Chap.5 天然水体内的氧化还原反应和界面作用.ppt

教材第六、七、十一、十二章 §1.天然水体内的一些化学反应 Some Chemical Reactions in Natural Waters 一、溶液中的离子平衡反应 Ion Equilibrium Reaction in Solution 离子平衡反应类型 弱酸、弱碱的电离平衡 多价金属离子的水解平衡 副族金属离子的络合平衡等 1、离子平衡反应的特点 （1）均为离子平衡反应，反应速度比较快，能在较短时间内达到平衡；当环境中条件发生改变时，会使平衡迅速发生移动 （2）达成化学平衡后，多元弱酸、弱碱和金属离子会以不同形式存在 2、元素不同存在形式的意义 元素的不同存在形式对水生生物的作用和某些化学反应可能产生完全不同的影响 例 CO2平衡系统与碱度、硬度等的关系 H2S和S2- 重金属络合物 3、元素各种形式的计量关系 以金属离子的络合平衡为例 （1）若M为金属离子（中心离子），电荷省去，A为配位体，则有相应成络反应 其中M、MA、MA2、MA3、MA4称为不同形式的M [M]+[MA]+[MA2]+[MA3]+[MA4] =CM （2）计算各种形式M的实际含量 令β1、β2、β3、β4为相应的累积平衡常数 各种形式M的实际含量 [MA ] = [M]·[A] ·β1 [MA2] = [M]·[A]2·β2 [MA3] = [M]·[A]3·β3 [MA4] = [M]·[A]4·β4 （3）各种形式的M占CM的百分比 分别表示为f(M)、f(MA)、f(MA2) 、f(MA3) 、f(MA4) CM= [M]+[MA]+[MA2]+[MA3]+[MA4] [MA ] = [M]·[A] ·β1 [MA2] = [M]·[A]2·β2 [MA3] = [M]·[A]3·β3 [MA4] = [M]·[A]4·β4 f[M](%) = [M]/CM=1/ (1+ ) 式中：i=1~4 通式：f[MAi](%) = f[M]·βi·[A]i 例 计算H2CO3的电离平衡中各成分的含量，其中：CO32-相当于M，HCO3-相当于MA，H+相当于A，则 β1 =1/K2 ; β2 =1/K2·1/K1 二、沉淀反应 Sediment Reaction 反应类型及其与养殖生产的关系 碳酸盐沉淀：CaCO3、MgCO3等，其生成和溶解直接影响养殖水体的碱度、硬度以及缓冲性能等 磷酸盐沉淀：AlPO4、FePO4、Ca3(PO4)2等，直接关系到PO43-的有效化问题 金属氢氧化物沉淀：Al(OH)3、Fe(OH)3 、Cu(OH)2等，直接关系到某些金属盐类治疗鱼病的有效浓度的大小，同时与养殖水体的絮凝作用有关 金属硫化物的沉淀：FeS、CuS，对减弱H2S对水生生物毒性有良好的作用 三、氧化—还原反应 Redox-reaction 1、天然水体的氧化还原电位Eh 决定天然水体Eh的因素 有几个单氧化还原体系，则电位介于各个单体系的电位之间，而接近于含量较高的单体系电位 某一单体系的数量较其它单体系高得多，则复合体系的电位几乎等于存在量多的单体系电位，该体系称为“决定电位体系” 一般，水体中的氧体系是决定电位体系；在含大量有机质的水体中，有机质体系可能成为决定电位体系 2、Eh-pH图 多数氧化还原反应的电势都随pH的变化而变化 以pH值为横坐标，以Eh为纵坐标作出电对的Eh值随pH变化的关系图，这种关系图便称为Eh-pH图 水的氧化—还原与两个电对有关 2H+ + 2e = H2 (g) Eo = 0 O2 (g) + 4H+ + 4e = 2H2O (l) Eo = +1.22 （1）水的Eh-pH图的结构 水的稳定上限(Upper limit) 水的稳定下限(Lower limit) 水的氧化区 水的还原区 水的稳定区 两个方程的意义 任何一个氧化剂在某一pH值的电极电势高于稳定上限，此氧化剂会将水氧化而分解出O2 任何一个还原剂在某一pH值的电极电势低于稳定下限，此还原剂会将水还原而分解出H2 任何一个还原剂在某一pH值的电极电势低于上限、同时又高于下限，那么水既不能被氧化、又不能被还原 （2）Eh-pH图的作用 环境的任何组成，根据其Eh值和pH值，在Eh-pH图中都有相对的位置——反映环境的氧化—还原状态 具可变化合价的元素，随着环境Eh值和pH值的不同，其存在价态也不同——可通过环境在Eh-pH图中的位置确定某一元素的化合价态 Eh高，可变化合价元素一般处于高价态 Eh低，可变化合价元素一般处于低价态 对养殖生产来说，确