三章-水環(huán)境化學(xué)1省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

楊桔angjc_zhao@第1頁第三章水環(huán)境化學(xué)第一節(jié)天然水基本特征及污染物存在形態(tài)水環(huán)境化學(xué)是研究化學(xué)物質(zhì)在天然水體中存在形態(tài)、反應(yīng)機制、遷移、轉(zhuǎn)化、歸趨規(guī)律與化學(xué)行為及其對生態(tài)環(huán)境影響。一.天然水基本特征1．天然水組成可溶性物質(zhì)膠體懸浮物水生生物指直徑小于1nm顆粒指顆粒直徑在1-100nm之間微粒指顆粒粒徑在100nm以上（1）天然水中主要離子組成自氧生物、異氧生物陽離子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、陰離子：HCO3－、Cl－、SO42－、NO3－第2頁K+、Na+：鈉鹽和鉀鹽直接溶于水中所致。Ca2+、Mg2+：含有CO2水流經(jīng)石灰石和白云石，并與它們發(fā)生反應(yīng)，生成溶解度很大重碳酸鹽。HCO3－：同上。Cl－：水流經(jīng)地層時溶解氯化物所致。陸地水：HCO3－＞SO42－＞Cl－；Ca2+＞Na+＞Mg2+次要離子：Fe2+、CO32－、HSiO3－、NO2－、

HPO42－、H2PO4－、PO43－SO42－：地層中石膏溶于水形成。NO3－：同化、氨化、硝化等i起源第3頁總含鹽量(TotalDissolvedSolids－TDS)，也稱總礦化度：水中所含各種溶解性礦物鹽類總量稱為水總含鹽量。ii表示方法總含鹽量＝Σ陽離子+Σ陰離子iii測定重量法這部分逸失量約等于原有HCO3－含量二分之一，(CO2+H2O)÷2HCO3－=(44+18)÷2

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0.5電導(dǎo)率法第4頁（2）溶解氣體主要是O2、CO2、N2，其次還有H2S、SO2、NH3等在一定溫度和壓強下，一個氣體在液體里溶解度與該氣體平衡壓強成正比。注意，亨利定律并不能說明氣體在溶液中深入化學(xué)反應(yīng)，如：即溶解于水中實際氣體量，能夠高于亨利定律表示量?？藙谛匏梗死妪垼–lausius-Clapeyron）方程式：iii溶解度與溫度關(guān)系ii溶解度i溶解氣體種類第5頁iv計算例題1．在一個標準大氣壓下，25℃時氧在水中溶解度。（已知氧在干燥空氣中含量為20.95%）首先計算氧氣分壓解：水在25℃時蒸汽壓為0.03167

105Pa則干燥空氣分壓為氧氣分壓為0℃時含量14.74mg/L20℃時為9.227mg/L關(guān)鍵是對水蒸汽分壓進行校正O2在水中亨利常數(shù)為1.26

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8mol/L·Pa第6頁2．在一個標準大氣壓下，25℃時CO2在水中溶解度。已知CO2在干空氣中含量為0.0314%（體積）。解：首先計算CO2分壓第7頁（3）水生生物自養(yǎng)生物：利用太陽能或化學(xué)能量，把簡單、無生命無機物元素引進至復(fù)雜生命分子中即組成生命體。如藻類。異養(yǎng)生物：利用自養(yǎng)生物產(chǎn)生有機物作為能源及合成它本身生命原始物質(zhì)。生化需氧量（BOD）：在有氧條件下，水中可分解有機物因為好氧微生物(主要是好氧細菌）作用被氧化分解而無機化，這個過程需要氧量叫做生化需氧量（BiochemicalOxygenDemand,BOD）?；瘜W(xué)需氧量（COD）：在一定嚴格條件下，水中各種有機物質(zhì)與外加強氧化劑（如K2Cr2O3,KMnO4）作用時所消耗氧化劑量。（ChemicalOxygenDemand）。第8頁2．天然水性質(zhì)（1）碳酸平衡在水體中存在著CO2、H2CO3、HCO3

、CO32

等四種化合態(tài)，常把CO2和H2CO3合并為H2CO3*，實際上H2CO3極低，主要是溶解氣體CO2。所以，水中H2CO3*－HCO3

－CO32

體系可用下面反應(yīng)和平衡常數(shù)表示：用cT表示各種碳酸化合態(tài)總量，用α0、α1、α2分別代表化合態(tài)H2CO3*、HCO3

、CO32

在總量中所占百分比，則:第9頁說明pH決定它們含量多少再來看K1、K2及[H+]與α0、α1、α2關(guān)系：第10頁即pH值對三種化合態(tài)濃度起決定性作用，如圖3-1碳酸化合態(tài)分布圖所表示：當(dāng)pH值≤4.3時，水中各種碳酸化合物全部是H2CO3*；當(dāng)pH值＝8.3時，基本上碳酸化合物是HCO3

；當(dāng)pH值≥12時，水中碳酸化合物幾乎完全是CO32

。以上討論是封閉體系，即沒有考慮CO2與大氣交換過程，也就是說封閉體系碳酸化合態(tài)總量不變。第11頁對開放體系，也就是說CO2與水是處于平衡狀態(tài)。當(dāng)考慮CO2在氣相和液相之間平衡時，[H2CO3*]總保持與大氣相平衡固定值，可表示為PCO2和pH值函數(shù)。此時應(yīng)用亨利定律：由這些方程做lgc-pH圖可知：pH值＜6時，主要是H2CO3*，pH值在6-10時，主要是HCO3

，pH值＞10.3時，主要是CO32

。第12頁（2）天然水中堿度和酸度堿度(Alkalinity)：指水中能與強酸發(fā)生中和作用物質(zhì)。總堿度：在測定水樣總堿度時，可用一個強酸標準溶液滴定，當(dāng)用甲基橙做指示劑時，此時所得結(jié)果稱為總堿度，也稱甲基橙堿度。強堿、弱堿(NH3)、強堿弱酸鹽（碳酸鹽）其化學(xué)反應(yīng)計量關(guān)系以下：甲基橙作指示劑時，其終點pH值約為4.3，也就是說HCO3

和CO32

全部轉(zhuǎn)化為H2CO3。依據(jù)溶液質(zhì)子平衡條件，能夠得到堿度表示式：第13頁酚酞堿度：強酸標準溶液滴定時，用酚酞為指示劑得到堿度稱為酚酞堿度。酚酞為指示劑滴定終點pH值約為8.3，也就是說HCO3

沒有接收質(zhì)子H+成為H2CO3，溶液中CO32

接收一個H+質(zhì)子成為HCO3

，則酚酞堿度表示式為：苛性堿度：到達pHCO32

所需酸量時堿度稱為苛性堿度?？列詨A度在試驗室不能快速測得，因為不輕易找到終點。若已知總堿度和酚酞堿度可用計算方法確定：第14頁酸度(Acidity)：水中能與強堿發(fā)生中和作用物質(zhì)。強酸、弱酸、強酸弱堿鹽（如FeCl3）無機酸度：游離CO2酸度：總酸度：在測定水樣酸度時，可用一個強堿標準溶液滴定，當(dāng)用甲基橙做指示劑時，此時所得結(jié)果稱為無機酸度。強堿標準溶液滴定時，用酚酞為指示劑得到酸度稱為游離CO2酸度。pH值為10.8處得到酸度，但此時滴定無顯著終點，普通以游離CO2酸度作為主要指標。依據(jù)質(zhì)子平衡條件，得到各種酸度表示式：第15頁計算例題i在封閉體系中加入強酸或強堿，總碳酸量cT不受影響。ii加入[CO2]時，總堿度值并不發(fā)生改變。iii總碳酸量cT和總堿度在一定條件下含有守恒特征。1．已知某水體pH值為10.0，堿度為1.00

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3mol/L，求H2CO3*、HCO3

、CO32

和OH

濃度。（K1＝4.45

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7，K2＝4.69

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11）解：解題技巧：當(dāng)pH值5-9范圍內(nèi)，[堿度]≥10-3或pH值在6-8，[堿度]≥10-4時，[H+]、[OH-]項忽略不計第16頁2．若一個天然水體在25℃時pH值為7.0，堿度為1.4mmol/L，求需加多少酸才能把水體pH值降低至6.0？解：解題技巧：當(dāng)pH值5-9范圍內(nèi)，[堿度]≥10-3或pH值在