-环境化学第三章水环境化学

1、第三章第三章 水环境化学水环境化学 第一节第一节 天然水的基本特征及污染物的天然水的基本特征及污染物的存在形态存在形态 第二节第二节 水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物的迁移转化 第三节第三节 水中有机污染物的迁移转化水中有机污染物的迁移转化内容提要内容提要：本章主要介绍天然水的基本特征，水中重要污染物存在形态本章主要介绍天然水的基本特征，水中重要污染物存在形态及分布，污染物在水环境中的迁移转化的基本原理。及分布，污染物在水环境中的迁移转化的基本原理。重点要求重点要求：1、天然水的基本性质。、天然水的基本性质。2、掌握掌握无机污染物在水环境中进行沉淀无机污染物在水环境中进行沉淀-溶解、氧化

2、还原、溶解、氧化还原、配合作用、吸附配合作用、吸附-解吸、絮凝解吸、絮凝-沉降等迁移转化过程的基本原理，沉降等迁移转化过程的基本原理，并运用所学原理计算水体中金属存在形态，确定各类化合物并运用所学原理计算水体中金属存在形态，确定各类化合物溶解度，以及天然水中各类污染物的溶解度，以及天然水中各类污染物的pE计算及计算及pE-pH图的制图的制作。作。3、了解了解颗粒物在水环境中聚集和吸附颗粒物在水环境中聚集和吸附-解吸的基本原理。解吸的基本原理。4、掌握掌握有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的计算方法。

3、挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的计算方法。第一节第一节 天然水的基本特征及污染天然水的基本特征及污染物的存在形态物的存在形态 一、天然水的基本特征一、天然水的基本特征 二、水中污染物的分布和存在形态二、水中污染物的分布和存在形态 三、水中营养元素及水体富营养化三、水中营养元素及水体富营养化1 1、天然水中溶解的气体的溶解度、天然水中溶解的气体的溶解度2 2、天然水的碳酸平衡及碱度计算、天然水的碳酸平衡及碱度计算3 3、水体富营养化的机理、水体富营养化的机理 一、天然水的基本特征一、天然水的基本特征（一）天然水的组成（一）天然水的组成 （离子、溶解气体、悬浮物、沉积物（离子、溶解气体

4、、悬浮物、沉积物 、水生生物、水生生物）1 1、天然水中的主要离子组成、天然水中的主要离子组成常见、最重要的八大离子：常见、最重要的八大离子：K K+ +、NaNa+ +、CaCa2+2+、MgMg2+2+、HCOHCO3 3- -、NONO3 3- -、ClCl- -、SOSO4 42-2-（占水中离子总量的占水中离子总量的95%-99%95%-99% ）；这些主要离子的分类，常用来作为表征水体主要化这些主要离子的分类，常用来作为表征水体主要化学特征性指标。学特征性指标。 硬硬 度度酸酸碱碱 金金 属属阳阳 离离 子子CaCa2+ 2+ MgMg2+2+H H+ +NaNa+ +HCOHCO

5、3 3- - COCO3 32- 2- OH OH- -SOSO4 42-2- Cl Cl- - NONO3 3- -阴阴 离离 子子碱碱 度度酸酸 根根另外另外 H、CO32、OH也较重要；也较重要；常见的主要离子是构成水常见的主要离子是构成水矿化度矿化度的主要物质，用它的主要物质，用它们可粗略估计水中的总含盐量（们可粗略估计水中的总含盐量（TDS-Total dissolved Solid）TDS=Ca2+Mg2+Na+K+HCO3-+SO42-+Cl-2、天然水中溶解的金属离子天然水中溶解的金属离子 水溶液中金属离子的表示式常写成水溶液中金属离子的表示式常写成 Mn+,预示着是简单预示着

6、是简单 的水合金属阳离子的水合金属阳离子M(H2O)xn+。举例：举例：铁可以铁可以Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+、Fe3+等等形态存在。这些形态在中性形态存在。这些形态在中性(pH=7)水体中的浓度可以通水体中的浓度可以通过平衡常数加以计算过平衡常数加以计算： Fe3+H2O=Fe(OH)2+H+ Fe(OH)2+H+/Fe3+=K1 Fe3+2H2O=Fe(OH)2+ +2H+ Fe(OH)2+H+2/Fe3+=K2 2Fe3+2H2O=Fe2(OH)24+2H+ Fe2(OH)24+H+2/Fe3+2=K3假如存在固体假如存在固体Fe(OH)3(s)，则，则Fe

7、(OH)3(s)+3H+= Fe3+3H2O Fe3+/H+3=9.1103 在在pH=7时时Fe3+=9.1103（1.010-7）3=9.110-18mol/L 3 3、天然水中溶解的重要气体、天然水中溶解的重要气体重重 点点 亨利定律亨利定律，即，即一种气体在液体中的溶解度正比于与一种气体在液体中的溶解度正比于与 液体所接触的该种气体的分压液体所接触的该种气体的分压。 （g） （aq）因此气体在水中的溶解度可用以下平衡式表示：因此气体在水中的溶解度可用以下平衡式表示：X(aq)=KHPG 式中：式中：KH各种气体在一定温度下的亨利定律常数；各种气体在一定温度下的亨利定律常数； PG各种气

8、体的分压。各种气体的分压。在计算气体的溶解度时，需要对水蒸气的分压加以校正。根据在计算气体的溶解度时，需要对水蒸气的分压加以校正。根据水在不同温度下的分压，就可按亨利定律计算出气体在水中的水在不同温度下的分压，就可按亨利定律计算出气体在水中的溶解度。溶解度。但必须注意，亨利定律并不能说明气体在溶液中进但必须注意，亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应，如：一步的化学反应，如： CO2 + H2O H+ + HCO3- SO2 + H2O H+ + HSO3- 氧在水中的溶解氧在水中的溶解例子：例子：氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水

9、中含盐量有关。计算氧在及水中含盐量有关。计算氧在1.0130105Pa、25饱和饱和水中的溶解度。水中的溶解度。水在水在25时的蒸汽压为时的蒸汽压为0.03167105Pa，由于干空气中，由于干空气中氧的含量为氧的含量为20.95%，所以，所以氧的分压为氧的分压为(1.0130-0.03167)1050.2095 =0.2056105 Pa代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为：代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为：O2(aq)= KHPO2=1.2610-80.2056105 =2.610-4 mol/L 氧的分子量为氧的分子量为32，因此其溶解度为，因此其溶解度为8.32 mg/L。

10、气体溶解度随温度升高而降低，这种影响可由气体溶解度随温度升高而降低，这种影响可由Clausius-Clapeyron（克拉帕龙）方程式显示出：（克拉帕龙）方程式显示出： 式中式中 绝对温度绝对温度 和和 时气体在水中的浓度；时气体在水中的浓度； 溶解热，溶解热，J/mol; R摩尔气体常数摩尔气体常数8.314 J/（molK）。）。 )11(303.2lg2112TTRHcc21,cc1T2TH CO2的溶解的溶解已知干空气中已知干空气中CO2的含量为的含量为0.0314%（体积），水在（体积），水在25时蒸时蒸汽压为汽压为0.03167，CO2的亨利定律常数是的亨利定律常数是3.34mol

11、/(LPa)( 25)，则则CO2在水中的溶解度为：在水中的溶解度为：PaPaPco8 .301014. 310)03167. 00130. 1 (452LmolLmolco/1003. 1/)8 .301034. 3(572溶解后的溶解后的CO2在水中离解部分，平衡方程：在水中离解部分，平衡方程： CO2(aq)+H2OH2CO3*(K1) CO2(aq)+H2O CO2H2O(主要主要) CO CO2(aq)2(aq)+H+H2 2O O H H2 2COCO3 3 H2CO3*HCO3-+H+ 一级电离一级电离 =4.4510-7molL-1 HCO3- CO32-+H+ 二级电离二级电

12、离 =4.6810-11molL-1 由于由于k2特别小，所以只考虑一级电离方程，可得：特别小，所以只考虑一级电离方程，可得： H+=HCO3- H+2/CO2= K1=4.4510-7 H+=(1.0310-54.4510-7)1/2=2.1410-6mol/L 故故CO2在水中的溶解度为在水中的溶解度为CO2+HCO3-=1.2410-5mol/L。*3231COHHCOHK3232HCOCOHK*3231COHHCOHK)(23aqCOHCOH4 4、水生生物、水生生物水生生物可直接影响许多物质的浓度，其作用有水生生物可直接影响许多物质的浓度，其作用有代谢、摄取、转化、存储和释放等。代谢

13、、摄取、转化、存储和释放等。从生态学角度看，藻类是水体中的生产者，藻类的生从生态学角度看，藻类是水体中的生产者，藻类的生成和分解就是在水体中进行光合作用成和分解就是在水体中进行光合作用(P)(P)和呼吸作用和呼吸作用(R)(R)的一典型过程，可用一简单的化学计量关系表征：的一典型过程，可用一简单的化学计量关系表征： PR 223421061612218CONOHPOHOH（+痕量元素和能量）106263110162138CHON PO（二）（二）天然水的性质天然水的性质1、碳酸平衡碳酸平衡（重点重点）对于对于CO2-H2O系统，水体中存在着系统，水体中存在着CO2（aq）、）、H2CO3、HC

14、O3-和和CO32-等四种化合态等四种化合态，常把，常把CO2(aq)和和H2CO3合并为合并为H2CO3*，实际上，实际上H2CO3含量极低，主含量极低，主要是溶解性气体要是溶解性气体CO2(aq)。因此，水中因此，水中H H2 2COCO3 3* *-HCO-HCO3 3- -CO-CO3 32-2-体系可用下面的体系可用下面的反应和平衡常数表示：反应和平衡常数表示： CO2（g） CO2（aq）+H2O H+HCO3- H+CO32- CaCO3（s） MgCO3 (s）CO2(g)+ H2O H2CO3* pK0=1.46（K0 包括：包括： CO2（g）+H2O CO2(aq) KH

15、 和和 CO2（aq）+H2O H2CO3 平衡常数平衡常数, 即即CO2(aq)H2CO3=H2CO3* ） 其中其中 KH= K0= K1= K2= 2)(2COpaqCO2*32COpCOH*323COHHHCO323HCOHCOH2CO3* HCO3-+ H+ pK1=6.35 HCO3- CO32-+ H+ pK2=10.33根据根据K1及及K2值，就可以制作以值，就可以制作以pH为主要变量的为主要变量的H2CO3*- HCO3- CO32-体系的形态分布图。体系的形态分布图。假如将水中溶解的假如将水中溶解的H2CO3*作为不挥发酸，由此构成作为不挥发酸，由此构成了了封闭的体系封闭的

16、体系，在海底深处，地下水（一些封闭的岩，在海底深处，地下水（一些封闭的岩溶洞）锅炉水和实验室水样中可能遇见这样的体系。溶洞）锅炉水和实验室水样中可能遇见这样的体系。1 1） 用用 、 和和 分别代表上述三种化合态在总量中所占比分别代表上述三种化合态在总量中所占比例，可以给出下面三个表示式例，可以给出下面三个表示式 =H=H2 2COCO3 3* */HH2 2COCO3 3* *+HCO+HCO3 3- -+CO+CO3 32-2- =HCO=HCO3 3- -/HH2 2COCO3 3* *+HCO+HCO3 3- -+CO+CO3 32-2- =CO=CO3 32-2-/HH2 2COCO

17、3 3* *+HCO+HCO3 3- -+CO+CO3 32-2- 2 2）若用）若用C CT T表示各种碳酸化合态的总量，则有表示各种碳酸化合态的总量，则有HH2 2COCO3 3* *=C=CT T ，HCOHCO3 3- -=C=CT T 和和COCO3 32-2-=C=CT T 。3 3）把）把K K1 1、K K2 2的表达式代入上面的三个式子中，就可得到作为的表达式代入上面的三个式子中，就可得到作为酸离解常数和氢离子浓度的函数的形态分数酸离解常数和氢离子浓度的函数的形态分数0120120122 2、封闭体系的碳酸平衡、封闭体系的碳酸平衡1221210)1 (HKKKK1211)1

18、(HKKH122122)1 (KHKKH4 4）要求掌握总结特性以及几个临界点：）要求掌握总结特性以及几个临界点：v一般封闭体系的一般封闭体系的pHpH范围为范围为4.34.310.810.8。水样中含有强酸时，。水样中含有强酸时，pHpH将小于将小于4.34.3，此时水样中仅有，此时水样中仅有HH2 2COCO3 3* * ；或水样中含有强碱；或水样中含有强碱时，时，pHpH将大于将大于10.810.8，此时仅有，此时仅有COCO3 32-2- ；v 图中的图中的pH=8.3pH=8.3可以作为一个分界点，可以作为一个分界点，pH8.3pH8.3pH8.3时，时，HH2 2COCO3 3*

19、* 可以忽略不计，水中只存在可以忽略不计，水中只存在HCOHCO3 3- - 和和COCO3 32-2- ，应该，应该考虑二级电离平衡，考虑二级电离平衡，即：即： 所以所以 pH=pKpH=pK2 2-lgHCO-lgHCO3 3- -+lgCO+lgCO3 32-2- 23*321HCOCOHKH2332COHCOKH3 3、开放体系的碳酸平衡、开放体系的碳酸平衡1 1）空气中的）空气中的COCO2 2(g)(g)能够和液相中的能够和液相中的COCO2 2(aq)(aq)达到平衡，此时达到平衡，此时液相中的液相中的COCO2 2(aq)(aq)浓度可以根据亨利定律近似计算：浓度可以根据亨利定

20、律近似计算：溶液中，碳酸化合物的相应浓度表示为：溶液中，碳酸化合物的相应浓度表示为： H H2 2COCO3 3* *COCO2 2(aq)=K(aq)=KH HP PCO2CO2，所以，所以c cT T=CO=CO2 2(aq)/(aq)/0 0= = HCO HCO3 3- - CO CO3 32-2- 201COHpK22101COHCOHpKHKpK2222102COHCOHpKHKKpK2)(2COHpKaqCO lgH lgH2 2COCO3 3* * = lgCO = lgCO2 2(aq) (aq) = lg K = lg KH H + lg p+ lg pCO2CO2= -

21、4.9= - 4.9 lgHCOlgHCO3 3- - = lgK = lgK1 1 + lg H+ lg H2 2COCO3 3* * + pH + pH = -11.3 + pH = -11.3 + pHlgCOlgCO3 32-2- = lgK = lgK1 1 + lgK+ lgK2 2 + lgH+ lgH2 2COCO3 3* * + 2pH + 2pH = -21.6 + pH = -21.6 + pH2 2）要求掌握总结特性以及几个临界点：）要求掌握总结特性以及几个临界点：pH6pH10.3pH10.3，溶液中主要是，溶液中主要是COCO3 32-2- ；c cT T则是可以变

22、化的则是可以变化的, ,随着溶液随着溶液pHpH的升高而升高；的升高而升高； H H2 2COCO3 3* * 浓度不变浓度不变4 4、碳酸平衡应用的实例、碳酸平衡应用的实例某条河流的某条河流的pH=8.3pH=8.3，总碳酸盐的含量，总碳酸盐的含量C CTCTC=3=31010-3-3molLmolL-1-1。现在有浓度为。现在有浓度为1 11010-2-2molLmolL-1-1的硫的硫酸废水排入该河流中。按照有关标准，河流酸废水排入该河流中。按照有关标准，河流pHpH不能低不能低于于6.76.7以下，问每升河水中最多能够排入这种废水多少以下，问每升河水中最多能够排入这种废水多少毫升？毫升

23、？解：由于酸碱反应十分迅速，因此可以用封闭体系的解：由于酸碱反应十分迅速，因此可以用封闭体系的方法进行计算：方法进行计算：pH=8.3pH=8.3时时, ,河水中主要的碳酸盐为河水中主要的碳酸盐为HCOHCO3 3- -，因此可以假设此时，因此可以假设此时HCOHCO3 3- -=C=CTCTC=3=31010-3-3molLmolL-1-1，如果排入酸性废水，则将会使河水中的一部分如果排入酸性废水，则将会使河水中的一部分HCOHCO3 3- -转化为转化为H H2 2COCO3 3* *，即有反应：，即有反应： HCOHCO3 3- -+H+H+ +HH2 2COCO3 3* *当河水的当河

24、水的pH=6.7pH=6.7时，河水中主要的碳酸盐类为时，河水中主要的碳酸盐类为HCOHCO3 3- -和和H H2 2COCO3 3* *。因为因为K K1 1= =10= =10-6.35-6.35, , 所以此时：所以此时： =10=100.350.35=2.24=2.24 所以所以0 0= =0.3086= =0.3086 *323COHHHCO7 .635.61*3231010HKCOHHCO124. 213*32*32HCOCOHCOH 1 1= =0.6914= =0.6914所以此时所以此时HH2 2COCO3 3* *=0 0C CTCTC=0.3086=0.30863 31

25、010-3-3molLmolL-1-1 =0.9258=0.92581010-3-3molLmolL-1-1HCOHCO3 3- -=1 1C CTCTC=0.6914=0.69143 31010-3-3molLmolL-1-1 =2.0742=2.07421010-3-3molLmolL-1-1加酸性废水到加酸性废水到pH=6.7pH=6.7，有，有0.92580.92581010-3-3molLmolL-1-1的的H H2 2COCO3 3* *生成，生成，故每升河水中要加入故每升河水中要加入0.92580.92581010-3-3molmol的的H H+ +才能满足上述要求，才能满足上述

26、要求，这相当于每升河水中加入浓这相当于每升河水中加入浓124. 224. 23*323HCOCOHHCO度为度为1 11010-2-2molLmolL-1-1的硫酸废水的量的硫酸废水的量V V为：为：V=0.9258V=0.92581010-3-3mol/(2mol/(21 11010-2-2molLmolL-1-1)=0.0463L=46.3mL)=0.0463L=46.3mL。因此相当于每升河水中最多加入酸性废水因此相当于每升河水中最多加入酸性废水46.3mL46.3mL。（三）天然水中的碱度和酸度（三）天然水中的碱度和酸度1 1、水的碱度（、水的碱度（AlkalinityAlkalini

27、ty）：）： 水接受质子能力的量度，指水中能接受质子水接受质子能力的量度，指水中能接受质子H H+ +的物的物质总量质总量( (实际指水体能接受多少实际指水体能接受多少H H+ +（浓度（浓度).).1 1）碱度的主要形态为：）碱度的主要形态为：OHOH- -、COCO3 32- 2- 、 HCOHCO3 3- -2 2）组成水中碱度的物质可以归纳为组成水中碱度的物质可以归纳为三类三类： 强碱，如强碱，如NaOHNaOH、Ca(OH)Ca(OH)2 2等；等； 弱碱，如弱碱，如NHNH3 3、C C6 6H H5 5NHNH2 2等；等； 强碱弱酸盐，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐强碱

28、弱酸盐，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐后两种物质在中和过程中不断继续产生后两种物质在中和过程中不断继续产生OHOH- -离子，直到全部中离子，直到全部中和完毕。和完毕。 3 3）在测定已知体积水样碱度时，可用一个强酸标）在测定已知体积水样碱度时，可用一个强酸标 准溶液滴定，反应式如下：准溶液滴定，反应式如下：H H+ + + OH + OH- - H H2 2O OH H+ + + CO + CO3 32- 2- HCOHCO3 3- -H H+ + + HCO + HCO3 3- - H H2 2COCO3 3用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变为橙红色用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变为

29、橙红色(pH(pH约约4.3)4.3)，停止滴定，此时所得的结果称为，停止滴定，此时所得的结果称为总碱度总碱度，也称为甲基橙碱度。，也称为甲基橙碱度。 总碱度是水中各种碱度成分的总和，即总碱度是水中各种碱度成分的总和，即加酸至加酸至HCOHCO3 3- -和和COCO3 32-2-全部转化为全部转化为H H2 2COCO3 3* *。根据溶液质子平衡条件，可以得到碱度的表示式：根据溶液质子平衡条件，可以得到碱度的表示式： 总碱度总碱度=HCO=HCO3 3- -+2CO+2CO3 32-2-+OH+OH- -H-H+ + （甲基橙碱度）（甲基橙碱度） 此时，此时，C CT T=H=H2 2CO

30、CO3 3* * ，所有的，所有的HCOHCO3 3- - 和和COCO3 32-2- 全部转化为全部转化为HH2 2COCO3 3* * （即（即COCO2 2(aq)(aq)和和H H2 2COCO3 3） 如果以酚酞作为指示剂，当溶液的如果以酚酞作为指示剂，当溶液的pHpH值降到值降到8.38.3时，时， 表示表示OHOH- -被中和，被中和，COCO3 32-2-全部转化为全部转化为HCOHCO3 3- -，因此得到酚酞碱度因此得到酚酞碱度（碳酸盐碱度）：（碳酸盐碱度）：酚酞碱度酚酞碱度=CO=CO3 32-2-+OH+OH- -H-H2 2COCO3 3* *-H-H+ + （碳酸盐

31、碱度）（碳酸盐碱度） 此时所有的此时所有的COCO3 32-2- 被中和，转化为被中和，转化为HCOHCO3 3- - 达到达到pHpH能使溶液中碳酸盐全部为能使溶液中碳酸盐全部为COCO3 32-2-，此时需，此时需酸量称为酸量称为苛性碱度苛性碱度。 苛性碱度苛性碱度=OH=OH- -HCO-HCO3 3- -2H-2H2 2COCO3 3* *-H-H+ + （强碱碱度）（强碱碱度）即：即：苛性碱度苛性碱度=2=2酚酞碱度酚酞碱度- -总碱度总碱度 苛性碱度苛性碱度=2=2（COCO3 32-2-+OH+OH- -H-H2 2COCO3 3* *-H-H+ + ）- -（HCOHCO3 3

32、- -+2CO+2CO3 32-2- + OH+ OH- -H-H+ + ）=OH=OH- -HCO-HCO3 3- -2H-2H2 2COCO3 3* *-H-H+ + 此时所有的此时所有的OH-都被中和都被中和2 2、酸度、酸度(Acidity)(Acidity)： 是指水中能接受是指水中能接受OHOH的物质总量（的物质总量（实际指水体能接受实际指水体能接受 多少多少OH（浓度（浓度) )）。）。 1 1）酸度的主要形态为：）酸度的主要形态为：H H+ +、H H2 2COCO3 3* *、HCOHCO3 3- -。 2 2）组成水中酸度的物质也可归纳为三类）组成水中酸度的物质也可归纳为三

33、类：强酸，如强酸，如HClHCl、H H2 2SOSO4 4、HNOHNO3 3等；等；弱酸，如弱酸，如COCO2 2及及H H2 2COCO3 3、H H2 2S S、蛋白质以及各种有机酸类；、蛋白质以及各种有机酸类；强酸弱碱盐，如强酸弱碱盐，如FeClFeCl3 3、AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 3等。等。OHOH- - + H + H+ + H H2 2O O OHOH- - + H + H2 2COCO3 3* * HCOHCO3 3- -+H+H2 2O OOHOH- - + HCO + HCO3 3- - COCO3 32-2-+H+H2 2O O3 3）以强碱滴定含碳

34、酸水溶液测定其酸度时，其反）以强碱滴定含碳酸水溶液测定其酸度时，其反 应过程为：应过程为：4 4）以甲基橙为指示剂滴定到）以甲基橙为指示剂滴定到pH=4.3,pH=4.3,得到无机酸度得到无机酸度无机酸度无机酸度=H=H+ +-HCO-HCO3 3- -2CO-2CO3 32-2-OH-OH- - （甲基橙酸度）（甲基橙酸度） 此时溶液中总碳酸盐为此时溶液中总碳酸盐为C CT T=H=H2 2COCO3 3* * ，所有的，所有的HH+ + 被被OHOH- -中和。中和。5 5）以酚酞为指示剂滴定到以酚酞为指示剂滴定到pH=pH=8.38.3，得到游离，得到游离COCO2 2酸度。酸度。 CO

35、CO2 2酸度酸度=H=H+ +H+H2 2COCO3 3* *-CO-CO3 32-2-OH-OH- - （酚酞酸度）（酚酞酸度） 此时溶液中此时溶液中总碳酸盐为总碳酸盐为C CT T=HCO=HCO3 3- - ，所有的，所有的HH2 2COCO3 3* * 被被OHOH- -中中和和，因此称为二氧化碳酸度。，因此称为二氧化碳酸度。6 6）总酸度应在总酸度应在pH=10.8pH=10.8处得到。同样也根据溶液质子平衡条处得到。同样也根据溶液质子平衡条件，得到总酸度：件，得到总酸度： 总酸度总酸度=H=H+ +HCO+HCO3 3- -+2H+2H2 2COCO3 3* *-OH-OH- -

36、 总酸度总酸度=2=2COCO2 2酸度酸度- -无机酸度无机酸度 3 3、碱度和酸度计算关系式的推导、碱度和酸度计算关系式的推导 1 1）在化学计量点）在化学计量点pH=4.3pH=4.3（pH COpH CO2 2）: :水中所有碳酸盐类都水中所有碳酸盐类都 要转化为要转化为H H2 2COCO3 3* *，此时，此时一个一个HCOHCO3 3- -需要消耗需要消耗1 1个个H H+ +，一个，一个COCO3 32-2-需要消耗需要消耗2 2个个H H+ +，一个，一个OHOH- -需需要消耗要消耗1 1个个H H+ + 因此得到因此得到H H+ +平衡方程：平衡方程：HH+ +=HCO=

37、HCO3 3- -+2CO+2CO3 32-2-+OH+OH- - 滴定前，如果上式右侧滴定前，如果上式右侧左侧，则存在总碱度，而当上式右左侧，则存在总碱度，而当上式右侧侧 左侧，存在无机酸度，并得到其计算公式：左侧，存在无机酸度，并得到其计算公式： 总碱度总碱度= HCO= HCO3 3- -+2CO+2CO3 32-2-+OH+OH- -H-H+ + 无机酸度无机酸度=H=H+ +-HCO-HCO3 3- -2CO-2CO3 32-2-OH-OH- - 2 2）在化学计量点）在化学计量点pH=8.3pH=8.3（pH HCOpH HCO3 3- -）: :水中所有碳酸盐类都水中所有碳酸盐类

38、都要转化为要转化为HCOHCO3 3- -，此时，此时一一个个H H2 2COCO3 3* *能够提供能够提供1 1个个H H+ +，一个，一个COCO3 32-2-需要消耗需要消耗1 1个个H H+ +，一个，一个OHOH- -需要消耗需要消耗1 1个个H H+ +因此得到因此得到H H+ +平衡方程：平衡方程：HH+ +H+H2 2COCO3 3* *=CO=CO3 32-2-+OH+OH- - 滴定前，如果上式右侧滴定前，如果上式右侧左侧，则存在碳酸盐碱度，而当左侧，则存在碳酸盐碱度，而当上式右侧上式右侧 左侧，存在二氧化碳酸度，并得到其计算公式：左侧，存在二氧化碳酸度，并得到其计算公式

39、： 碳酸盐碱度碳酸盐碱度= CO= CO3 32-2-+OH+OH- -H-H+ +-H-H2 2COCO3 3* * 二氧化碳酸度二氧化碳酸度=H=H+ +H+H2 2COCO3 3* *-CO-CO3 32-2-OH-OH- - 3 3）在化学计量点）在化学计量点pH=10.8pH=10.8（pH COpH CO3 32-2-）: :水中所有碳酸盐类都水中所有碳酸盐类都要转化为要转化为COCO3 32-2-，此时，此时 一个一个HCOHCO3 3- -能够提供能够提供1 1个个H H+ +，一个，一个H H2 2COCO3 3* *能够提供能够提供2 2个个H H+ +，一，一个个OHOH

40、- -需要消耗需要消耗1 1个个H H+ + 因此得到因此得到H H+ +平衡方程：平衡方程：HH+ +HCO+HCO3 3- -+2H+2H2 2COCO3 3* *=OH=OH- - 滴定前，如果上式右侧滴定前，如果上式右侧左侧，则存在苛性碱度，而当上式左侧，则存在苛性碱度，而当上式右侧右侧 左侧，存在总酸度，并得到其计算公式：左侧，存在总酸度，并得到其计算公式： 苛性碱度苛性碱度=OH=OH- -H-H+ +-HCO-HCO3 3- -2H-2H2 2COCO3 3* * 总酸度总酸度=H=H+ +HCO+HCO3 3- -+2H+2H2 2COCO3 3* *-OH-OH- - 4 4

41、、酸碱度和、酸碱度和pHpH的关系的关系如果应用总碳酸量如果应用总碳酸量(C(CT T) )和相应分布系数和相应分布系数()()来表示则有：来表示则有：总碱度总碱度= =酚酞碱度酚酞碱度= =苛性碱度苛性碱度= =总酸度总酸度= =COCO2 2酸度酸度= =无机酸度无机酸度= =/)2(21HHKcwT/)(02HHKcwT/)2(01HHKcwT/)2(01HKHcwT/)(20HKHcwT/)2(21HKHcwT已知水体的已知水体的pHpH、碱度及相应的平衡常数，就可算出、碱度及相应的平衡常数，就可算出H H2 2COCO3 3* *、HCOHCO3 3- -、COCO3 32-2-及及

42、OHOH- -在水中的浓度在水中的浓度( (假定其他各种形态对碱度的贡献可以忽略假定其他各种形态对碱度的贡献可以忽略) )。例如，某水体的例如，某水体的pHpH为为8.008.00，碱度为，碱度为1.001.001010-3-3mol/Lmol/L时，时，就可算出上述各种形态物质的浓度。就可算出上述各种形态物质的浓度。当当pH=8.00pH=8.00时，时，COCO3 32-2-的浓度与的浓度与HCOHCO3 3- -浓度相比可以忽略，此浓度相比可以忽略，此时碱度全部由时碱度全部由HCOHCO3 3- -贡献。贡献。 HCOHCO3 3- -=碱度碱度=1.00=1.001010-3-3mol

43、/Lmol/L H H+ +=1.00=1.001010-8-8mol/Lmol/L HH2 2COCO3 3* *=H=H+ +HCOHCO3 3- -/K/K1 1根据酸的离解常数根据酸的离解常数K K1 1，可以计算出，可以计算出H H2 2COCO3 3* *的浓度：的浓度：HH2 2COCO3 3* *=H=H+ +HCOHCO3 3- -/K/K1 1=1.00=1.001010-8-81010-3-3/(/(4.454.451010-7-7) ) =2.25 =2.251010-5-5mol/Lmol/L代入代入K K2 2的表示式计算的表示式计算COCO3 32-2- ：COC

44、O3 32-2-=K=K2 2HCOHCO3 3- -/H/H+ + = =4.694.691010-11-111.001.001010-3-3/1.00/1.001010-8-8 =4.69 =4.691010-6-6mol/Lmol/L例如，若水体的例如，若水体的pH为为10.0，碱度仍为，碱度仍为1.0010-3mol/L时，时，如何求上述各形态物质的浓度？如何求上述各形态物质的浓度？总碱度可表示如下：总碱度可表示如下：总碱度总碱度=HCO3-+2CO32-+OH-=1.0010-3mol/L代入代入CO32-=K2HCO3-/H+,OH-=1.0010-4mol/L就得出就得出HCO3

45、-=4.6410-4mol/L可以看出，对碱度的贡献可以看出，对碱度的贡献HCO3-为为4.6410-4mol/L，CO32-为为22.1810-4mol/L,OH-为为1.0010-4mol/L。总碱度为三。总碱度为三者之和，即者之和，即1.0010-3mol/L。 举例举例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，求需，求需加多少酸才能把水体的加多少酸才能把水体的pH降低到降低到6.0？解：解： 令令 /)2(21HHKcwT总碱度2121OHHcT总碱度2121 当当pH在在5-9范围内、范围内、碱度碱度10-3mol/L或或pH在在6-8范围内、范围

46、内、碱度碱度10-4mol/L时，时，H+、OH-项可忽略不计，项可忽略不计，得到得到简化式简化式CT=碱度碱度当当pH=7.0时，查表（或者计算）得时，查表（或者计算）得1=0.8162,2=3.82810-4,则则=1.22, CT=碱度碱度=1.221.4=1.71mmol/L,若加强酸将水的若加强酸将水的pH降低到降低到6.0，其，其CT值并不变化，而值并不变化，而为为3.247，可得：，可得：碱度碱度=CT/=1.71/3.25=0.527mmol/L碱度降低值就是应加入酸量：碱度降低值就是应加入酸量：A=1.4-0.527=0.873mmol/L 4、在一个、在一个pH为为6.5、

47、碱度为、碱度为1.6 mmol/L的水体中，若加入的水体中，若加入碳酸钠使其碱化，问需加多少碳酸钠使其碱化，问需加多少mmol/L的碳酸钠才能使水体的碳酸钠才能使水体pH上升至上升至8.0。若用。若用NaOH强碱进行碱化，又需加多少碱强碱进行碱化，又需加多少碱? 解：解：(1) 查表知查表知pH = 6.5时时, = 1.710 P156CT = 碱度碱度 = 1.61.710 mmol/L = 2.736 mmol/L。设加入的设加入的Na2CO3为为n mmol/L查表知：当查表知：当pH = 8.0时时, = 1.018 CT = CT + n -(1) CT = 碱度碱度 -(2) 碱

48、度碱度= 1.6 +2 n -(3)由由 (1)、（、（2）和（）和（3）解得：）解得：n = 1.069 mmol/L。（2）加入加入NaOH后后CT不变不变 碱度的增加值就应是加入的碱度的增加值就应是加入的NaOH的量。的量。A = 碱度碱度 碱度碱度 = 2.688 1.6 = 1.088mmol/lLmmolCT/ 688. 2018. 1736. 2碱度举例：已知某碳酸盐系统的水样的举例：已知某碳酸盐系统的水样的pH=7.8，测定总碱度时，测定总碱度时，对于对于100mL水样用水样用0.02molL-1的的HCl滴定，到甲基橙指示剂滴定，到甲基橙指示剂变色时消耗盐酸变色时消耗盐酸13

49、.7mL。求水中总无机碳的浓度，。求水中总无机碳的浓度，CT。解：解：其中，对于总碱度可以计算：其中，对于总碱度可以计算：总碱度总碱度=（13.710-3L0.02molL-1）/（10010-3L） =2.7410-3 molL-1/)2(21HHKcwT总碱度求求1 、 2当当pH=7.8时，水中主要的碳酸盐类为时，水中主要的碳酸盐类为HCO3-和和H2CO3*。1？ 、 208 .735.61*3231010HKCOHHCO=28.181= =0.9657118.2818.283*323HCOCOHHCO20.00(K1= =10-6.35)*323COHHHCO所以，可以得到：所以，可

50、以得到：2.7410-3 = CT1 + = CT0.9657 +CT=2.8410-3 molL-18.78.7141010108.78.7141010101 1、有机污染物、有机污染物 二、水中污染物的分布和存在形态二、水中污染物的分布和存在形态第一代含氯农药第一代含氯农药，对环境危害最大。，对环境危害最大。（1 1）有机农药：）有机农药： 杀虫剂包括有机氯、有机磷、氨基甲酸酯和拟杀虫剂包括有机氯、有机磷、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯等类型。除虫菊酯等类型。第二代含磷农药第二代含磷农药，毒性虽大但容易降解，在环境，毒性虽大但容易降解，在环境中残留量低。中残留量低。第三代拟除虫菊酯类第三代拟除虫菊

51、酯类（synthetic pyrethrinssynthetic pyrethrins）农）农药，是天然有机化学产品，毒性低，但合成路线较药，是天然有机化学产品，毒性低，但合成路线较长（长（8-128-12步）。步）。Cln 1n 10 性质及用途：性质及用途：剧毒，不溶于水，脂溶性大，易被生剧毒，不溶于水，脂溶性大，易被生物吸收物吸收; ;通过食物链而富集，具有蒸汽压较低，难挥通过食物链而富集，具有蒸汽压较低，难挥发，在环境中残留期长等特性。不易燃烧，强碱、发，在环境中残留期长等特性。不易燃烧，强碱、强酸、氧化剂难以破坏它们，有高度的耐热性，良强酸、氧化剂难以破坏它们，有高度的耐热性，良好的

52、绝缘性。好的绝缘性。(2)(2)多氯联苯（多氯联苯（polychlorinated biphenyls,PCBspolychlorinated biphenyls,PCBs）：）：PCBsPCBs的结构式：的结构式： (3)(3)多环芳烃多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbon,PAHspolycyclic aromatic hydrocarbon,PAHs) ) 蒽蒽菲菲芘芘这类化合物很多，其中至少有这类化合物很多，其中至少有2020多种有致癌作用。最多种有致癌作用。最典型的是苯并（典型的是苯并（a a）芘（以）芘（以BaPBaP表示）。表示）。源：源：大气中

53、的煤烟随雨水降落，及煤气发生站、焦大气中的煤烟随雨水降落，及煤气发生站、焦化厂、炼油厂等排放含多环芳烃的废水进入水体。化厂、炼油厂等排放含多环芳烃的废水进入水体。 多环芳烃的产生：多环芳烃的产生： CCCCCCCCCCCC苯并苯并aa芘的生成过程示意图芘的生成过程示意图 （4 4）二恶英：）二恶英：二恶英（二恶英（dioxindioxin）的化学结构式：）的化学结构式： 6OO1234789 2 2，3 3，7 7，8-8-四氯二苯对二恶英（四氯二苯对二恶英（TCDDTCDD）是迄今为）是迄今为止所知的毒性最强的环境污染物之一。止所知的毒性最强的环境污染物之一。TCDDTCDD对哺乳动对哺乳动

54、物具有较大的毒性，物具有较大的毒性，IARCIARC（国际癌症研究机构）把（国际癌症研究机构）把TCDDTCDD列为人类可疑化学致癌物。列为人类可疑化学致癌物。TCDDTCDD还与某些生育缺还与某些生育缺陷相关。陷相关。 (5) (5)石油：石油：源：源：在石油开采、炼制、贮运、使用过程中，进入环在石油开采、炼制、贮运、使用过程中，进入环境。当前，石油对海洋的污染已成为世界性的问题。境。当前，石油对海洋的污染已成为世界性的问题。危害：危害： 影响渔业生产；影响渔业生产； 降低海滨环境的使用价值；降低海滨环境的使用价值； 阻碍水体同大气之间的物质交换；阻碍水体同大气之间的物质交换； 油膜影响大气

55、与海洋的热交换；油膜影响大气与海洋的热交换； 对海洋生物的影响。对海洋生物的影响。（6 6） 其他有机化合物其他有机化合物如酚类、腈类化合物均具毒性。如酚类、腈类化合物均具毒性。 酚类化合物酚类化合物是有机化工的基本原料，用途广泛，但是有机化工的基本原料，用途广泛，但毒性较大，其中苯酚是高毒物质，能溶于水，能使细毒性较大，其中苯酚是高毒物质，能溶于水，能使细胞蛋白质发生变性和沉淀。胞蛋白质发生变性和沉淀。 丙稀腈丙稀腈是合成纤维的原料，具有较强的毒性，被列是合成纤维的原料，具有较强的毒性，被列为致癌物。为致癌物。1 1、DO:DO:水中溶解氧是水质重要指标。水中溶解氧是水质重要指标。2 2、B

56、ODBOD：微生物分解有机物过程消微生物分解有机物过程消 耗水中的溶解氧的量。耗水中的溶解氧的量。3 3、CODCOD：能被氧化的物质进行氧化能被氧化的物质进行氧化 过程中所消耗氧化剂的量。过程中所消耗氧化剂的量。4 4、TOCTOC：总有机碳，以碳表示。总有机碳，以碳表示。5 5、TODTOD：总需氧量，以氧表示。总需氧量，以氧表示。有机物污染程度的指标：有机物污染程度的指标：重金属污染物：重金属污染物： HgHg、CdCd、CrCr、AsAs、BeBe、CoCo、NiNi、V V、CuCu、ZnZn等。等。 2 2、重金属污染物、重金属污染物镉镉源：源：CdCd污染主要来自采矿、金属冶炼、

57、废物焚化处理、污染主要来自采矿、金属冶炼、废物焚化处理、磷肥制造、矿物燃料燃烧、电镀及其他工业部门。磷肥制造、矿物燃料燃烧、电镀及其他工业部门。存在形态：存在形态： 在水体中镉主要以在水体中镉主要以CdCd2+2+状态存在。可形成状态存在。可形成多种配位体。多种配位体。危害：危害： CdCd不是生物体必需元素，人体中的不是生物体必需元素，人体中的CdCd全部是全部是出生后从外界环境中摄取的。出生后从外界环境中摄取的。CdCd主要通过消化系统进主要通过消化系统进入人体。中毒症状主要为：动脉硬化，肾萎缩或慢性入人体。中毒症状主要为：动脉硬化，肾萎缩或慢性球体肾炎。过多吸入球体肾炎。过多吸入CdCd

58、可导致可导致CdCd进入骨骼取代部分进入骨骼取代部分CaCa，使骨骼软化、变形，导致骨折，如使骨骼软化、变形，导致骨折，如“痛痛病痛痛病”。此外，。此外，CdCd可能有可能有“三致三致”作用。作用。我国规定，生活饮用水含镉最高允许浓度为我国规定，生活饮用水含镉最高允许浓度为0.01mg/L0.01mg/L，渔业用水为渔业用水为0.005 mg/L0.005 mg/L；工业废水中镉的最高允许排；工业废水中镉的最高允许排放浓度为放浓度为0.1mg/L0.1mg/L。Jinzu vally, Japan Ouch-ouch disease, irrigation water from a river

59、 contaminated with waste water from a zinc mining and smelting plantAn Ouch-ouch disease victim汞汞源：源：仪器仪表、电气设备、催化剂、化工等。仪器仪表、电气设备、催化剂、化工等。 悬浮物或沉积物：悬浮物或沉积物： HgHg2+2+、HgOHgO、HgSHgS、 CHCH3 3Hg(SR)Hg(SR)、（、（CHCH3 3HgHg）2 2S S。 存在形态：存在形态：水体：水体：HgHg2+2+、Hg(OH)Hg(OH)2 2、CHCH3 3HgHg+ +、 CHCH3 3Hg(OH)Hg(OH)、

60、CHCH3 3HgClHgCl、 C C6 6H H5 5HgHg+ + 。 汞的甲基化（汞的甲基化（methylation）反应）反应: CH3- + Hg2+ CH3Hg+2CH3- + Hg2+ CH3HgCH3危害：危害：甲基汞具有脂溶性和高神经毒性，在细胞中可以甲基汞具有脂溶性和高神经毒性，在细胞中可以整个分子原形积蓄。脂溶性的甲基汞对类脂质有很强的整个分子原形积蓄。脂溶性的甲基汞对类脂质有很强的亲和力，所以容易蓄积在细胞中，主要部位为大脑皮层亲和力，所以容易蓄积在细胞中，主要部位为大脑皮层和小脑，故有向心性视野缩小运动失调、肢端感觉障碍和小脑，故有向心性视野缩小运动失调、肢端感觉障