水化学：第二章 天然水的主要理化性质
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【水环境化学】第二章 天然水的主要理化性质
第二章天然水的主要理化性质第一节天然水的盐度、密度和化学分类一、天然水的含盐量（一）天然水的含盐量反应天然海水含盐量的参数通常有离子总量、矿化度、盐度和氯度。
1、离子总量：天然水中各种离子成分含量的总和即离子总量。
常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg表示。
电荷平衡理论（Cation-Anion Balance)：天然水中，所有阳离子所带的正电荷与所有阴离子所带的负电荷相等。
依据该理论，可粗略分析化学分析的准确性。
例：某同学分析一未知水样，得到121mg/L 碳酸氢根，28mg/L 硫酸根，17mg/L Cl-, 39 mg/L Ca2+, 8.7 mg/L Mg2+, 8.2 mg/L Na+和1.4mg/L K+。
此分析准确吗？单位换算ppt（part per thousand）相当于g/L 或g/kgppm（part per million ）相当于mg/L或mg/kgppb（part per billion）相当于ug/L 或ug/kg2、矿化度：矿化度也是反映水中含盐量的一个指标，是指“蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量”。
测定时要用过氧化氢氧化水中可能含有的有机物，在105-110℃烘干剩余的残渣至恒重，然后称重。
3、海水的氯度：原始定义：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。
用Cl‰符号表示。
新定义：沉淀0.3285234千克海水中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。
用Cl符号表示，无量纲单位为1x10-3。
4、盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部变成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物质的质量与海水质量之比，以10-3或‰表示。
用S‰表示。
✓根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的公式：S‰ = 0.030 + 1.8050 Cl‰，在六十年代以前得到国际上的广泛应用。
天然水的主要理化性质
馏、膜分离或离子交换的方法才能除去。
呈离子状态的物质 天然水体中含有的主要根子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+ 、HCO3-、CI-、SO42-、CO32-等8种离子，另外还有一些生物生成物（氮、磷、铁、硅的化合物），微量元素和有机物。
呈分子状态的气体（溶解气体） 天然水中常见的溶解气体有氧气、二氧化碳和氮气，有时还有硫化氢、二氧化硫和氨等。
水的比热容大，因此天热时水可以调节气温，使气温变化不至于太剧烈，同时也因为水的比热容大，使水体温度变化也较为缓慢
（4）水的黏度
添加标题
表示水体在运动过程中所发生的内摩擦力，
添加标题
其大小与内能损失有关。纯水的黏度取决于温
添加标题
度，与压力无关。在0℃-100℃内水的黏度随温
添加标题
度的升高而减小。在20℃时动力黏度约为
（9）水的化学性质
水能与金属和非金属作用放出氢，还能与 许多金属与非金属的氧化物反应，生成碱 和酸。
（10） 水的体积
一般液体都热胀冷缩，而水则不然，在0-3.98℃内，随着温度的升高，体积逐渐减小，至3.98℃时，体积最小，高于或者低于此温度体积均逐渐变大，0 ℃结冰时体积最大。
天然水体的物质组成
第五节 水的流转混合与水体的温度分布
一、水的流转混合作用
风力涡动混合作用 密度引起的对流混合作用 流水状态 人为机械搅动
1.天然水的流转混合作用
风力的涡动混合 温度引起的密度对流
1.风力的涡动混合
风力越大，涡动混合作用越强烈；水面开阔深度浅的水体，较易混合彻底。 上下密度差越大，水越深，风力使水混合所需做的功也越大
（
（8）水的电导
水是一种很弱的两性电解质，能电离出小量的H+和 OH-，所以即使是理想的纯水也有一定的导电能力， 通常用电导率来表示。电导率是电阻率的倒数。电 阻率是对断面为1㎝×1㎝，长1㎝体积的水所测得的 电阻，单位是欧姆·厘米（Ω·㎝），电导率的单 位是西门子/厘米（S/㎝或μS/㎝）。纯水的电阻率 随温度的升高而降低。
天然水的主要理化性质
世界河、湖、海水平均组成（%）
成 分 河 湖 海 水 成 分 河 湖 海 水
CO32SO42ClSiO2
35.2 12.1 5.7 11.7
0.41 7.68 55.04 -
Mg2+ Ca2+ Na+ K+
20.4 3.4 5.8 2.1
1.16 3.69 30.61 1.10
NO3-
0.9
-
H3BO3 Sr2+
1.1.3 天然水的密度 1.1.3.1 纯水的密度
纯水的密度是温度和压力的函数 天然水的密度是温度、含 的函数。 盐量、盐分组成、压力
1.1.3.2 海水密度及海水密度流 1） 海水密度
单位体积海水的质量定义为海水的密度， 用“ρ”表示，单位kg· m3.其倒数为海水的比 容，即单位质量海水的体积，单位m3 · kg。
4 海水密度的变化 大洋水：差别不大 冬季 温度较低，密度较大 夏季 温度较高，密度较小 浅海区：变化较大
1.1.4 天然水的化学分类法 天然水的分类 按单项指标：按硬度、菌度、放射性、酸碱
度、温度
按综合指标：生物学水质等级、营养化等级、 污水等级
1.1.4.1 类 淡 微
按水中离子总量分类： 别 水 咸 水 总 含 -60.3
1.84 1.10
H2Se
H2Te
81
130
-65.7
-51
0.60
1.00
-41.3
-2.2
0.40
<0.20
1) 常温下三态变化 1atm下0℃为熔点、100℃为沸点，相对同 系化合物较高
海水状态为 固态－海冰（南极洲＞85%，及北冰洋高纬度
天然水的主要理化性质ppt
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！
豫章故郡，洪都新府。星分翼轸，地 接衡庐 。襟三 江而带 五湖， 控蛮荆 而引瓯 越。物 华天宝 ，龙光 射牛斗 之墟； 人杰地 灵，徐 孺下陈 蕃之榻 。雄州 雾列， 俊采星 驰。台 隍枕夷 夏之交 ，宾主 尽东南 之美。 都督阎 公之雅 望，棨 戟遥 临；宇文新州之懿范，襜帷暂驻。十 旬休假 ，胜友 如云； 千里逢 迎，高 朋满座 。腾蛟 起凤， 孟学士 之词宗 ；紫电 青霜， 王将军 之武库 。家君 作宰， 路出名 区；童 子何知 ，躬逢 胜饯。 时维九月，序属三秋。潦水尽而寒潭 清，烟 光凝而 暮山紫 。俨骖 騑于上 路，访 风景于 崇阿； 临帝子 之长洲 ，得天 人之旧 馆。层 峦耸翠 ，上出 重霄； 飞阁流 丹，下 临无地 。鹤汀 凫渚， 穷岛屿 之萦回 ；桂殿 兰宫， 即冈峦 之体势 。 披绣闼，俯雕甍，山原旷其盈视，川 泽纡其 骇瞩。 闾阎扑 地，钟 鸣鼎食 之家； 舸舰迷 津，青 雀黄龙 之舳。 云销雨 霁，彩 彻区明 。落霞 与孤鹜 齐飞， 秋水共 长天一 色。渔 舟唱晚 ，响穷 彭蠡之 滨；雁 阵惊寒 ，声断 衡阳之 浦。 遥襟甫畅，逸兴遄飞。爽籁发而清风 生，纤 歌凝而 白云遏 。睢园 绿竹， 气凌彭 泽之樽 ；邺水 朱华， 光照临 川之笔 。四美 具，二 难并。 穷睇眄 于中天 ，极娱 游于暇 日。天 高地迥 ，觉宇 宙之无 穷；兴 尽悲来 ，识盈 虚之有 数。望 长安 于日下，目吴会于云间。地势极而南 溟深， 天柱高 而北辰 远。关 山难越 ，谁悲 失路之 人？萍 水相逢 ，尽是 他乡之 客。怀 帝阍而 不见， 奉宣室 以何年 ？ 嗟乎！时运不齐，命途多舛。冯唐易 老，李 广难封 。屈贾 谊于长 沙，非 无圣主 ；窜梁 鸿于海 曲，岂 乏明时 ？所赖 君子见 机，达 人知命 。老当 益壮， 宁移白 首之心 ？穷且 益坚， 不坠青 云之志 。酌贪 泉而觉 爽，处 涸辙以 犹欢。 北海 虽赊，扶摇可接；东隅已逝，桑榆非 晚。孟 尝高洁 ，空余 报国之 情；阮 籍猖狂 ，岂效 穷途之 哭！ 勃，三尺微命，一介书生。无路请缨 ，等终 军之弱 冠；有 怀投笔 ，慕宗 悫之长 风。舍 簪笏于 百龄， 奉晨昏 于万里 。非谢 家之宝 树，接 孟氏之 芳邻。 他日趋 庭，叨 陪鲤对 ；今兹 捧袂， 喜托龙 门。杨 意不逢 ，抚凌 云而自 惜；钟 期既 遇，奏流水以何惭？ 呜乎！胜地不常，盛筵难再；兰亭已 矣，梓 泽丘墟 。临别 赠言， 幸承恩 于伟饯 ；登高 作赋， 是所望 于群公 。敢竭 鄙怀， 恭疏短 引；一 言均赋 ，四韵 俱成。 请洒潘 江，各 倾陆海 云尔： 滕王高阁临江渚，佩玉鸣鸾罢歌舞。 画栋朝飞南浦云，珠帘暮卷西山雨。 闲云潭影日悠悠，物换星移几度秋。 阁中帝子今何在？槛外长江空自流。
__天然水的主要理化性质
第二节
天然水的盐度、密度和化学分类
天然水的含盐量 天然水的密度 天然水的化学分类法
一. 天然水的含盐量
（一）反映天然水含盐量的参数
离子总量 天然水中主要离子成分含量的 总和即离子总量。
矿化度
盐度 氯度
矿化度是指“蒸干称重法得到 的无机矿物成分的总量”。
1. 离子总量（ST）
定义：指天然水中各种离子的含量之和，常用mg/L、 mmol/L或g/kg、mmol/kg单位表示。
（S=2～42适用）
K15
32.4356,15,0
S ,15,0
质量分数为32.4356×10-3的标准氯化钾溶液
标准海水：盐度为35.000
1/ 2 S 0.0080 0.1692R15 3/ 2 25.3851 R15 14.0941 R15
S未
7.0261 R 2.7081 R
淡水鱼类适应的盐幅 与pH、碱度有关
育苗用水
盐度对鱼类的影响
1.决定鱼的生存
根据含盐量多少对鱼类进行分类:
天然水含盐量的参数
水中可溶性以无机盐为主的物 质含量之和 天然水中主要离子成分含量的 总和
矿化度是指“蒸干称重法得到 的无机矿物成分的总量”。
总含盐量
离子总量
矿化度 盐度 氯度
离子总量
＞Байду номын сангаас
矿化度
＞
盐度
（二） 含盐量对水产养殖的影响
与水生生物关系 与养鱼生产的关系 与渔汛的关系
1. 与水生生物关系
由于海水成分的变动，特别是低盐度海 水用上述关系式从氯度值计算出的盐度 值通常产生0.4‰的误差。联合国教科 文组织和英国国立海洋研究所联合出版 了《国际海洋学常用表》（1966年）， 在编制该表时，提出了通过测定电导率 确定盐度所采用的新的盐度—氯度关系 式。
天然水的盐度、密度和化学分类
天然水的含盐量 天然水的密度 天然水的化学分类法
一. 天然水的含盐量
（一）反映天然水含盐量的参数
离子总量 天然水中主要离子成分含量的 总和即离子总量。
矿化度
盐度 氯度
矿化度是指“蒸干称重法得到 的无机矿物成分的总量”。
1. 离子总量（ST）
定义：指天然水中各种离子的含量之和，常用mg/L、 mmol/L或g/kg、mmol/kg单位表示。
（S=2～42适用）
K15
32.4356,15,0
S ,15,0
质量分数为32.4356×10-3的标准氯化钾溶液
标准海水：盐度为35.000
1/ 2 S 0.0080 0.1692R15 3/ 2 25.3851 R15 14.0941 R15
S未
7.0261 R 2.7081 R
淡水鱼类适应的盐幅 与pH、碱度有关
育苗用水
盐度对鱼类的影响
1.决定鱼的生存
根据含盐量多少对鱼类进行分类:
天然水含盐量的参数
水中可溶性以无机盐为主的物 质含量之和 天然水中主要离子成分含量的 总和
矿化度是指“蒸干称重法得到 的无机矿物成分的总量”。
总含盐量
离子总量
矿化度 盐度 氯度
离子总量
＞Байду номын сангаас
矿化度
＞
盐度
（二） 含盐量对水产养殖的影响
与水生生物关系 与养鱼生产的关系 与渔汛的关系
1. 与水生生物关系
由于海水成分的变动，特别是低盐度海 水用上述关系式从氯度值计算出的盐度 值通常产生0.4‰的误差。联合国教科 文组织和英国国立海洋研究所联合出版 了《国际海洋学常用表》（1966年）， 在编制该表时，提出了通过测定电导率 确定盐度所采用的新的盐度—氯度关系 式。
第二讲天然水的主要理化
4.水的溶解能力很强. 水是一种良好的溶剂,有着极大的溶解能力;水中 溶解的物质有:溶解气体(主要有氧气和二氧化碳, 另外可能存在硫化氢,氨气,甲烷等气体)、主要离
子(8大主要离子)、生物营养元素(碳,氮,磷等)、微
量元素(钙、镁、铁)、有机物等五类物质.
end
水中一定的含盐量是保持生物体液一定渗透压的需要，超 过了生物渗透压调节的能力，生物就会“渴死”或“胀死”。
2. 盐度对鱼类人工繁殖的影响
影响精卵子的发育，亲鱼的繁殖(受精率、孵化率)
精子的寿命(水中):
四大家鱼50-60秒 鲟鱼1-25分钟 3-5‰生理盐水：四大家鱼115-170秒 鲤鱼1.5-3分钟
此,水温的变化不剧烈,有利于水生动物生活;
③ 4℃（严格来讲是3.98℃）时水的密度最大,0℃ 结冰时密度最小,因此冰块总是浮于水面,低层不易 结冰,为水生生物创造了良好的越冬环境.
2 .水的浮力 水的密度较空气的大很多.在水体形成一个 特殊群体------浮游生物；由于水的浮力,使得水生 动物不需要有坚强的骨骼来支持身体,有些动物如 水母甚至没有骨骼,而在空气环境中这些动物不可 能生存的.
天然水的主要理化性质
一、天然水的含盐量 （一）反映天然水含盐量的参数
离子总量 矿化度
1.八大离子： 阳离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 阴离子：HCO3-、CO32-、SO42-、Cl天然水中主要离子 成分含量的总和
盐度 氯度
2.矿化度
矿化度是水中所含无机矿物成份的总量
用过氧化氢氧化后蒸发，在105～110℃干燥剩余 的残渣，然后称重
二、天然水的密度
天然水的密度：单位体积水体所具有的质量，用 （一）纯水的密度
天然水的主要理化性质 工程类课件
依数性 ● 透光性 ● 离子强度活度导电性 ● 水的流转混合作用 ● 水体的温度分布
天然水的盐度
• 定义: 总含盐量:天然水体中含有可溶性的以无机盐为主的物质的总量. 单位:淡水mmol.L-1; mg. L-1
海水mmol. L-1 mg. L-1
符号:∑S
风力的涡动混合作用
影响涡动混合作用的因素: 1.一般风力越大,涡动作用越强烈 2.水面开阔,深度浅的水体,较易混合彻底. 3.上下水层水温的差异(密度差)
水温同样是相差1℃,在低温段引起的密度差比高温段的密度差要小得多.如25℃的是4℃的31.5-32.6倍.
水的流转混合作用(密度流)
• 由<4℃向4℃升温(春) 密度增大,形成密度环流,水体全同温
人为机械搅动作用
主要集中在池塘养殖水体: 如增氧机械
水体的温度分布
• 水平分布 • 垂直分布
水平分布
• 开阔水面: 差异不大,但浅水区和深水区有差异:升温季节,浅水区水温高;降温季节,浅水区水温底.
• 养殖池水面: 受风力影响,上下风处水温明显不同.晴天下风口表层水温高于上风口.
水温垂直分布
一温度随深度增加而迅速降低的水层即为温跃层.
•温跃层形成的弊端: 水体不易发生上下水层混合作用,氧
气和营养盐不易发生上下传递.水体底 部易长期出现缺氧现象. •解决措施: 打破温跃层:风力作用;人为机械作用.
秋季的全同温期
温度高于4℃,表层水温下降,密度减小发生密度环流,再加上风力使水体发生混合作用.直致水体全同温 (4℃). 温度继续降温,表层水密度降低,不发生混合作用,降温只发生在水体表层,直致结冰.
• 淡水: 底层水温与地区,月份,越冬池的保温条件. 寒潮北风使水体水迅速降温,水体底层水温极低如0.5℃.当封冰后底层水温回温至2-3℃,但水层不厚.
天然水的盐度
• 定义: 总含盐量:天然水体中含有可溶性的以无机盐为主的物质的总量. 单位:淡水mmol.L-1; mg. L-1
海水mmol. L-1 mg. L-1
符号:∑S
风力的涡动混合作用
影响涡动混合作用的因素: 1.一般风力越大,涡动作用越强烈 2.水面开阔,深度浅的水体,较易混合彻底. 3.上下水层水温的差异(密度差)
水温同样是相差1℃,在低温段引起的密度差比高温段的密度差要小得多.如25℃的是4℃的31.5-32.6倍.
水的流转混合作用(密度流)
• 由<4℃向4℃升温(春) 密度增大,形成密度环流,水体全同温
人为机械搅动作用
主要集中在池塘养殖水体: 如增氧机械
水体的温度分布
• 水平分布 • 垂直分布
水平分布
• 开阔水面: 差异不大,但浅水区和深水区有差异:升温季节,浅水区水温高;降温季节,浅水区水温底.
• 养殖池水面: 受风力影响,上下风处水温明显不同.晴天下风口表层水温高于上风口.
水温垂直分布
一温度随深度增加而迅速降低的水层即为温跃层.
•温跃层形成的弊端: 水体不易发生上下水层混合作用,氧
气和营养盐不易发生上下传递.水体底 部易长期出现缺氧现象. •解决措施: 打破温跃层:风力作用;人为机械作用.
秋季的全同温期
温度高于4℃,表层水温下降,密度减小发生密度环流,再加上风力使水体发生混合作用.直致水体全同温 (4℃). 温度继续降温,表层水密度降低,不发生混合作用,降温只发生在水体表层,直致结冰.
• 淡水: 底层水温与地区,月份,越冬池的保温条件. 寒潮北风使水体水迅速降温,水体底层水温极低如0.5℃.当封冰后底层水温回温至2-3℃,但水层不厚.
水环境化学-第二章 天然水的主要理化性质(专业知识模板)
第二章天然水的主要理化性质第一节天然水的盐度、密度和化学分类一、天然水的含盐量（一）天然水的含盐量反应天然海水含盐量的参数通常有离子总量、矿化度、盐度和氯度。
1、离子总量：天然水中各种离子成分含量的总和即离子总量。
常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg表示。
电荷平衡理论（Cation-Anion Balance)：天然水中，所有阳离子所带的正电荷与所有阴离子所带的负电荷相等。
依据该理论，可粗略分析化学分析的准确性。
例：某同学分析一未知水样，得到121mg/L 碳酸氢根，28mg/L 硫酸根，17mg/L Cl-, 39 mg/L Ca2+, 8.7 mg/L Mg2+, 8.2 mg/L Na+和1.4mg/L K+。
此分析准确吗？单位换算ppt（part per thousand）相当于g/L 或g/kgppm（part per million ）相当于mg/L或mg/kgppb（part per billion）相当于ug/L 或ug/kg2、矿化度：矿化度也是反映水中含盐量的一个指标，是指“蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量”。
测定时要用过氧化氢氧化水中可能含有的有机物，在105-110℃烘干剩余的残渣至恒重，然后称重。
3、海水的氯度：原始定义：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。
用Cl‰符号表示。
新定义：沉淀0.3285234千克海水中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。
用Cl符号表示，无量纲单位为1x10-3。
4、盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部变成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物质的质量与海水质量之比，以10-3或‰表示。
用S‰表示。
✓根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的公式：S‰ = 0.030 + 1.8050 Cl‰，在六十年代以前得到国际上的广泛应用。
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5
（四）水具有很强的溶解与反应能力
水是一种溶解能力极强的溶剂 水的介电常数很大，使溶质在水中具有很大的电离度
（五）水具有很大的表面张力
特点：水(除汞)具有最大的表面张力，达72.75 dyn•cm-1 其他液体通常只有20-50 dyn•cm-1。
作用：显著的毛细、润湿和吸附作用 对于陆地和水域中生物的生命活动具有重要的意义
透过可见光和长波段紫外线，使在水
7
体深处可发生光合作用
第二节 天然水的化学组成
按不同组分含量与性质的差异，以及与水生生物的关系 天然水的化学成分分为六类：
常量元素 溶解气体 营养元素 有机物质 微量元素 有毒物质
8
一、常量元素
淡水中的八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、 SO42-、Cl-
10
三、营养元素
主要元素： N、P、Si（与水生生物生长有关的一些元素） 存在形式：多以复杂的离子形式或有机物的形式存在于水体
中，在水中含量通常较低，受生物影响较大，有时 又称为“非保守成分”或“生物制约元素”
11
四、有机物
分类： 颗粒态有机物 溶解态有机物
含量：较低，通常是无机成分的万分之一，一般1L水中仅几mg 成分：复杂，种类繁多，如糖类、脂肪、蛋白质及降解有机物
端为正极）
3
水分子的结构
4
三、水的异常特性
（一）水在通常条件下呈液态
水通常呈三种物理状态，即液态、气态和固态
（二）水的温度－体积效应异常
纯水结冰时体积不是收缩而是膨胀 在0-3.98℃，随着温度的升高，水的体积反而缩小（ 3.98℃时水的体积最小，密度最大）
（三）水的比热容非常大
水具有最大的比热容-调节气温，使其变化幅度不至于过大
海水中主要有：Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Sr2+、Cl-、SO42-、 HCO3-（CO32-）、Br-、H3BO3和F-
特点：
1. 在水中含量高（淡水占水体溶解盐类总量的90%以上，海水 占溶解盐类总量的99.8-99.9%），性质稳定
2. 决定天然水体物理化学特性（如CO32-、HCO3-对维持水体的 pH具有重要的意义）
6
性质
特点
意义
纯 状态
一般为液态
提供生命介质、使水具有流动性
水
比热容 在所有固体和液体中最高 使水成为良好的传热介质，调节环境
的
（NH3除外）
和有机体的温度
异
熔解热 最大（NH3除外）
使水处于稳定的液态，调节水温
常 蒸发热 在所有物质中最高
对水蒸气的大气物理性质有重要意
特
义，调节水温
性 密度 及
3.98℃时极大
毒性的大小与该物质的存在形式有关，并受到多中水体物理 化学性质的影响
14
第三节 天然水的主要化学特性
一、天然水的含盐量 （一）、天然水含盐量的表示方法
总含盐量：天然水中含有可溶性的以无机盐为主的物质的总量， 以∑S表示
相关：与水的比重、水的依数性和导电性等相关
反映天然水总含盐量的常用指标： 淡水：离子总量、矿化度 海水：盐度和氯度（海洋学）
13
六、有毒物质
按其来源或产生方式分为两类： 一类：来自工农业生产以及日常生活排放的废物（污染物质）
主要包括有机物、油类、农药及重金属离子等
另一类：指由于水体内部物质循环失调而生成并积累的毒物 如H2S、氨、低级胺类、高浓度CO2及赤潮生物的有毒 分泌物
影响： 有毒物质在浓度较低时就会对水生生物产生毒性作用，并破 坏生态系统的平衡
第二章 天然水的主要理化性质
第一节 天然水的结构及异常特性 第二节 天然水的化学组成 第三节 天然水的主要化学特性
1
第一节 水的结构及异常特性
一、水的组成
H2O=2H+O H同位素：1H、2H、3H； O同位素：14O、15O、16O 、17O、 18O 、19O
水分子的组成
相对丰度（%）
H216O
3. 在水中以多种形态存在(如海水中常量成分多以自由离子或 离子对存在，少量以络离子存在)
9
二、溶解气体
主要气体：N2、O2、CO2 惰性气体：He（氦）、Ne（氖）、Ar（氩 ）、Kr（氪 ）、Xe
（氙 ）、Rn（氡 ） 海水中也含有少量H2 在水交换较差的湖底有游离的H2S存在
溶解气体的含量特点：与水的温度、水中动物代谢活动有关 明显的昼夜、季节、周年变化特点和显著 的水层差异
对于水生生物在严冬冻结的淡水水体 深层水中的生命活动具有重要意义
其 表面张力 在所有液体中最大
意
（汞除外）
义
介电常数 所有液体中最高
水合
非常广泛
生理学控制因素，控制液滴等表面现 象 高度溶解离子性物质并使其电离 对污染物是良好溶剂和载带体，可改
变溶质生物化学性质
电离度 很小
提供中性介质
透明度 相对较大
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1、离子总量
定义：忽略水中其它微量成分的贡献，天然水中主要 离子成分含量的总和
参考值：天然海水主要离子的含量可达总含盐量的 99.8-99.9％ 河水中主要离子的含量也可达90％以上
天然水的离子总量和近似地表示∑S ， 即：∑S＝∑Ci＝∑ρi ρi——各离子的质量浓度 Ci——各离子的物质的量浓度
16
以单位电荷的物质的量浓度表示时，水中阴、阳离子总量应相等 一般淡水则有：
C C C C C C C C Na
K
1 Ca 2 2
1 Mg 2 2
HCO3
1 2
CO32
1 2
SO42
Cl
n ∑c
(
1 ni
M
n i+
)
= ∑c (
1 ni
A
-
i
)
淡水中： 已知其它6个离子含量时，可估算水中Na+与K+含量之和
99.73
H218O H217O HD16O
0.17 0.037 0.032
D216O
0.02Байду номын сангаас
D216O, D217O, D218O称为重水，含3H为超重水(T2O)
2
二、水的结构
水中H、O原子核呈等腰三角形排列 氧原子周围受四个电子对包围，其中两对为孤对电子， 另外两对与氢原子共享形成共价键
水分子这种H-O-H排列使正负电荷静电引力中心不重合， --水分子变成偶性分子（即氧原子一端为负极，氢原子一
有机物对水质及水生生物： 适量有机物是使水质维持一定肥力的重要条件 过量有机物将会使水质恶化、鱼病蔓延
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五、微量元素
定义：除了常量元素和营养元素以外的其他元素（如同位素等） 种类：微量元素种类繁多，总量却非常少，仅占总含盐量的
0.1%左右
微量元素中的Fe、Mn、Cu等与生物的生长有着密切的关系， 称为“微量营养元素”
（四）水具有很强的溶解与反应能力
水是一种溶解能力极强的溶剂 水的介电常数很大，使溶质在水中具有很大的电离度
（五）水具有很大的表面张力
特点：水(除汞)具有最大的表面张力，达72.75 dyn•cm-1 其他液体通常只有20-50 dyn•cm-1。
作用：显著的毛细、润湿和吸附作用 对于陆地和水域中生物的生命活动具有重要的意义
透过可见光和长波段紫外线，使在水
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体深处可发生光合作用
第二节 天然水的化学组成
按不同组分含量与性质的差异，以及与水生生物的关系 天然水的化学成分分为六类：
常量元素 溶解气体 营养元素 有机物质 微量元素 有毒物质
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一、常量元素
淡水中的八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、 SO42-、Cl-
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三、营养元素
主要元素： N、P、Si（与水生生物生长有关的一些元素） 存在形式：多以复杂的离子形式或有机物的形式存在于水体
中，在水中含量通常较低，受生物影响较大，有时 又称为“非保守成分”或“生物制约元素”
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四、有机物
分类： 颗粒态有机物 溶解态有机物
含量：较低，通常是无机成分的万分之一，一般1L水中仅几mg 成分：复杂，种类繁多，如糖类、脂肪、蛋白质及降解有机物
端为正极）
3
水分子的结构
4
三、水的异常特性
（一）水在通常条件下呈液态
水通常呈三种物理状态，即液态、气态和固态
（二）水的温度－体积效应异常
纯水结冰时体积不是收缩而是膨胀 在0-3.98℃，随着温度的升高，水的体积反而缩小（ 3.98℃时水的体积最小，密度最大）
（三）水的比热容非常大
水具有最大的比热容-调节气温，使其变化幅度不至于过大
海水中主要有：Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Sr2+、Cl-、SO42-、 HCO3-（CO32-）、Br-、H3BO3和F-
特点：
1. 在水中含量高（淡水占水体溶解盐类总量的90%以上，海水 占溶解盐类总量的99.8-99.9%），性质稳定
2. 决定天然水体物理化学特性（如CO32-、HCO3-对维持水体的 pH具有重要的意义）
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性质
特点
意义
纯 状态
一般为液态
提供生命介质、使水具有流动性
水
比热容 在所有固体和液体中最高 使水成为良好的传热介质，调节环境
的
（NH3除外）
和有机体的温度
异
熔解热 最大（NH3除外）
使水处于稳定的液态，调节水温
常 蒸发热 在所有物质中最高
对水蒸气的大气物理性质有重要意
特
义，调节水温
性 密度 及
3.98℃时极大
毒性的大小与该物质的存在形式有关，并受到多中水体物理 化学性质的影响
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第三节 天然水的主要化学特性
一、天然水的含盐量 （一）、天然水含盐量的表示方法
总含盐量：天然水中含有可溶性的以无机盐为主的物质的总量， 以∑S表示
相关：与水的比重、水的依数性和导电性等相关
反映天然水总含盐量的常用指标： 淡水：离子总量、矿化度 海水：盐度和氯度（海洋学）
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六、有毒物质
按其来源或产生方式分为两类： 一类：来自工农业生产以及日常生活排放的废物（污染物质）
主要包括有机物、油类、农药及重金属离子等
另一类：指由于水体内部物质循环失调而生成并积累的毒物 如H2S、氨、低级胺类、高浓度CO2及赤潮生物的有毒 分泌物
影响： 有毒物质在浓度较低时就会对水生生物产生毒性作用，并破 坏生态系统的平衡
第二章 天然水的主要理化性质
第一节 天然水的结构及异常特性 第二节 天然水的化学组成 第三节 天然水的主要化学特性
1
第一节 水的结构及异常特性
一、水的组成
H2O=2H+O H同位素：1H、2H、3H； O同位素：14O、15O、16O 、17O、 18O 、19O
水分子的组成
相对丰度（%）
H216O
3. 在水中以多种形态存在(如海水中常量成分多以自由离子或 离子对存在，少量以络离子存在)
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二、溶解气体
主要气体：N2、O2、CO2 惰性气体：He（氦）、Ne（氖）、Ar（氩 ）、Kr（氪 ）、Xe
（氙 ）、Rn（氡 ） 海水中也含有少量H2 在水交换较差的湖底有游离的H2S存在
溶解气体的含量特点：与水的温度、水中动物代谢活动有关 明显的昼夜、季节、周年变化特点和显著 的水层差异
对于水生生物在严冬冻结的淡水水体 深层水中的生命活动具有重要意义
其 表面张力 在所有液体中最大
意
（汞除外）
义
介电常数 所有液体中最高
水合
非常广泛
生理学控制因素，控制液滴等表面现 象 高度溶解离子性物质并使其电离 对污染物是良好溶剂和载带体，可改
变溶质生物化学性质
电离度 很小
提供中性介质
透明度 相对较大
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1、离子总量
定义：忽略水中其它微量成分的贡献，天然水中主要 离子成分含量的总和
参考值：天然海水主要离子的含量可达总含盐量的 99.8-99.9％ 河水中主要离子的含量也可达90％以上
天然水的离子总量和近似地表示∑S ， 即：∑S＝∑Ci＝∑ρi ρi——各离子的质量浓度 Ci——各离子的物质的量浓度
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以单位电荷的物质的量浓度表示时，水中阴、阳离子总量应相等 一般淡水则有：
C C C C C C C C Na
K
1 Ca 2 2
1 Mg 2 2
HCO3
1 2
CO32
1 2
SO42
Cl
n ∑c
(
1 ni
M
n i+
)
= ∑c (
1 ni
A
-
i
)
淡水中： 已知其它6个离子含量时，可估算水中Na+与K+含量之和
99.73
H218O H217O HD16O
0.17 0.037 0.032
D216O
0.02Байду номын сангаас
D216O, D217O, D218O称为重水，含3H为超重水(T2O)
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二、水的结构
水中H、O原子核呈等腰三角形排列 氧原子周围受四个电子对包围，其中两对为孤对电子， 另外两对与氢原子共享形成共价键
水分子这种H-O-H排列使正负电荷静电引力中心不重合， --水分子变成偶性分子（即氧原子一端为负极，氢原子一
有机物对水质及水生生物： 适量有机物是使水质维持一定肥力的重要条件 过量有机物将会使水质恶化、鱼病蔓延
12
五、微量元素
定义：除了常量元素和营养元素以外的其他元素（如同位素等） 种类：微量元素种类繁多，总量却非常少，仅占总含盐量的
0.1%左右
微量元素中的Fe、Mn、Cu等与生物的生长有着密切的关系， 称为“微量营养元素”