环境化学-第三章-水环境化学教学内容.ppt
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1、环境化学-第三章-水环境化学1.1天然水的基本特征天然水的基本特征1、天然水的组成(1)天然水中的主要离子主要阳离子:Ca2+、Mg2+、Na+、K+等。主要阴离子:Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-等。TDS=Ca2+Mg2+Na+K+Cl-+SO42-+HCO3-(2)水中的金属离子(3)水中溶解的气体(4)水生生物(2)水中的金属离子)水中的金属离子元素元素海水中海水中的含量的含量(g/L)海水中存在形态海水中存在形态河水河水中含中含量量(g/L)河水中存在形态河水中存在形态AsCdHgNiPbZnMnCu3.70.110.030.560.034.90.20.25HAsO42-,有
2、机有机砷砷胶体,胶体,CdCl2HgCl42-,有机汞有机汞Ni2+,NiCO3PbCO3,胶体胶体Zn2+,Zn(OH)+Mn2+,MnCl+Cu(OH)+CuCO30.50.10.10.531583As()(),甲基化物甲基化物有机配合物螯合物有机配合物螯合物有机配合物螯合物有机配合物螯合物Zn2+配合物螯合物配合物螯合物有机配合物螯合物有机配合物螯合物(3)水中溶解的气体)水中溶解的气体气体在水中的溶解性:气体在水中的溶解性:x(g)=x(aq)G(aq)=KHPGKH是各种气体在一是各种气体在一定温度下的亨利定定温度下的亨利定律常数律常数(mol/LPa)亨亨利利定定律律并并不不能能说
3、说明明气气体体在在溶溶液液中中进进一一步步的的化化学学反反应应。溶溶解解于于水水中中的的实实际际气气体体的的量量,可可以以大大大大高高于于亨亨利定律表示的量。利定律表示的量。(3)水中溶解的气体)水中溶解的气体一般情况下,天然水中存在的气体有一般情况下,天然水中存在的气体有O2、CO2、H2S、N2和和CH4等。等。含量范围含量范围 08.5 8.414.5 3456 022 0.20.4/mgL-1 气体气体 O2 N2 CO2 H2S Ar表表海水中主要溶解气体的含量范围海水中主要溶解气体的含量范围(3)水中溶解的气体)水中溶解的气体ClzusiusClapeyron(克拉贝龙方程式):克
4、拉贝龙方程式):LgC2C1=H 2.303R(1T1-1T2)影响氧在水中溶解度的因素:影响氧在水中溶解度的因素:氧在氧在1.0130105Pa、25饱和水中的溶解度计算饱和水中的溶解度计算:PO2=(1.0130-0.03167)1050.2095=0.2056105PaO2(aq)=KHPO2=1.2610-80.2056105=2.610-4mol/l=8.32mg/l溶解氧溶解氧(Dissolvedoxygen):CO2的溶解度的溶解度:已知:已知:干空气中干空气中CO2的含量为的含量为0.0314%(体积),水(体积),水在在25时蒸气压为时蒸气压为0.03167105Pa,CO2
5、的亨利定律的亨利定律常数是常数是3.3410-7mol/(LPa)(25),CO2溶于水后发生溶于水后发生的化学反应是:的化学反应是:CO2+H2O=H+HCO3-K1=4.4510-7计算计算CO2的溶解度。的溶解度。(3)水中溶解的气体)水中溶解的气体Pco2=(1.0130-0.031677)1053.1410-4=30.8PaCO2=3.3410-730.8=1.02810-5mol/LCO2+H2O=H+HCO3-计算计算H+及及HCO3-的浓度:的浓度:H+=HCO3-K1=H+HCO3-/CO2H+2/CO2=K1=4.4510-7H+=(1.02810-54.4510-7)1/
6、2=2.1410-6mol/LCO2在水中的溶解度为:在水中的溶解度为:CO2+HCO3-=1.2410-5mol/L(3)水中溶解的气体)水中溶解的气体(4)水生生物水生生物生态系统、食物链中的一个重要环节;自养生物、异养生物;生产者、消费者、分解者;生产率、富营养化、C、N、P;影响因素:DO、BOD、CO2等。2、天然水的性质、天然水的性质(1)碳酸平衡CO2(g)+H2OH2CO3HCO3-+H H2CO3HCO3-+CO3-H2-KHK1K2o=H2CO3*/CT=H2CO3*/H2CO3*+HCO3-+CO32-=(1+K1/H+K1K2/H+2)-11=HCO3-/CT=HCO3
7、-/H2CO3*+HCO3-+CO32-=(1+H+/K1+K2/H+)-12=CO32-/CT=CO32-/H2CO3*+HCO3-+CO32-=(1+H+2/K1K2+H+/K2)1封闭碳酸体系封闭碳酸体系CT不变不变CO2+H2CO3HCO3-CO32-1008060402002 4 6 8 10 12pH 50%pK1=6.35pK2=10.33开放碳酸体系开放碳酸体系H2CO3不变不变(2)天然水中酸度和碱度天然水中酸度和碱度碱度:是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质,即能接受质子的物质总量。总碱度:总碱度:水中各种碱度成分的总和,即加酸至水中各种碱度成分的总和,即加酸至HCO3-
8、、CO32-全部转化为全部转化为CO2。加入甲基橙滴。加入甲基橙滴定到由黄色变为橙红色(定到由黄色变为橙红色(pH约约4.3)。)。酚酞碱度酚酞碱度:以酚酞为指示剂。滴定到以酚酞为指示剂。滴定到pH=8.3时时OH-被中和,被中和,CO32-全部转化为全部转化为HCO3-。苛性碱度苛性碱度:pH10.8的水样,中和滴定到的水样,中和滴定到pH=10.8时所耗用的标准酸体积数。强碱性成时所耗用的标准酸体积数。强碱性成分全部被酸液中和分全部被酸液中和。(2)天然水中酸度和碱度天然水中酸度和碱度总碱度总碱度=HCO3-+2CO32-+OH-H+=CT(1+22)+KW/H+-H+酚酞碱度酚酞碱度=C
9、O32-+OH-H2CO3*-H+=CT(2-0)+KW/H+-H+苛性碱度苛性碱度=OH-HCO3-2H2CO3*-H+=-CT(1+20)+KW/H+-H+*当当PH在在59范围内、碱度范围内、碱度10-3mol/L或者或者PH在在68范围内、碱度范围内、碱度10-4mol/L时刻时刻忽略水的电离及可忽略忽略水的电离及可忽略OH-和和H+(2)天然水中酸度和碱度天然水中酸度和碱度酸度:是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质,亦即放出H+或经水解能产生H+的物质总量。包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐等。总酸度总酸度=H+HCO3-+2H2CO3*-OH-=CT(1+20)+H+-Kw/H+CO2酸
10、度酸度=H+H2CO3*-CO32-OH-=CT(0-2)+H+-Kw/H+无机酸度无机酸度=H+-HCO3-2CO32-OH-=-CT(1+22)+H+-Kw/H+例如:例如:试比较试比较110-3mol/LNaOH的和的和0.1mol/LNaHCO3溶液,溶液,NaOH溶液的溶液的pH值为值为11,但用,但用盐酸滴定时仅需盐酸滴定时仅需110-3mol/L的的H+,即碱度为,即碱度为110-3mol/L;而;而NaHCO3溶液的溶液的pH值为值为8.3,中和时需,中和时需0.1mol/L的的H+,即碱度为,即碱度为0.1mol/L。CO2+H2O+hCH2O+O2HCO3-+H2O+hCH
11、2O+OH-+O2水体的碱度与生物生产量之间有一定的关系:水体的碱度与生物生产量之间有一定的关系:酸度和碱度与水体酸度和碱度与水体pH值的区别值的区别例例1:某水体的某水体的pH=8.00,碱度为,碱度为1.0010-3mol/L。计算。计算H2CO3*、HCO3-、CO32-及及OH-的浓度。的浓度。HCO3-=碱度碱度=1.0010-3mol/L.H2CO3*=H+HCO3-/K1=1.0010-81.0010-3/4.4510-7=2.2510-5mol/LCO32-=K2HCO3-/H+=4.6910-111.0010-3/1.0010-8=4.6910-6mol/L解:解:总碱度总碱
12、度=HCO3-+2CO32-+OH-H+例题例题例例2:若一个天然水的:若一个天然水的pH为为7.0,碱度为,碱度为1.4mmol/L,求求需加多少酸才能使原水的需加多少酸才能使原水的pH值降低到值降低到6.0?解:解:碱度碱度=CT(1+22)+KW/H+-H+CT=碱度碱度当当pH=7.0时时 查表查表3-4得得=1.224CT=碱度碱度=1.2241.4=1.71(mmol/L)碱度碱度=CT/=1.71/3.247=0.527(mmol/L)A=1.4-0.527=0.873(mmol/L)CT=碱度碱度+H+-OH-pH=6.0时时=3.247C CT T不变不变:1.2水中污染物的
13、分布和存在形态水中污染物的分布和存在形态有机污染物 有机农药多氯联苯卤代脂肪烃醚类单环芳香族化合物苯酚类和甲酚类酞酸酯多环芳烃类亚硝胺和其他化合物金属污染物镉、汞、铅、砷、铬、铜、锌、铊、镍、铍19531956年年,日日本本熊熊本本县县水水俣俣镇镇一一家家氮氮肥肥公公司司排排放放的的含含汞汞废废水水,使使汞汞在在海海水水、底底泥泥和和鱼鱼类类中中富富集集,又又经经过过食食物物链链使使人人中中毒毒。1991年年,日日本本环环境境厅厅公公布布的的中中毒毒病病人人仍仍有有2248人人,其其中中1004人死亡。人死亡。八大公害事件之五八大公害事件之五八大公害事件之五八大公害事件之五水俣病事件水俣病事件
14、 1955 195519721972年,日年,日本富山县的一些铅锌矿本富山县的一些铅锌矿在采矿和冶炼中排放废在采矿和冶炼中排放废水,废水在河流中积累水,废水在河流中积累了重金属了重金属“镉镉”。人长。人长期饮用这样的河水,食期饮用这样的河水,食用浇灌含镉河水生产的用浇灌含镉河水生产的稻谷,出现了骨骼严重稻谷,出现了骨骼严重畸形、剧痛,身长缩短,畸形、剧痛,身长缩短,骨脆易折等病症。骨脆易折等病症。八大公害事件之六八大公害事件之六八大公害事件之六八大公害事件之六骨痛病事件骨痛病事件1.3水中的营养元素及水体富营养化水中的营养元素及水体富营养化富营养化富营养化是指生物所需的氮、磷等营养物质大量进入
15、湖泊、河口、海湾等缓流水体,引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降,鱼类及其他生物大量死亡的现象。1.3水中的营养元素及水体富营养化水中的营养元素及水体富营养化云南滇池富营养化福州赤潮1.3水中的营养元素及水体富营养化水中的营养元素及水体富营养化来源来源1.3水中的营养元素及水体富营养化水中的营养元素及水体富营养化 来源:来源:生活污水、工业废水、农业、家畜、生活污水、工业废水、农业、家畜、水产养殖、水产养殖、大气。大气。危害:危害:使水中藻类恶性繁殖,藻类死亡腐败后被微使水中藻类恶性繁殖,藻类死亡腐败后被微生物分解,消耗大量溶解氧,严重影响鱼类生存。生物分解,消耗大量溶解氧,严重影
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