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水中无机 有机物质的存在形态与转化 第二章水化学 存在形态 分布酸碱平衡配位平衡沉淀 溶解平衡氧化 还原平衡物质的转化水解与亲核反应还原反应氧化反应光解 第一节酸碱化学 碳酸盐系统 Br nsted酸碱 质子理论 Lewis酸碱 电子理论 共轭酸碱对 HA A HB B 酸碱平衡常数 酸碱的强弱 酸碱的相对强弱 强 弱 1 水中碳酸盐物种及其分布 水中的碳酸盐物种及其平衡 H2CO3 简写为H2CO3 例1 计算大气CO2在纯水中的溶解量 未离解部分 离解部分 水中溶解的二氧化碳总量 平衡计算的基本原则 质量平衡分配平衡电荷平衡合理的假定 水中碳酸盐物种的分配 1 封闭体系中碳酸盐物种分布随pH的变化 什么是封闭体系 水溶液中的CT不变 不与气相交换没有固体碳酸盐 即不发生液固相交换 反应比较快速 来不及与气相进行交换 不存在 也没有生成固相碳酸盐 根据离解平衡 有 封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布 H2CO3 HCO3 CO32 2 开放体系碳酸盐物种分布随pH的变化 大气中CO2浓度不变 与水相处于平衡 H2CO3 HCO3 CO32 CT 2 碳酸盐体系的碱度和酸度 1 碱度与强酸 H 发生中和作用的物质总量 代表中和强酸的能力 苛性碱度 OH H 总碱度 酚酞碱度 碳酸盐碱度 封闭体系中碳酸盐物种随pH的分布 H2CO3 HCO3 CO32 甲基橙变色 酚酞变色 2 酸度 与强碱发生中和作用的物质总量 代表中和强碱的能力 无机酸度酚酞酸度 二氧化碳 总酸度 3 碱度 酸度 碳酸盐总量 pH之间的关系 根据滴定结果 可以推算 总碱度 碳酸盐碱度 碳酸盐总量二氧化碳酸度 无机酸度 碳酸盐总量总碱度 二氧化碳酸度 碳酸盐总量 例2 已知碱度和pH 求各物种浓度 已知水体的总碱度为1 00 10 3mol L 计算pH8和pH10时水中H2CO3 HCO3 CO32 浓度 假定只由它们构成碱度 再根据离解常数和pH分别得到 解答 pH 8时 碱度以HCO3 为主 所以可假定 从结果看 所设假定合理 因为 OH 10 4mol L 解答 续 pH 10时 碱度由HCO3 CO32 和OH 组成 例3 某25 的水样100mL需要10mL0 02mol L的硫酸使其pH值下降到4 3 同样体积的水样需要4mL0 02mol L的NaOH使其pH上升到8 3 假定碱度和酸度都只是由碳酸盐物种 H 和OH 引起的 计算总无机碳的含量 初始pH和各碳酸盐物种的浓度 解答 总碱度 二氧化碳酸度 碳酸盐总量 总碱度 二氧化碳酸度 4 8mmol L 假定一个pH值 试算 直到上式成立 例4 已知水体的pH7 0 碱度为1 4mmol L 假设该体系为封闭体系 且碱度由碳酸盐物质和OH 组成 计算 1 pH调至6 0所需加的酸量 2 pH调至9 0所需加的碱量 封闭体系中无论加强酸或强碱 CT不变 碱度变化值为应加酸量或加碱量 初始碱度与pH6时碱度差 pH 9时同样方法计算 3 一些引起碱度变化的反应 光合作用 呼吸作用 硝化 反硝化 通常 氧化导致碱度下降 还原导致碱度上升 硫酸盐还原 硫化物氧化 例5 某一水的总碱度为1 65mmol L pH为8 0 此水用Cl2 g 来处理以便将NH3 aq 氧化为氮气 折点氯化 假如初始的氨氮 以氮计 浓度为3 5mg L 氨的氧化反应为求处理后的pH 总碱度 如果处理后的水要将其pH调整到9 0 而且要使碳酸盐总量为2 0mmol L 问如何用NaOH和NaHCO3调节 解答 初始水样pH 8 0 总碱度为1 65mmol L 主要为HCO3 即 1mol氨氧化产生3mol酸 3 5mg L氨氮产生0 75mmol L酸 即碱度下降0 75mmol L 碱度变为0 90mmol L cT不变 由此求得 1 再求得pH 解答 续 要调节到pH 9 0 cT 2mmol L 用NaHCO3增加cT 应投加0 35mmol L 这同时增加碱度0 35mmol L 计算pH 9 0和cT 2mmol L时的碱度 求所缺的碱度 由NaOH补足 例6 好氧呼吸导致的pH变化 已知初始TOC浓度为6mg L pH 6 9 碱度为1 2mmol L 如果发生好氧呼吸 水中的有机物全部分解 且释放出NH4 请求出最终的pH值 解答 假定好氧呼吸按以下反应进行 第一步 CO2生成溶解在水中 导致CT增加 碱度不变 引起pH变化第二步 由于消耗H 导致碱度上升 此时CT不变 引起pH变化 Lossofoddoxygenbetween30and40kmispredictedtobedominantedbytheNOxcycle ataltitudesabove50km HOxcyclesdominateoddoxygenloss 据预测 30 40km高度的奇氧损失由NOx循环支配 50km海拔以上高度则由HOx循环支配奇氧损失据推测 在30 40km高空中的奇氧损耗主要是由NOx循环催化引起的 而在50km以上高空中HOx循环催化是引起奇氧损耗的主要原因有人预测 海拔30 40km处的奇氧损耗是由NOx循环主导的 50km以上则由HOx循环主导据预测 海拔30 40km处的奇氧损耗主要是由NOx循环引起的 而50km以上则以HOx循环破坏为主 Probablytheonlycontinuousnaturalsourceofchlorineinthestratosphereismethylchloride CH3Cl ThetroposphericlifetimeforCH3Clissufficientlylong CH3Cl可能是平流层中氯的唯一可持续的来源 在对流层中