环境化学第三章__水环境化学.pptx

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第三章 水环境化学 ;内容提要: 本章主要介绍天然水的基本特征,水中重要污染物存在形态及分布,污染物在水环境中的迁移转化的基本原理。 ;重点要求: 1、天然水的基本性质。 2、掌握无机污染物在水环境中进行沉淀-溶解、氧化还原、配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉降等迁移转化过程的基本原理,并运用所学原理计算水体中金属存在形态,确定各类化合物溶解度,以及天然水中各类污染物的pE计算及pE-pH图的制作。 3、了解颗粒物在水环境中聚集和吸附-解吸的基本原理。 4、掌握有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的计算方法。;第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态;1、天然水中溶解的气体的溶解度 2、天然水的碳酸平衡及碱度计算 3、水体富营养化的机理; 一、天然水的基本特征 ;硬 度 ;2、天然水中溶解的金属离子 水溶液中金属离子的表示式常写成 Mn+,预示着是简单 的水合金属阳离子M(H2O)xn+。 ; Fe3++H2O=Fe(OH)2++H+ [Fe(OH)2+][H+]/[Fe3+]=K1 Fe3++2H2O=Fe(OH)2+ +2H+ [Fe(OH)2+][H+]2/[Fe3+]=K2 2Fe3++2H2O=Fe2(OH)24+2H+ [Fe2(OH)24+][H+]2/[Fe3+]2=K3 假如存在固体Fe(OH)3(s),则Fe(OH)3(s)+3H+= Fe3++3H2O [Fe3+]/[H+]3=9.1×103 在pH=7时[Fe3+]=9.1×103(1.0×10-7)3=9.1×10-18mol/L ;3、天然水中溶解的重要气体 ;但必须注意,亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应,如: CO2 + H2O ? H+ + HCO3- SO2 + H2O ? H+ + HSO3- ;① 氧在水中的溶解;代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为: [O2(aq)]= KH·PO2=1.26×10-8×0.2056×105 =2.6×10-4 mol/L 氧的分子量为32,因此其溶解度为8.32 mg/L。;气体溶解度随温度升高而降低,这种影响可由 Clausius-Clapeyron(克拉帕龙)方程式显示出: ;② CO2的溶解 已知干空气中CO2的含量为0.0314%(体积),水在25℃时蒸汽压为0.03167,CO2的亨利定律常数是3.34mol/(L·Pa)( 25℃), 则CO2在水中的溶解度为: ; H2CO3*?HCO3-+H+ 一级电离 =4.45×10-7molL-1 HCO3- ? CO32-+H+ 二级电离 =4.68×10-11molL-1 由于k2特别小,所以只考虑一级电离方程,可得: [H+]=[HCO3-] [H+]2/[CO2]= K1=4.45×10-7 [H+]=(1.03×10-5×4.45×10-7)1/2=2.14×10-6mol/L 故CO2在水中的溶解度为[CO2]+[HCO3-]=1.24×10-5mol/L。 ; ; ; ; 其中 KH= K0= K1= K2= ;假如将水中溶解的[H2CO3*]作为不挥发酸,由此构成了封闭的体系,在海底深处,地下水(一些封闭的岩溶洞)锅炉水和实验室水样中可能遇见这样的体系。;;; 图中的pH=8.3可以作为一个分界点,pH8.3, 很小, [CO32-]可以忽略不计,水中只有[CO2(aq)]、[H2CO3]、 [HCO3-],可以只考虑一级电离平衡,即此时: 所以 pH=pK1-lg[H2CO3*]+lg[HCO3-]。 当溶液的pH8.3时,[H2CO3*]可以忽略不计,水中只存在 [HCO3-]和[CO32-],应该考虑二级电离平衡, 即: 所以 pH=pK2-lg[HCO3-]+lg[CO32-] ;3、开放体系的碳酸平衡 1)空气中的CO2(g)能够和液相中的CO2(aq)达到平衡,此时 液相中的CO2(aq)浓度可以根据亨利定律近似计算:

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