第三篇 水环境化学(1)天然水的组成和性质
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环境化学第三章水
二节 气体在水中的溶解性
水的质量特征：
• 酸度和碱度
第一节 概述
• 盐度和氯度:1千克水中碳酸盐转变为氧化物、溴化物 和碘化物转变为氯化物、有机物完全氧化后所含固体 的总克数。
• 硬度 • 溶氧量：25℃时的饱和浓度
[O2 (aq)] = 2.6×10-3 mol/L = 8.32 mg/L
• 清度和色度
化合物直接与 pH值有关，实际涉及到水解和羟基配合物的平
衡过程，该过程往往复杂多变，这里用强电解质的最简单关 系式表述： Me(OH)n(s) → Men+ + nOH根据溶度积表达式 可导出金属离子浓度 等号两边取负对数： Ksp = [Men+][OH-]n [Men+] = Ksp/[OH-]n = Ksp[H+]n/Kwn -lg[Men+] =－lgKsp－nlg[H+] + nlgKw (3-21)
HS- → H+ + S2则总反应： H2S →2 H+ + S2-
K2= 1.3×10-15
K1,2=K1K2=1.16×10-22
三、溶解沉淀平衡
在饱和水溶液中，H2S浓度总是保持在0.1mol/L，则 [H+]2[S2-] = K1,2×[H2S] = 1.16×10-22×0.1 = 1.16×10-23 由于在水溶液中 H 2 S 的二级电离甚微，故可近似认为 [H+] = [HS-]，因此可求得溶液中[S2-]浓度：
三、溶解沉淀平衡
第二节 天然水中的平衡
溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径，一般金
属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡量。
溶解度小者，迁移能力小； 溶解度大者，迁移能力大。 在固—液平衡体系中，需用溶度积来表征溶解度。
水环境化学天然水1省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件
8/73
二 水特征及其意义
•• 1、水物理性质 1）高沸点、高熔点 2）蒸发烧高 3）水在4℃时密度最大； 4）水含有突出界面特征，水表面张力大。
9/73
• •5）除极少数液体和固体（如液氨、液氢）外， 水比热容比任何其它液体和固体都高。
比热容(specific heat capacity)又称比热容量(specific heat)， 简称比热容，是单位质量物质热容量，即是单位质量物体改变 单位温度时吸收或释放热能。
18/73
普通认为，蒸发作用是促成水同位素分馏主 要过程。 • • 因为重水蒸汽压比普通水蒸汽压略低，所以在蒸 发区（如大洋水）重水成份稍高。 • 由水蒸汽凝结生成雨水中重水成份较低。 • 南极冰是地球上最轻水。
•【 蒸汽压：一定温度下，液体和它蒸汽处于平衡状态时蒸汽所含有压力 称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。】
10/73
• 6）水含有很高介电常数，比任何其它纯液体高。 绝大部分离子化合物能够在水中电离。
• 介•电常数是度量物质极性大小一个有用参数。在化学中,介电常
数是溶剂一个主要性质,它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开 离子能力。
• 水分子强极性使它能与带电荷离子和分子发生相互结合作用。水 化作用是一个强烈放热过程，释放能量足以克服离子间彼此作用 力。
• 镁起源主要为白云岩、泥灰岩等风化产物溶解。
镁存在于全部天然水中，而且其含量仅次于Na+，Ca2+，常 居阳离子第二位。
39/73
• 天然水中Ca2+与Mg2+含量百分比关系有一个大致规律：在 溶解性固体总量低于500mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔比值改 变范围较大，从4:1到2:1。
• 当水中溶解性固体总量大于1000mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔 比值在2:1到1:1；
二 水特征及其意义
•• 1、水物理性质 1）高沸点、高熔点 2）蒸发烧高 3）水在4℃时密度最大； 4）水含有突出界面特征，水表面张力大。
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• •5）除极少数液体和固体（如液氨、液氢）外， 水比热容比任何其它液体和固体都高。
比热容(specific heat capacity)又称比热容量(specific heat)， 简称比热容，是单位质量物质热容量，即是单位质量物体改变 单位温度时吸收或释放热能。
18/73
普通认为，蒸发作用是促成水同位素分馏主 要过程。 • • 因为重水蒸汽压比普通水蒸汽压略低，所以在蒸 发区（如大洋水）重水成份稍高。 • 由水蒸汽凝结生成雨水中重水成份较低。 • 南极冰是地球上最轻水。
•【 蒸汽压：一定温度下，液体和它蒸汽处于平衡状态时蒸汽所含有压力 称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。】
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• 6）水含有很高介电常数，比任何其它纯液体高。 绝大部分离子化合物能够在水中电离。
• 介•电常数是度量物质极性大小一个有用参数。在化学中,介电常
数是溶剂一个主要性质,它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开 离子能力。
• 水分子强极性使它能与带电荷离子和分子发生相互结合作用。水 化作用是一个强烈放热过程，释放能量足以克服离子间彼此作用 力。
• 镁起源主要为白云岩、泥灰岩等风化产物溶解。
镁存在于全部天然水中，而且其含量仅次于Na+，Ca2+，常 居阳离子第二位。
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• 天然水中Ca2+与Mg2+含量百分比关系有一个大致规律：在 溶解性固体总量低于500mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔比值改 变范围较大，从4:1到2:1。
• 当水中溶解性固体总量大于1000mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔 比值在2:1到1:1；
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？
第三篇水环境化学(1)天然水的组成和性质
▪ 当然H2O 是最 普通 的 水分 子 （ 包 括H216O（ 99.73%） 、H217O（ 0.18%）、H218O（0.037%）、），总量占99.937%。其余的水是 重水（包括D216O、D217O、D218O）和超重水（包括T216O、T217O 、T218O）。
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趋势线 实际水
20
▪热容量最大
▪溶解和反应能力强 ▪具有很大的表面张力
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21
3 、水的同位素组成
▪ 水分子的结构式是H2O，实际上H有三种同位素1H（氕H）、2H（ 氘D）、3H（氚T）、氧有三种同位素16O、17O、18O，所以水实际上 是18种水分子的混合物C32C31=18。
2、质量物质的量浓度(或质量摩尔浓度) (1)、定义(用m或b表示) (2)、公式
mnB100 W 0B1000
W A
M B W A
其中：
nB—物质的量，单位：mol； WB—溶质的质量，单位：g ； MB—摩尔质量，单位：g·mol－1 ； WA—溶剂的质量，单位：g .
3、物质的量分数浓度(或摩尔分数浓度)
气体在水中的溶解度可用以下平衡式表示：
[G(aq)]=KH·PG
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33
① 氧在水中的溶解
例子：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。氧在1.0130×105Pa、25℃（标准状态）饱和水中的溶解度， 可按下面步骤计算。 水 在 25℃ 时 的 蒸 汽 压 为 0.03167×105Pa ， 由 于 干 空 气 中 氧 的 含 量 为 20.95%， 所以氧的分压为：=(1.0130-0.03167)×105×0.2095=0.2056×105Pa
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趋势线 实际水
20
▪热容量最大
▪溶解和反应能力强 ▪具有很大的表面张力
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3 、水的同位素组成
▪ 水分子的结构式是H2O，实际上H有三种同位素1H（氕H）、2H（ 氘D）、3H（氚T）、氧有三种同位素16O、17O、18O，所以水实际上 是18种水分子的混合物C32C31=18。
2、质量物质的量浓度(或质量摩尔浓度) (1)、定义(用m或b表示) (2)、公式
mnB100 W 0B1000
W A
M B W A
其中：
nB—物质的量，单位：mol； WB—溶质的质量，单位：g ； MB—摩尔质量，单位：g·mol－1 ； WA—溶剂的质量，单位：g .
3、物质的量分数浓度(或摩尔分数浓度)
气体在水中的溶解度可用以下平衡式表示：
[G(aq)]=KH·PG
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① 氧在水中的溶解
例子：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。氧在1.0130×105Pa、25℃（标准状态）饱和水中的溶解度， 可按下面步骤计算。 水 在 25℃ 时 的 蒸 汽 压 为 0.03167×105Pa ， 由 于 干 空 气 中 氧 的 含 量 为 20.95%， 所以氧的分压为：=(1.0130-0.03167)×105×0.2095=0.2056×105Pa
3.1.2天然水的基本特征(1)
第三章：水环境化学——天然水的性质第三章：水环境化学——天然水的基本特征以及污染物存在形态一、水和水分子结构的特异性二、天然水的基本特征1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物）2、天然水的化学特征3、天然水的性质（1）碳酸盐系统（2）酸度和碱度（3）天然水的缓冲能力● 缓冲溶液能够抵御外界的影响，使其组分保持一定的稳定性，pH 缓冲溶液能够在一定程度上保持pH 不变化。
● 天然水体的pH 值一般在6-9之间，而且对于某一水体，其pH 几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。
● 一般认为各种碳酸盐化合物是控制水体pH 值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。
但最近研究表明，水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应，对水体的pH 值也有着重要作用。
● 但无论如何，碳酸化合物仍是水体缓冲作用的重要因素。
因而，人们时常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。
对于碳酸水体系，当pH<8.3时，可以只考虑一级碳酸平衡，故其pH 值可由下式确定：][][lg 3*321--=HCO CO H pK pH如果向水体投入△B 量的碱性废水时，相应由△B 量H 2CO 3*转化为HCO 3-，水体pH 升高为pH ＇,则：B HCO BCO H pK pH ∆+∆--=-][][lg 3*321＇水体中pH 变化为△pH=pH ＇-pH ，即：][][lg ][][lg 3*323*32--+∆+∆--=∆HCO CO H B HCO BCO H pH由于通常情况下，在天然水体中，pH=7左右，对碱度贡献的主要物质就是[HCO 3-]，因此经常情况下，可以把[HCO 3-]作为碱度。
若把[HCO 3-]作为水的碱度，[H 2CO 3*]作为水中游离碳酸[CO 2]，就可推出：△B=[碱度][10△pH -1]/(1+K 1×10pH+△pH )△pH 即为相应改变的pH 值。
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)
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
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CO2+H2O CO2·2O H
亨利常数
KH
CO2 H 2O
pco2
=3.34×10-7molL-1Pa-1
21
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CO2·2O HCO3-+H+ 一级电离 H
[ H ][ HCO3 ] K1 [CO2 H 2 O ]
=4.45×10-7molL-1
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11
一般水体中的特征离子
海水中：一般Na+、Cl-占优势；
湖水中：Na+、Cl-、SO42-占优势；
地下水硬度高，就是其中Ca2+ 、Mg2+ 含量高，苦水或咸
水地区，地下水中Na+、HCO3-含量较高；
河水中所含有的部分Na+和大部分的Ca2+。
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[ HCO3 ][ H ] [ H 2 CO3 ]
*
,
2 [ H 2 CO3 ] [CO3 ][ H ] K1= , K2= PCO2 [ HCO3 ]
根 据 K1 及 K2 值 ， 就 可 以 制 作 以 pH 为 主 要 变 量 的
H2CO3*- HCO3-- CO32-体系的形态分布图。
第VI主族元素氢化物沸点比较 y轴温度k）
5
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热容量最大
溶解和反应能力强
具有很大的表面张力
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6
3 、水的同位素组成
水分子的结构式是H2O，实际上H有三种同位素1H（氕H）、2H
（氘D）、3H（氚T）、氧有三种同位素16O、17O、18O，所以水实
质、溶解物质（气体、离子）、水生生物等。
9
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（1）天然水中的主要离子组成 天然水中常见的八大离子：K+ 、Na+ 、Ca2+ 、 Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-。 八大离子占天然水中离子总量的95%-99%。
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10
除上述的八大离子之外，还有H+ 、OH- 、NH4+ 、 HS-、S2- 、NO2-、NO3-、HPO4- 、PO43- 、Fe2+、Fe3+ 等。
22
③水中溶解H2S
（4）、水生生物
水生生物可直接影响许多物质的浓度，其作用有代谢、摄取、 转化、存储和释放等。
水生生态系统生存的生物体，可以分为自养生物和异养生物。
自养生物利用太阳能或化学能量，把简单、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。
际上是18种水分子的混合物C32C31=18。 当 然 H2O 是 最 普 通 的 水 分 子 （ 包 括 H216O （ 99.73% ） 、 H217O （0.18%）、H218O（0.037%）、），总量占99.937%。其余的水 是重水（包括D216O、D217O、D218O）和超重水（包括T216O、T217O、 T218O）。
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（二）、天然水的基本特征
天然水系的类别
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1 、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物）
天然水是含有可溶性物质和悬浮物的一种天然
溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化过程
中，经过水文地球化学和生物地球化学的迁移、搬
运到水中的地壳矿物质。包括：悬浮物质、胶体物
硬 度 Ca2+ HCO3Mg2+ CO32碱 度
酸 H+ OH-
碱 金 属
阳 离 子
Na+ SO42 Cl- NO3酸 根
阴 离 子
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矿化过程：天然水中主要离子成分的形成过程，称为矿化过程； 矿化度：矿化过程中进入天然水体中的离子成分的总量，以溶解 总固体（TDS）表示 一般天然水中的TDS可以表示为： TDS=[Ca2++Mg2++Na++K++Fe2++Al3+]+[HCO3-+SO42-+Cl-+CO32-+NO3-+PO43-]
HCO3- CO32-+H+ 二级电离
K2
[ H ][CO3 ] [ HCO3 ]
2
=4.68×10-11molL-1
由于k2特别小，所以只考虑前面两个方程，可得： [H+]=[HCO3-] [H+]2/[CO2]= K1=4.45×10-7 [H+]=(1.028×10-5×4.45×10-7)1/2=2.14×10-6mol/L pH=5.67（酸雨判别标准的由来） 故CO2在水中的溶解度为[CO2]+[HCO3-]=1.24×10-5mol/L。 绥化学院食品与制药工程学院
氮 、 氨、 硝 酸、 亚 硝酸 等 （闪 电 、生 物 释放 ） ；降 水 pH=5-7;
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（2）海水
矿化度很高，35g/L，海洋蒸发浓缩，大陆带来盐分化学组成
比较恒定，海水太多，离子变化影响不大；海水pH=8-8.3; （3）河水 HCO3->SO42->Cl-；河水化学成分易变，随着时间和空间变化，例如 汛期和非汛期，流经不同的地区等河水溶解氧一般夏季6-8mg/L， 冬季8-10mg/L；河水二氧化碳夏季1-5mg/L，冬季20-30mg/L（光 合作用减弱，补给源地下水含二氧化碳多）；
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Cs
468 31.6 t
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②
CO2的溶解
Pco2 (1.0130 0.03167 ) 10 5 3.14 10 4 30.8Pa
所以：[co2 ] 3.34 10 7 30.8 1.028 10 5 CO2的酸离解常数（K1）计算出： mol/L
将这个数值代入上面的方程式中，即可得出其他各形态的浓度： [Fe(OH)2+]=8.1×10-14 mol/L
[Fe(OH)2+]=4.5×10-10 mol/L
[Fe2(OH)24+]=1.02×10-23mol/L （3）、天然水中溶解的重要气体 天然水中溶解的气体有氧气、二氧化碳、氮气、甲烷、氮气等
下水作用影响不大，地下水一般溶解氧含量低，水温不受大气影响。
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3、天然水的性质
（1）碳酸盐系统
① 碳酸平衡的一般方程
对 于 CO2-H2O 系 统 ， 水 体 中 存 在 着 CO2 （ aq ） 、 H2CO3 、
HCO3- 和CO32- 等四种化合态 ，常把CO2(aq)和H2CO3 合并为
[Fe2(OH)24+][H+]2/[Fe3+]2=1.23×10-3 假如存在固体Fe(OH)3(s)，则Fe(OH)3(s)+3H+= Fe3++3H2O [Fe3+]/[H+]3=9.1×103 在pH=7时：[Fe3+]=9.1×103×（1.0×10-7）3=9.1×10-18mol/L
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模式的基本原理。
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一、
水分子结构
天然水基本特征
(一）、水和水分子结构的特异性 （二）、天然水的基本特征
（三）、水体污染和自净
（四）、水中污染物的分布和存在形态 （五）、典型水污染的特征
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（一）、水和水分子结构的特异性
1 、水分子的结构
+ H + + H _ O + — + +
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亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应，
如：
CO2 + H2O=H+ + HCO3-
SO2 + H2O=H+ + HSO3气体在水中的溶解度可用以下平衡式表示：
[G(aq)]=KH·G P
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① 氧在水中的溶解
例子：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。氧在1.0130×105Pa、25℃（标准状态）饱和水中的溶 解度，可按下面步骤计算。 水在25℃时的蒸汽压为0.03167×105Pa，由于干空气中氧的含量为
死藻的分解引起水中溶解氧水平降低，这种情况常被称为富营养化。
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细菌等其他微生物
细菌的特点是形体十分微小，内部组织结构简单，大多是单细胞；
水环境中主要微生物：原生动物、藻类、真菌、放线菌、细菌；
细菌等微生物关系到水环境自然净化和废水生物处理过程的重要的微生
物群体；
因此，水中H2CO3*-HCO3--CO32- 体系可用下面的反应和平衡 常数表示： CO2(g)+ H2O ===H2CO3*
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H2CO3*，实际上H2CO3含量极低，主要是溶解性气体CO2(aq)。
pK0=1.47
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[CO2 ( aq)] 其中KH= , PCO2
*
K0=
绥化）:
TDS≈[ Ca2+ + Mg2+ + Na+ + K+ ]+[ HCO3- + SO42- + Cl- ]
（2）、天然水中溶解的金属离子