水文地球化学(1)

第一节
二、能量降低原理 热力学体系常用温度、压力和组成（浓度）这三种状态参数来
溶液的热力学性质
表述。当这三种状态参数都保持固定不变时，该体系达到热力学平衡
状态，一旦在外界作用下使某一状态参数发生改变，平衡就遭破坏。
第二章 水化学基础
第一节
二、能量降低原理 3. 焓：在热力学中，焓或热焓是一个状态函数，它是一种化学反
第二章 水化学基础
第一节
四、活度及活度系数 理论上讲，溶液中离子之间或分子之间没有相互作用，这种溶液 称为理想溶液。地下水是一种真实溶液而不是理想溶液；水中各种离 子（或分子）之间存在相互作用，它包括相互碰撞及静电引力作用， 作用的结果是，化学反应相对减缓，一部分离子在反应中不起作用了。 因此，如果仍然用水中各组分的实测浓度进行化学计算，就会产生一 定程度的偏差。为了保证计算的精度，就必须对水中组分的实测浓度 加以校正，校正后的浓度称为校正浓度，也就是活度。
水流动过程中各种水文地球化学作用对各种地质现象的影响和关系（
例如溶洞、石钟乳的形成、石林等）。另外，某些水文地球化学的理 论在地表水中也有应用。
第二节 水文地球化学研究的 对象及意义
二、 研究意义
1、地下水的形成和起源是水文地质学基本理论之一。水文地球 化学研究对这一课题的解决起到重大促进作用。 2、水文地球化学研究可阐明人类活动对地下水环境的影响，对
溶液的热力学性质
第二章 水化学基础
第一节
二、能量降低原理 （2）若Gr>0，表示生成物的自由能大于反应物的自由能， 体系不能作出有用功，故反应不能自发进行； （3）若Gr=0，说明体系已失去了做功的能力，反应处于 平衡状态。
以上规律就称为能量降低原理。
溶液的热力学性质
第二章 水化学基础
第一节
第二节 水文地球化学研究的 对象及意义
二、 研究意义
3、水文地球化学研究实际上是地下水分布和形成规律研究的一
部分，是不可分割的。另外，它的研究又为阐明水文地质条件、评价
地下水资源提供了一些有效的方法。 4、水文地球化学研究可为矿床的形成机理提供水文地质方面的 依据，为找矿提供有用的信息。
第二节 水文地球化学研究的 对象及意义
其中的迁移规律； （4）它是探索地球壳层各带地下水地球化学作用的新兴学科。
第一节 水文地球化学的含义
二、对基本含义的理解
（1）与岩石、矿物一样，地下 水也是地质历史的产物，在研
究其化学成分的形成时，必须考
虑到地下水域（盆地）的地质发 展历史和地球化学环境，必要时
应对地下水域（盆地）进行古水
文地质条件分析。
力学体系特性是由系列参数来表示的。当体系没有外界影响时，各状
态参数若能保持长久不变，此体系称为“热力学平衡状态”。实际上， 这种平衡包括机械平衡、热平衡和化学平衡。 化学平衡是指体系内组成体系的各种物质、浓度均不随时间 变化，各组分间保持着最稳定的组成关系。地下水系统中的化学 平衡属于此类。
第二章 水化学基础
修复水环境、预防、控制和清除水污染等方面提供了重要的理论依
据和技术方法依据。
（1）各种污染物在包气带和含水层中的变化机理及迁移规律；（2）影 响地下水污染的地质和水文地质条件；（3）定量评价地下水污染程度和 范围，预测地下水污染的发展趋势；（4）地下水污染监测；（5）防止 地下水污染，保护地下水源的措施；（6）地下水污染与人体健康的关系。
溶液的热力学性质
在标准状态下，某一反应的自由能变化称为“反应的标准自
由能变化”，以“Gr”表示，其计算方法为： Gr =Gf(生成物)-Gf(反应物)
元素和单质的Gf值按热力学规定为零
第二章 水化学基础
第一节
二、能量降低原理 化学反应中的驱动力一般用自由能变化来代表。在热力学中，在 恒温恒压下，可根据体系在状态变化前后的自由能变化作为判断反应 进行方向和程度的依据： （1）若Gr<0，表示生成物的自由能小于反应物的自由能， 反应进行时能作出有用功，故反应能自发进行。反应自发进 行的方向就是体系自由能减小的方向。Gr负值越大，表明反 应进行的推动力越大，反应完成的程度也越高；
（5）同位素水文地球化学；
第一节 水文地球化学的含义
三、研究任务
（6）水文地球化学模拟；
（7）原生环境水文地球化学问题；
（8）地下水污染——人类活动对地下水化学成分的影响； （9）地热地球化学； （10）水文地球化学成矿规律和找矿方法的研究。
第二节 水文地球化学研究的 对象及意义
一、研究对象
1. 60年代以前：水文地球化学研究地下水化学成分的形成作用及化学元素 在其中迁移的规律，研究各种元素及其同位素在地下水中的克拉克值（地
第一节
二、能量降低原理 3. 焓 焓可作为化学反应热效应的指标。化学反应的热效应是指反应 前后生成物和反应物标准生成焓的差值，热力学上称这个差值为“反 应的标准焓变化”，以Hr表示。其计算方法： Hr =Hf(生成物)-Hf(反应物) Hr为正值，属吸热反应；Hr为负值，属放热反应。
二、能量降低ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理
溶液的热力学性质
第二章 水化学基础
第一节 溶液的热力学性质
三、自由能、焓与平衡常数的关系式（平衡常数的计算）
上式（*）是在标准状态下推导出来的，因此只能用来求标准
状态下某些物质的K值。
第二章 水化学基础
第一节 溶液的热力学性质
三、自由能、焓与平衡常数的关系式（平衡常数的计算） 如何求其它温度下的K值？
二、对基本含义的理解
（4）人类活动，诸
如污染（工业、农
业、生活污水）、 地下水强烈开采、
建筑工程等，对天
然地下水化学成分 特别是浅层地下水
化学成分的改变也
起到重要作用。
第一节 水文地球化学的含义
三、研究任务
根据水文地球化学的上述含义，其研究包括： （1）地下水化学成分的来源、时空分布特征及其演化规律； （2）地下水化学成分的形成作用及其影响因素； （3）化学元素在地下水中的迁移规律； （4）有机水文地球化学；
地下流动的水体，不
应把各个含水层的地 下水看作是孤立的、
互不联系的，而应把
它看作是运动着的流 体矿床。
第一节 水文地球化学的含义
二、对基本含义的理解
（3）水文地球化学研究必须与地下水动力学结合起来。
第一节 水文地球化学的含义
二、对基本含义的理解
第一节 水文地球化学的含义
二、对基本含义的理解
（4）人类活动，诸如污染（工业、农业、生活污水）、地下水强烈
溶液的热力学性质
应向环境提供的热量总值，以符号“H”表示，H是指一种反应的焓
变化。在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的焓变化， 称为“标准生成焓”，以“Hf”表示。 例如，水的Hf=285.8KJ/mol，就是说，在标准状态下，1molH2
（气）和1/2molO2(气)生成1molH2O时所生成的热量为285.8KJ
第二章 水化学基础
第一节 溶液的热力学性质
一、质量作用定律（也叫化学平衡定律） 地下水与矿物反应时，其反应可能向右进行，产生溶解，也可
能向左进行，产生沉淀，直至达到平衡为止。这个过程所需时间可能
是一年、几年或者是上百年、上千年。在地下水径流途中，体系中新 的反应物的加入，生成物的迁移，温压的改变都可能使已建立的平衡
第二章 水化学基础
第一节 溶液的热力学性质
天然地下水的化学成分是在漫长的地质历史中形成的。在其形成
过程中，除受所流经岩（土）石的种类和性质影响外，其成分的演变
以及元素的迁移转化遵循一定的化学规律，包括溶解-沉淀平衡、酸 碱平衡、氧化还原平衡、络合平衡、介面化学平衡等。
第二章 水化学基础
第一节 溶液的热力学性质
第二章 水化学基础
第一节 溶液的热力学性质
一、质量作用定律（也叫化学平衡定律）
对于特定的反应来说，在给定的温度和压力下，K值是一个常数，如果 温压改变，K值也改变。
第二章 水化学基础
第一节 溶液的热力学性质
一、质量作用定律（也叫化学平衡定律）
第二章 水化学基础
第一节 溶液的热力学性质
一、质量作用定律（也叫化学平衡定律）
溶液的热力学性质
质量作用定律中，浓度就是以活度表示的。
二、 研究意义
5、在与地下热能开发有关的地下热水、饮用与医疗矿泉水及地
质环境与人体健康等诸方面，水文地球化学的研究成果也将显示出它
的作用。例如，地方病，氟斑牙，F-超标。 6、水文地球化学研究的课题，对于国发经济各部门的发展也具
有十分重大的实际意义。
随着人们对地下水化学成分认识的不断深入，水文地球化学将会在更 加广泛的领域中得到应用和发展。
一、质量作用定律（也叫化学平衡定律） 其基本含义是：一个化学反应的驱动力与反应物及生成物的浓 度有关。即在一定的温度和压力下，当反应达到平衡状态时，生成物
活度以其系数为指数的乘积与反应物活度以其系数为指数的乘积之比
值是一个常数，称为平衡常数（K），这个规律称之为质量作用定律， 有的书上也称之为化学平衡定律。
第一章 绪论
第一节 水文地球化学的含义
一、基本含义
水文地球化学是研究地下水中化学组分的形成、分布、迁移和富集
规律及其在生产实际中应用的一门学科。基本含义可概况为：
（1）水文地球化学是水文地质学的一部分； （2）它是在水文地质学及地球化学基础上发展起来的；
（3）它的主要研究对象是地下水化学成分的形成和演化以及各组分在
元素或单质的Hf按热力学规定为零
第二章 水化学基础
第一节
二、能量降低原理 3. 焓 热力学体系常用温度、压力和组成（浓度）这三种状态参数来 表述。当这三种状态参数都保持固定不变时，该体系达到热力学平衡 状态，一旦在外界作用下使某一状态参数发生改变，平衡就遭破坏。