水环境化学天然水 (2)精选课件.ppt

关于水环境化学天然水(2)第一页，本课件共有80页2.1 水的分子结构与性质 Characteristics of H2O第二页，本课件共有80页一、水分子的结构一、水分子的结构(两个重要特点）两个重要特点）1、水分子有很强的极性、水分子有很强的极性（1）键角）键角104.5（2）电负性：）电负性：O：3.5；H：2.1（3）水分子的偶极矩很大，）水分子的偶极矩很大，为为1.84D(德拜）德拜）第三页，本课件共有80页偶极矩偶极矩若正电若正电(或负电或负电)中心上的电荷的电量为中心上的电荷的电量为 q,正正负电中心之间的距离为负电中心之间的距离为 d(称偶极矩长称偶极矩长),则偶极则偶极矩为矩为:qd以德拜以德拜(D)为单位为单位,1D=3.33610-30c.m当当 q=1.6210-19库仑库仑(电子所带电量电子所带电量),d=1.010-10时时,4.8DHIHBrHClNH3H2O乙醚乙醚/D0.380.791.031.661.841.15第四页，本课件共有80页2.2.水分子之间有很强的氢键水分子之间有很强的氢键范德华力：通常小于范德华力：通常小于5kJ/mol氢键：氢键：18.8kJ/molH-O键：键：460kJ/mol第五页，本课件共有80页 因为每个水分子在正极一因为每个水分子在正极一方有两个裸露的方有两个裸露的氢核氢核，在，在负极一方有两对负极一方有两对孤对电子孤对电子，每个水分子可以把两个氢核每个水分子可以把两个氢核交出，同时又可以由两对孤交出，同时又可以由两对孤对电子接收氢核。对电子接收氢核。每个水分子每个水分子可以可以同邻近的同邻近的 个水分子形成个水分子形成 个氢键。个氢键。44第六页，本课件共有80页在冰分子的结构中，在冰分子的结构中，氢键的数目达氢键的数目达最高饱最高饱和值和值，使分子排列成为，使分子排列成为六方晶系晶格六方晶系晶格与液体水分子的结构相与液体水分子的结构相比，冰的结构较为疏松，比，冰的结构较为疏松，其密度由其密度由1.0gcm-3降至降至0.92gcm-3。在在4时，水的体积最时，水的体积最小、密度最大。超过小、密度最大。超过或低于此温度时体积或低于此温度时体积都会膨胀都会膨胀第七页，本课件共有80页（7 7）水的同位素组成）水的同位素组成(P16)(P16)自然界中，自然界中，氢有氢有2种稳定同位素，种稳定同位素，H1、H2（称为氘，（称为氘，D）氧有氧有3种稳定同位素，种稳定同位素，O16、O17、O18第八页，本课件共有80页自然界的水实际上是自然界的水实际上是 种水的混合物。种水的混合物。HO16H HO18H HO17H HO16D HO18D HO17DDO16D DO18D DO17D其中，其中，HO16H是常说的普通水分子，含是常说的普通水分子，含量为量为99.745%(摩尔分数），其余为重水摩尔分数），其余为重水9第九页，本课件共有80页我们该喝什么？我们该喝什么？-重水重水 OR OR 轻水？轻水？英研究称喝重水可以延长人10年寿命（图片来自英国每日邮报网站）信息来源：科学网（2008）Superlightwater105500ml,1,250(JPY)=65.25(CNY)第十页，本课件共有80页由不同的同位素组成的分子之间存在相对由不同的同位素组成的分子之间存在相对质量差。这种质量差异所引起的该分子在质量差。这种质量差异所引起的该分子在物理和化学性质上的差异，称为物理和化学性质上的差异，称为同位素效同位素效应应。如：如：D2O的蒸发热、沸点、表面张力、密的蒸发热、沸点、表面张力、密度等都比度等都比H2O高。高。第十一页，本课件共有80页同位素效应同位素效应 同位素分馏同位素分馏同位素分馏同位素分馏是指在一系统中，某元素的是指在一系统中，某元素的同位素以不同的同位素以不同的比值比值分配到两种物质或分配到两种物质或物相中的现象。物相中的现象。第十二页，本课件共有80页一般认为，一般认为，蒸发作用蒸发作用是促成水的同位素分馏的主要是促成水的同位素分馏的主要过程。过程。重水的蒸汽压比普通水的蒸汽压重水的蒸汽压比普通水的蒸汽压略低略低在蒸发区重水的成分稍高。在蒸发区重水的成分稍高。雨水中重水的成分较低，南极的冰是地雨水中重水的成分较低，南极的冰是地球上最轻的水。球上最轻的水。蒸汽压：蒸汽压：一定温度下，液体和它的蒸汽处于平一定温度下，液体和它的蒸汽处于平衡状态时蒸汽所具有的压力称为衡状态时蒸汽所具有的压力称为饱和蒸汽压，简饱和蒸汽压，简称蒸汽压称蒸汽压第十三页，本课件共有80页自然界中哪个元素的同位素分馏最大？自然界中哪个元素的同位素分馏最大？分馏的大小与分馏的大小与同位素相对质量差同位素相对质量差成正比。成正比。H和和D的相对质量差是所有元素的同位素的相对质量差是所有元素的同位素中最大的，因此自然界中中最大的，因此自然界中氢同位素分馏氢同位素分馏也最大也最大，一般比其它元素的同位素分馏大，一般比其它元素的同位素分馏大一个数量级。一个数量级。第十四页，本课件共有80页如，学者在研究北京地区地下热水如，学者在研究北京地区地下热水北京城区东南部北京城区东南部地下热水地下热水氘同位素的浓氘同位素的浓度（度（D）值为）值为-6.33 -7.78城区雨水城区雨水（-6.33 -7.48）河水河水（-6.90 -7.48）浅层地下水浅层地下水（-6.90 -7.48）地下热水地下热水D与城市雨水值非常接近与城市雨水值非常接近北京东南部地下热水由大气降水所补给北京东南部地下热水由大气降水所补给。第十五页，本课件共有80页表达稳定同位素的分馏的参数表达稳定同位素的分馏的参数-值（常用）值（常用）国国际原子能机构于原子能机构于1968年决定采用年决定采用维也也纳标准平准平均海水（均海水（Vienna standard mean ocean water,V-SMOW）为标准，来定准，来定义天然水天然水稳定同位素的定同位素的比率相比率相对于于V-SMOW的的千分差千分差。维也也纳标准平均海水（准平均海水（V-SMOW）是一个假想）是一个假想的的标准，其准，其“绝对”同位素比同位素比值被定被定义为2H/1H=(155.76 0.10)10-618O/16O=(2005.20 0.43)10-617O/16O=(373 15)10-6第十六页，本课件共有80页 O18/O16的千分差：的千分差：D/H的千分差：的千分差：反映待测物质中某元素的两种稳定同位素的比值与一标反映待测物质中某元素的两种稳定同位素的比值与一标准物质中同一元素的两种同位素的比值之间的差异。准物质中同一元素的两种同位素的比值之间的差异。若一个样品的若一个样品的O18值为值为-5.0，即表示该样品的，即表示该样品的n(18O)/n(16O)值较标准样品的比值低值较标准样品的比值低5/1000第十七页，本课件共有80页水的重要性质及其意义水的重要性质及其意义性质作用和重要性优良的溶剂输送营养物质和排泄物，使水介质中的生物学过程成为可能介电常数比任何一种纯液体都高离子型物质具有高溶解性，在溶液里这些物质易电离表面张力比任何其他液体都高（除汞外）生理学上的控制因素，控制水的滴落和表面现象能透过可见光和紫外光的长波部分无色，使光合作用要求的光能达到水体相当的深度在4时液体密度最大冰浮于水，使垂直循环只在限定的分层水体里进行汽化热比任何其他物质都高决定大气和水体之间热和水分子的转移熔化热比任何其他液体（除氨外）都高冰点时温度稳定比热容比任何其他液体（除氨外）都高对生物的体温和地理区域的气温起稳定作用第十八页，本课件共有80页propertyEffects and SignificanceExcellent solventTransport of nutrients and waste products,making biological processes possible in an aqueous mediumHighest dielectric constant of any common liquidHigh solubility of ionic substances and their ionization in solutionHigher surface tension than any other liquidControlling factor in physiology,governs drop and surface phenomenaTransparent to visible and longer-wavelength fraction of ultraviolet lightColorless,allowing light required for photosynthesis to reach considerable depths in bodies of waterMaximum density as a liquid at 4 CIce floats,vertical circulation restricted in stratified bodies of waterHigher heat of evaporation than any other materialDetermines transfer of heat and water molecules between the atmosphere and bodies of waterHigher latent heat of fusion than any other liquid except ammoniaTemperature stabilized at the freezing point of WaterHigher heat capacity than any other liquid except ammoniaStabilization of temperatures of organisms and geographical region第十九页，本课件共有80页三、水的化学性质三、水的化学性质1）水的化学稳定性）水的化学稳定性在常温、常压下水是化学稳定的，即水很难分解成在常温、常压下水是化学稳定的，即水很难分解成H2和和O2。2）水合作用）水合作用水分子的强极性使它能与带电荷的离子和分子发生相互结水分子的强极性使它能与带电荷的离子和分子发生相互结合的作用。合的作用。如天然水中的镁以如天然水中的镁以Mg(H2O)62+的形式存在。的形式存在。3）水的电离）水的电离水是一种弱电解质，部分水分子可离解为水是一种弱电解质，部分水分子可离解为H+和和OH-25和和1个大气压的条件下，水的离解常数个大气压的条件下，水的离解常数Kw=10-14。第二十页，本课件共有80页4）水解）水解水与弱酸阴离子或弱基阳离子反应，造成水溶液水与弱酸阴离子或弱基阳离子反应，造成水溶液中中OH-过剩或过剩或H+过剩的反应，称为水解反应。过剩的反应，称为水解反应。水解作用在地质和地球化学过程中十分重要水解作用在地质和地球化学过程中十分重要:（1）增加盐类的溶解度；）增加盐类的溶解度；（2）造成）造成pH缓冲机制；缓冲机制；（3）很多地质过程，如某些成岩作用、成矿作）很多地质过程，如某些成岩作用、成矿作用和风化作用，其实质实际上是一种水解过程。用和风化作用，其实质实际上是一种水解过程。第二十一页，本课件共有80页2.2 天然水的组成、形成和分类第二十二页，本课件共有80页一、天然水的组成一、天然水的组成第二十三页，本课件共有80页主要离子主要离子Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+是天然水中含量最多的是天然水中含量最多的8种离种离子。它们的含量占天然水中离子总量的子。它们的含量占天然水中离子总量的95-99%硬度硬度酸酸碱金属碱金属阳离子阳离子Ca2+、Mg2+H+Na+、K+碱度酸根阴离子HCO3-、CO32-、OH-SO42-、NO3-、Cl-第二十四页，本课件共有80页TDS=Cl-+SO42-+HCO3-+Na+K+Ca2+Mg2+水的水的总溶解性固体总溶解性固体含量含量（TDSTDS，total dissolved solidstotal dissolved solids）根据世界主要河流河水的元素组成，迄今对根据世界主要河流河水的元素组成，迄今对全球河水的平均化学组成已有数次估计。最全球河水的平均化学组成已有数次估计。最新的估计是，全球河水总溶解盐（新的估计是，全球河水总溶解盐（TDS）的）的中位数为中位数为127.6mg/L，流量加权平均为，流量加权平均为93.8mg/L；其中；其中Ca2+为主要阳离子，为主要阳离子，HCO3-为主要阴离子。为主要阴离子。第二十五页，本课件共有80页Cl-+2SO42-+HCO3-=Na+K+2Ca2+2Mg2+由于水中的阳离子的由于水中的阳离子的总当量数等于阴离子当量数等于阴离子总当当量数，所以各种离子若以量数，所以各种离子若以mmol L-1计算算时，则应有：有：第二十六页，本课件共有80页阳离子电荷数：0.072+2.98+2.38+1.54=6.972阴离子电荷数：3.78+2.45+0.9=7.13合理例：某水系水质分析结果如下：离子含量例：某水系水质分析结果如下：离子含量（mmol/L)K+Na+Ca2+Mg2+HCO3-Cl-SO42-0.072 2.98 1.19 0.77 3.78 2.45 0.45请说明该水系水质分析结果的合理性。请说明该水系水质分析结果的合理性。第二十七页，本课件共有80页海水长江宜昌站(1984年年均值）将将K+Na+换算为以换算为以mg/L作单位时一般采用作单位时一般采用平均摩尔质量平均摩尔质量25g/mol。第二十八页，本课件共有80页（1）重碳酸根（）重碳酸根（HCO3-）、碳酸根（）、碳酸根（CO32-）HCO3-是天然是天然淡水淡水中所含的主要无机阴中所含的主要无机阴离子。离子。来源：碳酸盐矿物与含有来源：碳酸盐矿物与含有CO2的水作用而的水作用而形成的形成的缓冲能力、天然水的缓冲能力、天然水的pH调节、总碱度、调节、总碱度、水的肥力水的肥力第二十九页，本课件共有80页（2 2）氯（）氯（ClCl-）来源：来源：各种岩石中氯化物的溶解各种岩石中氯化物的溶解在天然水中分布广泛在天然水中分布广泛含量差别大含量差别大第三十页，本课件共有80页（3）硫酸根（）硫酸根（SO42-）SO42-来源：来源：石膏（石膏（CaSO42H2O）的沉积岩）的沉积岩金属硫化物被氧化成金属硫化物被氧化成SO42-；SO2，S，H2S被氧化为被氧化为SO42-；含硫动植物残骸的分解含硫动植物残骸的分解第三十一页，本课件共有80页天然水天然水SOSO4 42-2-含量含量各类硫酸盐的溶解度各类硫酸盐的溶解度天然水中若有天然水中若有Ca2+存在时，则将使存在时，则将使SO42-含量减少含量减少但是当天然水中有但是当天然水中有NaCl存在时，可使得存在时，可使得CaSO4溶解度溶解度增大，这是由于增大，这是由于盐效应盐效应的影响。的影响。第三十二页，本课件共有80页天然水天然水SOSO4 42-2-含量含量环境的氧化还原条件环境的氧化还原条件还原条件下，还原条件下，SO42-被硫酸盐还原菌还原为被硫酸盐还原菌还原为S和和H2S第三十三页，本课件共有80页（4）钙（）钙（Ca2+）、镁（）、镁（Mg2+）钙来源：钙来源：含石膏地层中含石膏地层中CaSO42H2O白云石白云石CaCO3MgCO3方解石方解石CaCO3（水中水中CO2作用作用下的溶解等）下的溶解等）钙含量差别很大钙含量差别很大镁来源镁来源白云岩、泥灰岩等风化产物的溶解白云岩、泥灰岩等风化产物的溶解第三十四页，本课件共有80页天然水中天然水中Ca2+与与Mg2+的含量的比例关系有一个大致规律：的含量的比例关系有一个大致规律：TDS500mg/L，Ca2+：Mg2+（摩尔比值）（摩尔比值）4:12:1TDS1000mg/L，Ca2+：Mg2+2:11:1TDS继续增大，继续增大，Mg2+Ca2+很多倍很多倍咸水中，咸水中，Mg2+超过超过Ca2+第三十五页，本课件共有80页水的硬度（水的硬度（P19 表表2-4）天然水的硬度：天然水的硬度：Ca2+、Mg2+1G（德国度）：（德国度）：1L水中含有相当于水中含有相当于l0mg的的CaO，其硬度即为，其硬度即为1个德国度个德国度极软水极软水04软水48中等软水815硬水1630极硬水30以上第三十六页，本课件共有80页（5）钠（）钠（Na+）、钾（）、钾（K+）Na+来源：含钠岩矿来源：含钠岩矿淡水淡水Na+来自硅铝酸盐（来自硅铝酸盐（Na2Al2Si6O16）矿物分解）矿物分解咸水中咸水中Na+来自来自NaCl的溶解的溶解天然水中天然水中Na+普遍存在。普遍存在。天然水天然水Na+含量差别十分悬殊含量差别十分悬殊钾来源：硅铝酸盐（钾来源：硅铝酸盐（K2Al2Si6O16）矿物分解）矿物分解分布于酸性岩浆岩及石英岩分布于酸性岩浆岩及石英岩第三十七页，本课件共有80页K+地壳丰度：地壳丰度：2.60%Na+地壳丰度：地壳丰度：2.64%相近的化学性质相近的化学性质天然水中天然水中K+的含量为的含量为Na+含量的含量的4%-10%K+容易被土壤胶粒吸附容易被土壤胶粒吸附K+被植物吸收利用被植物吸收利用why？第三十八页，本课件共有80页二、天然水中化学成分的形成二、天然水中化学成分的形成(P37)(P37)1、大气淋溶、大气淋溶2、光合作用及水中生物的代谢产物或尸、光合作用及水中生物的代谢产物或尸体腐解产物体腐解产物3、工业废水、生活污水与农业退水、工业废水、生活污水与农业退水第三十九页，本课件共有80页W.Stumm,J.J.Morgan(1981)将将H2O、CO2、O2对各类矿物的化学破坏作用分为对各类矿物的化学破坏作用分为三类典型反应。三类典型反应。P38 表表2-17 “典型风化反应典型风化反应”4 4、从岩石、土壤中淋溶、从岩石、土壤中淋溶第四十页，本课件共有80页（1 1）同成分溶解反应（均相溶解作用）同成分溶解反应（均相溶解作用）指矿物被纯水或吸收有指矿物被纯水或吸收有COCO2 2的弱酸性水溶解的弱酸性水溶解后全部生成后全部生成溶于水溶于水中的离子和分子中的离子和分子方解石方解石第四十一页，本课件共有80页（2 2）异成分溶解反应（非均相溶解作用）异成分溶解反应（非均相溶解作用）指矿物被纯水或吸收有指矿物被纯水或吸收有CO2的弱酸性水溶的弱酸性水溶解后的产物中既有溶解态物质，同时又有解后的产物中既有溶解态物质，同时又有新生成的新生成的固体产物固体产物钾长石钾长石云母云母第四十二页，本课件共有80页（3 3）氧化还原反应）氧化还原反应氧化还原是矿物化学风化作用的第三类，氧化还原是矿物化学风化作用的第三类，对天然对天然水溶液的水溶液的pHpH值有显著影响值有显著影响黄铁矿黄铁矿第四十三页，本课件共有80页Hu M-H,Stallard R R,Edmond J M.Major ion chemistry of some large Chinese rivers.Nature,1982,298:550-553西方文献中关于我国河流水化学的第一篇论西方文献中关于我国河流水化学的第一篇论文是文是Hu等于等于1981年发表在英国年发表在英国自然自然杂志杂志上的上的“中国大河主要离子化学中国大河主要离子化学”一文。该文一文。该文的重要价值在于指出了我国河流的离子组成的重要价值在于指出了我国河流的离子组成主要受主要受碳酸盐和蒸发盐岩石碳酸盐和蒸发盐岩石溶解作用的影响，溶解作用的影响，而较少地受而较少地受硅酸盐和铝硅酸盐岩石硅酸盐和铝硅酸盐岩石风化作用的影风化作用的影响响第四十四页，本课件共有80页（1）天然水中离子之间的相互作用）天然水中离子之间的相互作用硅酸盐与其他盐类的反应硅酸盐与其他盐类的反应碱金属碳酸盐与其它盐类的反应碱金属碳酸盐与其它盐类的反应Mg2+和和K+与其它盐类的反应与其它盐类的反应5、次级反应与交换吸附作用、次级反应与交换吸附作用（P39）第四十五页，本课件共有80页（2）天然水中的离子与沉积物和土壤）天然水中的离子与沉积物和土壤中吸收性阳离子之间的交换反应中吸收性阳离子之间的交换反应5、次级反应与交换吸附作用、次级反应与交换吸附作用（P39）第四十六页，本课件共有80页（3）天然水的蒸发浓缩作用）天然水的蒸发浓缩作用在蒸发浓缩过程中，水体所含盐类逐一达到饱在蒸发浓缩过程中，水体所含盐类逐一达到饱和状态而析出。高度蒸发浓缩区域的内陆盐湖和状态而析出。高度蒸发浓缩区域的内陆盐湖水多为氯化水。水多为氯化水。（4）天然水的混合作用）天然水的混合作用第四十七页，本课件共有80页三、天然水的分类 第四十八页，本课件共有80页矿化度：矿化度：水中所含无机矿物成分的含量水中所含无机矿物成分的含量表征表征105110时将水烘干后所得的残渣时将水烘干后所得的残渣水质分析：矿化度水质分析：矿化度 离子总量离子总量-1/2HCO3-在蒸干过程中发生了如下反应在蒸干过程中发生了如下反应矿化度一般只用于天然水的测定矿化度一般只用于天然水的测定（1 1）按矿化度的分类）按矿化度的分类第四十九页，本课件共有80页O.A.阿列金提出的按矿化度的分类方案：阿列金提出的按矿化度的分类方案：淡水淡水 矿化度矿化度 1g/kg微咸水微咸水 1-25g/kg具海水盐度的咸水具海水盐度的咸水 25-50g/kg盐水（卤水）盐水（卤水）50g/kg第五十页，本课件共有80页最常用的仍是最常用的仍是O.A.阿列金提出的分类方阿列金提出的分类方案。案。因为书上使用当量浓度（以单位电荷形态因为书上使用当量浓度（以单位电荷形态Mn+/n为基本单位），故为基本单位），故PPT（使用摩尔（使用摩尔浓度）中的细节处不同于书浓度）中的细节处不同于书（2 2）按主要离子成分的分类）按主要离子成分的分类第五十一页，本课件共有80页（2 2）按主要离子成分的分类）按主要离子成分的分类首先按含量（单位：摩尔浓度）最多的阴离子首先按含量（单位：摩尔浓度）最多的阴离子把天然水分为三把天然水分为三类类：重碳酸盐、硫酸盐（：重碳酸盐、硫酸盐（2SO42-）和氯化物，并分别以）和氯化物，并分别以C、S和和Cl符号符号代表代表其次按含量最多的阳离子把天然水再分为其次按含量最多的阳离子把天然水再分为钙组（钙组（2Ca2+）、镁组（）、镁组（2Mg2+）和钠组）和钠组然后每然后每组组再根据阳离子和阴离子的比例关系，再根据阳离子和阴离子的比例关系，划分水的不同划分水的不同类型类型第五十二页，本课件共有80页离子含量（离子含量（mmol/L)mmol/L)型型 HCO3-2Ca2+2Mg2+型型 HCO3-2Ca2+2Mg2+HCO3-+2SO42-型型 HCO3-+2SO42-Na+型型 HCO3-=0第五十三页，本课件共有80页型水是弱矿化水：水中含有相当数量型水是弱矿化水：水中含有相当数量的的Na HCONa HCO3 3成分，在某些情况下也可能成分，在某些情况下也可能由由CaCa2+2+交换土壤和沉积物中的交换土壤和沉积物中的NaNa+而形成，而形成，水中主要含有水中主要含有NaNa+与与HCOHCO3 3-；型型 HCOHCO3 3-2Ca 2Ca2+2+2Mg+2Mg2+2+第五十四页，本课件共有80页型水为混合起源水：大多数低矿化和中型水为混合起源水：大多数低矿化和中矿化的河水、湖水和地下水属于这一类型；矿化的河水、湖水和地下水属于这一类型；型型 HCOHCO3 3-2Ca 2Ca2+2+2Mg+2Mg2+2+HCO HCO3 3-+2SO2SO4 42-2-第五十五页，本课件共有80页型水也是混合起源的水，但具有很高的型水也是混合起源的水，但具有很高的矿化度：水中的矿化度：水中的NaNa+交换出土壤和沉积物交换出土壤和沉积物中的中的CaCa2+2+和和MgMg2+2+。大洋水、海水、海湾水和许多具有高大洋水、海水、海湾水和许多具有高矿化度的地下水矿化度的地下水 型型 HCOHCO3 3-+2SO+2SO4 42-2-2Ca Na Na+第五十六页，本课件共有80页型水是酸性水，这是酸性沼泽水、型水是酸性水，这是酸性沼泽水、硫化矿床水和火山水的特点。硫化矿床水和火山水的特点。型型 HCOHCO3 3-=0=0第五十七页，本课件共有80页HCO3-Cl-2SO42-Na+2Ca2+2Mg2+HCO3-2Mg2+2Ca2+(3.92)HCO3-+2SO42-(4.68)CNa型例：某水系水质分析结果如下：离子含量（例：某水系水质分析结果如下：离子含量（mmol/L）K+Na+Ca2+Mg2+HCO3-Cl-SO42-0.072 2.98 1.19 0.77 3.78 2.45 0.45 请根据请根据O.A.阿列金分类方案（按优势离子分类）判阿列金分类方案（按优势离子分类）判断该水系属哪种类型的水。断该水系属哪种类型的水。第五十八页，本课件共有80页2.3 各类天然水的水质特点P27The water quality characteristics of all kinds of natural water第五十九页，本课件共有80页一、一、海洋水海洋水ocean water盐度盐度氯度氯度恒比定律恒比定律第六十页，本课件共有80页1、盐度、盐度salinity海水中含盐量的一个标度。海水中含盐量的一个标度。测定盐度的方法，测定盐度的方法，即取一定量的海水样品，加盐酸酸化即取一定量的海水样品，加盐酸酸化后，再加氯水，蒸干后继续升温，最后在后，再加氯水，蒸干后继续升温，最后在480条件下条件下烘至恒重，称量剩余的盐分。烘至恒重，称量剩余的盐分。根据这种测定方法，海水盐度的定义为：根据这种测定方法，海水盐度的定义为：“1千克海水千克海水中的溴和碘全部被当量的氯置换，而且所有的碳酸盐中的溴和碘全部被当量的氯置换，而且所有的碳酸盐都转换成氧化物之后，其所含的无机盐的克数。都转换成氧化物之后，其所含的无机盐的克数。”以以符号符号“S”表示之，单位为克表示之，单位为克/千克。千克。第六十一页，本课件共有80页第六十二页，本课件共有80页2、氯度、氯度chlorinity1000g海水中，以氯置换溴和碘后，所含海水中，以氯置换溴和碘后，所含氯的总克数，以氯的总克数，以Cl表示表示，单位为克，单位为克/千克。千克。S=0.030+1.805Cl第六十三页，本课件共有80页3、海水化学组成、海水化学组成常量元素：大于常量元素：大于0.05mmol/kg，有，有11种种阳离子：阳离子：Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Sr2+阴离子：阴离子：Cl-,SO42-,Br-,HCO3-(CO32-),F-(Si例外）例外）分子：分子：HBO3以上占海水总量的以上占海水总量的99%（最简单的人工海水（最简单的人工海水“NaCl+MgSO4”配置）配置）微量元素：微量元素：0.0550mol/kg痕量元素：痕量元素：0.0550nmol/kg和和50pmol/kg营养元素：营养元素：N、P、Si（主要营养盐）、（主要营养盐）、Mn、Fe、Cu、Zn（微量营养盐）等，它们与海洋生物生长密切相关（微量营养盐）等，它们与海洋生物生长密切相关溶解气体：溶解气体：O2、CO2、N2、惰性气体等、惰性气体等有机物质有机物质第六十四页，本课件共有80页3、海水化学组成、海水化学组成海水的海水的pH是是8.2左右。左右。海水中主要元素组成之比值大体上恒定不海水中主要元素组成之比值大体上恒定不变；变；MarcetDittmar恒比定律恒比定律第六十五页，本课件共有80页MarcetDittmar恒比定律恒比定律即即“尽管各大洋各海区海水的尽管各大洋各海区海水的含盐量含盐量可能可能不同，但海水主要溶解成分的含量间有恒不同，但海水主要溶解成分的含量间有恒定的比值定的比值”，这就是海洋化学上著名的，这就是海洋化学上著名的MarcetDittmar恒比定律。恒比定律。海水水质化学类型单一，阿列金分类中的海水水质化学类型单一，阿列金分类中的氯化物类钠组氯化物类钠组型型水。水。第六十六页，本课件共有80页各大洋和海域的常量成分与氯度的比值是几乎保持恒定的各大洋和海域的常量成分与氯度的比值是几乎保持恒定的海水中主要溶解成分（盐度S=35）主要溶解成分主要溶解成分主要化学物种存在形式主要化学物种存在形式含量含量(g/kg)氯度比值氯度比值Na+Na+10.760.555 56Mg2+Mg2+1.2940.066 80Ca2+Ca2+0.41170.021 25K+K+0.39910.206 0Sr2+Sr2+0.00790.000 41Cl-Cl-19.350.998 94SO42-SO42-、NaSO4-2.7120.140 00HCO3-HCO3-，CO32-，CO20.1420.007 35Br-Br-0.06720.003 74F-F-，MgF+0.001300.000 067H3BO3B(OH)3，B(OH)4-0.02560.001 32第六十七页，本课件共有80页1）河口区往往不遵循恒比定律；）河口区往往不遵循恒比定律；2）区域性生物活动和地球化学的影响）区域性生物活动和地球化学的影响如：深层和中层水中如：深层和中层水中Ca2+/Cl-或或Sr2+/Cl-比比值值 表层水表层水Ca2+/Cl-或或Sr2+/Cl-大于大于恒比定律特例恒比定律特例第六十八页，本课件共有80页恒比定律特例恒比定律特例3）恒比定律不适用于微量或痕量组分；）恒比定律不适用于微量或痕量组分；4）恒比定律没有历史继承性，并非指）恒比定律没有历史继承性，并非指海水之过去和未来都有相似的规律；海水之过去和未来都有相似的规律；第六十九页，本课件共有80页二、二、河流河流River河流水质因地区、气候等条件而异，变河流水质因地区、气候等条件而异，变动幅度很大动幅度很大我国河流水化学特性有明显的地带性规我国河流水化学特性有明显的地带性规律，可分为律，可分为4个水化学带。个水化学带。第七十页，本课件共有80页水化学带水化学带河水离子总量和总硬度都很低，水化学性质稳定，属重碳酸盐钙、钠型极软水区河水离子总量为50-400mg/L，总硬度2.8-8.4G，属重碳酸盐钙钠型软水区重碳酸盐、硫酸盐、氯化物三种类型均有出现。离子总量400-1000mg/L，总硬度8.4-16.8G，属适度硬水区水的矿化度增高，水化学类型由重碳酸盐类型向硫酸盐、氯化物类型过渡，属硬水或极硬水区。第七十一页，本课件共有80页三、三、湖泊水湖泊水Lake湖泊是陆地表面天然洼陷处流动缓慢而蒸湖泊是陆地表面天然洼陷处流动缓慢而蒸发量大的水体，是由降水、地表及地下径发量大的水体，是由降水、地表及地下径流所形成。流所形成。湖水流动与交换缓慢湖水流动与交换缓慢湖泊水质取决于形成的历史条件和所处环湖泊水质取决于形成的历史条件和所处环境的水文、地质条件境的水文、地质条件湖水流转主要靠风力和密度变化湖水流转主要靠风力和密度变化第七十二页，本课件共有80页三、三、湖泊水湖泊水多样性与不均匀性多样性与不均匀性温跃层，上、下层水质差异大温跃层，上、下层水质差异大溶氧、溶氧、pH及营养盐等垂直分布及营养盐等垂直分布第七十三页，本课件共有80页1、湖泊的类型、湖泊的类型按湖水含盐量分类按湖水含盐量分类含盐量含盐量1g/L淡水湖淡水湖含盐量含盐量1ST35g/L咸水湖咸水湖含盐量含盐量35g/L盐湖盐湖干旱条件下，湖水蒸发量补给量干旱条件下，湖水蒸发量补给量淡水湖淡水湖演变成咸水湖或盐湖。演变成咸水湖或盐湖。第七十四页，本课件共有80页（一）（一）湖泊的类型湖泊的类型2 按湖泊营养盐类型分类按湖泊营养盐类型分类贫营养型贫营养型 初级生产量（初级生产量（O2）低于）低于1g/m2d中营养型中营养型 初级生产量初级生产量14g/m2d富营养型富营养型 初级生产量多在初级生产量多在3-10g/m2d超营养型超营养型 无机氮含量大于无机氮含量大于0.11mol/L，初，初级生产量多大于级生产量多大于10g(O2)/m2d第七十五页，本课件共有80页正磷酸盐常被称为活性磷,正磷酸盐指正磷酸（H3PO4）的各种盐：M3PO4、M2HPO4、MH2PO4(M为一价金属离子)。第七十六页，本课件共有80页四、四、地下水地下水（P33）Groundwater（1）地下水含有几乎所有地壳元素）地下水含有几乎所有地壳元素含盐量和主要离子含盐量和主要离子差别很大差别很大营养物有机质含量低营养物有机质含量低溶解气体溶解气体pH变化大变化大第七十七页，本课件共有80页四、四、地下水地下水（P33）Groundwater（2 2）按深度和水文交换情况可分为）按深度和水文交换情况可分为3 3个带：个带：水的积极交替带（上带）：水的积极交替带（上带）：岩层是易于渗透的，流岩层是易于渗透的，流动比较活跃，含有控制性的阴离子动比较活跃，含有控制性的阴离子HCOHCO3 3-，总溶解，总溶解性固体量低；性固体量低；水的缓慢交替带（中间带）：水的缓慢交替带（中间带）：水循环活动性较差；水循环活动性较差；总溶解性固体量较高，含有硫酸根阴离子；总溶解性固体量较高，含有硫酸根阴离子；水的相对停滞带（下带）：水的相对停滞带（下带）：流动异常缓慢，流动异常缓慢，ClCl-浓度浓度高、总溶解性固体量高高、总溶解性固体量高第七十八页，本课件共有80页五、五、大气降水大气降水precipitation杂质较少而矿化度很低的软水，杂质较少而矿化度很低的软水，雨水的矿化度雨水的矿化度(含盐量）一般为含盐量）一般为10-100mg/L。含溶解气体和含氮化合物。含溶解气体和含氮化合物。第七十九页，本课件共有80页感谢大家观看第八十页，本课件共有80页