3.1水分子结构 天然水基本特征(3).pptVIP

三、水体污染和自净 思考题 * * （3）天然水的缓冲能力 缓冲溶液能够抵御外界的影响，使其组分保持一定的稳定性，pH缓冲溶液能够在一定程度上保持pH不变化。 天然水体的pH值一般在6-9之间，而且对于某一水体，其pH几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。 一般认为各种碳酸盐化合物是控制水体pH值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。但最近研究表明，水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应，对水体的pH值也有着重要作用。 但无论如何，碳酸化合物仍是水体缓冲作用的重要因素。因而，人们时常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。 对于碳酸水体系，当pH8.3时，可以只考虑一级碳酸平衡，故其pH值可由下式确定： 如果向水体投入△B量的碱性废水时，相应由△B量H2CO3*转化为HCO3-，水 体pH升高为pH＇,则： 水体中pH变化为△pH=pH＇-pH，即： 由于通常情况下，在天然水体中，pH=7左右，对碱度贡献的主要物质就是[HCO3-]，因此经常情况下，可以把[HCO3-]作为碱度。若把[HCO3-]作为水的碱度，[H2CO3*]作为水中游离碳酸[CO2]，就可推出： △B=[碱度][10△pH-1]/(1+K1×10pH+△pH) △pH即为相应改变的pH值。 在投入酸量△A时，只要把△pH作为负值，△A=-△B,也可以进行类似计算。 举例：在一个pH为6.5、碱度为1.6mmol/L的水体中，用NaOH进行碱化，需多少碱能使pH上升至8.0? 解：△pH=8-6.5=1.5, pH=6.5, 碱度=1.6mmol/L 所以△B=[碱度][10△pH-1]/(1+K1×10pH+△pH) =1.6×（101.5-1）/(1+10-6.35×106.5+1.5) =1.6×（101.5-1）/45.668 =1.08 mmol/L 许多化学和生物反应都属于酸碱化学的范畴，以化学、生物化学等学科为基础的环境化 学也自然要经常需要应用酸碱化学的理论。 酸碱无时无刻都存在于我们的身边，食醋、苏打以及小苏打等都是生活中最常见的酸和碱，一些学者认为弱碱性的水更有利于人类的健康。 酸碱反应一般能在瞬间完成，pH值是体系中最为重要的参数，决定着体系内各组分的 相对浓度。在与沉积物的生成、转化及溶解等过程有关的化学反应中，pH值往往能决定转化过程的方向。 天然水体pH值一般在6～9的范围内，所以在水和废水处理过程中，水体酸碱度的观测是一个首先必须考虑的指标之一。 在天然水环境中重要的一元酸碱体系有HCN-CN—、NH4+—NH3等，二元酸碱体系有H2S-HS—S2—、H2SO3—HSO3——SO32—、H2CO3—HCO3——CO32—等，三元酸碱体系有：H3PO4—H2PO4——HPO42——PO43—等。 ①酸碱质子理论 事物都有其认识和发展的过程，酸碱化学基础理论亦如此。在酸碱化学理论发展过程中存在着如下的几种理论：酸碱电离理论、质子理论。 电离理论至今仍普遍应用于水环境化学的领域中，但由于电离理论把酸和碱只限于水溶液，又把碱限制为氢氧化物等，使得该理论对于一些现象不能够很好的解释。 由Brosted和Lowry于1923年提出的酸碱质子论是各种酸碱理论中较适于水化学的一种理论。根据质子酸和质子碱的定义：凡是能释放出质子的任何含氢原子的物质都是酸，而任何能与质子结合的物质都是碱。例如，在下列反应中 HF+H2O≒H3O++F— 当反应自左向右进行时，HF起酸的作用(是质子的给予体)，H2O起碱的作用(质子的受体)。如果上述反应逆向进行，则应将H3O+视为 酸，F—则为碱。HF-F—和H2O—H3O+实质上是两对共轭酸碱体。而在下列酸碱反应中 H2O+NH3≒OH—+NH4+ 当反应自左向右进行时，H2O起了酸的作用(是质子的给予体)，NH3起碱的作用(是质子的受体)。如果上述反应逆向进行，则应将NH4+视为酸，OH—则为碱。NH3—NH4+实质上是一对共轭酸碱体。 上面两反应写成一般形式，可以表达为 酸1+碱2≒碱1+酸2 从酸碱质子理论看来，任何酸碱反应，如中和、电离、水解等都是两个共轭酸碱对之间的质子传递反应。 ②酸和碱的强度 醋酸CH3COOH(简称HAc)是典型的一元酸，HAc水溶液体系中存在着如下的离解 反应平衡，其电离平衡反应为： HAc+H2O≒H3O++Ac— ，