水文地球化学电子教案PPT.ppt

吸附量 吸附剂的吸附能力可用吸附量表示 吸附量定义为：一定条件下达到吸附平衡后，单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量 式中，G为吸附量；x为总吸附量；m为吸附剂质量 吸附量与吸附剂的组成、性质、比表面积、浓度有关，也与吸附质的组成、形态、浓度有关，还与水体温度、pH值、pE、含盐量以及共存的无机与有机物的情况有关 二、吸附理论 第三节 形成地下水化学成分的地球化学过程 ——氧化还原过程 * 研究地下水中氧化还原作用的意义 地下水所处环境的氧化还原特征，是决定地下水中许多元素和化合物含量多少和存在形式的主要因素之一。 自然环境（当然包括水环境）的氧化还原特性与人体健康的关系最为密切。 1、有机物质相对富集，耗氧量较高的环境地下水腐殖含量较高，易患克山病和大骨节病 2、氧化还原条件影响无机态氮的存在形式 地下水氧化还原特征的重要意义 地下水中存在大量变价组分： S（-2，-1，0，+4，+6） N（-3，0，+1，+3，+5） Fe（0，+2，+3） Mn（+2，+4） As（+3，+5） 这些元素的价态将随地下水环境中的氧化还原条件发生变化，直至达到平衡。因此，研究氧化还原过程对分析地下水中多价态元素的存在状态、多价态污染物的毒性及污染控制具有重要意义。 几个基本概念 一、氧化还原反应的特征 参加反应的各种物质在反应前后有电子的得失，失去电子的过程称为氧化过程、得到电子的过程称为还原过程。 二、 氧化剂和还原剂 在氧化还原反应中，若一种反应物的组成原子或离子失去电子（氧化），则必有另一种反应物的组成原子或离子获得电子（还原），失去电子的物质叫做还原剂，获得电子的物质叫做氧化剂。 三、氧化还原半反应式 在地下水环境下中有游离氧的条件下，Fe2+变为Fe3+的反应常用下列表示： 4Fe2+ + O2 + 4H+ = 4Fe3+ + 2H2O 实质上，上述反应是一个氧化反应和一个还原反应相互争夺电子的过程，其反应分别如下： O2 + 4H+ + 4e = 2H2O （还原反应） 4Fe2+ = 4Fe3+ + 4e （氧化反应） 上述两式称半反应式，“e”表示带负电荷的电子；其中前式是表示还原反应的半反应式，后式是表示氧化反应的半反应式；按国际惯例，氧化还原过程的半反应式以还原形式表示。 几个基本概念 四、标准氧化还原电位 在标准状态下，金属与含有该金属离子且活度为1mol的溶液相接触后达到反应平衡时的电位称为该金属的标准电极电位。 由于目前尚不能以实验方法测定单电极与溶液之间的界面电势差，故一般以标准氢电极（设其任何温度下的电极电位为零）为发生氧化作用的负极，将待测电极作为发生还原作用的正极，组装成原电池来测得电池电动势，即为该电极的标准电极电位。 由于标准电极电位表示物质氧化性及还原性的强弱，所以又称为标准氧化还原电位，以符号E 0表示，其单位为V。 几个基本概念 四、标准氧化还原电位 每个半反应式都有E 0值，半反应中物质的氧化态和还原态称为相应的氧化还原电对，例如，氧化还原电对 Pb2+/Pb 的标准氧化还原电位记作E 0 Pb2+/Pb。 E 0值的大小表征其氧化或还原的能力。E 0值越大，表示该电对中的氧化态吸引电子能力强，为较强的氧化剂，如E 0 F/F- = + 2.89V，表明其氧化态（F）吸引电子能力强，所以它在水中以F-出现；而E 0 Pb2+/Pb = -0.126V，表明其还原态（Pb）失去电子的倾向大，所以它在水中多以Pb2+出现。 半反应的标准氧化还原电位还可通过反应的标准自由能变化来计算：式中F为法拉第常数，n为反应的电子数。 几个基本概念 五、能斯特方程（Nernst Equation） 氧化还原电位（Eh）：在实际的系统中，参加氧化还原反应的组分的活度一般都不是1mol，该反应在达到平衡时的电位称为氧化还原电位，以Eh表示，单位为V。 表示Eh值与E 0值和反应组分的活度之间关系的方程称为能斯特方程： R为气体常数，F为法拉第常数，n为反应的电子数，T为绝对温度，[氧化态]与[还原态]分别为氧化态与还原态的活度。 几个基本概念 可以用电子活度来衡量氧化还原性，记为： pE = -lg [e] 水中电子活度高，pE小，还原性强；水中电子活度低，pE大，氧化性强。 六、电子活度与pE pE与Eh一样，指示了氧化-还原反应中环境给出或接受电子的倾向 几个基本概念 pH和pE对比 1、pH=-lg[H+] pE=-lg[e] 2、pH值高，H+活度低，化合物未质子化 pE值高，电子活度低，化合物呈氧化态 3、pH值低