第3章水环境化学
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。
第三章 水环境化学水中无机污染物的迁移转化汇总
20
1. 胶体颗粒凝聚的基本原理和方式
1) 带电胶粒稳定性的经典理论--DLVO理论 带电胶粒的两种相互作用力
双电层重叠时的静电排斥力 粒子间的长程范德华吸引力
DLVO理论认为，当吸引力占优势时，溶胶发生聚 沉； 当排斥力占优势，并大到足以阻碍胶粒由于 布朗运动而发生聚沉时，则胶体处于稳定状态。 颗粒在相互接近时两种力相互作用的总位能随相 隔距离的变化而变化： 总位能 VT=VR+VA 式中：VA——由范德华力所产生的位能； VR——由静电排斥力所产生的位能。
4
一 、 颗粒物与水之间的迁移
2、水环境中颗粒物的吸附作用
专属吸附是指吸附过程中，除了化学键的作
用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在 起作用。
专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号， 而且可使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。
5
表3－8水合氧化物对金属离子的专属吸附 与非专属吸附的区别
项目 非专属吸附 专属吸附 发生吸附的表面净电荷的符号 － －、0、＋ 金属离子所起的作用 反离子 配位离子 吸附时发生的反应 阳离子交换 配位体交换 发生吸附时体系的PH值 >零电位点 任意值 吸附发生的位置 扩散层 内层 对表面电荷的影响 无 负电荷减少， 正电荷增多 注：本表摘自陈静生主编，1987。
(4)水体悬浮沉积物
悬浮沉积物是以矿物微粒，特别是粘土矿物 为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在矿 物微粒表面上，成为各微粒间的粘附架桥物质， 把若干微粒组合成絮状聚集体（聚集体在水体中 的悬浮颗粒粒度一般在数十微米以下），经絮凝 成为较粗颗粒而沉积到水体底部。
(5)其他
3
一、 颗粒物与水之间的迁移
水环境化学-72页文档资料
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)
第三节 水中有机污染物的迁移转化
(Transport and Transformation of organic Pollutants)
有机污染物在水环境中的迁移转化 取决于有机污染物的自身性质和水体的 环境条件。 迁移转化主要方式：
吸附、挥发、水解、光解、生物富集、 生物降解等。
一、分配作用 (Partition)
1、 分配理论 (Partition Theory)
吸着（sorption）指有化合物在土壤(沉积物) 中的吸着存在，可以用二种机理来描述有机 污染物和土壤质点表面间物理化学作用的范 围。
（2）天然水中的碱度和酸度
(Acidity and Alkalinity in Natural Waters)
碱度（Alkalinity）
指水中能与强酸发生中和作用 的全部物质，即接受质子的物质总 量，包括强碱、弱碱及强碱弱酸盐。
(完整版)第三章水环境化学答案
第三章水环境化学1、请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中[H 2CO 3*]、[HCO 3-]和[CO 32-]的表达式，并讨论这两个体系之间的区别。
解: 开放体系，考虑到CO 2在气液相之间的平衡，[H 2CO 3*] 不变根据亨利定律： [CO 2(aq)] = K H Pco 2 lg[H 2CO 3*] ≈ lg[CO 2(aq)] = lg K H + lg Pco 2 = - 4.9lg[HCO 3-] = lg K 1 + lg [H 2CO 3*] + pH= -11.3 + pHlg[CO 32-] = lgK 1 + lgK 2 + lg[H 2CO 3*] + 2pH= -21.6 + 2pH*][][][*][]][[32133231CO H H K HCO CO H HCO H K +--+==*][][][*][][][32221233223221CO H H KK CO CO H CO H K K +--+⋅==⋅][][][233*32--++=CO HCO CO H C T 是常数。
的总和为各种碳酸化合态浓度假设,T C TC HCO ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=31αTC CO ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=232αTC CO H ⎥⎦⎤⎢⎣⎡*=320α122122][][1(-+++=K H K K H α1211)][][1(-++++=H K K H α122110][][1(-++++=H K K H K α*][][][*][]][[32133231CO H H K HCO CO H HCO H K +--+==*][][][*][][][32221233223221CO H H K K CO CO H CO H K K +--+⋅==⋅][][][][21233*32+--H K K CO HCO C CO H T 和含有的表示式，，为变量表示以:,][],[*],[21023332得到，，代入把αααT C CO HCO CO H --eg oo d 2、请导出总酸度、CO 2酸度、无机酸度、总碱度、酚酞碱度和苛性碱度的表达式作为总碳酸量和分布系数（α）的函数。
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》课件_环境化学第三章
第一节
水环境中的沉淀溶解反应
3、相互结合的离子半径差别愈小，其离子化合物愈牢固， 即难溶解。 溶解度小于0.01克/100克水的物质叫做“难溶物” 地表水和沉积物的孔隙水中主要阴离子Cl-、SO2-4、HCO-3
还原条件下有H2S衍生的HS-与S2-，碳酸盐、氢氧化物、硫 化物难溶。
第一节
水环境中的沉淀溶解反应
一、氧化物和氢氧化物
金属氢氧化物沉淀有多种形态，它们在水环境中的行为差
别很大。氧化物可看成是氢氧化物脱水而成。金属氢氧化 物的沉淀溶解平衡可以用化学反应的通式表述：
Me (OH)n(s) ==== Me n+ + nOH¯ Ksp = [Me n+][OH–]n [Me n+]= Ksp/[OH–]n = Ksp[H+]n / Knw
pc = ( pKsp – npKw ) + npH （3-1）
第一节
水环境中的沉淀溶解反应
1、pc 与pH成直线关系，即在一定的pH的范围内， pH 越高，金属离子的浓度越低；
2、金属离子的价数就是浓度随pH变化的斜率，其中
lg[Men+] 与pH的关系，斜率分别为 -1、-2、-3。 Ag+、Hg+ 的斜率为 1； Ca2+ 、 Mg2+ 、 Fe2+ 、 Mn2+ 、 Zn2+ 、 Pb2+ 、 Cu2+ 、 Hg2+ 、 Ni2+ 、 Cd2+ 、 Co2+ 的斜率为 2； Al3+、Fe3+、Cr3+ 的斜率为 3； 3、当pc = 0时（-lg[Men+] = 0 即 [Men+] = 1 mol/L）， 直线在横轴上的pH值为截距 ， 用下式计算：
第3章水环境化学1
可从CO2的酸离解常数K1计算出：
[H+]= [HCO3-]
[H+]2/[CO2] =k1=4.45×10-7
[H+]=2.14×10-6 mol/L
pH＝5.67
故CO2在水中的溶解度应为[CO2]十[HCO3-]=1.24×l0-5 mol/L。
第二十一页，共68页。
★⑷水生生物：
水生生物体可分为自养生物和异养生物。
pG=（p标-p水蒸汽）×V%
式中：KH：各种气体在一定温度下的亨利定律常数；pG：各 种气体的分压。
但是：亨利定律不能说明气体在溶液中进一步的化学反应 ，如：
H2CO3 = H+ + HCO3-
HCO3- = H+ + CO32-
第十六页，共68页。
表表3-34-125℃25时℃一时些一气些体气在体水在中水的中亨的利亨定利律定常律数常数
氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32mg／L。
气体的溶解度随温度升高而降低，这种影响可由C1ausius-C1apeyron方
程式显示出：
lgc2 H (1- 1) c1 2.303T R1 T2
温度从0℃升高到35℃时，氧在水中的溶解度从14.74mg/L降低到
7.03mg/L。
第二十页，共68页。
3.地球上水的分布
地球上的水分布在海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、雪地、 以及大气、生物体、土壤和地层。水的总量约为13.86亿km3，其
中海水占96.5%，淡水为0.35亿km3，占总水量的2.35%。 比较容易开发利用的，与人类生活和生产关系密切的淡水
储量为400多万km3，仅占淡水的11％，总水量的0.3％。
阳离子
环境化学第三章水环境化学复习知识点
第三章水环境化学1、水中八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-为常见八种离子2、溶解气体与Henry定律:溶解于水中的气体与大气中的气体存在平衡关系，气体的大气分压P G与气体的溶解度的比表现为常数关系，称为Henry定律，该常数称为Henry定律常数K H。
[G(aq)] = K H PG K H－气体在一定温度下的亨利定理常数 (mol/L.Pa) PG －各种气体的分压 (Pa)3、水体中可能存在的碳酸组分 CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3 ( H2CO3*)4、天然水中的碱度和酸度：碱度：水中能与强酸发生中和作用的全部物质，即能够接受质子H+的物质总量；酸度：凡在水中离解或水解后生成可与强碱（OH-）反应的物质（包括强酸、弱酸和强酸弱碱盐）总量；即水中能与强碱发生中和作用的物质总量。
5、天然水中的总碱度=HCO3-+2CO32-+ OH- —H+6、水体中颗粒物的类别(1)矿物微粒和粘土矿物（铝或镁的硅酸盐）(2)金属水合氧化物（铝、铁、锰、硅等金属）(3)腐殖质 (4)水体悬浮沉积物 (5)其他（藻类、细菌、病毒等）影响水体中颗粒物吸附作用的因素有：颗粒物浓度、温度、PH。
7、水环境中胶体颗粒物的吸附作用有表面吸附、化学吸附、离子交换吸附和专属吸附。
8、天然水的PE随水中溶解氧的减少而降低，因而表层水呈氧化性环境。
9、吸附等温线：在一定温度，处于平衡状态时被吸附的物质和该物质在溶液中的浓度的关系曲线称为吸附等温线；水环境中常见的吸附等温线主要有L－型、F－型和H－型。
10、无机物在水中的迁移转化过程：分配作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集、生物降解作用。
11、PE:pE 越小，电子活度越高，提供电子的倾向越强，水体呈还原性。
pE 越大，电子活度越低，接受电子的倾向越强，水体呈氧化性。
pe影响因素：1)天然水的pE随水中溶解氧的减少而降低；2)天然水的pE随其pH减少而增大。
第三章-水环境化学(第一次课)
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
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第3章水环境化学
α0 =[H2CO3* ]/{[H2CO3* ]+[HCO3- ]+[CO32- ]} α1= [HCO3- ] /{[H2CO3* ]+[HCO3- ]+[CO32- ]} α2 = [CO32- ] /{[H2CO3* ]+[HCO3- ]+[CO32- ]}
第3章水环境化学
（2）天然水中的碱度和酸度
1、水中的颗粒物的类别
矿物微粒和黏土ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物 金属水合氧化物 腐殖质
悬浮沉积物
其他
第3章水环境化学
腐殖质(Humic Substances)
带负电荷的高分子弱电解质，多含有– COOH、–OH等。在pH高，离子强度低条件 下，羟基、羧基大多离解，负电荷相互排斥， 构型伸展，亲水性强。
第3章水环境化学
2、水环境中颗粒物的吸附作用
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
第3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
一、天然水体的基本特征 (Basic Character of Natural Waters)
1、天然水的组成(Constitution of Natural Waters)
(Adsorption of Particals in Water Environmen) 表面吸附
离子交换吸附
专属吸附
第3章水环境化学
（1）吸附等温线和等温式
(Adsorption Isotherms and Isothermal Equation)
吸附是指溶质在界面层浓度升高的现象，水 体中颗粒物对溶质的吸附是一个动态平衡过 程。
八大离子：
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-
总含盐量(TDS)：
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
第3章水环境化学
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：
絮凝：由聚合物促成的聚集。
第3章水环境化学
胶体颗粒凝聚方式
(Flocculation Way of Colloid Particulate)
1、压缩双电层的聚集 2、专属吸附凝聚 3、胶体相互凝聚 4. “边对面”絮凝
(Acidity and Alkalinity in Natural Waters)
碱度（Alkalinity）
指水中能与强酸发生中和作用 的全部物质，即接受质子的物质总 量，包括强碱、弱碱及强碱弱酸盐。
第3章水环境化学
测定方法：
酸碱滴定，双指示剂法
H+ + OH- = H2O H+ + CO32- = HCO3H+ + HCO3- = H2CO3
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3 常把CO2和H2CO3合并为H2CO3*。
第3章水环境化学
H2CO3*— HCO3-—CO32-体系可用下面的 反应和平衡常数表示：
CO2 + H2O = H2CO3* H2CO3* = H+ + HCO3HCO3- = H+ + CO32-
pK0 = 1.46 pK1 = 6.35 pK2 = 10.33
第3章水环境化学
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
第3章水环境化学
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
第3章水环境化学
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
第3章水环境化学
L型（Langmuir）等温式
G G0C /( A C)
1/ G 1/ G0 ( A/ G0 )(1/ C)
G0—单位表面上达到饱和时的最大吸附量 A—常数
第3章水环境化学
3、沉积物中重金属的释放
(Release of Heavy Metals in Sediment)
沉积物中的重金属可能重新进入水 体，这是产生二次污染的主要原因。 不仅对于水生生态系统，而且对于饮 用水的供给都是很危险的。
第3章水环境化学
在一定的温度下，当吸附达到平衡时，颗粒物 表面上的吸附量（G）与溶液中溶质平衡浓度 (C) 之间的关系用吸附等温式表达。
H型（ Henry）等温式（直线型）
G kC 式中：K——分配系数
F型（Freundlich）等温式
1
G kC n
用对数表示：
lg G lg k 1 lg C n
第3章水环境化学
诱发释放的主要因素：
（1）盐浓度升高； （2）氧化还原条件的变化； （3）降低pH值； （4）增加水中配合剂的含量。
第3章水环境化学
二、水中颗粒物的聚集
(Aggregation of Particals in Water)
胶体颗粒的聚集亦可称为凝聚或絮凝。
凝聚：由电介质促成的聚集。
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。
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
第3章水环境化学
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第3章水环境化学
第3章水环境化学
第二节 水中无机污染物的迁移转化
(Transport and Transformation of inorganic Pollutants)
一、颗粒物与水之间的迁移 (Transport Between Particles and Water)
(酚酞终点) (甲基橙终点)
第3章水环境化学
总碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [ OH-] – [H+] 酚酞碱度=[OH-]+[CO32-]-[H2CO3*] – [H+] 苛性碱度= [OH-]- [ HCO3-] - 2[CO32-] – [H+]
第3章水环境化学
酸度 （Acidity）