环境化学戴树桂第二版第三章课件-1


    水环境化学
    第三章水中机污染物迁移转化2
    第三章 水环境化学
    天然水基特征污染物存形态1
    水中机污染物迁移转化333
    介绍天然水基特征水中重污染物存形态
    分布污染物水环境中迁移转化基原理水质模型
    求解天然水基性质掌握机污染物水环境中沉淀
    溶解氧化原配合作吸附解吸絮凝沉降等迁移转
    化程基原理运学原理计算水体中金属存形态
    确定类化合物溶解度天然水中类污染物pE计算
    pEpH图制作解颗粒物水环境中聚集吸附解吸
    基原理掌握机污染物水体中迁移转化程分配
    系数挥发速率水解速率光解速率生物降解速率计算
    方法解类水质模型基原理应范围
    容提重点求1
    天然水基特征
    污染物存形
    态天然水基特征
    三水中营养元素水体富营养化
    天然水基特征污染物存形态36
    (1)高熔点高沸点
    CH4 NH3 H2O HF
    MP℃ 192 78 0 83
    BP℃ 164 33 100 20
    氢 键
    (2)特殊密度
    ρ气<ρ固<ρ液 4 ℃时ρH2O
    水分子特性
    ()水分子特征水分布
    O
    HH
    H
    HH
    H
    O
    O:



    +
    + +
    +
    +
    +


    105
    105
    10537
    天然水分布
    天然水储量约1428 1018 kg江河水约占千万分九储
    量海洋水占974供类活动利水资源仅占064
    储存 储水量kg 水停留时间年
    海 洋 1391021 37 600
    冰 2921019 15 000
    水 8301018
    湖 泊 2301017 62
    气 1301016 0028
    江 河 1251015 0033 7(12 d)(1)化学成分
    离子(八离子):
    占天然水总离子9599%
    K+Na+Ca2+Mg2+ClSO4
    2HCO3
    NO3

    总含盐量:
    TDS[Ca 2+ + Mg 2+ + K+ + Na+ ] + [Cl + SO4
    2 + HCO3
    ]
    1 天然水组成
    (二) 天然水基特征39
    优势离子 机质质量浓度
    海水 Na+ >Mg2+ >Ca2+
    Cl >SO4
    2 >HCO3
    海水 < 2 mgL
    淡水 Ca2+ >Mg2+ >Na+
    HCO3
    >SO4
    2 > Cl 淡水 > 2 mgL 水中离子组成图
    硬 度 酸 碱金属
    阳离子Ca2+
    Mg2+ H+ Na+ K+
    碱 度 酸 根
    阴离子HCO3
    CO3
    2OH Cl SO4
    2
    NO3
    (2)水中金属离子存形态
    水溶液中金属离子表示式常写成Mn+预示着简
    单水合金属阳离子M(H2O)x
    n+通化学反应达
    稳定状态酸碱沉淀配合氧化原等反应
    水中达稳定状态程312
    种气体液体中溶解度正液
    体接触该种气体分压
    (3)气体水中溶解性
    ● 亨利定律:X(g) X(aq)
    气体气水间分配达衡时符合
    [X(aq)]KH ×PG
    注意:1 KH单位[X(aq)]PG单位耳边
    2 扣水分压● 氧水中溶解度水温度氧水中分压水中含
    盐量关氧10130×105 Pa25℃饱水中溶解度
    832 mgL(水25℃时蒸汽压003167×105 Pa氧干燥空气
    中含量2095O2含亨利常数126×108mol(L • Pa)( 25℃ ))● 氧气溶解度着温度变化
    式中:c1c2—— 热力学温度T1T2时气体水中浓度
    H——溶解热Jmol
    R——摩尔气体常数 8314 J(mol K)
    温度0 ℃升35 ℃时氧水中溶解度1474
    mgL降低703 mgL
    ClausiusClapeyron 方程
    2
    112
    11lg 2303
    c H
    cRTT
     
    ● CO2 溶解度(干空气中CO2含量00314水25℃时蒸汽压
    003167×105 PaCO2含亨利常数334×107mol(L • Pa)( 25℃ )
    CO2含酸解离常数445×107)(4)水生生物
    水生生物直接影响许物质浓度作代谢摄
    取转化存储释放等
    ● 养生物 :利太阳量化学量机物引入生命
    分子中组成生命体
    ● 异养生物 :利养生物产生机物作源合成
    身生命原始物质
    ● 藻类生成分解水体中进行光合作呼吸作典
    型程简单化学计量关系表征:
    106CO2 + 16NO3
    + HPO4
    2+122H2O +18H+(+痕量元素量)
    光合作 呼吸作
    C106H263O110N16P + 138O2317
    水体产生生物体力称生产率
    富营养化:
    贫营养化:
    分解者:细菌真菌(三)碳酸盐衡
    1碳酸衡
    (1)封闭体系
    溶解性CO2气没交换气中CO2
    溶解作化学程
    溶解性机碳
    HCO3

    溶解CO2
    溶解作
    化学沉淀作
    机碳结合
    微生物外壳
    溶性机碳
    CaCO3
    CaCO3  MgCO3
    光合作生物降解
    固定机碳(CH2O)
    合成碳
    固定机烃类CxH2x
    油母页岩
    石油原料生产
    异型生物质
    生物球化
    学程




    (三)碳酸盐衡320
    封闭体系中cT恒定
    α0 [H2CO3
    *]{[H2CO3
    *] + [HCO3
    ] + [CO3
    2]}
    α1 [HCO3
    ]{[H2CO3
    *] + [HCO3
    ] + [CO3
    2]}
    α2 [CO3
    2]{[H2CO3
    *] + [HCO3
    ] + [CO3
    2]}

    α0(1+K1[H+]+ K1K2[H+]2)1
    α1(1+ [H+] K1+K2 [H+] )1
    α2(1+ [H+]2 K1K2+ [H+] K2 )1碳酸化合态分布图322
    磷酸衡 硫化氢衡lg [CO2] lg(1 028×10-5) 4988
    lg [HCO3
    ] 11338 + pH
    lg [CO3
    2] 21668 + 2pH 推导程
    [CO2(aq)] KH · ρ CO2cT [CO2] α0 KH · ρ CO2 α0[HCO3
    ] (α1α0) KH · ρ CO2 K1 · KH · ρ CO2 [H+]
    [CO3
    2] (α2 α0 ) KH · ρ CO2 K1 · K2 ·KH · ρ CO2 [H+]2
    (2)开放体系
    CO2 气相液相处衡状态种碳酸盐化合态衡浓度
    表示ρCO2pH函数pH
    OH
    真实H2CO3
    PHCO3

    H2CO3

    CO3
    2
    H+
    H2CO3
    pK pK1 pK2
    开放体系碳酸衡
    cT
    lg
    c325
    较封闭体系开放体系发现封闭体系
    中[H2CO3
    *][HCO3
    ][CO3
    2]等 pH 变化
    总碳酸量 cT 始终变开放体系cT
    [HCO3
    ][CO3
    2]均pH改变变化[H2CO3
    *]
    总保持气相衡固定数值326
    2 天然水中碱度酸度
    NaOH Ca(OH)2
    机胺
    碳酸盐硅酸盐腐殖酸盐
    (1)碱度指水中强酸发生中作全部物质接
    受质子物质总量组成水中碱度物质纳三类:强碱
    弱碱强碱弱酸盐
    ●总碱度:强酸标准溶液滴定甲基橙指示剂溶
    液黄色变成橙红色(pH约43)停止滴定时结
    果称甲基橙碱度
    ●酚酞碱度:滴定酚酞指示剂溶液 pH 降83 时表
    示OH 中CO3
    2 全部转化 HCO3

    ●苛性碱度:达pHCO32需酸量时碱度易测0 14
    甲基橙 酚酞
    43
    HCO3
    CO3
    2
    →H2CO3
    总碱度甲基橙碱度
    总碱度 [HCO3
    ] + 2 [CO3
    2] + [OH] [H+]
    83
    H2CO3 CO3
    2
    →HCO3

    酚酞碱度
    酚酞碱度 [CO3
    2] + [OH] [H2CO3*] [H+]
    12
    H2CO3 HCO3

    CO3
    2
    苛性碱度
    苛性碱度 [OH][HCO3
    ]2 [H2CO3
    *] [H+]
    2 酚酞碱度 – 总碱度
    pH碳酸化合态分布图HClH2SO4 HNO3
    H2CO3
    FeCl3 Al2 ( SO4)3
    (2)酸度:指水中强碱发生中作全部物质放出 H+
    水解产生 H+ 物质总量组成水中酸度物质纳三类:强酸
    弱酸强酸弱碱盐
    ●机酸度:甲基橙指示剂滴定 pH 43
    机酸度 [H+] [HCO3
    ] 2 [CO3
    2] [OH]330
    ● 游离 CO2 酸度:酚酞指示剂滴定 pH 83
    ● 总酸度: pH108 处时滴定曲线明显突跃
    难选择适合指示剂般游离 CO2作酸度指

    总酸度 [H+]+ [HCO3
    ]+2 [H2CO3
    *] [OH]
    游离 CO2 酸度 [H+] + [H2CO3
    *] [CO3
    2] [OH]331
    应总碳酸量(cT)相应分布系数(α)表示:
    总碱度= cT(α1+ 2α2) + Kw[H+] [H+]
    酚酞碱度= cT(α2 α0) + Kw[H+] [H+]
    苛性碱度= cT(α1+ 2α0) + Kw[H+] [H+]
    总酸度= cT(α1+ 2α0) + [H+] Kw[H+]
    CO2酸度=cT(α0 α2) + [H+] Kw[H+]
    机酸度=cT(α1+ 2α2) + [H+] Kw[H+]
    总碱度 [HCO3
    ] + 2 [CO3
    2] + [OH] [H+]某水体 pH800碱度100×103 molL计算该水体中
    碱度成分浓度
    [HCO3
    ] 碱度 100×103 molL
    [OH] 100×106 molL
    [H2CO3
    *][H+][HCO3
    ] K1 (1)
    [100×108×100×103 (445×107 )] molL
    225 ×105 molL
    [CO3
    2] K2[HCO3
    ] [H+] (2)
    [469×1011×100×103 (100×108 )] molL
    469 ×106 molL
    332
    例1水体 pH升高1000 碱度保持100×103 molL计算该水
    体中碱度成分浓度
    总碱度 [ HCO3
    ] + 2[CO3
    2] + [OH]
    [OH] 100×104 molL
    100×103 [HCO3
    ] + 2[CO3
    2] + 100×10 4 (1)
    [CO3
    2] 0469 [HCO3
    ] 代入式(1)
    [HCO3
    ]+ 0469 [HCO3
    ]× 2 00009
    [HCO3
    ] 464×104 molL
    [CO3
    2] 218×104 molL
    总碱度贡献100×103 molL
    2 11
    3
    10
    3
    [CO] 469 10 0469[HCO ]100 10
     
    
    
    例2
    K2[CO3
    2][H+] [HCO3
    ]● 里需特注意封闭体系中加入强酸强
    碱总碳酸量cT受影响
    ● 加入CO2时总碱度发生变化时溶液pH
    碳酸化合态浓度然发生变化代数综合
    值保持变
    ● 总碳酸量cT总碱度定条件具守恒特性天然水pH70碱度14 mmolL pH6 加入少酸?
    总碱度 cT(α1+2α2) + KW[H+] –[H+]
    cT1(α1+2α2){总碱度 + [H+] –[OH]}
    令 1(α1+ 2α2) α (表34 P157 ) cT α碱度
    pH70 查表 34 α1 08162α2 3828*104 α 1224
    cT 1224×1 4 171 mmolL
    加强酸 pH 60cT变时
    查表 α 3247
    碱度 171 3247 0527 mmolL
    ΔA 140527 0873 mmolL
    例3 (P156)

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