等。
一般情况下，天然水中存在的气体有O2、CO2、
H2S、N2和CH4等。
表3-2 海水中主要溶解气体的含量范围
气体
含量范围
/mg·L-1
O2
0~8.5
N2
CO2
H2S
Ar
8.4~14.5
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
②
CO2的溶解度
已知： 干空气中CO2的含量为0.0314%（体积），水
在25℃时蒸气压为0.03167×105 Pa， CO2的亨利定律
常数是3.34×10-7mol/(L·Pa) (25℃), CO2溶于水后发生
的化学反应是：
CO2+H2O = H++HCO3-
CO32-
60
α 40
20
0
2
4
6
8
10
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
12
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO 2 (aq)] K H pCO 2
CT [CO 2 (aq)] / 0
1
0
K H pCO 2
1
K1
[HCO ] CT 1
人均水资源量相当于世界人均量的1/4。已经被联合
国列为13个贫水国家之一。
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
天然水体——包括水、水中的溶解物、悬浮物
以及底泥和水生生物。
天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物质。
悬浮物质包括：
悬浮物、颗粒物、水生生物等。
一般情况下，天然水中存在的气体有O2、CO2、
H2S、N2和CH4等。
表3-2 海水中主要溶解气体的含量范围
气体
含量范围
/mg·L-1
O2
0~8.5
N2
CO2
H2S
Ar
8.4~14.5
【环境化学】第3.1章 水环境化学——1.1 天然水的基本特征
天然水中气体：氧气、二氧化碳、硫化氢、氮气和甲烷等。 水体中溶解的O2、CO2的重要性
鱼类需要溶解氧而呼出CO2，溶解氧小于4mg/L时，就 不能生存
藻类利用CO2进行光合作用而释放出O2 水体中CO2影响水体pH
19
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质/1.1.2 天然水的组成
地球水资源分布
地球上水的总资源13.6 亿km3；
淡水占2.7％；
可供人类使用的淡水资 源850万km3，占地球 总水资源的0.64％。
7
Biomass 1%
Air water vapour
River 1%
8%
Lakes 52%
Soil 38%
Groundwater 20%
Accessible surface water 1%
地球水资源分布
Polar ice caps and glaciers 79%
Freshwater: 3%
Salt water: 97%
8
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质
1.1.1 水资源基本状况
（3）水循环
9
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质
1.1.1 水资源基本状况
（4）我国水资源及水质污染状况
29
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质/1.1.3 天然水的性质
黄藻等。 藻类化学计量关系：藻类体内碳、氮、磷主要营养元素间
一般存在着一个比较确定的比例C∶N∶P=106∶16∶1。 藻类化学结构式可写为：
28
第一节 天然水的基本特征 及污染物的存在形态
1.1 天然水的基本特征
1.1.1水资源基本状况 1.1.2天然水的组成★ 1.1.3天然水的性质★
鱼类需要溶解氧而呼出CO2，溶解氧小于4mg/L时，就 不能生存
藻类利用CO2进行光合作用而释放出O2 水体中CO2影响水体pH
19
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质/1.1.2 天然水的组成
地球水资源分布
地球上水的总资源13.6 亿km3；
淡水占2.7％；
可供人类使用的淡水资 源850万km3，占地球 总水资源的0.64％。
7
Biomass 1%
Air water vapour
River 1%
8%
Lakes 52%
Soil 38%
Groundwater 20%
Accessible surface water 1%
地球水资源分布
Polar ice caps and glaciers 79%
Freshwater: 3%
Salt water: 97%
8
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质
1.1.1 水资源基本状况
（3）水循环
9
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质
1.1.1 水资源基本状况
（4）我国水资源及水质污染状况
29
第三章/第一节/1.1 天然水的基本性质/1.1.3 天然水的性质
黄藻等。 藻类化学计量关系：藻类体内碳、氮、磷主要营养元素间
一般存在着一个比较确定的比例C∶N∶P=106∶16∶1。 藻类化学结构式可写为：
28
第一节 天然水的基本特征 及污染物的存在形态
1.1 天然水的基本特征
1.1.1水资源基本状况 1.1.2天然水的组成★ 1.1.3天然水的性质★
天然水的基本特征
（2）
（3） 气体在水中的溶解性
例题
（4）水生生物：
富营养化：在许多情况下，P是限制的营养物
（1）碳酸平衡：
（1）碳酸平衡：
（1）碳酸平衡：
（1）碳酸平衡： 以上所讨论的 是封闭体系。 那么开放体系
（2）天然水的碱度和酸度：
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H+的 物质总量。 组成水中碱度的物质可分为： A. 强碱，如 NaOH、Ca(OH)2； B. 弱碱，如 NH3、C6H5NH2； C. 强碱弱酸盐， 如 NaCO3、Na3PO4等。
苛性碱度 = [OH-] - [HCO3-] - 2 [H2CO3*] - [H+]
3
（2）天然水的碱度和酸度： 酸度(Acidity)是指水中能与强碱发生中 和作用的全部物质，亦即放出H+或经过水解能 产生H+的物质的总量。 组成水中酸度的物质可分为： A. 强酸，如 HCl、H2SO4； B. 弱酸，如 CO2、H2CO3、各种有机酸等； C. 强酸弱碱盐， 如 FeCl、Al2（SO4）3等。
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-]
天然水体的缓冲能力 天然水体的pH在6—9之间，对许多 水体，其pH基本保持恒定，这表明天然 水体具有一定的缓冲作用。 对这样一个开放体系来讲，它的酸度 受多种因素的控制，其中最重要的是碳 酸平衡体系。
第三章 水环境化学
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态 第二节 水中无机污染物的迁移转化 第三节 水中有机污染物的迁移转化 第四节 水质模型
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p C O 2 (1 .0 1 3 0 1 0 5 0 .0 3 1 6 7 1 0 5 ) 0 .0 3 1 4 % 3 0 .8 (P a ) [C O 2 (a q )] K H p C O 2 3 .3 4 1 0 8 3 0 .8 1 .0 2 8 1 0 5 (m o l/L )
①氧在水中的溶解度
氧在干燥空气中的含量为 20.95% 。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。水在25℃ 时的蒸汽压为0.03167 × 105 Pa。氧在 1.013 × 105 Pa， 25 ℃饱和水中的溶解度：
pO2
5
(1.013010
0.031 61705)20.95%0.2056105(Pa)
1
(1
[H K1
]
K2 [H
) 1 ]
以上属封闭的水溶液体系的情况； 没有考虑大气交换过程。 CT = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]
2
(1
[H ]2 K1K2
[
H K
2
]
)
1
100 80 CO2O3-
20
0 2
4
6
8
10
12
环境化学-第三章-第1节-天然水 的基本特征及污染物的存在形态
本章重点及难点
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。
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
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
水中八大主要离子；
[H+]=[HCO3-] K1=4.45 × 10-7
故CO2在水中的溶解度应为 [CO2]+[HCO3—]=1.24×10-5mol/L
1. 天然水的组成
(4) 水生生物 生态系统、食物链中的一个重要环节； 生产者、消费者、分解者； 自养生物、异养生物； 生产率、富营养化、C、N、P
注意： 富营养化问题中，多数情况，P是限制因素，有些情况 下CO2也是一个限制因素。
C1,C2 为绝对温度T1为 ,T2时气体在水中的溶；解度 H溶解热J，/mol R气体常,数 8.314J/moKl
1. 天然水的组成
②CO2的溶解度 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：
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
2. 天然水的性质
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO2 (aq)] KH pCO2
CT
[CO2 (aq)] / 0
1
0
KH
pCO2
[HCO3- ] CT
1
1 0
KH
pCO2
K1 [H
]
KH
pCO2
[CO32- ] CT 2
2 0
KH
pCO2
K1K2 [H ]2
0 (1[H K1][K H1K ]22)1
1
(1
[H K1
]
K2 [H
) 1 ]
2
(1
[H ]2 K1K2
[H ] ) 1 K2
[H 2C O3 ] CT 0 [H C O3 ] CT1 [C O32 ] CT 2
2. 天然水的性质
0 (1[H K1][K H1K ]22)1
水溶液中金属离子：Mn+，简单的水合金属离子M(H2O)n+。 水中可溶性金属离子常常以多种形态存在。例如铁:
Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe2(OH)24+, Fe3+ , …… 在近于中性的天然水溶液中，水合铁离子的浓度可忽略不计。
1. 天然水的组成
(3) 气体在水中的溶解性
[O2(aq)]KHpO2 1.261080.20561052.6104(mol)/L
氧的分子 32， 量因 为此其溶 8.32解 mg度 。 /L为
1. 天然水的组成 不同温度下，气体在水中溶解度的计算：
Clausius-Clapeyron方程式：
lgC2 H ( 1 1 ) C1 2.303R T1 T2
2. 天然水的性质 2.1 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。
2.1 碳酸平衡 2. 天然水的性质
CO2+H2O → H2CO3
H 2 CO 3 H HCO
KH
pCO2
一定温度下，PCO2是恒定不变的，所以[H2CO3*]保持不变； 但是随着pH的改变，[HCO3-]、[CO32-]发生改变。
lgC-pH图
2
2. 天然水的性质 比较开放体系和封闭体系的区别。
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); 表3-2
注意：
[G(aq)] = KH×pG
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。
1. 天然水的组成
1.天然水的组成
水中金属离子； 气体在水中的溶解度；
水生生物
2.天然水的性质
碳酸平衡 酸度和碱度
(1)八大离子：
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-
总含盐量(TDS)：
TDS=【K++Na++Ca2++Mg2+】+【HCO3-+Cl-+SO42-】
(2) 水中的金属离子：
3
HCO
3
H
CO
23
K1
[ H ][HCO [H 2 CO
3
]
3]
K
2
[ H ][CO [HCO
2 3
]
3
]
[ HCO
3
]
K 1 [ H 2 CO [H ]
3]
[ CO
2 3
]
K 2 K 1 [ H 2 CO [H ]2
3]
CT = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]
①氧在水中的溶解度
氧在干燥空气中的含量为 20.95% 。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。水在25℃ 时的蒸汽压为0.03167 × 105 Pa。氧在 1.013 × 105 Pa， 25 ℃饱和水中的溶解度：
pO2
5
(1.013010
0.031 61705)20.95%0.2056105(Pa)
1
(1
[H K1
]
K2 [H
) 1 ]
以上属封闭的水溶液体系的情况； 没有考虑大气交换过程。 CT = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]
2
(1
[H ]2 K1K2
[
H K
2
]
)
1
100 80 CO2O3-
20
0 2
4
6
8
10
12
环境化学-第三章-第1节-天然水 的基本特征及污染物的存在形态
本章重点及难点
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。
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
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
水中八大主要离子；
[H+]=[HCO3-] K1=4.45 × 10-7
故CO2在水中的溶解度应为 [CO2]+[HCO3—]=1.24×10-5mol/L
1. 天然水的组成
(4) 水生生物 生态系统、食物链中的一个重要环节； 生产者、消费者、分解者； 自养生物、异养生物； 生产率、富营养化、C、N、P
注意： 富营养化问题中，多数情况，P是限制因素，有些情况 下CO2也是一个限制因素。
C1,C2 为绝对温度T1为 ,T2时气体在水中的溶；解度 H溶解热J，/mol R气体常,数 8.314J/moKl
1. 天然水的组成
②CO2的溶解度 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：
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
2. 天然水的性质
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO2 (aq)] KH pCO2
CT
[CO2 (aq)] / 0
1
0
KH
pCO2
[HCO3- ] CT
1
1 0
KH
pCO2
K1 [H
]
KH
pCO2
[CO32- ] CT 2
2 0
KH
pCO2
K1K2 [H ]2
0 (1[H K1][K H1K ]22)1
1
(1
[H K1
]
K2 [H
) 1 ]
2
(1
[H ]2 K1K2
[H ] ) 1 K2
[H 2C O3 ] CT 0 [H C O3 ] CT1 [C O32 ] CT 2
2. 天然水的性质
0 (1[H K1][K H1K ]22)1
水溶液中金属离子：Mn+，简单的水合金属离子M(H2O)n+。 水中可溶性金属离子常常以多种形态存在。例如铁:
Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe2(OH)24+, Fe3+ , …… 在近于中性的天然水溶液中，水合铁离子的浓度可忽略不计。
1. 天然水的组成
(3) 气体在水中的溶解性
[O2(aq)]KHpO2 1.261080.20561052.6104(mol)/L
氧的分子 32， 量因 为此其溶 8.32解 mg度 。 /L为
1. 天然水的组成 不同温度下，气体在水中溶解度的计算：
Clausius-Clapeyron方程式：
lgC2 H ( 1 1 ) C1 2.303R T1 T2
2. 天然水的性质 2.1 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。
2.1 碳酸平衡 2. 天然水的性质
CO2+H2O → H2CO3
H 2 CO 3 H HCO
KH
pCO2
一定温度下，PCO2是恒定不变的，所以[H2CO3*]保持不变； 但是随着pH的改变，[HCO3-]、[CO32-]发生改变。
lgC-pH图
2
2. 天然水的性质 比较开放体系和封闭体系的区别。
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); 表3-2
注意：
[G(aq)] = KH×pG
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。
1. 天然水的组成
1.天然水的组成
水中金属离子； 气体在水中的溶解度；
水生生物
2.天然水的性质
碳酸平衡 酸度和碱度
(1)八大离子：
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-
总含盐量(TDS)：
TDS=【K++Na++Ca2++Mg2+】+【HCO3-+Cl-+SO42-】
(2) 水中的金属离子：
3
HCO
3
H
CO
23
K1
[ H ][HCO [H 2 CO
3
]
3]
K
2
[ H ][CO [HCO
2 3
]
3
]
[ HCO
3
]
K 1 [ H 2 CO [H ]
3]
[ CO
2 3
]
K 2 K 1 [ H 2 CO [H ]2
3]
CT = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]