水文地球化学-第六讲

水文地球化学基础Hydrogeochemistry

第二部分：水化学基础

第二部分水化学基础

—地下水的化学组成

地下水的化学组成

1水的结构与性质

2地下水的化学成分

3水质指标

4水化学数据处理

构

1水的结构与性质

水的体积变化与压强的关系

学

2地下水的化学成分

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水的结构

O（16O、17O、18O）

水分子的种类：H（H、D、T）

16O占绝对优势，即：H2O

共9 种类型，H

几种重要的水分子

16O，重水，核反应堆的中子减速剂

D

18O，重氧水，水解反应示踪剂

H

O，氚水，示踪剂、测定地下水年龄

T

极性

V型结构，H-O键夹角104.5度，电子分布不均匀

水分子间通过静电引力（氢键）相互缔合，巨大分子团

液态水处于结晶态-液态的过渡态

水的某些异常性质及意义

温度、压力对水的性质的影响

-物理性质、溶解性质、pH、……

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水的组成

复杂的溶液，80/93元素，无机/有机/气体/重金属/微生物

颗粒大小

真溶液，分子-离子，D<10-9m

胶体，D=10-9——10-7m

悬浮液，D<10-7m

无机组分

宏量组分，C>5mg/L

微量组分, C=0.01-1mg/L

痕量组分，C<0.01mg/L

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水的组成

有机物，ppb、ppt级

20025/1200

种类多，多万，万个配方年，饮水中已发现种

地下水中，发现175种，总化学物质200多种

C、H、O组成的98.5%，主要是卤代烃，疏水性有机物

气体

大气来源，O

2、N

2

、CO

2

及惰性气体CO

岩层生物化学作用, CO

2、H

2

S、H2、CH4、CO、N2、NH3等

岩层变质作用，还包括HCl、HF、SO

2

等

放射性衰变：Rn、He、Ne、Ar等

微生物

细菌、真菌、藻类

0≥1000m,-n-90℃，黑暗环境

C、N、S等生物转化、有机物降解、重金属的催化

3水质指标

3-1水化学成分的浓度单位3 水化学成分的浓度单位

质量浓度

mg/L(ppm)，μg/L （ppb ），ng/L （ppt ）

mg/kg(ppm)，μg/kg （ppb ），ng/kg （ppt ）

摩尔浓度，mol/L （M ），mol/kg(m)

摩尔浓度=单位溶液中溶质的摩尔数

溶质的摩尔数=质量/摩尔质量

摩尔质量=溶质的原子量或分子量

Mole Fraction 摩尔分数（Mole Fraction ）

适用于固溶体、非水溶相液体（NAPL ）

的混合物中摩尔数

（

若A 和B 的混合物中，A 的摩尔分数=A 摩尔数：（A 摩尔数+B 摩尔数）

1LH

2O=55.56mol/L

3-1水化学成分的浓度单位

3 水化学成分的浓度单位

当量浓度（Equivalents or Normality），N

Equivalents or Normality）

克当量浓度=单位体积溶液中溶质的克当量数

=eq or meq

克当量数质量/克当量，eq or meq

克当量

离子：原子量或分子量/离子的价态

酸：分子量/酸分子中被金属置换的氢原子数

碱：分子量/碱分子中所含氢氧根数

碱分碱分所含氢氧数

盐：分子量/结合为酸或碱所要的H+或OH-数量

CO3的就是2，NaHCO3是1

如：Na

金属氧化物：分子量/参加氧化还原的金属得失的电子数

Cr2O7应该是6N

如：1mol/L的K

转换

N=M×离子的价态

练习题

水中计算其摩尔浓度和当浓度1、水中SO

4

2-的浓度为96.0mg/L, 计算其摩尔浓度和当量浓度

5压力下密度为1020g/mL200gCaCl 2、在25、10Pa压力下，密度为1.020g/mL含2.00gCaCl

2/L的

溶液，计算体积摩尔浓度、当量浓度和质量浓度

3、在Ca-MgCO

3

固溶体中，含有质量分数为5%的Mg，计算MgCO3在该固溶体中的摩尔分数

Assume the background concentration of dissolved oxygen (DO) is 5 ppb in the above aquifer. Further assume the aquifer is 10,000 m long, 1000 m wide and 100 m thick.

1) What’s is the total amount of DO in the aquifer?

2) What is the mass flux of DO across the right face?