第四章天然水中的化學(xué)平衡2(氣體溶解平衡)

4.1天然水中的氣體溶解平衡

在一定條件下，某氣體在水中的溶解達(dá)到平衡以后，一定量的水中溶解氣體的量，稱(chēng)為該氣體在所指定條件下的溶解度。氣體溶解度（摩爾濃度、質(zhì)量濃度、分壓）

水中某溶解氣體的分壓力，就等于在相應(yīng)條件下能與該氣體在水中的含量達(dá)到溶解平衡的氣相中該氣體的分壓力，也就是說(shuō)，氣體在水中的含量達(dá)到溶解平衡后，就認(rèn)為水中氣體的分壓等于該氣體氣相的分壓。

亨利定律：一種氣體在液體中的溶解度正比于液體接觸該種氣體的分壓力。氣體在水中的溶解度可用下式表示：

[G（aq）]=KHPGKH：各種氣體在一定溫度下的亨利定律常數(shù)；PG：各種氣體的分壓。亨利定律是英國(guó)化學(xué)家亨利在1803年根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的。低壓下氣體溶解的經(jīng)驗(yàn)定律---亨利定律使用注意事項(xiàng)：

1）亨利定律不能說(shuō)明氣體在溶液中進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)；

2）在計(jì)算氣體的溶解度時(shí)，需對(duì)水蒸氣的分壓力加以校正。

1）間隙填充：水中分子之間存在一定的間隙，氣體分子可以填充于這些間隙之中。當(dāng)氣體分子與水分子的性質(zhì)相差較大，氣體不發(fā)生明顯的水解作用時(shí)，間隙填充對(duì)氣體溶解度的貢獻(xiàn)不能忽略2）水合作用：氣體在水中的溶解機(jī)理根據(jù)化學(xué)平衡原理，溫度越低，壓力越大，生成的水合分子越多，溶解度越大。設(shè)在一定溫度和壓力下，氣體與水形成水合分子，在水中存在下列平衡：

1）氣體本身的性質(zhì)；2）溫度；3）壓力；4）水中的含鹽量。影響氣體在水中溶解度的因素氣體分子的極性：極性氣體分子溶解度大分子大小：分子小有利于填充間隙是否能與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：能發(fā)生反應(yīng)的氣體溶解度大1）氣體本身的性質(zhì)

2）氣體溶解度隨溫度升高而降低，這種影響可由Clausius-Clapeyron（克拉帕龍）方程式顯示出：式中：——用絕對(duì)溫度和時(shí)氣體在水中的濃度；

——溶解熱，J/mol;R——?dú)怏w常數(shù)8.314J/（mol·K）。

3）壓力對(duì)氣體在水中溶解度的影響可用下列公式表述：式中：C1和C2分別為標(biāo)準(zhǔn)氣壓和P2氣壓下氣體在水中的溶解度，mg/L；為一定溫度下飽和水蒸氣的壓力（Ｐ２和的單位為Pa)．4）水中的含鹽量

總趨勢(shì)：含鹽量增加，氧在水中的溶解度降低。

例如：海水中飽和溶解氧一般為淡水中的80％左右。隨著含鹽量增加，離子水合作用加強(qiáng)，使水可溶解氣體的空隙減少。

在101.325KPa,25℃時(shí)，空氣與水達(dá)成溶解平衡，試計(jì)算此時(shí)O2在水中的溶解度。25℃時(shí)氧氣的亨利常數(shù)K=1.26×10-5mol·L-1·Kpa-1;25℃時(shí)水蒸氣壓力為3.17KPa，干空氣中氧為20.95%。例：氧在水中的溶解度

1）溶解氧的來(lái)源：

A：再暴氣作用——大氣變氧作用

B：光合作用

2）溶解氧的消耗：

A：呼吸作用

B：｛CH2O｝+O2→CO2+H2OC：無(wú)機(jī)還原性物質(zhì)的氧化

天然水中氧的來(lái)源及消耗

僅需7-8mg/L的有機(jī)物，就可以把25℃為空氣所飽和的1L水中的氧全部消耗殆盡。{CH2O}+O2CO2+H2O如果起始的生物有機(jī)質(zhì)用{CH2O}表示，則由于有機(jī)質(zhì)降解所消耗水中的氧可表示為：M{CH2O}=30,則消耗所有溶解氧所需有機(jī)質(zhì)量為：(8.32/32)*30=7.8mg/L

溶解氣體在水中的飽和含量是指在一定的溶解條件下（溫度、分壓力、水的含鹽量）氣體達(dá)到溶解平衡以后，1L水中所含該氣體的量，也可以用上述兩種單位表示。對(duì)于難溶氣體飽和含量就等于溶解度。飽和度是指溶解氣體的現(xiàn)存量占所處條件下飽和含量的百分比。溶解氣體在水中的飽和度對(duì)應(yīng)于水中氣體飽和含量的氣相中的分壓，就稱(chēng)為該氣體在水中的飽和分壓。因此飽和度也等于液相氣體分壓與飽和分壓之比。

水中溶解氣體以氣泡形式逸出的條件是：各種溶解氣體分壓力的總和至少要超過(guò)該處流體靜壓力。表層水，即對(duì)于水面大氣壓為1個(gè)大氣壓的水體，逸出氣泡的條件是水中各種溶解氣體分壓力總和至少大于1個(gè)大氣壓。在水深h米處，逸出有氣泡則要求各種溶解氣體分壓力之總和至少大于1個(gè)大氣壓加h米水柱產(chǎn)生的水靜壓力之和。氣泡逸出

水庫(kù)溢洪時(shí)，水越過(guò)大壩溢流，它夾帶著空氣沖入壩下水底深處，靜水壓力增加，夾帶空氣溶解，氣體過(guò)飽和，這種過(guò)飽和往往是氮?dú)馄饹Q定性作用。