环境化学复习攻略

向。

这些形态在中性(Ph=7)水体中的浓度可通过平衡常数计算 在近于中性的天然水体中,水合铁离子的浓度可以忽略不计 溶解气体(O2)

气体在水中的溶解度 : X (aq) =KH× PG分压 ( Henry Laws) KH——气体在 一定温度下的Henry 定律常数(见表3-2) PG——气体分压(道尔顿分压定律:PX=P0 (干空气)× Vx / V0)

Henry 定律不能说明气体在溶液中进一步的化学反应,溶解于水中的实际气体的量可以大大高于Henry 定律表示的量。

影响因素:气体溶解度随温度升高而降低;氧在水中的分压;盐含量; 对于水中的DO有一经验公式: DO = 468 / (31.6+t)

例:已知干空气中氧的含量为20.95%,求氧在1.0130×105Pa、25℃饱和水中的溶解度

1、查表(表3-3),水在25°C时的蒸汽压0.03167×105Pa;

2、计算氧的分压,由于干空气中氧的含量为20.95%,故氧的分压为:

po2?(1.0130?0.03167)?10P?0.2095?0.2056?10p55aa

3、带入Henry定律求出氧在水中的浓度

[O(aq)]?K?p2HO2?(1.26?10?8?0.2056?10)mol/L?2.6?10mol/L5?4

4、氧的摩尔质量为32g/mol,因此其溶解度为8.32mg/L

若温度从0度上升到35度,氧在水中的溶解度将从14.74mg/L降低到7.03mg/L. 一般DO低于4mg/L水质将恶化. 水生生物

自养生物:利用光能、化学能将无机元素合成生命分子。

异养生物:利用自养生物产生的有机物作为能源,并合成自身所需的原始物质。 水体生产率

水体产生生物体的能力(物理、化学因素决定)

限制因素:N、P、C、Fe等 关键物质:氧 水体富营养化 有机物

非腐殖质---碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素、低分子量有机物

腐殖质---胡敏酸(溶OH不溶H)、富里酸(都溶)、腐黑物(不溶OH溶H) 天然水的性质

碳的地球化学循环: 岩石圈→水圈→大气圈→生物圈

碳酸盐系统:碳酸盐系统是天然水中的优良缓冲系统,它对于避免天然水的pH发生剧烈变化起到重要的缓冲作用;

碳酸盐系统和水中的酸度以及碱度关系密切;

碳酸盐系统与生物的活动也有密切关系,例如光合作用和呼吸作用; 碳酸盐系统与水处理有关,例如水质的软化。 碳酸平衡的一般方程

1、CO2在水中形成酸,可同岩石中的碱性物质发生反应,并可通过沉淀反应变为沉积物而从水中出去。

2、在水和生物体之间的生物化学交换中,CO2占有独特地位,溶解的碳酸盐化合态与岩石圈、大气圈进行均相、多相的酸碱反应和交换反应,对于调节天然水的pH和组成起着重要作用。 3、对于CO2-H2O系统

在封闭体系中,用α0 、 α1和α2分别代表上述三种化合态在总量中所占比例,可以给出下面三个表示式:

α0=[H2CO3*]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]} α1=[HCO3-]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]} α2=[CO32-]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]}

若用CT表示各种碳酸化合态的总量,则有[H2CO3*]= CT α0 ,[HCO3-]= CT α1和[CO32-]= CT α2

1、一般封闭体系的pH范围为4.3-10.8。水样中含有强酸时,pH将小于4.3,此时水样中一般仅有[H2CO3*];或水样中含有强碱时,pH将大于10.8,此时水样中一般仅有[CO32-];

2、pH=8.3可以作为一个分界点,pH<8.3,α2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:[H+]=K1[H2CO3*]/[HCO3-],所以pH=pK1-lg[H2CO3*]+lg[HCO3-]。当溶液的pH>8.3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: [H+]=K2[HCO3-]/[CO32-] ,所以pH=pK2-lg[HCO3-]+lg[CO32-] 开放体系的碳酸平衡

开放体系的显著特点是空气中的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:

[ H 2 CO

3

*] ? [ CO

2

2

( aq )] ? K H P CO 2 ,

1 ? C T ? [ CO

3 ?

( aq )] / ? 0 ?

?

? 0

K

H

P CO 2

K 1 ? [ HCO K H P CO 2 2

[ H ]

2 ? ? 2 K 1 K 2 [ CO 3 ] ? K H P CO 2 ? ? 2 K H P CO 2

? 0 [ H ]

] ?

? 1 K H P CO ? 0

1、在lgc-pH图上,[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]三条线的斜率分别为0、+1、+2,此时CT为三者之和,并且是以三条线为渐近线的一条曲线。

2、pHpk2,溶液中主要是[CO32-]。

另外需要注意的是,在封闭体系中CT始终不变,但是在开放体系中,CT则是可以变化的,随着溶液pH的升高而升高。

总结:比较封闭体系和开放体系可发现,在封闭体系中,[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]等可随pH值变化,但总的碳酸量CT始终不变。而对于开放体系开放体系CT、[HCO3-]、[CO32-]均随pH值改变而变化,但[H2CO3*]总保持与大气相平衡的固定数值。 天然水中的碱度和酸度 水的碱度:

水接受质子能力的量度,指水中能与强酸发生中和作用的全部物质,亦即能接受质子H+的物质总量。

总碱度:在测定已知体积水样碱度时,可用一个强酸标准溶液滴定,用甲基橙为指示剂,当溶液由黄色变为橙红色(pH约4.3),停止滴定,此时所得的结果称为总碱度,也称为甲基橙碱度。

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