1.4 天然水的组成
(3) 水中金属离子:
水溶液中的金属离子可以通过水体中 的酸碱、沉淀、氧化还原、配合反应等达 到最稳定状态的过程,并以多种形态存在于 水溶液中。
1.4 天然水的组成
(4) 气体在水中的溶解性
大气中的气体分子与溶液中同种气体分 子间的平衡符合亨利定律：
X(g)X(a)q
G(a)qKH•pG
1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
例四:在封闭体系中25℃水中,加入少量 下列物质,碱度如何变化?
(1)HCl;(2)NaOH;(3)CO2;(4)NaHCO3; (5)Na2CO3;(6)Na2SO4
本节要求
1. 天然水的主要离子组成,海水和淡水离子组 成的主要区别；
2. 氧气和二氧化碳在水中溶解度的计算； 3. 封闭体系和开放体系碳酸体系的各种化合
态量的计算； 4. 水体酸度和碱度的定义及其相关的计算；
1.4 天然水的组成
(5) 水生生物：
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。在水生生态系统中生 存的生物体，可以分为自养生物和异养生物。藻类的生 成和分解就是在水体中进行光合作用(P)和呼吸作用(R) 的一典型过程，可用一简单的化学计量关系来表征：
1.5 天然水的性质
1.4 天然水的组成
(4) 气体在水中的溶解性
(4-1) 氧气在水中的溶解度：与水的温度、 氧气在水中的分压、水中的含盐量等因 素有关。在一个标准大气压下、温度为 25℃ 时，氧在水中的溶解度为 8.32mg/L。（掌握计算方法）
1.4 天然水的组成
(4) 气体在水中的溶解性
(4-2) 二氧化碳在水中的溶解度：除了溶 解在水中的CO2，CO2在水中部分离解， 产生H+和HCO3-。在一个标准大气压下、 温度为25℃ 时， CO2在水中的溶解度 为0.55mg/L。（掌握计算方法）
➢ 苛性碱度：达到CO32滴定终点所需酸量 时的碱度，但不易测得。
苛 性 [ O ] [ H H 碱 3 -] C 2 [ 度 H 2 C O * 3 ] O [ H ]
1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
b. 酸度（Acidity)：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 过水解能产生H+的物质总量。组成水中 酸度的物质：强酸、弱酸、强酸弱碱盐。
1.1 地球上的水分布
1.2 水循环
1.3 水环境的结构
水环境的体系
1.4 天然水的组成
(1) 天然水的组成
表3 天然水的组成
1.4 天然水的组成
(2) 主要的离子组成
天然水体中主要的离子组成
淡水的特征
优势离子
有机质
海 水
； Na+ >Mg2+ >Ca2+ Cl- >SO42- >HCO3-
1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
例一：某水体 pH=8.00,碱度=1.00×10-3 mol.L-1，计算该水体中各碱度成分的浓度 （K1=4.45×10-7，K2=4.69×10-11）。
1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
1.5 天然水的性质
(2) 天然水中的碱度和酸度
a. 碱度(Alkalinity)是指水中能与强酸发生 中和作用的全部物质,亦即能接受质子的物 质的总量。组成水中碱度的物质包括： 强碱:NaOH;Ca(OH)2 弱碱:NH3 强碱弱酸盐:各种碳酸盐、重碳酸盐等
1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
[H3 C ]O 0 1•K H•pc2o[H K 1 ]K HpC2O [C3 2 O ]0 2•K H•p c2 o[K H 1K ]2 2K H p C2O
1.5 天然水的性质
（1）碳酸平衡
在开放体系的溶液中,碳酸化合态相应的为:
lg[H2CO3*] lg[CO2] lg1[.028105] 4.988
第三章 水环境化学
1. 天然水的基本特征及污染物的 存在形态
2. 水中无机污染物的迁移转化 3. 水中有机污染物的迁移转化
水环境
水是世界上分布最广和最重 要的物质，是参与生命的形 成和地表物质能量转化的重 要因素，也是人类社会赖以 生存和发展的最重要的自然 资源之一。
水以气态、液态和固态形式 存在，成为大气水、海水、 陆地水（河水、湖水、沼泽 水、冰雪水、土壤水、地下 水），以及存在于生物体内 的生物水，这些水的运动构 成了水圈。
例二：若水体 pH升高到10.00, 碱度仍保 持1.00×10-3 mol.L-1， K2=4.69×10-11）。
1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
例三:天然水pH=7.0,碱度为1.4 mmol.L-1, 为使水体pH降至6.0需加入多少强酸？
1.5 天然水的性质
（1）碳酸平衡
在开放体系,CO2在气相和液相之间处 于平衡状态，即体系中的 [H2CO*3 ] 不 变，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可 表示为PCO2和pH的函数。
1.5 天然水的性质
（1）碳酸平衡
在开放体系,应用亨利定律:
[C2(O a)q ]K H•pc2 o
在溶液中,碳酸化合态相应的为: cT[C2O ]/010•KH•pc2o
lg[HCO3]
lg( K1 [H]
KH
pCO2
)
11.388
pH
lg[CO32]lg([KH1K]22 KH pCO2 ) 21.6682pH
1.5 天然水的性质
1.5 天然水的性质
（1）碳酸平衡
比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭 体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]等可 随pH值变化，但总的碳酸量cT始终不变。 而对于开放体系cT 、[HCO3-]、[CO32-]均 随pH值改变而变化，但[H2CO3*]总保持与 大气相平衡的固定数值。（ p106）
(2)天然水中的碱度和酸度
➢ 酚酞碱度：滴定以酚酞为指示剂，当溶 液pH值降到8.3时，表示OH- 被中和， CO32- 全部转化为HCO3-，得到酚酞碱度表 达式：
酚 酞 [ C 3 2 ] O 碱 [ O ] H [ H 度 2 C * 3 ] O [ H ]
1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
（1）碳酸平衡
碳的地球化学循环:岩石圈↔水圈↔大气圈↔生物圈
在水体中存在CO2、H2CO3、 CO2 H2O H2CO3*
HCO3-、CO32-着四种化合态， H2CO*3 H HCO3
常把CO2和H2CO3合并为
HCO3 H CO32
H2CO3*。
1.5 天然水的性质
（1）碳酸平衡
海水 <2mg/L
淡 水
； Ca2+ >Mg2+ >Na+ HCO3- >SO42- > Cl-
淡水 >2mg/L
1.4 天然水的组成
(2) 主要的离子组成
天然水中常见主要离子总量可以粗 略地作为水的总含盐量：
T [ D C 2 M a S 2 N g K a ] [ H 3 3 S C 4 2 O C O ]
➢ 总碱度：用一个强酸标准溶液滴定，用甲 基橙为指示剂，当溶液由黄色变成橙红色 (pH约4.3)，停止滴定，此时所得的结果， 也称为甲基橙碱度。其化学反应计量关系 式如下：
总 [ H 碱 3 ] C 2 [ C 度 3 2 O ] O [ O ] [ H H ]
1.5 天然水的性质
CO2 H2O K0H2CO3*
H2C
O* 3
K1H
HCO3
HCO3 K2H CO32
P K 0 1 .46 P K1 6 .35 P K 2 10 .33
封 闭 体 系
1.5 天然水的性质
（1）碳酸平衡 在封闭体系中，用 0 、 1 和 2分别代表H2CO3*、
HCO3-、CO32－三种化合态在总量中所占的比例。
1.5 天然水的性质
(2)天然水中的碱度和酸度
总 [ H 酸 ] [ O 度 ] [ H H3 -]C 2 [ H 2 C O * 3 ]O C 2 酸 O [ H 度 ] [ H 2 C * 3 ] O [ O ] [ H C 3 2 -]O 无 机 [H ] [H 酸 3 ]C [O 度 O ] H 2 [C 3 2 -]O