天然水的主要理化性质.pptx

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1、 在在水水分分子子的的结结构构中中，两两个个氢氢原原子子核核排排列列成成以以氧氧原原子子核核为为顶顶的的等等腰腰三三角角形形。从从而而使使氧氧的的一一端端带带负负电电荷荷，氢氢的的一一核核带带正正电电荷荷，因因此此水水分分子子是是一一个个极极性性很很强强的的分分子子，即即氧氧的的一一端端为为负负极极，氢氢一一的的端端为为正正极极。由由于于水水分分子子在在正正极极一一方方有有两两个个裸裸露露的的氢氢核核，在在负负极极一一方方有有氧氧的的两两对对孤孤对对电电子子，这这样样就就使使每每一一个个水水分分子子都都可可以以把把自自己己的的两两个个氢氢核核交交出出与与其其他他两两个个水水分分子子共共有有，而

2、而同同时时氧氧的的两两对对孤孤对对电电子子又又可可以以接接受受第第三三个个、第第四四个个氢氢核核，使使这这五五个个水水分分子子之之间间形形成成四四个个氢氢键键，其其中中每每一一个个外外围围分分子子又又再再与与另另外外的的分分子子继继续续生生成成氢氢键键。这这种种现现象象称称为为水水分分子子的的缔缔合合现现象象。所所以以水水是是单单个个分分子子H H2 2O O和和（H H2 2O O）n n的的混混合合物物，（H H2 2O O）n n称为水分子的集聚体或聚合物。称为水分子的集聚体或聚合物。H 104.40 H1.1.水分子的结构水分子的结构第1页/共53页 1.1 冰的结构示意图第2页/共5

3、3页2 2、水的特性、水的特性（1 1）水的状态）水的状态 水有三态，即固态、液态和汽态。在标准大气压下水的融点水有三态，即固态、液态和汽态。在标准大气压下水的融点为为00，沸点为，沸点为100100。第3页/共53页（2）水的密度 水的密度与温度关系和一般物质有些不同，一般物质的密度随温度上升而减小，而水的密度在3.98时最大，为1g/。高于或低于此温度时，水的密度都小于为1g/。这通常是由水分子之间的缔合现象来解释，即在3.98时，水分子缔合后的聚合物结构最密实，高于或低于3.98时，水的聚合物结构比较疏松。第4页/共53页（3 3）水的比热容）水的比热容 几乎在所有的液体和固体物质中，水

4、的比热容最大，同时有很大的蒸发热和溶解热。这是因为水加热时，热量不仅消耗于水温升高，还消耗于水分子聚合物的解离。在标准大气压2525时，水的比热容最小，为4175.8733J/kg4175.8733J/kg，高于或低于2525时，水的比热容都逐渐变大。第5页/共53页水的比热容大，因此天热时水可以调节气温，使气温变化不至于太剧烈，同时也因为水的比热容大，使水体温度变化也较为缓慢第6页/共53页（4）水的黏度 表示水体在运动过程中所发生的内摩擦力，其大小与内能损失有关。纯水的黏度取决于温度，与压力无关。在0-1000-100内水的黏度随温度的升高而减小。在2020时动力黏度约为0.001Pas,

5、0.001Pas,运动黏度约为0.010.01/s/s第7页/共53页（5 5）水的沸点与蒸汽压 水的沸点与蒸汽压力有关。将水放在一个密闭容器中，水面上就有一部分动能较大的水分子能克服其它水分子的引力，逸出水面进入容器上部的空间成为蒸汽，这一过程称为蒸发。进入容器空间的水分子不断地运动，其中一部分水蒸气分子碰到水面，被水体中的水分子所吸引，又返回到水中，这一过程称为凝结。压力（压力（压力（压力（KPaKPa）沸点（沸点（沸点（沸点（）202060.160.1101.33101.33100100500500151.7151.7110110 179.9179.9210210 212.2212.23

6、10310 233.7233.7410410 250.3250.3510510 263.8263.810101010 310.9310.918101810 356.9356.922.051022.0510 374.3374.3不同压力下水的沸点第8页/共53页当水的蒸发速度与水蒸气的凝结速度相等时，水面上的水分子数量不再改变，即达到动态平衡。在温度一定的情况下，达到动态平衡时的蒸汽称为该温度下的饱和蒸汽，这时的蒸汽压力称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。第9页/共53页当水的温度升高到一定值，其蒸汽压力等于外界压力时，水就开始沸腾，这时的温度称为该压力下的沸点。当气体高于某一温度时，不管加多大压力都不

7、能将气体液化，这一温度称为气体的临界温度。在临界温度下，使气体液化的压力称为临界压力。水的临界温度为374.3374.3，临界压力22.05MPa22.05MPa。第10页/共53页（6 6）水的表面张力）水的表面张力在水体内部，每个水分子受其四方相邻水分子的引力，所以水分子的受力是平衡的。但靠近表面的水分子则受力不平衡，水体内部对它的引力大，外部空气对它的引力小，从而使水体表面分子受到一种向内的拉力，称为表面张力。水有最大的表面张力，达到72.751072.7510-5-5N/N/，表现出异常的毛细、润湿、吸咐等特性。第11页/共53页（7 7）水的溶解能力）水的溶解能力水有很大的介电常数，

8、溶解能力极强，即水分子有较强的极性，极易形成氢键，是一种很好的溶剂。水中溶解的各物质之间可以进行各种反应。（第12页/共53页（8 8）水的电导）水的电导水是一种很弱的两性电解质，能电离出小量的H H+和OHOH-，所以即使是理想的纯水也有一定的导电能力，通常用电导率来表示。电导率是电阻率的倒数。电阻率是对断面为1 111，长1 1体积的水所测得的电阻，单位是欧姆厘米（），电导率的单位是西门子/厘米（S/S/或S/S/）。纯水的电阻率随温度的升高而降低。第13页/共53页（9 9）水的化学性质）水的化学性质水能与金属和非金属作用放出氢，还能与许多金属与非金属的氧化物反应，生成碱和酸。第14页/

9、共53页（10）水的体积一般液体都热胀冷缩，而水则不然，在0-3.98内，随着温度的升高，体积逐渐减小，至3.98时，体积最小，高于或者低于此温度体积均逐渐变大，0 结冰时体积最大。第15页/共53页 从水的净化和处理的需要，假定水中的物质均呈球形，则按其大小和混合形态的不同，通常分为三类。悬浮物 胶体 溶解物质天然水体的物质组成天然水体的物质组成第16页/共53页1 1、悬浮物、悬浮物是指颗粒直径约在100nm100nm以上的物质微粒。按其微粒的大小和相对密度的不同，可分为漂浮的、悬浮的和可沉降的。悬浮物在水中很不稳定，分布也很不均匀，是一种比较容易除去的物质。第17页/共53页2 2、胶体

10、、胶体是指颗粒直径约在1-100nm1-100nm之间的微粒。主要是铁、铝、硅的化合物以及动植物有机体的分解产物、蛋白质、脂肪、腐殖质等。由于这种颗粒常带有某些正电荷或负电荷离子，而呈现出带电性。天然水体中的粘土颗粒，一般都带负电荷，而一些金属离子的氢氧化物则带正电荷。胶体颗粒在水中是比较稳定的，分布也比较均匀，难以用自然沉降的方法除去。第18页/共53页天然水体中的悬浮物和胶体颗粒，对光线有散射效应，是造成水体浑浊的主要原因，所以它们是各种用水处理首先清除的对象。第19页/共53页是指颗粒直径小于1nm1nm的颗粒，它们往往以离子、分子或气体的状态存在于水中，成为均匀的分散体系，称为真溶液。

11、这类物质不能用混凝、沉降、过滤的方法除去，必须用蒸馏、膜分离或离子交换的方法才能除去。3 3、溶解物质、溶解物质第20页/共53页（1 1）呈离子状态的物质 天然水体中含有的主要根子有NaNa+、K K+、CaCa2+2+、MgMg2+2+、HCOHCO3 3-、CICI-、SOSO4 42 2-、COCO3 32-2-等8 8种离子，另外还有一些生物生成物（氮、磷、铁、硅的化合物），微量元素和有机物。（2 2）呈分子状态的气体（溶解气体）天然水中常见的溶解气体有氧气、二氧化碳和氮气，有时还有硫化氢、二氧化硫和氨等。第21页/共53页a a、氧气：主要来源于大气中氧的溶解，水中藻类的光合作用只

12、能产生一部分氧气。一般情况下地下水的含氧量比地表水低，地表水的含氧量一般在0 014mg/L14mg/L之间。b b、二氧化碳：主要来源于水中或泥土中有机物的分解和氧化。因为大气中的COCO2 2只占0.03%0.03%0.04%0.04%，对实际的天然地表水中，COCO2 2的含量一般为202030mg/L30mg/L，地下水有时可达到几百毫克，说明水中有机质降解时一方面消耗了氧气，一方面也产生了COCO2 2，使水中COCO2 2含量远远超过了与大气接触时的平衡COCO2 2量。第22页/共53页第二节 天然水的主要理化性质第23页/共53页总含盐量离子总量矿化度盐度氯度水中可溶性以无机盐

13、为主的物质含量之和天然水中主要离子成分含量的总和矿化度是指“蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量”。（一）天然水含盐量的参数（一）天然水含盐量的参数离子总量矿化度盐度第24页/共53页1.离子总量（ST）定义：指天然水中各种离子的含量之和，常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg单位表示。以符号C来表示第25页/共53页大多数淡水：八大离子：阳离子：阳离子：K K+、NaNa+、CaCa2+2+、MgMg2+2+阴离子：阴离子：HCOHCO3 3-、COCO3 32-2-、SOSO4 42-2-、ClCl-第26页/共53页2.矿化度l矿化度是水中所含无机矿物成份的总量l 用过氧化氢

14、氧化后蒸发，在105110干燥剩余的残渣，然后称重（本书）矿化度离子总量第27页/共53页与水生生物关系与养鱼生产的关系与渔汛的关系（二）（二）含盐量对水产养殖的影响含盐量对水产养殖的影响第28页/共53页水中一定的含盐量是保持生物体液一定渗透压的需要，超过了生物渗透压调节的能力，生物就会“渴死”或“胀死”。1.与水生生物关系uu 水生生物有一定的适应盐幅水生生物有一定的适应盐幅第29页/共53页u同一生物不同生长阶段耐盐能力不同耐盐限度不同;几种淡水鱼的耐盐能力次序为：草鱼团头鲂鲢u在适宜的盐度范围内，频繁的盐度波动对生长有影响（盐度实验时要注意）u离子组成不同，耐盐能力不同第30页/共53

15、页盐度对鱼类的影响盐度对鱼类的影响根据含盐量多少对鱼类进行分类:A 淡水鱼 B 海水鱼 根据鱼类对盐度的适应性来分:A.狭盐性鱼类:海水、淡水(S4)B.广盐性鱼类1.决定鱼的生存第31页/共53页影响精卵子的发育，亲鱼的繁殖(受精率、孵化率)精子的寿命(水中):四大家鱼50-60秒 鲤鱼1.5-3分钟 鲟鱼1-25分钟3-5生理盐水：四大家鱼115-170秒2.盐度对鱼类人工繁殖的影响第32页/共53页第三节 天然水的依数性和透光性 稀溶液的一个重要特性是依数性，即稀溶液蒸气压下降（P），沸点上升（Tb），冰点下降（Tf）值等与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。一、天然水的

16、依数性对于纯溶液：n 蒸气压下降 p=Kbn 冰点下降 tf=Kfbn 渗透压增大 =(n/V)RT=cRT（见课本）第33页/共53页二、天然水的透光性光线在水中的反射、吸收与折射(一)水面对太阳辐射的反射n 入射角、反射角、太阳高度角，反射率n 水面对大气散射辐射的反射率，大约在5%-10%第34页/共53页1.有一定的选择性2.随水体深度增大能量衰减快 73%到水面1cm处 36%到1m处 1.4%到100m处 光抑制区 光适宜区 光限制区（二）水对太阳光的吸收特点:第35页/共53页透明度与水的光学分层光光抑制区（营养分解层）：（营养分解层）：光合作用速率小于呼吸作光合作用速率小于呼吸

17、作用速率的水层，有机物的分解速率大于合成速率，这用速率的水层，有机物的分解速率大于合成速率，这一水层的植物不能正常生活。一水层的植物不能正常生活。光限制层（无光层）光限制层（无光层）：生物无法生长或生长缓慢。：生物无法生长或生长缓慢。光光适宜区（营养生成层（营养生成层 ）：）：光合作用速率大于呼吸作光合作用速率大于呼吸作用速率的水层，植物光合作用合成的有机物多于呼吸用速率的水层，植物光合作用合成的有机物多于呼吸作用消耗的有机物，有机物的净合成大于零。作用消耗的有机物，有机物的净合成大于零。第36页/共53页第四节 天然水的导电性一、概念 电导是电阻的倒数，等于电流与电压的比：电导率：当电极面积

18、为1平方厘米，两电极相距1厘米时，溶液的电导即为电导率，单位为西门子每厘米（S/cm）。第37页/共53页l 不同离子的导电能力不同。离子组成不固定就不能用电导率仪准确测定总含盐量或盐度（有地域差异）l 由于温度不同，电导率的差异很大，必须校正温度的影响。l 用电导率仪直接测定盐度的准确度不高，专用电导盐度计除外。电导率电导率第38页/共53页n同一盐度的海水，温度升高电导率增加，近于直线关系。式中数（二二.天然水的电导率天然水的电导率电导率与溶液所含离子种类和浓度、温度与压力有关 。图15 温度对海水电导率的影响第39页/共53页二、天然水的密度（一）纯水的密度天然水的密度：单位体积水体所具

19、有的质量，用 表示第40页/共53页第41页/共53页第五节 水的流转混合与水体的温度分布n风力涡动混合作用n密度引起的对流混合作用n流水状态n人为机械搅动一、水的流转混合作用第42页/共53页1.1.天然水的流转混合作用天然水的流转混合作用风力的涡动混合温度引起的密度对流第43页/共53页1.风力的涡动混合n 风力越大，涡动混合作用越强烈；水面开阔深度浅的水体，较易混合彻底。n n 上下密度差越上下密度差越大，水越深，风大，水越深，风力使水混合所需力使水混合所需做的功也越大做的功也越大 第44页/共53页2.水的密度环流当表层水密度增大，或底层水密度减少时，都会出现“上重下轻”的状态，密度大

20、的水要下沉，密度小的水要上升，这就形成了上下水团的对流混合（环流）。n水温在密度最大的温度以上：热胀冷缩n水温在密度最大的温度以下：热缩冷胀第45页/共53页二.水体的温度分布l 开阔的水体，差别不大。岸边浅水区与中心区的水温可能有所不同；l l 养鱼池水温的水平分布受风力影响，使上、下风处水温养鱼池水温的水平分布受风力影响，使上、下风处水温明显不同。明显不同。水温的水平分布水温的垂直分布l 水温的垂直分布有明显的季节特点；水温的垂直分布有明显的季节特点；l l 在我国北方地区，在我国北方地区，夏季是正分布；冬季形成水温的逆分布；春、秋季节全同温。第46页/共53页春季的全同温期夏季的正分层期

21、秋季的全同温期冬季的逆分层期讨论的基点:淡水密度最大时的水温为4,冰点0;盐度为24.9的海水密度最大时的温度与冰点0均为-1.35;水的含盐量上下均匀.（一）湖泊（水库）四季的典型温度分布第47页/共53页l冬季逆分层：表面结冰；水温随深度增加而缓慢升高。l春季全同温：表层水温升高，密度流使上下水对流交换。l夏季正分层：两层（高温表层和低温下层）中间夹有一温 度随深度增加而迅速降低的水层（温跃层）。l秋季全同温：气温低于水温，表层水温下降，密度增大，发生密度环流；加上风力的混合作用，温跃层消失。图18 淡水湖四季水温的典型分布第48页/共53页温跃层形成的弊端 水体不易发生上下水层混合作用，氧气和营养盐不易发生上下传递，水体底部易长期出现缺氧现象。解决措施 打破温跃层：风力作用，人为机械作用。第49页/共53页水库（湖泊）水温的垂直分布n 80cm：温跃层n a、b：全同温n d、e：正分层第50页/共53页作业思考题第51页/共53页第52页/共53页感谢您的观看！第53页/共53页